黃新陽+王福玉+趙云+周延爭(zhēng)+李繼存
摘 要:利用 60Co γ射線對(duì)菏豆12進(jìn)行輻照處理,于M4、M5連續(xù)兩代進(jìn)行田間觀察和室內(nèi)鑒定,對(duì)其株高、結(jié)莢高度、莖粗、有效分枝、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重、單株粒重等主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行簡(jiǎn)單相關(guān)性分析,探討誘變后代的遺傳變異機(jī)制,并從誘變后代中篩選與產(chǎn)量有關(guān)的變異。結(jié)果表明,誘變后代大量植株的葉形、花色、臍色、生育期、茸毛顏色等表型性狀發(fā)生了不同程度的分離與變異;對(duì)菏豆12及其誘變后代群體的主要產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行分析,篩選出與單株產(chǎn)量相關(guān)性較大的變異,同時(shí)通過遺傳距離分析確定了變異的遺傳穩(wěn)定性,為誘變后代的選擇提供了理論指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:大豆;菏豆12;輻照;農(nóng)藝性狀
中圖分類號(hào):S565.103.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A 文章編號(hào):1001-4942(2014)11-0026-04
誘變育種作為擴(kuò)大種質(zhì)來源、選育新品種的重要方法之一,已被廣泛應(yīng)用于植物育種中。據(jù)Maluszynski等(1995)[1]報(bào)道,世界范圍內(nèi)已經(jīng)有50多個(gè)國家在154種植物上利用人工誘變成功育成1 737個(gè)品種。我國已在37種植物上育成突變品種400多個(gè),其中水稻107個(gè)、小麥80個(gè)、谷子19個(gè)、大麥27個(gè),育成品種數(shù)量和種植面積均居世界首位[2]。據(jù)報(bào)道,1931年前蘇聯(lián)列什干科利用X射線分別照射大豆種子和開花植株,篩選出一大批突變類型, 開創(chuàng)了大豆誘變育種[3],隨后美國、日本、德國等國也開展了大豆誘變研究。我國大豆輻射育種始于1958年,翁秀英等利用X射線照射大豆種子,并對(duì)變異后代的生育期、含油量、抗倒伏性、產(chǎn)量等性狀進(jìn)行了系統(tǒng)研究[4]。20世紀(jì)70年代以來,大豆誘變育種在選育高產(chǎn)、矮稈、早熟、高油、高蛋白、抗病等農(nóng)藝性狀的新品種和新材料方面取得豐碩成果[4~10]。國際原子能機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)表明,γ射線誘變是最為有效的產(chǎn)生具有育種價(jià)值的誘變手段,日本注冊(cè)的16個(gè)具有商用價(jià)值的大豆突變材料中15個(gè)來源于γ射線誘變[11]。本研究采用60Co γ射線輻照后的菏豆12及其誘變后代為供試材料,分析其農(nóng)藝性狀變異,探討誘變后代的遺傳變異規(guī)律,為通過誘變育種選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆新品種提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
菏豆12為2002年山東省審定大豆品種,由菏澤市農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成,其綜合性狀優(yōu)良,為當(dāng)前山東省區(qū)域(生產(chǎn))試驗(yàn)對(duì)照品種。
1.2 誘變處理方法
2009年利用 60Co γ射線 (劑量率:100 R/min)對(duì)菏豆12風(fēng)干種子進(jìn)行輻照處理,得到M1代;2010年得到M2代,然后從M2代中選擇變異單株,以此類推,2012年得到M4代,2013年得到M5代。
1.3 田間試驗(yàn)
2012年6月23日在濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)種植菏豆12號(hào)M3代,2013年6月25日種植M4代。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次。行長(zhǎng)6 m,行距0.50 m,株距0.15 m。
1.4 表型性狀變異調(diào)查
對(duì)誘變后代的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查,主要包括葉形、葉色、花色、茸毛色、結(jié)莢習(xí)性、生育期、株高、結(jié)莢高度、莖粗、有效分枝、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重和單株粒重等。
