許 瑛任 超任杰成劉金香（山西省農業(yè)科學院經濟作物研究所，汾陽 0300；山西農業(yè)大學經貿學院，太谷 03080）

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冬小麥品種長6878氮離子誘變效應及新種質創(chuàng)制

許 瑛1任 超2任杰成1劉金香1
（1山西省農業(yè)科學院經濟作物研究所，汾陽 032200；2山西農業(yè)大學經貿學院，太谷 030801）

摘要：通過對長6878進行氮離子束誘變處理后代的調查分析，初步探索氮離子注入對旱地小麥的誘變效應，以期獲得小麥優(yōu)良變異種質。結果表明：氮離子注入長6878，可誘發(fā)其株高、粒色、穗粒數(shù)等性狀發(fā)生突變，且其后代的變異特性具有穩(wěn)定遺傳性，本試驗獲得的材料可作為小麥育種的優(yōu)異種質資源加以利用。

關鍵詞：冬小麥；氮離子誘變；新種質

小麥是我國主要的糧食作物之一，在全國糧食生產中占有舉足輕重的地位。近年來由于全球氣候變暖，干旱程度越來越嚴重，特別是小麥生長后期，干旱和干熱風頻繁發(fā)生，造成小麥倒伏，影響小麥的灌漿成熟；導致小麥子粒秕瘦、產量低、效益差，使得小麥種植面積日益減少，因而應用各種途徑和方法選育抗旱、高產的小麥新品種新材料，是促進小麥持續(xù)增產最直接有效的措施。

氮離子束注入小麥誘變技術是將氮離子束經高能加速器加速后輻射小麥干種子，使能量和電荷共同作用于小麥，從而誘發(fā)其產生基因突變的一種誘變技術，在作物品種改良上具有獨特的作用。它通過誘發(fā)基因變異，能產生自然界原來沒有或一般常規(guī)方法難以獲得的新類型、新性狀、新基因，能夠打破基因連鎖，提高重組率。據(jù)報道：我國從20世紀80年代開始利用誘變技術，已經成功培育出132個小麥品種[1]。鄭州大學離子誘變育種及生物工程重點實驗室通過對小麥進行離子束輻射，發(fā)現(xiàn)輻射后當代就有較多變異，且有大量的質量性狀變異，并且出現(xiàn)了植株變矮、熟期提早、單株產量提高等優(yōu)良變異，為我國小麥增產和農業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻[2]。本試驗重點研究長6878經氮離子束誘變處理后的小麥變異情況及變異后代遺傳特性的穩(wěn)定性，將對小麥種質資源的創(chuàng)新及新品種選育具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及輻射處理 供試材料是2007年山西省農科院經作所旱地小麥課題組生產的推廣種長6878，試驗從長6878干種子中挑選大小均勻，子粒飽滿、無破損、無霉菌污染的子粒作為試樣，在山西省農科院旱地農業(yè)中心用真空等離子注入機注入N+，注入劑量為：CK（0）、處理1（1．8×1016N+/cm2）、處理2 （2．6×1016N+/cm2）、處理3（3．4×1016N+/cm2）。注入速率為10mA×28kV。

1.2 試驗方法 2007年9月27日，把經各劑量注入的種子及未處理的種子進行播種，播種田為本所旱地小麥試驗田，試驗地肥力與未處理的相同。苗期調查基本苗，成株期調查株高、生育期、最高莖、有效穗數(shù)，收獲后進行室內考種比較穗粒數(shù)、千粒重、畝產量。利用系統(tǒng)選育的方法對每年的后代進行調查觀察記載，選擇性狀向優(yōu)良方面突變且遺傳特性穩(wěn)定的材料[3]。

2 結果與分析

2.1 F1～F3表現(xiàn) 2008年、2009年對當年種植的長6878處理的F1、F2進行觀察，結果穗型、株高等都沒有發(fā)生明顯變化，全部混收；2010-2011年度種植F3，仍然采用系統(tǒng)選育的方法，發(fā)現(xiàn)其株高變化不明顯，單株分蘗數(shù)、成熟期變化都不大，而單株穗粒數(shù)變化較大，穗長增加0．24～0．28mm，單株千粒重增加3．35～5．8g，目測穗較對照明顯增粗。

2.2 F4表現(xiàn) 2011-2012年度，試驗已連續(xù)進行到F4，通過田間調查和考種發(fā)現(xiàn)氮離子束誘變處理對長6878產生了部分突變，見表1。從表1可以看出，處理后的材料其株高顯著降低，變幅為17～21cm，倒2節(jié)明顯降低，比對照降低了30%左右，粒色發(fā)生明顯變化，由紫變白，千粒重變化在-0．8～4．2g之間。

