香稻兩用核不育系瓊香—1S空間誘變效應分析

摘要：為了改變香稻兩用核不育系瓊香-1S不抗白葉枯病的缺點，通過搭載返回式衛星將瓊香-1S種子送入太空，在多種特殊綜合因素作用下誘發突變。調查SP0、SP1、SP2、SP3和SP4代的主要農藝性狀；利用不同SSR引物進行分子水平檢測，檢測到11份太空誘變后代（SP4代）與留地原種瓊香-1S的DNA擴增條帶存在差別，說明香稻兩用核不育系瓊香-1S發生了變異。并對瓊香-1S及其變異后代（SP4代）進行白葉枯病抗性鑒定，篩選出免疫、高抗、抗白葉枯病的不育材料，對于更好地選育優質抗病水稻新組合具有較大實際生產意義。

關鍵詞：香稻；核不育系；瓊香-1S；空間誘變；白葉枯病；鑒定

中圖分類號：S511；S335.2+9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）01-0022-03

面對日益嚴峻的人口、資源、環境等問題，亟待探尋新的對策和措施。實踐證明，培育優良品種促進農業增產是最經濟有效的措施[1]。空間誘變是利用返回式衛星將農作物種子送入太空，在空間微重力、強輻射、高真空和弱地磁場等特殊綜合因素的作用下引起后代產生形態、生理生化、產量、育性等特征特性的遺傳變異。空間誘變誘發變異頻率高、變異譜寬、穩定快、育種周期短、易獲得罕見變異類型，可以從中選育出優良品種（系）、具有特異性狀的育種材料以及核不育系，近年來已發展成為一種育種新途徑[2-4]。

瓊香-1S是海南省農業科學院水稻研究所利用國外優質旱稻資源的一株結實率低的變異株， 經多年定向選擇育成的旱稻光溫敏核不育系，2004年6月通過海南省科技廳組織的省級技術鑒定，12月通過海南省農作物品種審定委員會審定，其不育性穩定，組配組合優質性狀遺傳力強，異交結實率高，具茉莉花香味。育性受光照、溫度共同控制，屬光溫互作型，以光照為主，光照長度對溫度有遮蓋作用，是一種新的兩用核不育材料類型[5]。但生育期較長，不抗白葉枯病，為了解決這些不足，本研究將瓊香-1S種子通過返回式衛星搭載進行空間誘變，希望獲得抗白葉枯病且穩定的不育系材料。

1 材料與方法

1.1 材料

香稻兩用核不育系瓊香-1S。

1.2 處理方法

取瓊香-1S種子30 g搭載返回式科學與技術試驗衛星進行空間誘變處理，30 g未作處理種子作為對照。衛星于2008年10月15日17時10分在酒泉衛星發射中心由長征二號丙運載火箭發射升空，經過17 d軌道運行，于11月2日10時20分在四川省回收著陸。

1.3 田間種植與觀察

空間搭載種子當代（SP0）和對照種子于2008年冬在海南省三亞市種植，同時考察發芽率和出苗率。成活單株移栽至大田，觀察株高、抽穗期、株型、葉型等農藝性狀，成熟后單株收種，用作第一代（SP1）種植用種。2009年冬季在三亞市種植SP1代255份，2010年早季成熟后單株收種，獲得10份變異材料，于2010年晚季在海南省澄邁縣海南農業科學院糧食作物研究所基地種植這10個株系的SP2代，共500株材料，同期種植留地面的對照種子。2010年冬保存稻蔸，2011年早季移栽大田種植SP3代，共13個變異株系650株材料；晚季種植SP4代，共2個變異株系（白色柱頭和褐色柱頭）200株材料。從SP1代起各變異世代按株行種植，篩選育性、生育期、抗白葉枯病等變異單株。

1.4 瓊香-1S空間誘變后代SP4代的DNA水平檢測

SP4代變異株和對照葉片DNA提取利用CTAB法[6]。引物根據McCouch等[7]發表的序列，由北京博彩生物公司合成，試驗參照王豐等[8]使用引物以及根據能否清晰擴增出DNA條帶進行初步篩選，選用分布在第2和第10染色體上的2對SSR引物。PCR反應體系25 μL：模板DNA（濃度約10 ng/μL） 2.5 μL，Mixture（0.1 U/μL Taq酶、Buffer、Mg2+、dNTP的混合液）12.5 μL，上下游引物（濃度約20 μmol/mL）各1 μL，ddH2O 8 μL。反應程序：94 ℃ 預變性5 min；94 ℃ 變性1 min，55 ℃ 退火1 min，72 ℃延伸 1 min，35個循環；72 ℃ 延伸10 min。

1.5 空間誘變后代白葉枯病抗性試驗

選擇致病性強的菲律賓P6菌群，按照韓龍植等[9]“水稻種質資源描述規范和數據標準方法”培養菌株，從SP4代種植材料中選出變異株，共16份材料，并隨機選取10株對照材料，人工剪葉接種鑒定，待病情發展穩定后（約接種14～21 d）進行觀察。

