60Co γ射线诱变甘蓝型油菜品种中双11号M1效应研究

张文英，王凯华

60Coγ射线诱变甘蓝型油菜品种中双11号M1效应研究

用3种不同剂量60Co γ射线(800Gy、1000Gy和1200Gy)处理甘蓝型油菜(Brassicanapus)基因组测序亲本中双11号的成熟种子，测定了辐射处理种子的发芽率、成苗率、株高、千粒重等M1代农艺性状。结果表明，种子的发芽率随辐射剂量的增加而降低，高剂量辐照处理对M1代株高等株型性状造成严重抑制，M1代千粒重有所增大，单株产量显著降低；1200Gy已达到中双11号的辐照处理致死剂量。

γ射线；诱变；甘蓝型油菜(Brassicanapus)；M1代；农艺性状

有价值的突变体对于作物科学研究意义重大，突变体库是开展功能基因组研究、基因定位与克隆的重要材料。对于拟南芥[1-2]、水稻[3-5]等已完成基因组测序、转化体系十分成熟的物种而言，突变体的构建成为后基因组时代的一项基础性工作并已获得突破性进展。甘蓝型油菜(Brassicanapus)是世界第二大油料作物，在进化上一般认为是由白菜(A基因组)和甘蓝(C基因组)杂交后进化而来。白菜基因组测序工作已于2009年10月由我国主持完成精细图，并于近期报道[6]。由我国组织开展的甘蓝、甘蓝型油菜全基因组测序框架图也于2009年10月完成，其中，甘蓝型油菜选用中国农科院油料作物研究所选育的中双11号作为测序材料。中双11号是一个集高含油量、高抗倒伏、强抗裂角、抗菌核病于一体的高产双低优质油菜品种。因此，对该材料进行诱变，进而构建突变体库对油菜改良及遗传研究十分必要。

对于甘蓝型油菜而言，植株个体大、生长周期较长、基因型间转化体系差异很大、冬性材料需要春化处理，使得遗传转化可操作程度远不如水稻、拟南芥，开展大规模T-DNA插入突变体库构建尚处于起步阶段[7-8]。因此，采用物理的、化学的方法诱变仍是目前获得油菜突变体的重要途径。γ射线辐照是油菜诱变最普遍采用的方式[9-14]。孙加炎等[15]利用γ射线结合EMS处理甘蓝型油菜高油605的成熟种子，获得由152个性状发生变异的突变体组成的突变体库。

本研究选用优良甘蓝型油莱品种、测序亲本中双11号，利用3种不同剂量60Co γ射线对其进行辐照处理，与对照(未辐照处理)相比较，着重分析甘蓝型油菜辐射M1代一些重要农艺性状的变异表现，为进一步构建基于该测序亲本的突变体库构建奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试油菜品种中双11号由中国农业科学院油料研究所提供，基本性状为：全生育期平均233.5d，平均株高153.4cm，一次有效分枝平均8.0个，抗裂角、抗倒伏，平均单株有效角果数357.60个，每角粒数20.20粒，千粒重4.66g左右，种子黑色，圆形。

1.2 诱变处理

参照陈光尧等[14]的方法，于2010年9月在湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所进行60Co γ射线辐照处理，采用800Gy、1000Gy和1200Gy 3种剂量分别处理10000粒中双11号油菜种子，剂量率为1.5Gy/min。

1.3 性状观测

将辐照处理以及对照种子在光照培养箱做发芽试验，调查发芽率及幼苗的生长状况。同时，辐照处理种子连同对照于2010年10月播种于长江大学农学院实验实习农场，随机区组试验设计，3次重复，每小区播种3000粒，株行距0.2m。调查出苗情况，记录成株率、变异类型及特征，成熟期调查株高、株型、叶面积等性状。

2 结果与分析

2.1 不同辐照剂量处理油菜种子室内出苗性状差异

表1 中双11号γ射线辐照处理种子室内出苗性状差异

注：同列数据后小写字母a、b等表示5%水平差异显著性，大写字母A、B等表示组间1%水平差异显著性。表2、表3同。

从表1可以看出，诱变种子的发芽率随辐照剂量的增加而降低，其中1200Gy处理后的种子发芽率与未经处理的种子(CK)发芽率差异达到极显著水平，800Gy和1000Gy的剂量处理后的种子发芽率与CK差异显著，而800Gy和1000Gy 2种剂量处理之间差异不显著。

不同剂量γ射线辐照处理种子后，幼苗指标也有不同差异。由表1可知，幼苗的鲜重无明显变化；而在幼苗生长相同的时间后，1200Gy处理的幼苗高度比CK明显降低，差异达极显著水平，1000Gy和800Gy处理种子的幼苗高度与CK差异显著，3种辐照处理间的幼苗高度无差异。对于幼苗的主根长度，3种剂量γ射线处理种子的幼苗与CK差异极显著， 1200Gy与800Gy处理间幼苗根长差异显著。

2.2 不同辐照剂量处理油菜田间试验出苗率、成苗率

图1 不同γ射线辐照处理中双11号田间出苗率、成苗率

田间播种后，调查种子出苗率与成苗率。由图1可知，辐射处理后种子的出苗率均明显降低，经过辐照各处理与对照CK的差异均达极显著，其中800Gy处理种子的出苗率最低为36.7%，CK的出苗率为87.4%，后者是前者的2.4倍左右，说明高剂量γ射线辐照处理严重抑制了中双11号的田间出苗。