1.5 數(shù)據(jù)處理
利用 Microsoft Excel計(jì)算誘變材料各產(chǎn)量相關(guān)性狀的最大值、最小值、平均值和變異系數(shù);利用SPSS 19.0軟件對(duì)誘變材料的各產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析和遺傳距離分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 菏豆12誘變后代的表型性狀突變
通過輻照獲得菏豆12突變株系190余份(包括含有多個(gè)變異的突變株系),其中葉變異23份,莖變異20份,花變異8份,茸毛色變異18份,株高變異24份,結(jié)莢習(xí)性變異10份,分枝數(shù)、分枝長(zhǎng)度及分枝夾角變異36份,種子變異27份,熟期及育性變異24份,且這些變異大部分得到遺傳。該誘變?nèi)后w進(jìn)一步說明輻射誘變后代變異類型廣泛的特點(diǎn)(圖1)。
2.2 菏豆12誘變后代主要農(nóng)藝性狀遺傳變異分析
通過對(duì)菏豆12及其誘變材料M4、M5代產(chǎn)量相關(guān)性狀的平均值(表1)進(jìn)行分析可知,誘變后代的產(chǎn)量相關(guān)性狀平均值都基本和對(duì)照相當(dāng),但其最大值和最小值都出現(xiàn)較大變化。比如,誘變后代中,株高、結(jié)莢高度、有效分枝、單株莢數(shù)等都與菏豆12明顯不同,這就說明人工誘變能夠產(chǎn)生一些新的優(yōu)良品系(結(jié)莢高度增高利于機(jī)收,株高變矮可增加植株抗倒伏能力)。對(duì)菏豆12誘變后代產(chǎn)量相關(guān)性狀的變異程度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),M4代的產(chǎn)量相關(guān)性狀的變異系數(shù)由大到小分別是:?jiǎn)沃昵v數(shù)、單株粒數(shù)、有效分枝、結(jié)莢高度、單株粒重、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、百粒重、株高;M5代產(chǎn)量
相關(guān)性狀的變異系數(shù)由大到小分別是有效分枝、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、結(jié)莢高度、莖粗、株高、主莖節(jié)數(shù)、百粒重。以上結(jié)果表明輻射對(duì)大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀的誘變效應(yīng)存在著較大不同,但M4代與M5代的變異趨勢(shì)基本上一致,單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、有效分枝、單株粒重等性狀變異程度較大,而株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、百粒重等性狀變異程度較低,說明輻射育種可以通過增加有效分枝、單株粒數(shù)等提高產(chǎn)量。
2.3 菏豆12誘變后代農(nóng)藝性狀的簡(jiǎn)單相關(guān)性分析
通過對(duì)誘變材料M4代和M5代群體產(chǎn)量相關(guān)性狀(表2)進(jìn)行相關(guān)性分析,可以看出,就正相關(guān)而言,M4代有9對(duì)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平,有5對(duì)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性達(dá)到顯著水平,占全部的38.9%;M5代有13對(duì)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平,有2對(duì)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性達(dá)到顯著水平,占全部的41.7%,由此可見,M4代和M5代的正相關(guān)關(guān)系基本一致。M4代和M5代的共同點(diǎn)在于:?jiǎn)沃昵v數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重與莖粗、有效分枝都呈極顯著正相關(guān)。這與田間誘變后代選擇中的實(shí)際情況基本一致,我們獲得的單株生產(chǎn)力高的突變植株大多是莖稈粗壯、分枝較多的緊湊株型。單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重與結(jié)莢高度在M4代和M5代都呈負(fù)相關(guān),說明如果結(jié)莢太高可能降低單株生產(chǎn)力,因此在選育高產(chǎn)品種時(shí),應(yīng)該選擇結(jié)莢高度相對(duì)適中的材料。
2.4 基于農(nóng)藝性狀的遺傳距離分析
