60Co—γ射线对木薯成熟种茎的诱变效应

谢向誉等

摘 要：试验探索了木薯辐射诱变的生物学效应和变异特点，为木薯育种提供技术方法。以‘新选048和‘华南2052个木薯品种的成熟种茎为材料，用0～90 Gy 4个不同剂量的60Co-γ射线（剂量率为1 Gy/min）进行辐照处理，分析其辐射后的性状表现。结果表明：在90 Gy辐射剂量内，辐射剂量的增加抑制木薯种茎腋芽的伸长和叶片发生，但促进多腋芽的萌发，同时辐射剂量的增加提高了变异芽数和致死率；用60Co-γ射线诱变木薯成熟种茎有明显效果，其适宜诱变剂量为90 Gy，诱变处理获得了一批突变嵌合体植株和1株田间表现纯合的变异株，60Co-γ射线辐射诱变成熟种茎为木薯育种提供了一条有效的途径。

关键词：木薯；60Co-γ；诱变效应

中图分类号：S533 文献标志码：A 论文编号：2014-0142

Abstract： It aimed to explore the mutagenic effects of 60Co-γ on cassava （Manihot esculenta）， so as to establish one breeding method for cassava. Taken the mature stakes of cassava cultivars （‘Xinxuan 048 and ‘SC 205） as explants， which were treated with various doses of 60Co-γ. The mutagenic effects were conducted and analyzed. The result showed that， within the dose of 90 Gy， the increase of radiation dose promoted the axillary buds sprouting， improved the variability， and inhibited the growth of shoot. Mutagenesis using 60Co-γ had significant effects on cassava. The appropriate dose was 90 Gy； and a batch of chimeras plantlets and one homozygous mutant were identified in the breeding field. The mutagenesis using 60Co-γ provided one effective way for cassava breeding.

Key words： Cassava； 60Co-γ； Mutagenic Effects

0 引言

木薯（Manihot esculenta）是大戟科（Euphorbiaceae）木薯属（Manihot）植物，耐旱抗贫瘠，广泛种植于非洲、美洲和亚洲等100余个国家或地区，是三大薯类作物之一，热区第三大粮食作物，全球第六大粮食作物，被誉为“淀粉之王”，是世界近6亿人赖以生存的粮食。木薯用途广泛，可食用、饲用和加工成各种工业产品，如淀粉、酒精等[1]。2010年10月15日，国务院办公厅出台了《关于促进我国热带作物产业发展的意见》，将木薯排在中国热带作物第2位，仅次于橡胶，木薯也被列入广西十大农业特色优势产业之一。木薯良种化是木薯产业发展的保障，但目前木薯栽培品种存在许多问题，如单产低、出粉率低等。因此，如何加快木薯优良品种的选育是木薯产业发展急需解决的重要问题之一。木薯作为典型的营养繁殖植物，其遗传背景高度杂合，传统育种选育品种困难，而辐射诱变育种则为木薯种质创新研究提供了有效的技术手段。采用60Co-γ射线诱变植株具有突变率高、稳定性好、育种周期短等优点，是目前应用最多的辐射源[2]。因此，本研究开展了60Co-γ射线对木薯茎段诱变效应的研究。到目前为止，木薯诱变育种研究在国外已有一系列报道[3]。Nwachuk等[4]以种茎（10 cm左右长）为外植体，利用γ射线对尼日利亚3个主栽品种，即‘TMS30572、‘NR8817和‘NR84111进行辐射诱变，获得了一批氢化物、干物质和淀粉含量差异表现的突变株系，其中14个株系表现较低的氢化物含量，22个株系表现较高的干物质含量。Asare等[5]以种茎（10 cm左右长）为外植体，利用γ射线对IITA来源的几个材料进行辐射诱变，通过对M1V3和M1V4代材料进行鉴定筛选，获得了保持高产和高抗病特性，且薯块加工性能得到提高的突变株系。Ahiabu等[6]以种茎（10 cm左右长）和组培苗茎尖为外植体，利用γ射线对加纳品种‘Bosom nsia进行辐射诱变，获得了ACMV抗性的突变株系。Lee等[7]以体细胞胚子叶和体细胞胚为外植体，利用γ射线进行了木薯诱变育种研究，得出体细胞胚子叶和体细胞胚诱变半致死浓度分别是20 Gy和10 Gy。Owoseni等[8]以组培苗去叶含2节茎段为外植体，利用γ射线进行了木薯诱变育种研究，通过测定组培苗生长高度、生长节数等，得出适宜诱变处理浓度为12～25 Gy。Joseph等[9]以不同时期体细胞胚以及子叶切片为外植体，利用γ射线进行诱变研究，研究结果表明，球形体细胞胚是最适合的外植体，并获得了一系列在植株表型及块根特性方面差异表现的突变株系。Sanchez等[10]利用γ射线诱变种子，通过M1和M2代鉴定筛选获得一批突变株系，其中一个突变株系淀粉颗粒小、直链淀粉含量高，在食品工业和木薯淀粉降解上有重要应用价值。然而，国内木薯诱导育种研究鲜有报道。陆柳英等[11]以组培苗带芽茎段为材料，利用EMS对木薯品种‘SC8和‘SC124进行化学诱变，初步建立了以带芽茎段为外植体的EMS诱变方法。罗兴录等[12]探讨了60Co-γ射线对木薯主要农艺性状的影响，说明采用60Co-γ射线不同剂量辐射是木薯获得突变体的有效途径。笔者用不同剂量60Co-γ射线辐射处理2个木薯品种成熟种茎，调查其对木薯芽、叶等表型的影响，为木薯辐射诱变育种研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料及处理方法

