李景鵬 余麗霞楊福*

（1中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長(zhǎng)春130012；2中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所，蘭州730000；第一作者：lijingpeng＠iga．a(chǎn)c．cn；*通訊作者：yangfu＠iga．a(chǎn)c．cn）

高能重離子束輻照作為一種新的誘變技術(shù)，開(kāi)辟了一條有效的農(nóng)作物種質(zhì)創(chuàng)新和品種改良新的誘變育種途徑。由于高能重離子束具有能量高、傳能線密度大、輻射穿透能量強(qiáng)等特點(diǎn)，而且處理后的生物突變體突變率高、穩(wěn)定快[1－4]，利用該技術(shù)已經(jīng)成功培育出具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣、品質(zhì)優(yōu)良的小麥及甜高粱等作物新品種，并得到了大面積的推廣應(yīng)用[5－6]。但重離子束在東北粳稻育種領(lǐng)域的應(yīng)用還是空白。2013年開(kāi)始中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所與中國(guó)科學(xué)院蘭州近代物理研究所緊密合作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，利用國(guó)家大型重離子加速器平臺(tái)，開(kāi)展了重離子束（C）輻照東北粳稻的誘變育種工作。目前，已獲得大量后代突變體材料，變異類型豐富，優(yōu)良性狀多，為創(chuàng)制優(yōu)異東北粳稻新種質(zhì)及培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病新品種打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)就近年來(lái)在重離子束（C）輻照誘變東北粳稻的工作進(jìn)展做一小結(jié)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 輻照品種

水稻品種通禾899，由吉林省通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育而成，已通過(guò)吉林省和國(guó)家農(nóng)作物品種審定，在吉林省為晚熟品種，綜合性狀優(yōu)良，具有品質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量高、抗稻瘟病性強(qiáng)等特點(diǎn)，2015－2017年先后被推薦為吉林省和農(nóng)業(yè)部主導(dǎo)水稻品種，應(yīng)用前景十分廣闊。

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2013年利用中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的大科學(xué)裝置，對(duì)125粒通禾899種子進(jìn)行重離子束（C）輻照處理，劑量為200 Gy，照射部位為種子胚部。以不輻照為對(duì)照（CK）。處理后的種子（M1代）及各世代材料（M1～M5）均種植于中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所長(zhǎng)春綜合農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站水稻育種基地。

1.1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

M1代生育期間記載出苗期，調(diào)查出苗率、存活率、結(jié)實(shí)率。M2～M5代生育期間記載抽穗期、記錄田間長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相，成熟期對(duì)突變體植株進(jìn)行單株收獲并考種。

2 結(jié)果與分析

2.1 M1代

2013年將200 Gy重離子束（C）輻照過(guò)的125粒種子進(jìn)行播種育苗，得成活苗23棵，成活率18.4%，當(dāng)年全部單本插秧成M1。秋季，23株全部表現(xiàn)為半不育，平均結(jié)實(shí)率5.2%，所有株系混收。

2.2 M2代

2014年將M1全部單本種植成M2代（1400株），同時(shí)種植對(duì)照品種通禾899。M2代出現(xiàn)突變植株，按變異性狀如抽穗期、株高、穗型、粒型、芒的有無(wú)等選拔了78份變異單株（見(jiàn)表1），突變頻率5.7%。秋季參照對(duì)照將所有變異植株整株收獲、編號(hào)保存并考種?？挤N結(jié)果如下。

2.3 M3代

2015年將上年M2中所選的78個(gè)變異株按編號(hào)種植成M3株系，同時(shí)種植對(duì)照通禾899。M3代出現(xiàn)基本穩(wěn)定株系56份，分離株系22份。秋季，參照對(duì)照按性狀如生育期、株高、穗型、粒型、芒的有無(wú)等選拔了289份單株。

表1 2014年重離子束輻照M2代突變體考種結(jié)果

續(xù)表1

表2 2016年重離子輻照誘變穩(wěn)定材料考種結(jié)果

表3 2017年重離子束輻照誘變東北粳稻突變體庫(kù)778份材料考種結(jié)果

2.4 M4代

2016年種植M4代材料289份，其中203份材料基本穩(wěn)定，86份材料還存在不同程度的分離，秋后從分離群體中選575個(gè)分離單株。同時(shí)，將基本穩(wěn)定的203份材料分別在稻瘟病發(fā)生嚴(yán)重的吉林省蛟河和梅河口進(jìn)行田間自然誘發(fā)鑒定，其中123份材料表現(xiàn)中抗（MR）以上。203份穩(wěn)定材料中生育期縮短材料為175份，出現(xiàn)穗粒數(shù)350粒以上材料12份，千粒重30 g以上材料15份，分蘗極強(qiáng)（單株分蘗58個(gè)以上）材料3份。穗型可分為直立型、半直立型、彎曲穗型，粒型可分為圓型、橢圓型、長(zhǎng)粒型、稍長(zhǎng)粒型。

2.5 M5代

2017年種植M5代材料778份，其中567份材料已經(jīng)穩(wěn)定，211份材料仍在分離或瘋狂分離。567份穩(wěn)定材料類型豐富，優(yōu)良性狀多。如在生育期、穗型、粒型、粒重、株高、穗長(zhǎng)、抗稻瘟病性、稻米品質(zhì)等方面出現(xiàn)了極其豐富的變異類型。同時(shí)分別在稻瘟病發(fā)生嚴(yán)重的吉林省蛟河和梅河口進(jìn)行自然誘發(fā)鑒定，其中365份材料表現(xiàn)中抗（MR）以上，這些新創(chuàng)制的東北粳稻種質(zhì)為培育水稻新品種打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 結(jié)論與討論

高能重離子束因在其穿透物質(zhì)的徑跡上產(chǎn)生很強(qiáng)的局部電離，與傳統(tǒng)的γ、X射線相比，會(huì)誘導(dǎo)更嚴(yán)重的輻射生物效應(yīng)[7－8]，并能誘發(fā)基因組當(dāng)代可遺傳變異，具有較高的突變率，在生物品種改良方面具有突出優(yōu)勢(shì)[9－15]。本研究結(jié)果經(jīng)高能離子束輻照的東北粳稻品種通禾899在M2代產(chǎn)生的突變體為78株，突變率5.7%，比傳統(tǒng)的 γ、X 射線誘變的突變率（3.3%）[16]高 2.4個(gè)百分點(diǎn)，而且突變體的類型豐富。經(jīng)過(guò)M3～M5代的連續(xù)種植和選擇，后代突變體群體越來(lái)越大，大部分突變材料均已穩(wěn)定，少量后代材料綜合性狀優(yōu)良，生育期比對(duì)照通禾899明顯提前，已提交吉林省水稻新品種聯(lián)合區(qū)域試驗(yàn)。但還有近30%的材料存在分離或瘋狂分離，在M5代還在分離的材料絕大部分均表現(xiàn)為長(zhǎng)粒型，千粒重偏低，外觀品質(zhì)好。另外，一般傳統(tǒng)γ、X射線誘變?cè)贛2代種植的群體要求在10 000株以上，才能有概率選擇出目標(biāo)性狀突變體。而本研究只種植1 400株左右的M2群體就能很好的選擇出較多的目標(biāo)突變體，不要求M2代群體太大，大大地節(jié)省了后代材料選拔的人力和物力，提高了誘變育種的工作效率。