林 兵 鐘淮欽 黃敏玲 樊榮輝 羅遠(yuǎn)華

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/花卉研究中心/福建省特色花卉工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350013)

荷蘭鳶尾(Irishollandica)為鳶尾科鳶尾屬秋植球根花卉，因其花色豐富、花型獨(dú)特、姿態(tài)優(yōu)美等特點(diǎn)，已被北美、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用于園林綠化和鮮切花[1-4]。我國(guó)于20世紀(jì)90年代首次引進(jìn)栽培荷蘭鳶尾，作為新型切花種類(lèi)，其在園林造景方面受到了廣大消費(fèi)者的青睞，市場(chǎng)需求量逐年增加[5-7]。截至目前，我國(guó)荷蘭鳶尾切花生產(chǎn)中的種球主要依靠從荷蘭進(jìn)口，但引進(jìn)時(shí)經(jīng)低溫處理的種球，種植后會(huì)出現(xiàn)花期集中、切花產(chǎn)量和質(zhì)量下降等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了我國(guó)荷蘭鳶尾切花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[8-10]。因此，選育適宜本地栽培的荷蘭鳶尾新品種具有重要意義。

核技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，在作物改良以及新品種培育等方面均取得了一批成果，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益[11-14]。諸多研究者運(yùn)用輻射誘變技術(shù)培育出了能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的新品種[15-17]，如用137Cs-γ射線輻射育成大麥品種浙原18[18]；應(yīng)用相同劑量(15 Gy) 的 X 射線和 γ 射線輻射菊花(Chrysanthemum)的葉片外植體，篩選出12個(gè)菊花突變種[19]。其中60Co-γ射線是當(dāng)前最常用的輻射誘變?cè)?，在許多觀賞植物育種中均有所應(yīng)用[20-23]。王晶等[24]研究60Co-γ射線對(duì)菊花組培苗生長(zhǎng)、增殖、生根及再生植株生長(zhǎng)開(kāi)花的影響，發(fā)現(xiàn)適宜劑量的60Co-γ輻射有利于菊花的突變，尤其是花色的突變。劉麗強(qiáng)等[25]研究60Co-γ輻射對(duì)觀賞海棠組培苗的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，生根和繼代組培苗的生根率、平均根長(zhǎng)、苗高、增殖等均隨著60Co-γ輻射劑量的增加明顯下降。目前已有關(guān)于60Co-γ射線誘變處理鳶尾雜交種子的研究報(bào)道[26-27]，而關(guān)于無(wú)性繁殖種球的60Co-γ射線誘變研究尚鮮見(jiàn)報(bào)道。

本研究對(duì)荷蘭鳶尾種球進(jìn)行60Co-γ射線輻射處理，多年跟蹤調(diào)查經(jīng)輻射處理后代的生長(zhǎng)發(fā)育水平和花色變異表現(xiàn)，旨在探討變異后代的選擇方法和途徑，以期為荷蘭鳶尾種球60Co-γ射線輻射誘變育種和選育觀賞性狀優(yōu)良的新品種提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1991年9月從荷蘭引進(jìn)的荷蘭鳶尾品種展翅(花深藍(lán)色，RHS色譜No. 99-A)，經(jīng)多年栽培自主繁育的種球，選取周徑為4～5 cm的子球，種植后當(dāng)代植株均不開(kāi)花，再培養(yǎng)一年后達(dá)到開(kāi)花條件[5,10]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 VM0材料的輻射處理 2005年10月20日對(duì)子球進(jìn)行60Co-γ射線輻射處理，輻射劑量分別設(shè)為0(CK)、3、5、7、10 Gy共5組，劑量率為0.1 Gy·min-1，每處理150個(gè)子球[28]。處理后立即下地種植，栽培過(guò)程同常規(guī)管理。

表1 不同劑量輻射處理對(duì)荷蘭鳶尾后代植株生長(zhǎng)發(fā)育的影響Table 1 Effects of different dose irradiations treatment on plant growth and development of Iris hollandica offsprings

注：不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平差異顯著。

Note:Different lowercase indicate significant difference at 0.05 level.