试验于2013年3-11月进行，试验材料为‘新选048和‘华南2052个在广西推广面积较大的木薯品种。

选取健康成熟的木薯茎杆，在南宁辐照中心进行60Co-γ射线辐照处理，每个品种4个剂量处理（0、30、60、90 Gy），剂量率为1 Gy/min。辐照后将其切割成20 cm左右的茎段。每个处理设3次重复，每个重复60个茎段。

1.2 茎段的种植与管理

采用直插的方式把辐射处理茎段和对照茎段材料（未经辐照处理的种茎）种植于肥力均匀大田中（直插茎段的入土深度为5 cm），并对其进行统一的常规田间管理。

1.3 农艺性状调查与测定

材料种植后，在2013年4、5、6月采用传统观测法调查对照和辐射茎段的总芽数、最长芽长、最长芽叶数、变异芽数等指标性状，观察突变材料生长势、叶片形态及颜色变化等性状。

总芽数为种茎所萌发腋芽的总数，最长芽长为最长腋芽的长度，最长芽叶数为最长的腋芽所生长的叶片数，变异芽数为具有变异叶片的腋芽数。

试验数据采用Excel 2003和SAS 8.1软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 诱变种茎种植1个月后的生长情况

从表1可以看出，诱变种茎种植1个月后，总芽数随着辐射剂量的增加呈递增趋势，‘华南205品种在90 Gy处理条件下，种茎诱导产生的腋芽数显著高于对照处理，而最长芽长和最长芽叶数则表现为递减的趋势，高浓度辐照处理条件下，诱导的腋芽短而多。‘华南205和‘新选0482个品种，总芽数最多的是90 Gy处理，分别为3.6和3.1个；最少的是0 Gy（对照）处理，分别为2.7和2.4个。而最长芽长和最长芽叶数却表现不同趋势，对照处理的最长芽长和最长芽数的值最大，90 Gy处理的最长芽长和最长芽数的值最小。可见，在0～90 Gy 60Co-γ射线范围内，辐射剂量的增加可促进多腋芽的萌发，而对腋芽的长度和叶数则有抑制作用。

2.2 诱变种茎种植2个月后的生长情况

从表2可以看出，诱变种茎种植2个月后，总芽数、最长芽长、最长芽叶数的总体表现趋势与第1个月的相似，但是处理之间的总芽数、最长芽长、最长芽叶数的差异表现较第1个月小，2个品种变异芽数随辐照剂量的增加而递增，且差异均达到显著水平。‘华南205和‘新选0482个品种，在90 Gy处理条件下变异芽数最多，对照变异芽数最少。与对照叶片相比，2个品种辐照后叶片变异明显，如出现叶片扭曲、叶缘裂齿状、叶片萎缩、花叶，且叶脉淡化、叶柄及枝条颜色出现变淡或变深等表型变异（图1）。

