辐射诱变技术在花卉育种中的研究与应用

包建忠 李风童 孙叶 刘春贵 袁媛 马辉 陈秀兰

摘 要 结合江苏里下河地区农业科学研究所在花卉辐射诱变育种工作中的实践，探索60Co-γ射线对花卉辐照后代出苗率、株高、叶片、花期和花朵等性状的影响，提出了花卉辐射育种研究与应用的要点。

关键词 60Co-γ射线;花卉;辐照育种

中图分类号：S68 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.14.093

近年来，花卉业以其高投入、高产出、高效益的特色，成为国家重要的新兴产业。随着人们生活水平的提高，花卉的需求量不断增加，人们逐渐认识到花卉不仅具有观赏价值，还会带来可观的经济效益，目前全国已有20多个省份将花卉作为重点产业或支柱产业。但随着各地花卉品种趋同、价格竞争激烈、能耗高、缺乏自主品种权等一系列问题的出现，花卉产业的利润有所下降。因此，通过多种育种手段创造出更多新、奇、异、罕的品种，满足人们生活消费和花卉市场发展的需求显得尤为重要[1]。

利用60Co-γ射线进行辐射诱变是获得新遗传资源、选育新品种以及解决各种特殊问题的有效途径，具有诱发基因突变、促进遗传基因重组、提高突变频率、创造新类型、有效改良现有品种的某些个别性状以及缩短育种年限等优点。据统计，在国际原子能机构已注册的所有3 281个突变品种中，有1 636个品种是通过γ射线辐射育成的，其中23%的突变品种属于花卉作物和观赏植物，涵盖了蔷薇属（Rosa）、菊属（Chrysanthemum）、百合属（Lilium）、木槿属（Hibiscus）、秋海棠属（Begonia）、六出花属（Alstroemeria）、鸢尾属（Iris）、美人蕉属（Canna）、补血草属（Limonium）等屬的370个主要观赏物种[2]。

江苏里下河地区农业科学研究所从2001年开始开展各种花卉的辐射诱变选育新品种研究，先后主持、承担江苏省、扬州市花卉研究项目42项，在观赏荷花、向日葵、牡丹、芍药、月季、君子兰、中国兰、鸢尾和花菖蒲等花卉方面开展了杂交、辐射诱变新种质选育与快繁技术研究，目前已选育优良新品种20个，其中通过辐射诱变选育获省级鉴定的新品种3个，获中国花卉协会评比二等奖的新品种2个，获国家发明专利授权2个，出版专著3部，发表研究论文20余篇，制定地方生产技术规程5个，在花卉辐射诱变育种研究过程中积累了很多经验，并取得了较高社会和经济效益。

1 花卉辐射诱变技术

1.1 花卉辐照诱变育种流程

首先设计辐照试验方案，之后联系辐照单位确定花卉材料辐照处理时间、选择照射材料（种子或植株等），并按辐照要求进行包装，根据辐照源剂量分布选择合适的放置位置，确认辐照剂量、剂量率和辐照时间，辐照后进行播种或栽植，观察记载相关性状、统计数据分析，筛选优异变异，突变体通过无性繁殖或组织培养进行性状稳定，组织区域试验并种苗快繁，申请品种鉴定或国际登录，新品种示范推广。

1.2 辐射源

60Co-γ源和铯137（137Cs）源是我国辐射育种应用的主要诱变源。江苏里下河地区农业科学研究所主要在扬州辐照中心和江苏省农科院瑞迪生科技有限公司辐射源室进行。

1.3 照射材料

照射材料的正确选择是辐射育种成功的基础。在选用辐照材料时首先应选用性状好的品种，照射材料主要有种子、植株或营养器官、花粉和离体培养材料等。

1.3.1 种子

种子是辐射育种中使用最普通的照射材料，射线处理种子具有处理量大、便于运输、操作简单等优点。由于种胚具有多细胞的结构，辐照后会产生嵌合体，用杂交种子作为照射材料能提高有益突变率和扩大变异谱。辐射用种子可采用干种子、湿种子和萌动种子[3]。种子处理后应及时播种，否则会因贮藏时间长而降低辐射效应。此外，个别品种如荷花，种子播种前必须先利用砂轮机进行破口、浸种催芽。