1.2.2 VM1～VM6材料的種植及田間測(cè)評(píng) 觀測(cè)調(diào)查各處理的生長(zhǎng)發(fā)育水平，包括出芽率、成活率、株高(成熟植株從基部到葉尖最長(zhǎng)的葉片的高度)、葉片數(shù)、子球繁殖系數(shù)以及個(gè)體形態(tài)特征變化等指標(biāo)。并于2006年10月20日后，每年依次將上代所得的子球再分級(jí)下地種植。繼續(xù)跟蹤調(diào)查一級(jí)子球(指子球種植后植株所發(fā)育成的更新球，均能開(kāi)花)，并重點(diǎn)測(cè)評(píng)開(kāi)花、花色變異等主要性狀。以二級(jí)子球(指更新球兩側(cè)另長(zhǎng)出數(shù)個(gè)較小的子球，須再培養(yǎng)一年后，才能開(kāi)花)作為開(kāi)花球培育材料，進(jìn)行變異后代開(kāi)花穩(wěn)定性比較。

開(kāi)花率=(開(kāi)花株數(shù)/一級(jí)子球數(shù))×100%

(1)

繁殖系數(shù)=(子球總數(shù)-一級(jí)子球數(shù))×100%

(2)

1.2.3 變異單株選擇 對(duì)變異植株進(jìn)行標(biāo)記編號(hào)，單收其子球。次年繼續(xù)種植觀察，再根據(jù)園藝學(xué)色譜(RHS Colour Chart)比對(duì)花色，進(jìn)行變異單株篩選。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量輻射處理對(duì)VM1～VM3生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由表1可知，VM1植株經(jīng)輻射處理后，其出芽率、成活率、株高以及繁殖系數(shù)均低于CK，生長(zhǎng)受到明顯抑制，且這種抑制作用隨著輻射劑量的增加而增強(qiáng)，其中田間的成活率隨著輻射劑量的增加呈大幅度下降，直至出現(xiàn)半致死效應(yīng)。VM2生命活力逐漸得到恢復(fù)，其中種球的出芽率、成活率、繁殖系數(shù)總體上雖然低于CK，但與CK相比差異不顯著；但經(jīng)輻射處理的株高、葉片數(shù)及開(kāi)花率明顯低于CK，且隨著輻照劑量的增加，降幅增大，其中10 Gy處理的開(kāi)花率最低，僅為5.3%，說(shuō)明輻射處理對(duì)VM2仍有一定的抑制作用，尤其對(duì)開(kāi)花方面的影響更為明顯。3、5和7 Gy處理的VM3植株的開(kāi)花率均在91%以上，且高劑量(10 Gy)處理也能達(dá)到83.6%，與CK間的差異逐漸縮小，此外，5 Gy處理下的出芽率、成活率和開(kāi)花率甚至高于CK。說(shuō)明經(jīng)過(guò)2代的栽培后，不同劑量的輻射處理對(duì)種球造成的損傷，到VM3時(shí)已基本得到消除，生長(zhǎng)活力恢復(fù)正常。

2.2 不同輻射處理后代的變異表現(xiàn)

由圖1可知，荷蘭鳶尾子球經(jīng)過(guò)輻射處理后可誘發(fā)后代產(chǎn)生多種變異，如葉色花瓣畸形并褪色、出現(xiàn)金黃色線條相嵌(圖1-b、c)；整體花色發(fā)生改變，如顏色變淺(圖1-d、e)；花瓣出現(xiàn)白色斑點(diǎn)狀花紋(圖1-f)；色變斑塊嵌合(圖1-g、h、i)或轉(zhuǎn)變?yōu)樯钏{(lán)紫色(圖1-j)、白色(圖1-k)、紫羅蘭色(圖1-l)；花瓣數(shù)增多(圖1-m、n、o)；出現(xiàn)雙花枝現(xiàn)象，即種球開(kāi)出二枝花，而未處理的只能抽出一枝花(圖1-p)。

由表2可知，不同的輻射處理的誘變效應(yīng)存在差異，其變異株數(shù)從大到小依次為7 Gy>5 Gy>10 Gy>3 Gy>CK。其中7 Gy處理的變異單株最多有16株，且變異類(lèi)型豐富；10 Gy處理變異株為6株，變異類(lèi)型較少。不同后代的花色對(duì)誘變響應(yīng)也存在差異，其變異株數(shù)從大到小依次為VM4>VM2>VM3>VM5>VM1。輻射處理誘發(fā)的突變大多是隱性的，在VM1并未觀察到一些實(shí)質(zhì)性的變化；VM2變異植株的開(kāi)花顏色多以異質(zhì)嵌合體的形式初步顯現(xiàn)，開(kāi)花性狀不穩(wěn)定；VM3時(shí)嵌合體植株分離出少量的純合突變體；VM4是嵌合體分離最多的一個(gè)世代，變異幅度大，類(lèi)型豐富，變異植株的開(kāi)花性狀在個(gè)體水平上也得到充分表現(xiàn)，表明VM4是突變體篩選的最佳世代；到VM5植株整體已表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，此時(shí)可按某一目標(biāo)性狀表現(xiàn)鑒定選擇相應(yīng)的變異類(lèi)型。