首先對(duì)M4、M5代材料產(chǎn)量相關(guān)性狀的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后采用歐式距離計(jì)算誘變材料與未輻射處理對(duì)照間的遺傳距離。
表3為M4代誘變材料與菏豆12的遺傳距離,從中看出,與菏豆12遺傳距離最大的誘變材料是33號(hào)(遺傳距離為1.858),其次為37號(hào)、1號(hào)、32號(hào)、55號(hào)、58號(hào)、22號(hào)、13號(hào)、20號(hào)、43號(hào)、16號(hào)、36號(hào),遺傳距離都大于1.5,說明這些突變材料與菏豆12的相似性較小,變異較大;與菏豆12遺傳距離最小的是2號(hào)(遺傳距離為0.549),其次為25號(hào)、50號(hào)、44號(hào)、27號(hào)等,遺傳距離都小于0.8,說明這些誘變后代與菏豆12具有很大相似性,變異幅度較小。
從M5代突變材料與菏豆12的遺傳距離(表4)可以看出,遺傳距離最大的是2號(hào)(遺傳距離為1.976),其次為3號(hào)、6號(hào)、37號(hào)、7號(hào)、55號(hào)、32號(hào)、22號(hào)、13號(hào)、12號(hào)、8號(hào)、17號(hào)、43號(hào)、20號(hào)等,遺傳距離都大于1.5,說明這些材料與菏豆12的相似性較小,變異較大;與菏豆12遺傳距離最小的是25號(hào)(遺傳距離為0.581),其次為48號(hào)、46號(hào)、54號(hào)、38號(hào)等,遺傳距離都小于0.8,說明這些材料與菏豆12相似性較大,變異較小。
對(duì)M4代和M5 代的遺傳距離進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),2號(hào)誘變材料在M4代的遺傳距離最小,但在M5代的遺傳距離最大,這就說明它的農(nóng)藝性狀沒有穩(wěn)定下來,還存在較大分離;13號(hào)、20號(hào)、22號(hào)、32號(hào)、37號(hào)、43號(hào)、55號(hào)等兩世代的遺傳距離基本一致且遺傳距離都大于1.5,說明這些變異可能已經(jīng)基本穩(wěn)定,而且這些材料與菏豆12存在一定變異,因此可以從這些材料中進(jìn)行優(yōu)中選優(yōu)、選育新品種。
3 結(jié)論與討論
誘變育種可以提高突變效率,增加優(yōu)良單株出現(xiàn)的頻率,對(duì)種質(zhì)的改良與創(chuàng)新有重要意義。本試驗(yàn)通過對(duì)菏豆12進(jìn)行輻射,得到大量表型突變,其中包括葉形、花色、茸毛色、熟期、株型等突變,我們從中篩選出一批與產(chǎn)量有關(guān)的突變株系,對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較和多元統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)突變后代主要農(nóng)藝性狀大多發(fā)生了不同程度的分離及變異。另外通過世代選擇,我們得到一些可以穩(wěn)定遺傳且與單株產(chǎn)量相關(guān)性較大的變異,這說明通過輻射誘變可以得到我們想要的目標(biāo)性狀,并從中篩選出優(yōu)良單株。
由于我們得到的優(yōu)良變異都產(chǎn)生于菏豆12輻照后代,其遺傳背景相同,因此各種優(yōu)良變異單株通過再次雜交,后代分離小,純合快,能在較短年限內(nèi)把多個(gè)優(yōu)良性狀聚合到一個(gè)單株中去。
目前國內(nèi)外作物育種者對(duì)品種的選育往往傾向于把多個(gè)優(yōu)良性狀集中到遺傳一致的少數(shù)品種上,這一措施使得少數(shù)優(yōu)良種質(zhì)作為親本常常被重復(fù)利用,使得育成品種遺傳多樣性降低[12]。這在大豆育種中也十分常見,遺傳基礎(chǔ)狹窄造成大量育成品種的抗病耐逆性降低,不能夠應(yīng)對(duì)突如其來的病蟲以及不良環(huán)境的危害,給大豆生產(chǎn)帶來很多潛在危險(xiǎn)。而通過遠(yuǎn)緣雜交培育新品種,后代分離大,育種年限較長(zhǎng)。誘變育種具有常規(guī)雜交育種所不能比擬的特點(diǎn)即周期短、變異范圍大等,通過誘變能夠獲得豐富的大豆變異,并從中篩選出有利的突變基因,進(jìn)而為育種家提供豐富的育種材料。所以在今后育種中,應(yīng)該釆用多種誘變技術(shù),擴(kuò)大誘變后代群體,以此來加大育種的選擇機(jī)會(huì)。
參 考 文 獻(xiàn):
[1] Maluszynski M,Ahloowalia B S,Sigurbjrnsson B.Application of in vivo and in vitro mutation techniques for crop improvement[J]. Euphytica,1995,85(1):303-315.