2 結果與分析

2.1 瓊香-1S空間誘變后代的田間表現

瓊香-1S SP0代種子發芽率和出苗率及株高、抽穗期、株型、葉型、結實率等方面均與對照無明顯差異；SP1代出現了株高、粒形、有芒、早熟、晚熟等10個變異單株；SP2代中，長粒和寬粒性狀回復突變，但又新增了其他變異，其中有5個單株出現黃色小柱頭，7個單株柱頭為白色，另1個單株柱頭黃、白色皆有，且為大柱頭；SP3代大部分性狀均已穩定遺傳，但柱頭大小和顏色還在繼續分離，新分離出了白色柱頭和褐色大柱頭2種變異類型（表1）。

2.2 瓊香-1S空間誘變后代SP4代的DNA水平檢測結果

利用不同SSR引物對瓊香-1S空間誘變后代SP4代材料與對照進行PCR擴增，以檢測二者分子水平的差異。檢測結果（圖1）表明留地原種瓊香-1S與SP4代16份材料間DNA擴增條帶存在差別，說明瓊香-1S發生了空間變異。利用引物RM138所擴增的產物中，有2份材料擴增出對照不具有的DNA片段（圖1a），說明這2份材料的DNA水平發生變異。利用引物RM526所擴增的產物中，有8份材料擴增出與對照位置不同的DNA片段，說明這些材料的DNA片段可能發生了少數堿基的插入與缺失突變；還有2份材料沒有擴增出DNA片段，說明這2份材料的DNA可能發生了堿基突變或較大片段的缺失（圖1b）。

2.3 瓊香-1S空間誘變后代SP4代白葉枯病抗性試驗

白葉枯病調查參考“水稻白葉枯病病情記載和抗性評價標準”[9]，結果見表2。由表2可知，10株瓊香-1S對照中，中抗3株，感5株，高感2株；16株空間誘變后代中，免疫1株，高抗3株，抗5株，中抗6株。空間誘變后代中，免疫與高抗白葉枯病的樣品占鑒定樣本數的25%，說明空間誘變后代白葉枯病抗性增強，并且獲得了免疫和高抗材料。16株SP4代中，有4株在分子水平上沒有檢測到變異，分別為1株高抗、1株抗病、2株中抗白葉枯病的樣品，其余在分子水平上均檢測到變異。

3 討論

3.1 空間誘變表型變異的特點

楊利平等[10]研究表明，空間飛行雖然利用高真空、微重力和強輻射等空間條件進行植物誘變，但其經過處理植物種子發育成的SP1代植株常常會出現嵌合體和隱性突變，需經過1～2代的性狀分離才可使隱性突變顯現出來。李源祥等[11]研究表明，SP1代主要性狀與對照差異不明顯，SP2代群體單株間主要農藝性狀出現了廣泛分離，變異幅度大、變幅極差大、變異系數大、變異頻率高；各種性狀變異均向有利和不利方向突變；單株間出現一些有利的特殊突變體，有的出現了生理性變異，在后代不能保存下來，有的產生遺傳性變異，可穩定地遺傳下去。

本研究結果表明，瓊香-1S種子經返回式衛星搭載后，SP0代種子發芽率和出苗率、株高、抽穗期、株型、葉型、結實率方面均與對照基本無差異，SP1代出現了一些株高、粒形、有芒、長穗、早熟、晚熟等變異株，SP2代出現柱頭顏色、大小，花藥大小變異株；SP3代還有少量性狀分離，如柱頭顏色、大小等，但SP4代基本穩定。這與上述研究結果類似。

3.2 空間誘變后代DNA水平變異

本研究中，和對照原始留地種子相比，既擴增出對照不具有的DNA片段，也擴增出與對照位置有差別的DNA片段，還可以擴增不出相應DNA片段。這也可以說明空間誘變變異的廣泛性，跟表型變異的結果相一致。DNA水平上的變異是表型變異的內在原因之一。人們通常認為空間誘變與物理化學因素誘變僅產生少數堿基位點的點突變不同。李永輝[12]研究利用SSR標記擴增產物的帶型記錄結果均是以分子量增減和條帶數增加為主，是否空間誘變使水稻染色體上的DNA發生了重復或缺失等結構性變化，還有待進一步通過對擴增片段的DNA序列測定進行驗證。

3.3 空間誘變后代的利用

選擇合適的搭載材料是選育出新品種的關鍵之一。國家高技術航天領域專家委員會空間科學及應用專家于1998年2月在廣州制定的《農作物空間誘變育種規范》中第一項對搭載材料的要求第1條為：根據育種目標選用綜合性狀優良，但1～2個性狀有明顯缺陷的地方主栽品種、新推廣品種、準備推出的優良品系、雜交組合親本或低世代雜種（F1）作為搭載材料。香稻瓊香-1S是一種新的兩用核不育材料類型，但感白葉枯病，影響進一步應用。因此本研究中經過連續選擇獲得的免疫、高抗、抗白葉枯病且穩定的不育系材料，對于更好地選育優質抗病水稻新組合具有實際生產意義。

參考文獻：

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