2.3 不同的變異株系選擇過(guò)程

由圖2可知，不同輻射處理對(duì)不同后代變異表現(xiàn)及穩(wěn)定性產(chǎn)生了不同影響。3 Gy處理誘發(fā)出嵌合體植株，但其后代未能分離得到純合穩(wěn)定的變異單株；5 Gy處理的子球在VM4時(shí)，其白色斑塊嵌合體分離出4株白色花植株(分別以5CBS4-1、5CBS4-2、5CBS4-3、5CBS4-4表示)；7 Gy處理的子球在VM3時(shí)得到2株白色花和1株深藍(lán)紫色花(分別以7CBS3-1、7CBS3-2、7SLZ3-1表示)，同時(shí)在VM4得到1株白色花和2株深藍(lán)紫色花(分別以7CBS4-1、7SLZ4-1、7SLZ4-2表示)；而10 Gy處理到VM4才得到2株紫羅蘭色花和1株深藍(lán)紫色花(分別以10ZLL4-1、10ZLL4-2、10SLZ4-1表示)，在VM5得到深藍(lán)紫色花1株(以10SLZ5-1表示)。

表2 不同的輻射劑量處理荷蘭鳶尾后代變異類(lèi)型和數(shù)量Table 2 Type and quantity of variation in the offspring of Iris hollandica bulbs with different doses of irradiation

注：“-”表示無(wú)變異植株。

Note:‘-’ indicate no mutant plants.

圖2 不同輻射處理荷蘭鳶尾后代變異單株篩選過(guò)程Fig.2 Process in strain screening of variations for offspring in Iris hollandica with different irradiation doses

由圖3可知，通過(guò)對(duì)變異植株的開(kāi)花性狀進(jìn)行觀測(cè)，到VM6時(shí)篩選到3個(gè)不同花色的變異株系，即深藍(lán)紫色(圖3-b，RHS色譜No.89-A)、紫羅蘭色(圖3-c，RHS色譜No.85-A)、白色(圖3-d，RHS色譜No.155-A)花，分別以7-10SLZ、10ZLL、5-7CBS表示。對(duì)符合目標(biāo)、性狀優(yōu)良、指標(biāo)穩(wěn)定的新株系，仍需進(jìn)一步進(jìn)行無(wú)性系繁殖后代比較，去劣留優(yōu)，以確保選育出可利用、觀賞價(jià)值高的新品種。

注：a：對(duì)照；b: 深藍(lán)紫色變異株系(7-10SLZ)；c: 紫羅蘭色變異株系(10ZLL)；d: 白色變異株系(5-7CBS).Note:a：CK. b: Variant strain with dark blue purple (7-10SLZ). c: Variant strain with violet (10ZLL). d: Variant strain with white (5-7CBS).圖3 誘變新株系的花色表現(xiàn)Fig.3 Color performance of new mutation strain

3 討論

劉麗強(qiáng)等[25]探討60Co-γ射線對(duì)觀賞海棠組培苗的輻射誘變效應(yīng)，小于半致死劑量的輻射處理使組培苗在形態(tài)上表現(xiàn)出明顯矮化特征，葉片變小、變厚，新梢節(jié)間和根系變短、變粗，移栽苗頂端生長(zhǎng)勢(shì)減弱，移栽2-3年后，這種抑制作用減弱。本研究結(jié)果表明，輻射處理對(duì)VM1有明顯的抑制作用，但這種機(jī)體上的損傷主要表現(xiàn)在栽培前期，隨著栽培時(shí)間的推移而逐漸減輕，經(jīng)2代栽培后，輻射處理對(duì)植株的抑制作用完全消除，后代的生長(zhǎng)勢(shì)增強(qiáng)，生命活力恢復(fù)正常。說(shuō)明在非致死劑量輻射后，植株的生長(zhǎng)通常會(huì)表現(xiàn)出紊亂和畸形，這種變化多是輻射損傷所造成的表型效應(yīng)，且這種抑制效應(yīng)是可逆的。

