杜科宇，劉剛，涂銘，丁瓊，楊曼，陳章杰 （長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025）

自從1927年美國(guó)科學(xué)家Muller首先發(fā)現(xiàn)X射線能引起生物遺傳性變異以來(lái)，誘變育種已有80多年的歷史［1］。輻射育種在牧草新品種選育、創(chuàng)造新的種質(zhì)資源、改進(jìn)育種方法、提高誘變效率和基礎(chǔ)理論研究等方面，都不斷取得新的突破。最近幾年，國(guó)外牧草的輻射育種工作發(fā)展較快，許多牧草科學(xué)家從本國(guó)的生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，育出了許多優(yōu)質(zhì)牧草新品［2］。與國(guó)外相比，中國(guó)牧草輻射育種起步相對(duì)較晚［3］。為此，筆者將國(guó)內(nèi)牧草輻射育種研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，以弄清目前國(guó)內(nèi)具備的條件，為后期利用輻射選育新品種提供參考。

1 誘變劑選擇的研究

輻射誘變育種即人為地利用物理誘變因素，如X射線、γ射線、中子、激光、離子束、UV－B、離子束、紫外線等誘發(fā)植物遺傳變異，在短時(shí)間內(nèi)獲得有利用價(jià)值的突變體，根據(jù)育種目標(biāo)的要求選育出直接生產(chǎn)利用新品種或育成新種質(zhì)資源作為親本在育種上利用的育種途徑。輻射育種技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為常規(guī)育種技術(shù)難以取代的育種手段。X射線在誘變育種的早期應(yīng)用較多。γ射線作誘變劑，育種成效顯著，是目前應(yīng)用最為廣泛的誘變劑。其中Co 60－γ射線用得最多，近年來(lái)也開(kāi)始使用137Cs－γ射線。由于各種誘變因素的能量、穿透力不同，帶電性與物質(zhì)的相互作用方式不同，誘變效果會(huì)有差異。一般地，輻射誘變的誘發(fā)突變頻率在幾萬(wàn)分之幾到千分之幾之間。各種射線誘發(fā)突變發(fā)生頻率的順序是：中子束大于X射線，射線大于γ射線。我國(guó)應(yīng)用最多的是γ射線，其次是中子束。UV－B在水稻、小麥等禾本科類(lèi)植物中應(yīng)用較為廣泛，離子輻射誘變頻率在6.8%～12.0%之間，能誘導(dǎo)幾個(gè)以上的性狀同時(shí)突變，應(yīng)用前景廣［4］。在草業(yè)上運(yùn)用最多的是UV－B和Co 60－γ。吳殿星［5］公開(kāi)了純天然彩色草坪草的培育方法，即用Co 60－γ射線或疊氮化鈉進(jìn)行種子直接誘變或離體誘變處理，然后經(jīng)多重篩選和同步化育種培育而成。

2 輻射敏感性和適宜誘變劑量的研究

2.1 輻射敏感性的研究

牧草輻射敏感性，指各種牧草受各種射線輻照后對(duì)射線反應(yīng)的敏感程度，即M1代所受輻射損傷效應(yīng)的大?。?］。魚(yú)紅斌等［7］曾對(duì)5個(gè)沙打旺品種的誘變規(guī)律和輻射敏感性作過(guò)報(bào)道。馬建中等［8］對(duì)89個(gè)豆科牧草種子進(jìn)行了Co 60－γ射線適宜輻射劑量敏感性及生物學(xué)效應(yīng)的研究。馬鶴林等［9，10］利用Co 60－γ射線對(duì)我國(guó)北方主要牧草（以豆科為主，部分為禾本科）的誘變規(guī)律、輻射敏感性和輻射育種的適宜劑量作了研究，得出輻射敏感性以禾本科牧草最為敏感，半致死劑量在4.7～30krad之間。馬建中等［11］將中國(guó)北方主要牧草品種的輻射敏感類(lèi)型分為敏感型、中間型和遲鈍型3種類(lèi)型。魚(yú)紅斌等［12］選用黃土高原54種枚草，用Co 60－γ射線照其干種子得出各種牧草對(duì)射線的反應(yīng)不同，且收草的出苗率和幼苗高度隨劑量的增加而降低，與劑量呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論。吳關(guān)庭等［13］在無(wú)菌培養(yǎng)條件下測(cè)定得出高羊茅 ‘美洲虎3號(hào)’和 ‘可奇思’對(duì)輻射比較敏感，半致死劑量大約在150Gy左右，‘凌志’和 ‘獵狗5號(hào)’的輻射敏感性分別為中等和較弱；用低劑量γ射線處理可促進(jìn)高羊茅成熟種子的愈傷形成。