1.3.2 植株或块茎、鳞茎、球茎等营养器官

植株或块茎、鳞茎、球茎等营养器官是无性繁殖园艺植物辐射育种常见的材料，与照射花粉和种子相比具有周期短、效率高等优势。选用植株必须组织充实、生长健壮、芽眼饱满，此类植株照射后易成活。照射植株时用铅块防护基部（生根部位），以利于植株成活。辐照后植株或根茎及时上盆，与对照一样进行正常管理。

1.3.3 花粉

辐射花粉最大的优点是很少产生嵌合体，经辐射处理的花粉一旦发生突变，与卵细胞或精细胞结合所产生的植株即是异质结合体，便于获得好的变异材料。照射花粉时，先将花粉收集于容器中进行辐照，或采集带花序的枝条于始花时照射，处理过的花粉再进行授粉。

1.3.4 离体培养材料

采用分生组织、愈伤组织、单细胞、原生质体及单倍体等离体培养材料进行辐射处理，可以减少甚至避免嵌合体的形成。

1.4 适宜剂量及剂量率的选择

在辐射育种中，选用适宜的剂量和剂量率是提高诱变效率的重要因素。在一定范围内增加剂量可提高突变率和突变谱，但超过一定范围后再增加剂量，就会降低成活率和增加不利突变率。一般照射种子或植株，最好的剂量选择在临界剂量附近或半致死剂量，选择适宜剂量应根据“活、变、优”三原则灵活掌握：活是指后代有一定的成活率;变是指在成活个体中有较大的变异效应;优是指产生的变异中有较多的有利突变[4]。确定诱变剂量时，应先在参考有关文献的基础上进行预备实验。具体花卉品种材料处理的剂量和剂量率见表1。

2 花卉辐射诱变技术研究结果

2.1 筛选相关花卉的辐照适宜剂量

辐射诱变具有一定的随机性，辐射剂量影响突变的频率，适宜的剂量能引起性状变异。

2.2 花卉辐射后代的性状变异规律

1）辐射对种子发芽、出苗的影响：辐照剂量越大，对种子发芽率、出苗率和成苗率影响越大，大剂量使种子发芽、出苗受阻，甚至死亡。

2）辐照对植株生长抑制作用明显。植株辐照后，大多数生长点或老叶叶尖枯死，新叶生长趋缓，叶片出现扭曲、畸形、旋转、叶艺（黄化、条纹和斑点）（图1～3）、叶片叶序出现变异等。例如春兰“雪山”辐射后产生的叶艺变异，经叶片组织超微结构观察发现，辐射诱变产生的叶艺突变体的叶肉细胞和叶绿体超微结构和自然突变形成叶艺兰的叶肉细胞和叶绿体超微结构相似。诱变苗经ISSR遗传变异分析，突变体与对照苗谱带两者有差异（图4），由此推测，诱变苗是由基因突变引起的，变异性状从理论上能够稳定遗传[5-6]。

3）辐射对花卉花期有一定影响：辐照能延迟荷花花期10～15 d，中国兰10～15 d，月季5～10 d，君子兰5～10 d，牡丹10 d，芍药1～5 d，花菖蒲5～10 d[7-8]。

4）辐射能诱发花朵产生双头或多头现象，如荷花出现并蒂莲（图5、图6），观赏向日葵出现双头和多头（图7），但这些变异难以稳定[9]。

5）在花色变异中，月季粉红色花易产生变异，深红、黄色品种次之，白色花未发现变异现象;荷花红色系和复色系品种较易发生变异;向日葵复色系品种易产生变异，橘黄对淡黄色呈显性;君子兰杏黄色花可变异为深红色花，橙黄色花变异为棕黄色花[10-12]。

6）辐照使荷花花瓣易发生变形、皱折，有的花瓣由单瓣变为复瓣;瓣型有异形，花径有大小变异;雌蕊数目有较大幅度下降，部分品种雌蕊不育;花朵香味没有发现明显变异[13-15]。