2.3 F5表現(xiàn) 2013-2014年度，將長6878 F5相關材料升入本所試驗品系比較和品系鑒定材料，結果見表2。2014年為雨水充沛年份，對照的株高明顯高出誘變處理材料28～29cm，而3個處理材料的株高并沒有因降雨的增多而變化，與干旱年份的株高一樣，說明株高的遺傳變異穩(wěn)定。從表2發(fā)現(xiàn)，處理3的千粒重比處理1、處理2高2．5～3．4g，比對照高2．8g，而且抗旱、耐干熱風，稈硬，不易倒伏，落黃好，是3個誘變材料中特性最好的一個，為了便于研究將處理3命名為晉汾749。經過對晉汾749品系比較試驗產量進行分析，發(fā)現(xiàn)每667m2折合產量286．5kg，比對照長6878（產量258．2kg）增產10．96%。

2.4 F6表現(xiàn) 2014-2015年度，除了繼續(xù)在本所試驗外，安排晉汾749參加山西省中部晚熟冬麥區(qū)旱地組區(qū)域試驗，在長治、長子、澤州、靈石、高平、隰縣6個點進行試驗，以鑒定晉汾749在山西省不同生態(tài)區(qū)變異特性的遺傳穩(wěn)定性及產量等性狀。6點區(qū)試中晉汾749和長6878株高的均值分別為72．6cm和93．4cm，說明氮離子束誘變處理使長6878植株高度明顯降低，降低幅度為22．3%，且這種變異在不同生態(tài)區(qū)具有遺傳穩(wěn)定性。表3是在山西省6個區(qū)試點晉汾749和對照長6878各性狀的均值比較，從中得知：晉汾749在穗長、基本苗、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)等方面與長6878變化不明顯，有效分蘗比對照增加7．84%，穗粒數(shù)比對照增加1．82%，但千粒重減少13．39%，產量減少6．39%。

表1 2011-2012年度長6878誘變處理變異性狀調查

表2 2013-2014年度長6878誘變處理變異性狀調查

表3 2014-2015年晉汾749變異性狀調查

3 討論與結論

通過連續(xù)幾年的觀察我們認為：晉汾749無論在豐水年份還是干旱年份，株高的變幅大體在60～72cm，甚至在水地澆4水的情況下，株高也不會超過72cm。這在山西省經作所的小麥育種歷史上從來沒有，以前育成的旱地小麥品種如晉麥5、17、38、39、40、44號在當?shù)刂旮?0cm左右，而種植到長治、延安等地株高會達到120～140cm，晉汾749的株高不會有大的變化，這是該品系一個創(chuàng)新突破，作為種質資源利用有較高的利用價值。

王衛(wèi)東等[4]對離子注入對小麥當代形態(tài)生理影響的初步研究表明，離子束注入對麥苗生長有明顯的抑制作用，而且苗期表現(xiàn)和表皮細胞損傷程度是相對應的，本試驗結果也基本符合，這也是導致本品系減產的原因之一。劉錄祥等[5]利用Li+3離子束注入誘變，已獲得穩(wěn)定遺傳的密穗矮稈冬小麥突變系B025、優(yōu)質春小麥突變系99033等多個材料和品系，與本試驗氮離子束誘變處理對長6878小麥產生的變異效果基本一致。我們對晉汾749進行的轉基因測試中，檢測出GAG56D和Wx012基因，這2種基因屬于小麥過敏原基因，這方面有待繼續(xù)探討研究?？梢钥隙ǖ氖峭ㄟ^氮離子束誘變確實改變了長6878品種的個別基因序列，導致發(fā)生了性狀的改變。

從上面的分析看出，氮離子束誘變育種是一種切實可行的育種方法，通過誘變處理可引起株高、粒色等一系列變異，最顯著的是獲得了矮稈植株，且經過連續(xù)幾代驗證，這種變異具有遺傳穩(wěn)定性，可作為小麥育種的矮稈種質資源，用于小麥新品種的選育。而有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等性狀之間關系復雜，不能單靠某一性狀的選擇來獲得最高產量，各性狀之間的相互聯(lián)系和相互影響，有待進一步探討研究。

參考文獻

[1]韓云麗，陳喜明，高克昌，等．氮離子注入小扁豆的誘變效應．山西農業(yè)科學，2013，41（7）：665-667

[2]趙國麗，尹守恒，陳建華，等．茄子離子束誘變育種研究初報．中國果菜，2011（10）：48-49

[3]任杰成，許瑛．氮離子束誘變創(chuàng)制冬小麥新種質研究初報．山西農業(yè)科學，2013，41（7）：658-659，671

[4]王衛(wèi)東，聞捷，蘇明杰，等．低能離子注入后小麥苗期損傷效應研究．華北農學報，2005，20（2）：80-83

[5]劉錄祥，程俊源．植物誘變育種新技術研究進展．核農學通報，1997（4）：187-190

收稿日期：（2015-12-24）

通信作者：任杰成

基金項目：山西省科技廳農業(yè)攻關項目（20130311001-1）；山西省農科院育種工程項目（L11Y2gc001）