2.2 適宜誘變劑量的研究

2.2.1 豆科牧草適宜誘變劑量的研究

幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在研究豆科牧草的輻射引變過(guò)程中，探索出了許多品種的輻射適宜劑量。我國(guó)學(xué)者對(duì)沙打旺和少數(shù)幾種牧草的輻射誘變劑量進(jìn)行了研究［13］。海棠等［14］按多靶單擊模型擬合劑量效應(yīng)曲線，以電子計(jì)算機(jī)處理求得了三葉草的適宜輻射劑量。宣繼萍等［15］經(jīng)過(guò)輻射誘變得到狗牙根誘變后代，并得出低劑量的后代比高劑量的節(jié)間粗，而密度是前者低于后者。

2.2.2 禾本科牧草適宜誘變劑量的研究

張彥芹等［16］用Co 60－γ射線照射干種子和分化苗得出高羊茅愛(ài)瑞3號(hào)出苗率和植株存活率隨照射劑量增加而降低，干種子適宜誘變劑量為100～150Gy，分化苗適宜誘變劑量為20～25Gy。Dichens［17］利用Co 60－γ射線對(duì)假儉草種子20個(gè)選系進(jìn)行輻射，發(fā)現(xiàn)當(dāng)輻射劑量小于或等于4000rad時(shí)，輻射后的選系葉片長(zhǎng)度、節(jié)間長(zhǎng)度、葉色和耐寒性等產(chǎn)生了較大的變異。郭愛(ài)桂等［18］選用暖季型草狗牙根的營(yíng)養(yǎng)器官甸旬莖（長(zhǎng)7～10cm左右）進(jìn)行Co 60－γ射線照射，栽培后對(duì)試驗(yàn)材料的成活率、葉長(zhǎng)、葉寬、節(jié)間長(zhǎng)度、粗度、葉色、莖色等項(xiàng)目加以觀測(cè)，證明狗牙根甸甸莖的γ射線的半致死劑量為9000rad。王月華等［19］得出50Gy的輻射對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)具有促進(jìn)作用，較高劑量的輻射對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)有抑制作用，且隨著輻射劑量的加大，抑制作用增強(qiáng)，適宜輻射誘變劑量為150Gy。柴明良等［20］以葦狀羊茅栽培品種為材料，對(duì)其干種子進(jìn)行不同劑量的Co 60－γ射線處理，得出200Gy劑量是抑制早期生長(zhǎng)減少剪草次數(shù)的最佳劑量。

3 利用輻射進(jìn)行性狀改良的研究

培育高產(chǎn)、品質(zhì)好、抗病和抗逆性強(qiáng)的新品種，是目前國(guó)際上在牧草輻射育種工作中比較重視的問(wèn)題，人們也開(kāi)始用突變育種的方法培育耐寒、耐鹽堿的品種。近年來(lái)，牧草的沙打旺（Astragalusadsurgens）、苜蓿（Medicagolupulina）等都有突變品種育成［21］。

3.1 生產(chǎn)能力

近年來(lái)，在提高牧草產(chǎn)量方面育出了一些新品種和突變體。翁伯琦等［22］發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)Co 60－γ射線輻射后的豆科決明屬牧草品種的種子農(nóng)藝性狀有不同程度的變異，輻射后代生物量分別比原種增加。魚(yú)紅斌等［23］通過(guò)對(duì)沙打旺的研究發(fā)現(xiàn)，在一定限度內(nèi)，隨著始花序著生葉位的增加，出苗至開(kāi)花的天數(shù)、株高和一級(jí)分枝數(shù)增加，同一品種在同一密度下，株高和一級(jí)分枝數(shù)量是決定產(chǎn)草量高低的重要因子。

3.2 早熟性

有些牧草經(jīng)照射后獲得提前開(kāi)花和早熟的新品種，李紅［24］誘變育成沙打旺早熟品種。魚(yú)紅斌等［25］認(rèn)為播種當(dāng)年的沙打旺，始花序著生葉位以9～10個(gè)葉之間的植株為好，開(kāi)花早，對(duì)選育超早熟沙打旺有指導(dǎo)意義。馬建忠等［6］以牧草為材料，將異花授粉牧草沙打旺輻照當(dāng)代的種子直接播種在≥10℃（年積溫2308℃）的低溫下，提高了突變體的適應(yīng)性，增加了選擇的準(zhǔn)確性，縮短了育種周期，選育產(chǎn)草量高且早熟的沙打旺新品種，始花序葉位以在9～10個(gè)為宜。