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2.4 基于農(nóng)藝性狀的遺傳距離分析
首先對(duì)M4、M5代材料產(chǎn)量相關(guān)性狀的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后采用歐式距離計(jì)算誘變材料與未輻射處理對(duì)照間的遺傳距離。
表3為M4代誘變材料與菏豆12的遺傳距離,從中看出,與菏豆12遺傳距離最大的誘變材料是33號(hào)(遺傳距離為1.858),其次為37號(hào)、1號(hào)、32號(hào)、55號(hào)、58號(hào)、22號(hào)、13號(hào)、20號(hào)、43號(hào)、16號(hào)、36號(hào),遺傳距離都大于1.5,說明這些突變材料與菏豆12的相似性較小,變異較大;與菏豆12遺傳距離最小的是2號(hào)(遺傳距離為0.549),其次為25號(hào)、50號(hào)、44號(hào)、27號(hào)等,遺傳距離都小于0.8,說明這些誘變后代與菏豆12具有很大相似性,變異幅度較小。
從M5代突變材料與菏豆12的遺傳距離(表4)可以看出,遺傳距離最大的是2號(hào)(遺傳距離為1.976),其次為3號(hào)、6號(hào)、37號(hào)、7號(hào)、55號(hào)、32號(hào)、22號(hào)、13號(hào)、12號(hào)、8號(hào)、17號(hào)、43號(hào)、20號(hào)等,遺傳距離都大于1.5,說明這些材料與菏豆12的相似性較小,變異較大;與菏豆12遺傳距離最小的是25號(hào)(遺傳距離為0.581),其次為48號(hào)、46號(hào)、54號(hào)、38號(hào)等,遺傳距離都小于0.8,說明這些材料與菏豆12相似性較大,變異較小。
對(duì)M4代和M5 代的遺傳距離進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),2號(hào)誘變材料在M4代的遺傳距離最小,但在M5代的遺傳距離最大,這就說明它的農(nóng)藝性狀沒有穩(wěn)定下來,還存在較大分離;13號(hào)、20號(hào)、22號(hào)、32號(hào)、37號(hào)、43號(hào)、55號(hào)等兩世代的遺傳距離基本一致且遺傳距離都大于1.5,說明這些變異可能已經(jīng)基本穩(wěn)定,而且這些材料與菏豆12存在一定變異,因此可以從這些材料中進(jìn)行優(yōu)中選優(yōu)、選育新品種。
3 結(jié)論與討論
誘變育種可以提高突變效率,增加優(yōu)良單株出現(xiàn)的頻率,對(duì)種質(zhì)的改良與創(chuàng)新有重要意義。本試驗(yàn)通過對(duì)菏豆12進(jìn)行輻射,得到大量表型突變,其中包括葉形、花色、茸毛色、熟期、株型等突變,我們從中篩選出一批與產(chǎn)量有關(guān)的突變株系,對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較和多元統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)突變后代主要農(nóng)藝性狀大多發(fā)生了不同程度的分離及變異。另外通過世代選擇,我們得到一些可以穩(wěn)定遺傳且與單株產(chǎn)量相關(guān)性較大的變異,這說明通過輻射誘變可以得到我們想要的目標(biāo)性狀,并從中篩選出優(yōu)良單株。
由于我們得到的優(yōu)良變異都產(chǎn)生于菏豆12輻照后代,其遺傳背景相同,因此各種優(yōu)良變異單株通過再次雜交,后代分離小,純合快,能在較短年限內(nèi)把多個(gè)優(yōu)良性狀聚合到一個(gè)單株中去。
目前國內(nèi)外作物育種者對(duì)品種的選育往往傾向于把多個(gè)優(yōu)良性狀集中到遺傳一致的少數(shù)品種上,這一措施使得少數(shù)優(yōu)良種質(zhì)作為親本常常被重復(fù)利用,使得育成品種遺傳多樣性降低[12]。這在大豆育種中也十分常見,遺傳基礎(chǔ)狹窄造成大量育成品種的抗病耐逆性降低,不能夠應(yīng)對(duì)突如其來的病蟲以及不良環(huán)境的危害,給大豆生產(chǎn)帶來很多潛在危險(xiǎn)。而通過遠(yuǎn)緣雜交培育新品種,后代分離大,育種年限較長(zhǎng)。誘變育種具有常規(guī)雜交育種所不能比擬的特點(diǎn)即周期短、變異范圍大等,通過誘變能夠獲得豐富的大豆變異,并從中篩選出有利的突變基因,進(jìn)而為育種家提供豐富的育種材料。所以在今后育種中,應(yīng)該釆用多種誘變技術(shù),擴(kuò)大誘變后代群體,以此來加大育種的選擇機(jī)會(huì)。
參 考 文 獻(xiàn):
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[5] 郝再彬,吳東嵐. 矮稈大豆突變體的獲得[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào),2004,18(3):204-206.
[6] 郭泰,劉忠堂,胡喜平,等. 輻射誘變培育高油大豆新品種及其應(yīng)用[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào),2005,19(3):163-167.
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[8] 張秀田,鄭延海,楊秀鳳,等. 利用有性雜交和激光輻射相結(jié)合的方法培育大豆新品種[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2005,19(2):85-87.
[9] 余章清,張富厚,范占標(biāo),等. 鈷60 γ射線對(duì)大豆輻射后代性狀變異的研究及應(yīng)用[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué),1997(1):6-8.
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[11] Shu G Y. Induced plant mutations in the genomics Era[R].FAO,Rome,2009:48-54.