2.3 诱变种茎种植3个月后的生长情况

由表3可见，诱变种茎种植3个月后，总芽数、最长芽长、最长芽叶数的总体变化趋势与第2个月的相似，变异芽数呈递增的趋势。‘华南205不同处理中，处理60 Gy的变异芽数最多，0 Gy的最少；而‘新选048不同处理中，90 Gy处理条件下变异芽数最多，而对照处理的变异芽数最少。‘华南205在90 Gy处理下变异芽数较60 Gy条件下小。另外‘华南205与‘新选048在90 Gy辐射条件下，一些萌发芽在生长后期逐渐死亡，且‘新选048与‘华南205两个品种对60Co-γ敏感性不同，在90 Gy辐射条件下2个品种的致死率分别为13.7%和1.7%，表明‘新选048对60Co-γ的耐性较‘华南205大。

2.4 突变株系的鉴定筛选

辐照处理的种茎经过3个月的生长，部分种茎基部呈现变异叶的茎段逐渐恢复生长，上部新叶不表现变异，且多数变异茎段表现为嵌合性状，部分新叶表现变异，部分新叶不表现变异；在90 Gy辐射条件下，在‘新选048突变株系中获得了1株表型突变纯系，其整株叶片表现出相同变异特点，如叶片宽大、相同的卷曲或裂叶状。

3 结论

本研究结果表明，60Co-γ射线诱变木薯成熟种茎具有明显效果，其适宜诱变剂量为90 Gy，诱变处理获得了一批突变嵌合体植株和1株田间表现纯合的变异株，这表明60Co-γ射线辐射诱变成熟种茎可以为木薯育种提供一条有效的途径。

4 讨论

辐射诱变育种首先要确定适宜的辐射剂量，才能获得有效的诱变。Ahiabu等[6]采用60Co-γ射线辐射木薯种茎，结果表明，25～35 Gy为较适宜的诱变剂量。而本研究发现，‘华南205和‘新选048适宜的辐射剂量为90 Gy。一般来讲，采用半致死剂量（LD50）诱变处理受体材料，可以最大可能地获得有效突变体。本试验中‘华南205与‘新选048的辐射致死率分别为13.7%和1.7%，它们的辐射致死率还未达20%，因此今后需要进一步筛选出各品种更适宜的诱变剂量。另外，本研究采用30、60、90 Gy剂量辐射‘华南205和‘新选048，均获得了大量表型突变材料，但是绝大部分突变茎段生长几个月后基本恢复了正常，仅在90 Gy处理下获得了1株田间表现纯合变异的株系。Saif等[13]对诱变材料进行RAPD分析，结果表明，大部分植株辐射诱变后恢复了正常生长，这与本试验研究结果一致。

辐射诱变产生的突变体多以嵌合体的形式存在。关于嵌合体形成的机理，目前的研究结果不尽相同，一般认为嵌合体是由于植物顶端分生组织细胞分裂过程中体细胞发生突变形成的[14]。由于辐射诱变突变具有单细胞突变的特点，所以突变细胞在分裂增殖过程中会发生彼此之间的竞争，通常突变细胞被大量淘汰，这一过程被称为“二倍体选择”；对于无性繁殖植物而言，大部分嵌合体伴随着“二倍体选择”或个体衰老等生物学过程而减少或消失[15]。而组织培养技术可以克服“二倍体选择”，提高细胞突变显现几率[16]。就无性繁殖作物而言，嵌合体分离通常采用2种方式：组织连续切割分离法和叶片不定芽再生技术[17]。对于本试验表现嵌合性状的突变体，下一步将结合组织培养、多次连续截枝等方法对嵌合体进行分离。另外，今后将结合分子标记技术对获得的突变纯系材料进一步鉴定筛选，为突变性状鉴定和突变性状相关功能基因的挖掘奠定基础。

参考文献

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