重離子束（C）輻照誘變東北粳稻后代變異的初步研究

李景鵬 余麗霞楊福*

（1中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所，長春130012；2中國科學院近代物理研究所，蘭州730000；第一作者：lijingpeng＠iga．ac．cn；*通訊作者：yangfu＠iga．ac．cn）

高能重離子束輻照作為一種新的誘變技術，開辟了一條有效的農作物種質創(chuàng)新和品種改良新的誘變育種途徑。由于高能重離子束具有能量高、傳能線密度大、輻射穿透能量強等特點，而且處理后的生物突變體突變率高、穩(wěn)定快[1－4]，利用該技術已經成功培育出具有高產、穩(wěn)產、適應性廣、品質優(yōu)良的小麥及甜高粱等作物新品種，并得到了大面積的推廣應用[5－6]。但重離子束在東北粳稻育種領域的應用還是空白。2013年開始中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所與中國科學院蘭州近代物理研究所緊密合作，優(yōu)勢互補，利用國家大型重離子加速器平臺，開展了重離子束（C）輻照東北粳稻的誘變育種工作。目前，已獲得大量后代突變體材料，變異類型豐富，優(yōu)良性狀多，為創(chuàng)制優(yōu)異東北粳稻新種質及培育優(yōu)質、高產、抗病新品種打下了堅實的基礎?，F就近年來在重離子束（C）輻照誘變東北粳稻的工作進展做一小結。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 輻照品種

水稻品種通禾899，由吉林省通化市農業(yè)科學研究院選育而成，已通過吉林省和國家農作物品種審定，在吉林省為晚熟品種，綜合性狀優(yōu)良，具有品質優(yōu)、產量高、抗稻瘟病性強等特點，2015－2017年先后被推薦為吉林省和農業(yè)部主導水稻品種，應用前景十分廣闊。

1.1.2 試驗設計

2013年利用中國科學院近代物理研究所蘭州重離子加速器國家實驗室的大科學裝置，對125粒通禾899種子進行重離子束（C）輻照處理，劑量為200 Gy，照射部位為種子胚部。以不輻照為對照（CK）。處理后的種子（M1代）及各世代材料（M1～M5）均種植于中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所長春綜合農業(yè)生態(tài)試驗站水稻育種基地。

1.1.3 測定項目與方法

M1代生育期間記載出苗期，調查出苗率、存活率、結實率。M2～M5代生育期間記載抽穗期、記錄田間長勢長相，成熟期對突變體植株進行單株收獲并考種。

2 結果與分析

2.1 M1代

2013年將200 Gy重離子束（C）輻照過的125粒種子進行播種育苗，得成活苗23棵，成活率18.4%，當年全部單本插秧成M1。秋季，23株全部表現為半不育，平均結實率5.2%，所有株系混收。

2.2 M2代

2014年將M1全部單本種植成M2代（1400株），同時種植對照品種通禾899。M2代出現突變植株，按變異性狀如抽穗期、株高、穗型、粒型、芒的有無等選拔了78份變異單株（見表1），突變頻率5.7%。秋季參照對照將所有變異植株整株收獲、編號保存并考種?？挤N結果如下。

2.3 M3代

2015年將上年M2中所選的78個變異株按編號種植成M3株系，同時種植對照通禾899。M3代出現基本穩(wěn)定株系56份，分離株系22份。秋季，參照對照按性狀如生育期、株高、穗型、粒型、芒的有無等選拔了289份單株。

表1 2014年重離子束輻照M2代突變體考種結果

續(xù)表1

表2 2016年重離子輻照誘變穩(wěn)定材料考種結果

表3 2017年重離子束輻照誘變東北粳稻突變體庫778份材料考種結果

2.4 M4代

2016年種植M4代材料289份，其中203份材料基本穩(wěn)定，86份材料還存在不同程度的分離，秋后從分離群體中選575個分離單株。同時，將基本穩(wěn)定的203份材料分別在稻瘟病發(fā)生嚴重的吉林省蛟河和梅河口進行田間自然誘發(fā)鑒定，其中123份材料表現中抗（MR）以上。203份穩(wěn)定材料中生育期縮短材料為175份，出現穗粒數350粒以上材料12份，千粒重30 g以上材料15份，分蘗極強（單株分蘗58個以上）材料3份。穗型可分為直立型、半直立型、彎曲穗型，粒型可分為圓型、橢圓型、長粒型、稍長粒型。

2.5 M5代

2017年種植M5代材料778份，其中567份材料已經穩(wěn)定，211份材料仍在分離或瘋狂分離。567份穩(wěn)定材料類型豐富，優(yōu)良性狀多。如在生育期、穗型、粒型、粒重、株高、穗長、抗稻瘟病性、稻米品質等方面出現了極其豐富的變異類型。同時分別在稻瘟病發(fā)生嚴重的吉林省蛟河和梅河口進行自然誘發(fā)鑒定，其中365份材料表現中抗（MR）以上，這些新創(chuàng)制的東北粳稻種質為培育水稻新品種打下了堅實的物質基礎。

3 結論與討論

高能重離子束因在其穿透物質的徑跡上產生很強的局部電離，與傳統(tǒng)的γ、X射線相比，會誘導更嚴重的輻射生物效應[7－8]，并能誘發(fā)基因組當代可遺傳變異，具有較高的突變率，在生物品種改良方面具有突出優(yōu)勢[9－15]。本研究結果經高能離子束輻照的東北粳稻品種通禾899在M2代產生的突變體為78株，突變率5.7%，比傳統(tǒng)的 γ、X 射線誘變的突變率（3.3%）[16]高 2.4個百分點，而且突變體的類型豐富。經過M3～M5代的連續(xù)種植和選擇，后代突變體群體越來越大，大部分突變材料均已穩(wěn)定，少量后代材料綜合性狀優(yōu)良，生育期比對照通禾899明顯提前，已提交吉林省水稻新品種聯(lián)合區(qū)域試驗。但還有近30%的材料存在分離或瘋狂分離，在M5代還在分離的材料絕大部分均表現為長粒型，千粒重偏低，外觀品質好。另外，一般傳統(tǒng)γ、X射線誘變在M2代種植的群體要求在10 000株以上，才能有概率選擇出目標性狀突變體。而本研究只種植1 400株左右的M2群體就能很好的選擇出較多的目標突變體，不要求M2代群體太大，大大地節(jié)省了后代材料選拔的人力和物力，提高了誘變育種的工作效率。