[12] 楊琪. 大豆遺傳基礎(chǔ)拓寬問題[J]. 大豆科學(xué),1993,12(1):75-80. 山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2014,46(11):30~31,38
2.4 基于農(nóng)藝性狀的遺傳距離分析
首先對(duì)M4、M5代材料產(chǎn)量相關(guān)性狀的數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后采用歐式距離計(jì)算誘變材料與未輻射處理對(duì)照間的遺傳距離。
表3為M4代誘變材料與菏豆12的遺傳距離,從中看出,與菏豆12遺傳距離最大的誘變材料是33號(hào)(遺傳距離為1.858),其次為37號(hào)、1號(hào)、32號(hào)、55號(hào)、58號(hào)、22號(hào)、13號(hào)、20號(hào)、43號(hào)、16號(hào)、36號(hào),遺傳距離都大于1.5,說明這些突變材料與菏豆12的相似性較小,變異較大;與菏豆12遺傳距離最小的是2號(hào)(遺傳距離為0.549),其次為25號(hào)、50號(hào)、44號(hào)、27號(hào)等,遺傳距離都小于0.8,說明這些誘變后代與菏豆12具有很大相似性,變異幅度較小。
從M5代突變材料與菏豆12的遺傳距離(表4)可以看出,遺傳距離最大的是2號(hào)(遺傳距離為1.976),其次為3號(hào)、6號(hào)、37號(hào)、7號(hào)、55號(hào)、32號(hào)、22號(hào)、13號(hào)、12號(hào)、8號(hào)、17號(hào)、43號(hào)、20號(hào)等,遺傳距離都大于1.5,說明這些材料與菏豆12的相似性較小,變異較大;與菏豆12遺傳距離最小的是25號(hào)(遺傳距離為0.581),其次為48號(hào)、46號(hào)、54號(hào)、38號(hào)等,遺傳距離都小于0.8,說明這些材料與菏豆12相似性較大,變異較小。
對(duì)M4代和M5 代的遺傳距離進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),2號(hào)誘變材料在M4代的遺傳距離最小,但在M5代的遺傳距離最大,這就說明它的農(nóng)藝性狀沒有穩(wěn)定下來,還存在較大分離;13號(hào)、20號(hào)、22號(hào)、32號(hào)、37號(hào)、43號(hào)、55號(hào)等兩世代的遺傳距離基本一致且遺傳距離都大于1.5,說明這些變異可能已經(jīng)基本穩(wěn)定,而且這些材料與菏豆12存在一定變異,因此可以從這些材料中進(jìn)行優(yōu)中選優(yōu)、選育新品種。
3 結(jié)論與討論
誘變育種可以提高突變效率,增加優(yōu)良單株出現(xiàn)的頻率,對(duì)種質(zhì)的改良與創(chuàng)新有重要意義。本試驗(yàn)通過對(duì)菏豆12進(jìn)行輻射,得到大量表型突變,其中包括葉形、花色、茸毛色、熟期、株型等突變,我們從中篩選出一批與產(chǎn)量有關(guān)的突變株系,對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行比較和多元統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)突變后代主要農(nóng)藝性狀大多發(fā)生了不同程度的分離及變異。另外通過世代選擇,我們得到一些可以穩(wěn)定遺傳且與單株產(chǎn)量相關(guān)性較大的變異,這說明通過輻射誘變可以得到我們想要的目標(biāo)性狀,并從中篩選出優(yōu)良單株。
由于我們得到的優(yōu)良變異都產(chǎn)生于菏豆12輻照后代,其遺傳背景相同,因此各種優(yōu)良變異單株通過再次雜交,后代分離小,純合快,能在較短年限內(nèi)把多個(gè)優(yōu)良性狀聚合到一個(gè)單株中去。
目前國內(nèi)外作物育種者對(duì)品種的選育往往傾向于把多個(gè)優(yōu)良性狀集中到遺傳一致的少數(shù)品種上,這一措施使得少數(shù)優(yōu)良種質(zhì)作為親本常常被重復(fù)利用,使得育成品種遺傳多樣性降低[12]。這在大豆育種中也十分常見,遺傳基礎(chǔ)狹窄造成大量育成品種的抗病耐逆性降低,不能夠應(yīng)對(duì)突如其來的病蟲以及不良環(huán)境的危害,給大豆生產(chǎn)帶來很多潛在危險(xiǎn)。而通過遠(yuǎn)緣雜交培育新品種,后代分離大,育種年限較長(zhǎng)。誘變育種具有常規(guī)雜交育種所不能比擬的特點(diǎn)即周期短、變異范圍大等,通過誘變能夠獲得豐富的大豆變異,并從中篩選出有利的突變基因,進(jìn)而為育種家提供豐富的育種材料。所以在今后育種中,應(yīng)該釆用多種誘變技術(shù),擴(kuò)大誘變后代群體,以此來加大育種的選擇機(jī)會(huì)。
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