3.3 品質(zhì)

有些品種雖具有抗性，但某些農(nóng)藝性狀欠佳，可通過(guò)誘變加以改良。徐國(guó)忠等［25］利用Co 60－γ射線輻照豆科決明屬5個(gè)牧草品種的種子，研究表明輻照后變異株全K有顯著下降。翁伯琦等［22］利用Co 60－γ射線輻射豆科決明屬5個(gè)牧草品種的種子，結(jié)果表明植株的氨基酸營(yíng)養(yǎng)成分也呈現(xiàn)較大程度的變化。

3.4 適應(yīng)性

3.4.1 形態(tài)學(xué)方面

葉片、莖、根、株形等均可做為鑒定指標(biāo)，對(duì)于抗旱突變體，新葉相對(duì)生長(zhǎng)速度較快，在干旱協(xié)迫時(shí)，葉片相對(duì)含水量、持水量較高，根增大增深；還可通過(guò)苗期抗旱性來(lái)鑒定等。宣繼萍等［15］研究表明，原始種源進(jìn)行多代的輻射誘變，可以使得葉片顯著變窄，草層高度顯著降低，節(jié)間變細(xì)變長(zhǎng)。郭愛(ài)桂等［18］研究認(rèn)為，不同產(chǎn)地的狗牙根種源對(duì)不同劑量的γ射線反應(yīng)不同，高劑量處理的狗牙根數(shù)量性狀能夠產(chǎn)生較穩(wěn)定的理想變異；在色澤變異上，低劑量處理的有50%的種源葉色變深（變紅），而高劑量處理的只有40%種源葉色變深。張彥芹等［16］的研究表明，Co 60－γ射線輻射可以獲得葉片變小、變細(xì)且具有耐旱（寒）特性的高羊茅突變體。

3.4.2 生理生化方面

在生理生化方面，保護(hù)酶活性、細(xì)胞膜透性、脯氨酸和丙二醛含量等可做為抗旱性鑒定指標(biāo)。王月華等［19］用Co 60－γ射線輻射處理高羊茅的3個(gè)品種 ‘千年盛世’、‘知音’和 ‘獵狗5號(hào)’的干種子，發(fā)過(guò)程中3種酶的活性均隨輻射劑量的增加先升高后降低。

3.4.3 分子生物學(xué)方面

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們已經(jīng)能從分子水平對(duì)變異體進(jìn)行早期鑒定。翁伯琦等［22］對(duì)射線輻射豆科決明屬RAPD分析表明，輻射后代與原種DNA指紋圖譜存在明顯差異。張彥芹等［16］以高羊茅愛(ài)瑞3號(hào)為材料，用Co 60－γ射線照射干種子和分化苗，RAPD分析顯示突變體在DNA水平上發(fā)生了變異。徐國(guó)忠等［25］利用Co 60－γ射線輻照豆科決明屬5個(gè)牧草品種的種子，RAPD分析表明5個(gè)品種輻射后代在遺傳上都有明顯的變異。

4 展望

輻射育種在草業(yè)新品種的選育方面已取得了顯著的成就，在品質(zhì)改良或新品系的選育方面占有重要的地位，它不僅可以創(chuàng)造出現(xiàn)有種質(zhì)庫(kù)中所沒(méi)有的新材料、新種質(zhì)，如具有特殊品質(zhì)的育種材料和工具材料等，而且不存在安全性方面的問(wèn)題。

輻射育種技術(shù)可以充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造出各具特色的新種質(zhì)、新材料，彌補(bǔ)常規(guī)育種方法的不足。輻射誘變育種技術(shù)在創(chuàng)造具有高產(chǎn)、矮桿、早熟等農(nóng)藝性狀的新品種和新材料方面已經(jīng)取得了一批豐碩的成果，但與真正意義上的調(diào)控誘變育種，尚存在相當(dāng)大的差距。現(xiàn)有技術(shù)方法仍然存在著相當(dāng)大的隨機(jī)性，要在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)調(diào)控誘變育種，有針對(duì)性地解決物種遺傳中的主要問(wèn)題，包括根據(jù)市場(chǎng)需求選育具有各種不同內(nèi)在質(zhì)量和各種抗病性的新品種，就必須加強(qiáng)機(jī)理研究和技術(shù)方法的創(chuàng)新。隨著研究的不斷深入，如將輻射育種與生物技術(shù)、航天育種等相結(jié)合應(yīng)用于新品系的選育，將對(duì)中國(guó)特色的現(xiàn)代化草業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

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