我国牧草及草坪草辐射诱变育种研究进展

王晓龙，李 红，杨伟光，杨 曌，柴 华

（黑龙江省畜牧研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

我国辐射诱变育种研究开始于20世纪50年代后期，探索方向是以γ射线和中子处理为主，以便得到有经济价值的突变体。到20世纪60年代，辐射诱变技术在植物育种中显现出其独特的作用，诱变育种的方法也趋于成熟；到20世纪70年代，诱变品种迅速增加，辐射诱变育种目标重点向抗病育种和品质育种方面发展。到20世纪80年代，辐射诱变育种逐步与常规育种方法、现代杂种优势育种和现代生物技术结合，成为一种综合性很强的育种技术。我国牧草育种起步较晚，种质资源匮乏，迫切需要具有优良农艺性状的种质材料。通过诱变育种技术能诱发大量有利用价值的突变基因，产生一般常规方法难以获得的牧草新类型、性状和基因，为牧草育种提供宝贵的材料。到2008年，我国利用诱变育种技术已育成了796个突变品种[1]。在牧草和草坪草方面，诱变育种起步相对较晚，仅做了一些初步研究，例如对不同牧草及草坪草种子和幼苗进行辐射，探索不同牧草和草坪草的最适辐射剂量等[2]。

1 g射线辐射诱变育种

诱变育种是人为利用物理和化学因素诱发植物产生遗传性变异，而后根据育种目标，经人工选择、鉴定和选育等工作得到有价值新类型的育种方法。诱变剂是能够诱导植物发生突变的因素，一般分为化学诱变剂和物理诱变剂。物理诱变育种是用具有辐射能的物质对植物进行处理，以诱导有利变异来培育新品种的方法，因而又称辐射诱变育种。g射线是植物辐射育种中最常用的射线源，具有能量高、穿透力强等特点。g射线通过辐射能量使生物体内分子产生电离和激发，形成许多活跃的自由基团或自由原子，相互反应，并与其周围大分子核酸和蛋白质反应，使生物体分子结构发生改变，从而产生可遗传性的变异。目前γ源应用最为广泛，也有采用γ作为射线源。γ源的特点是半衰期长，能量比γ射线小[3]。研究表明，不同种类的牧草对g射线的敏感性差异较大。

2 辐射诱变在牧草和草坪草中的应用研究

2.1 辐射诱变在牧草中的应用

徐国忠等利用γ射线照射决明属牧草种子发现，5个品种辐射后代在遗传上均有变异[4]。康玉凡等用γ射线照射苜蓿干种子，以确定苜蓿适宜辐射剂量，研究苜蓿对辐射的敏感性，结果发现，不同苜蓿对辐射敏感性差异显著（P＜0.05）；照射剂量与苜蓿种子的活力指数、幼苗存活率、根长、株高、青草产量呈负相关[5]。研究显示，紫花苜蓿子叶外植体的辐射敏感性高于下胚轴，4～6 kR是苜蓿离体诱变处理的最佳照射量；16 kR对子叶愈伤组织的形成和生长有完全抑制作用。有研究认为γ射线对苜蓿M1代植株生长有抑制作用。不同苜蓿品种的苗高、株高、幼苗存活率和鲜草产量随照射剂量的增加呈现降低趋势。段雪梅等用快中子不同剂量辐射巫溪红三叶种子，探索其对种子发芽率、芽长、根长、株高和出苗率的影响，结果显示，辐射剂量与芽长呈正相关，与发芽率和根长呈负相关；低辐射剂量对红三叶发芽率有抑制作用，但可促进根芽生长；高辐射剂量（＞38.634 Gy）对红三叶种子萌发、株高、出苗率和根茎生长均有抑制作用；14.432 Gy辐射剂量可促进巫溪红三叶种子萌发和幼苗生长[6]。支中生等用γ射线对4种不同来源的苏丹草干种子进行照射处理，探讨不同苏丹草最适辐射剂量，结果发现，不同品种间对辐射敏感性不同，苏丹草种子平均根长、活力指数和发芽指数均随辐射剂量增加呈下降趋势[7]。黄慧德等用γ射线照射柱花草种子并进行盆栽试验，结果显示，经过辐射处理后的柱花草种子发芽率在品种间存在极显著差异（P＜0.01）[8]。