在幼苗生长至5叶期时调查不同处理的成苗率。从图1可知，不同剂量处理间及各处理与CK间的差异均达极显著。其中1200Gy剂量处理成苗率仅0.17%，而CK的成苗率达98.83%。说明高剂量60Co γ射线辐照处理中双11号种子的后续效应严重影响了幼苗的生长。

2.3 不同辐照剂量处理油菜幼苗叶面积差异

在幼苗生长至7叶期，调查不同处理单株叶面积。由表2结果可知，辐照剂量越大，植株的叶面积越小。在植株生长至7叶期时，1200Gy剂量处理绝大部分植株死亡，极少数存活的植株生长也极其瘦弱、矮小，叶片扭曲变形。CK、800Gy及1000Gy剂量处理的植株叶面积分别为69.96cm2、39.24cm2和20.8cm2，种子处理后植株叶面积与CK差异极显著，800Gy和1000Gy处理之间差异显著。说明随着辐照剂量的增加，光合器官的生长受到的抑制作用加剧。

表2 不同剂量γ射线辐照处理油菜单株叶面积差异

2.4 不同辐照剂量处理油菜农艺性状变异

图2 不同剂量γ射线辐照处理油菜株高、分枝部位、主花序长变异

结荚期调查各辐照处理植株的田间农艺性状，对其进行方差分析，图2为株高、分枝部位及主花序长度柱形图。由图2可知，随着辐照剂量的增大，株高、分枝部位及主花序长均显著降低，如对照的平均株高为164.5cm，是1000Gy处理株高78cm的2.1倍，是800Gy处理的1.5倍。1000Gy处理与对照、处理间的差异均达极显著。说明γ射线辐照处理当代对中双11号生长的影响延续到整个生育期。

由表3结果可知，产量相关的几个农艺性状，处理后除千粒重外均比对照明显的降低，差异均为极显著，一次分枝数、千粒重及单株产量在1000Gy和800Gy处理间无差异，而主花序角果数及角粒数在1000Gy和800Gy处理间差异显著；全株角果数和角果长2种不同剂量的诱变处理间差异均达到极显著水平。

表3 产量相关性状差异比较

3 讨论

随着拟南芥、水稻、大豆等作物基因组计划的完成及玉米、豌豆等基因组计划的开展，植物功能基因组的研究日益受到重视并迅速发展。突变体的获得为基因克隆及功能分析提供了极为重要的材料，也为种质创新和新品种选育提供了有价值的基础材料。利用理化诱变可以构建理想的油菜突变群体，为油菜功能基因组学的研究以及品种遗传改良提供试验材料。本研究选用甘蓝型油菜基因组测序亲本中双11作为辐射诱变材料，如能获得一批有益的突变体，可为油菜的分子遗传学研究、基因功能分析和种质资源创新提供有价值的材料。

丰富的种质资源是植物遗传育种和基因功能研究的重要基础。辐射诱变是获得大量遗传突变体简单有效方法之一。虽然诱发的突变具有不确定性，使其在育种应用中受到一定的限制，但其操作简单，处理量大，成本低等优点也使得其在育种工作中有着相当的应用[6-7]。

从本研究的结果看，辐射诱变引起中双11号的变异，在不同的生长时期均有所表现，并最终反映在产量、株型等农艺性状上。辐照处理后，800Gy和1000Gy 2种不同剂量处理后种子的M1千粒重相比对照均有所增加，但其他产量相关农艺性状均显著低于对照，并最终导致单株产量的严重降低；而株型相关的几个性状，株高、分枝部位等都显著低于对照，说明可能获得千粒重大或株型紧凑的突变体。具体结果有待M2代鉴定及后续鉴定。

在研究中发现，随着诱变剂量的增加种子的发芽率及成苗率均显著降低。当诱变剂量为1200Gy时，5叶期调查成苗率仅为0.17%，当幼苗生长至7叶期时，1200Gy处理种子的幼苗几乎全部死亡，说明1200Gy已达到中双11号诱变处理的致死剂量。李浩杰等[6]研究结果也显示，不同的材料诱变的致死剂量不同，并且所选用的部分国内材料在诱变剂量为1200Gy时，成苗率可达56.2%，而对于德国材料则是致死剂量。有研究表明，油菜品种对辐射的抗性除与材料本身的抗性大小有关，还与其含油量有一定的相关性。

理想的株型、叶型及粒型是获得高产的基础。株高低、茎秆粗、叶挺直、角果多、角粒多、籽粒大等都是油菜高产的前提条件，是油菜高产育种中可以利用的优良性状。本研究所选用的油菜品种中双11具有高产、产油量高、抗病性和抗倒性强等特点，基于优良性状，通过诱变选择具有更多特殊性状的基础材料，可为甘蓝型油菜遗传育种工作提供基础。

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S565.04.035.2

A

1673-1409(2012)05-S004-04

2012-04-12

湖北省教育厅优秀中青年人才项目(Q20101318)。

张文英(1972-)，男，湖北天门人，博士，副教授，研究方向为作物分子育种及数量遗传学。

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.05.002