2.3 利用辐射诱变技术育成花卉新品种

江苏里下河地区农业科学研究所利用辐射诱变技术选育新品种5个，筛选优良新种质16个。其中，通过省级鉴定品种3个，2个品种获全国荷花展二等獎。鉴定新品种见表2。

3 讨论

1）利用60Coγ射线对观赏花卉进行辐射，使之产生基因突变，扩大变异谱，创造出新、奇、特的变异新类型，是选育具有观赏价值花卉新品种的有效手段。但辐射诱变育种不是万能的，必须与其他育种方法相结合，而且一般辐射选取的材料较少，群体数量不大，试验范围不广，这多少影响了突变的范围和频率，而且筛选的优良单株需要长期的性状稳定观察。

2）辐射诱变具有很大的随机性，辐射剂量直接影响花卉突变的效率。剂量越高，引起性状变异的数量越多，变异率也越高。选择适宜的辐照剂量尤为重要。

3）植株辐照后易产生损伤，小苗出苗速度不一，突变幼苗需要特别加强管理，防止中途死苗，对发现的突变现象要仔细观察，成苗后要结合各自花卉的生长习性，严格控制肥、水条件，加强病虫害防治。

4）诱变育种所需的γ辐照装置以前大多是源强活度较小的辐照装置，但小型辐照装置设备老旧，安全系数低，目前已逐步被淘汰并关闭，而现在使用的大都是源强活度大的辐照装置，辐照剂量和剂量率很难控制，剂量准确性较差。

5）辐射选育新品种的最终目地是使科研成果迅速转化，产生较好的社会和经济效益。而有了好的品种，就必须不断完善花卉产业链，有一个好的商业模式进行推广、复制。

参考文献：

[1] 李倩中，李惠芬.我国花卉育种途径及进展[J].安徽农业科学，2002，30（5）：797-789.

[2] Iaea. Mutant variety search[DB/OL]. （2018-07-06）[2020-04-05]. https：//mvd.iaea.org/#！Search.

[3] 顾光炜，董家伦.农业应用核技术[M].北京：原子能出版社，1992.

[4] 景士西.园艺植物育种学总论[M].北京：中国农业出版社，2006.

[5] 李风童，包建忠，孙叶，等.Embryo development and corresponding factors affecting in vitro germination of the Cymbidium faberi × C. sinense hybrid seeds[J]，Archives of Biological Sciences，2016，68（3）：541-550.

[6] 孙叶，包建忠，李风童，等.60Coγ射线辐照对春兰“雪山”的诱变效应[J].分子植物育种，2016，14（10）：2762-2768.

[7] 包建忠，孙叶，刘春贵，等.兰辐照诱变新种质选育研究初报[J].江苏农业科学，2010，38（6）：269-270.

[8] 包建忠，刘春贵，孙叶，等.芍药辐射诱变新种质选育技术研究初报[J].江苏农业科学，2013，41（2）：162-163.

[9] 包建忠，刘春贵，孙叶，等.观赏向日葵辐射诱变育种研究初报[J].江苏农业科学，2006，34（4）：73-74.

[10] 包建忠，李风童，孙叶，等.60Co-γ射线辐照大花君子兰种子对其萌发特性及其开花性状的影响[J].核农学报，2013，27（11）：1681-1685.

[11] 包建忠，陈秀兰，孙叶，等.电离辐射对君子兰生物学性状影响研究[J].江西农业学报，2010，22（9）：60-61.

[12] 陈秀兰，孙叶，包建忠，等.君子兰辐射诱变育种研究初报[J].江苏农业科学，2006，34（6）：226-228.

[13] 包建忠，刘春贵，孙叶，等.观赏荷花杂交与辐射诱变研究[J].江苏农业科学，2007，35（6）：145-147.

[14] 陈秀兰，包建忠，刘春贵，等.观赏荷花辐射诱变育种初报[J].核农学报，2004，18（3）：201-203，1-4

[15] 刘春贵，包建忠，陈秀兰，等.60Co-γ射线辐射诱变荷花莲子新品种选育研究[J].现代园林，2016，13（6）：446-449.

（责任编辑：赵中正）