2.2 辐射诱变在草坪草中的应用

张彦芹等用γ射线对高羊茅爱瑞3号干种子和分化苗进行照射处理，结果发现，随照射剂量增加高羊茅的出苗率和植株存活率均降低，分化苗最适诱变剂量为20～25 Gy，干种子最适诱变剂量为100～150 Gy，辐射当代材料植株形态性状发生了变异；γ射线辐射可得到叶片变小、变细的高羊茅突变体；利用RAPD（随机PCR扩增）分析，结果显示高羊茅突变体在DNA水平上发生了变异[9]。费永俊等用60Co射线对高羊茅猎狗5号种子进行辐射处理，结果表明，辐射母代与未辐射母代高羊茅相比，叶宽显著下降（P＜0.05），叶厚显著增加（P＜0.05），千粒重下降，叶色没有改变，叶长、株高、分蘖数、成坪密度、穗粒数极显著下降（P＜0.01）；辐射子代高羊茅生长速度在拔节期下降最快；对照子代性状表现与辐射材料子代相比，产生了变异[10]。王月华等用γ射线对3个高羊茅品种干种子进行辐射处理，观察辐射对高羊茅种子发芽的影响，测定高羊茅种子萌发过程中的活性，结果显示，辐射剂量为50 Gy时，对高羊茅种子萌发有一定促进作用，随着辐射剂量的加大，对高羊茅种子萌发有抑制作用；150 Gy为高羊茅的适宜辐射诱变剂量；而PPO、SOD和POD酶的活性均随辐射剂量的增加呈现先升高后降低趋势[11]。吴关庭等用低剂量射线处理高羊茅成熟种子可促进其愈伤形成，因此，可通过辐照高羊茅成熟种子作为提升其组培效率的一种辅助手段[12]。

王文恩等研究发现，低剂量辐射可促进狗牙根干种子萌发，随辐射剂量的增加，发芽率降低；主根生长和幼苗高度的临界辐射剂量分别为300和250 Gy，初步确定450 Gy为狗牙根干种子的半致死辐射剂量[13]。郭爱桂等对不同种源的国产狗牙根匍匐茎进行辐射处理，结果发现，9000 rads为狗牙根匍匐茎的半致死剂量；高剂量处理使狗牙根叶片缩短21.8%～52.1%，节间缩短6.1%～26.5%；低剂量处理对不同种源狗牙根产生反应不同。说明对狗牙根进行高剂量辐射处理在数量性状上能够产生较稳定的变异[14]。李培英等用γ射线对新农1号狗牙根种子与匍匐茎进行辐射处理，结果表明，308.6 Gy为新农1号狗牙根干种子诱变辐射半致 死剂量，60.7 Gy为匍匐茎的诱变辐射半致死剂量；146.1 Gy辐射剂量可促进新农1号狗牙根干种子萌发，随着辐射剂量增加，对种子萌发有抑制作用。经辐射处理后的匍匐茎，新农1号狗牙根的叶色变深，节间长和叶长变短，可获得优良变异品种[15]。郭海林等利用γ射线辐射诱变处理狗牙根的匍匐茎和根状茎，结果表明，诱变使狗牙根既可产生良性变异，也可产生劣性变异[16]。王文恩等用γ射线对野牛草干种子进行辐射处理，并对其发芽情况和幼苗性状进行观测，结果发现，100 Gy辐射剂量可促进野牛草干种子萌发；试验初步确定100～150 Gy为促进野牛草种子萌发的适宜辐射剂量[17]。王月华等用γ射线对草地早熟禾干种子进行辐射处理，以探讨不同辐射剂量对草地早熟禾种子萌发及种子萌发过程中的SOD和POD酶活性的影响，结果发现，低剂量辐射对草地早熟禾种子的萌发有促进作用，高剂量辐射有抑制作用，且抑制作用随辐射剂量的增大而加强；在不同剂量的辐射下，SOD和POD酶的活性均呈现先升高后降低趋势[18]。王文恩等用不同剂量γ射线对日本结缕草干种子进行辐射处理，结果显示，低辐射剂量可促进日本结缕草干种子萌发，随辐射剂量的增加，发芽率降低；250 Gy为田间出苗率的临界辐射剂量，＜临界剂量时，田间出苗率随辐射剂量的增大而增加，＞临界剂量时，田间出苗率随辐射剂量的加大而降低；不同辐射剂量处理的结缕草干种子发芽后幼苗和根系的生长存在显著性差异（P＜0.05）；初步确定480 Gy为日本结缕草干种子的半致死辐射剂量[19]。

3 前景与展望

实践证明，培育产量高、品质好、抗逆性强的优良牧草新品种是提高牧草高产和优质的有效方法。与常规育种相比，诱变育种具有育种时间短、创造新、变异多等优点，是培育牧草新品种的有效手段。经过多年的探索，利用牧草诱变育种技术培育出了大量新品种，目前利用诱变育种技术育成了紫花苜蓿、沙打旺、小冠花等牧草新品种，获得了许多具有优良性状的突变材料，为我国牧草发展做出了巨大贡献。珍贵的种质材料，应广泛收集、整理和保存，与此同时还要做好评价和鉴定工作，以拓宽其应用和利用领域，筛选出不同用途的植物。从目前的研究状况看，诱变育种存在的问题较多，主要是变异的方向和性质尚难控制，有益突变频率仍然较低。因此探索定向诱变途径、提高诱变效率以及迅速鉴定和筛选突变体是当前研究的重要课题，利用辐射诱变育种技术继续加强在牧草及草坪草方面的应用研究，通过辐射诱变培育出更多优异的牧草及草坪草新品种。

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