白色花的變異單株是由白色斑塊嵌合植株的二級(jí)子球或次二級(jí)子球后代中分離得到，而深藍(lán)紫色或紫羅蘭色的變異單株也是在二級(jí)子球或次二級(jí)子球群體中篩選得到。由此推測(cè)，這2種紫色系的變異單株，也很有可能先出現(xiàn)紫色斑塊嵌合體(由于紫色斑塊與深藍(lán)色嵌合顏色相近，不易分辯)，再由此嵌合體分離出來(lái)。據(jù)此，不管是白色變異株，還是紫色變異株，基本上都是先由色變的斑塊嵌合體形式出現(xiàn)，然后再?gòu)纳兊那逗现仓攴蛛x出相應(yīng)的純合花色的變異株。這種表現(xiàn)符合輻射誘變的隨機(jī)性、嵌合性和單細(xì)胞性等特點(diǎn)[19,29]。此外，花枝數(shù)和花型上的變異與這種嵌合體的穩(wěn)定性均較差，輻射誘變后代在雙花枝、五花瓣等優(yōu)良性狀上的表現(xiàn)也未能得到保持。花色變淺的變異株下一代栽培后，大多數(shù)又恢復(fù)到原來(lái)的顏色，葉片上的金線嵌合也會(huì)隨著植株新葉生長(zhǎng)而逐漸消失，說(shuō)明誘發(fā)的突變有時(shí)也會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使已產(chǎn)生的突變又恢復(fù)至原始性狀，這與前人研究結(jié)果一致[18,30]。因此，想要得到真正意義上的變異，還需要進(jìn)行多代的增殖、分離、純合，然后再根據(jù)后代的綜合表現(xiàn)來(lái)確定當(dāng)選變異的優(yōu)劣，以篩選到穩(wěn)定的誘變后代。

本研究發(fā)現(xiàn)，7 Gy處理時(shí)出現(xiàn)白色和紫色2種顏色；低劑量(3 Gy和5 Gy)處理下的花色更傾向于白色轉(zhuǎn)變，而高劑量(10 Gy)處理下則更偏向于紫色方向變化，表明受體的花色誘變效應(yīng)和花色變化產(chǎn)生的方向與輻射劑量密切相關(guān)，但這種顏色的誘變響應(yīng)機(jī)理仍有待進(jìn)一步研究。

大量研究表明，在一定范圍內(nèi)，隨著輻射劑量的增加，輻射損傷越明顯，后代出現(xiàn)的變異也隨之增加[29,31-32]；但過(guò)高輻射劑量的致死率也相應(yīng)增加，反而不利于變異后代的篩選[17-19]。本研究結(jié)果也證實(shí)了這一結(jié)論，即10 Gy處理雖然達(dá)到半致死劑量的效應(yīng)，但實(shí)際的誘變效果并不理想，而輻射劑量為7 Gy時(shí)，更有利于誘導(dǎo)出有價(jià)值且存活率較高的突變體。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)低于7 Gy時(shí)，傾向誘變出白色的花，而高于7 Gy時(shí)，傾向于誘變出紫色的花，表明在初步確定好適宜的輻射劑量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加劑量梯度，可以擴(kuò)寬輻射材料變異譜，從而獲得更多的變異類(lèi)型，為后代篩選提供更豐富的變異材料。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，利用不同輻射劑量的60Co-γ射線對(duì)荷蘭鳶尾子球進(jìn)行處理，可引起其后代發(fā)生較寬幅度的變異，也能在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)篩選得到不同花色的變異株。利用荷蘭鳶尾子球繁殖能力較高的特性，經(jīng)過(guò)多代種植擴(kuò)繁這些后代子球來(lái)分離變異，并進(jìn)一步使嵌合體分離，從而能獲得純合穩(wěn)定的變異體，表明以花色為主要育種目標(biāo)時(shí)，60Co-γ輻射誘變可作為荷蘭鳶尾新品種培育的有效新途徑。本研究結(jié)果為荷蘭鳶尾種球輻射誘變育種和選育觀賞性狀優(yōu)良的新品種奠定了一定的理論基礎(chǔ)。