利用輻射誘變技術創制甘薯新種質

2021-01-18 23:34:38揭琴陶春來張恭崔紹玉石穎劉洋周健東杜德玉

農學學報 2021年8期

揭琴陶春來張恭崔紹玉石穎劉洋周健東杜德玉

摘要：本研究旨在通過甘薯輻射誘變技術獲得甘薯有益突變體，豐富甘薯種質資源。本實驗以甘薯主栽品種‘商薯19’為試材，用60Coγ射線對其胚性懸浮細胞進行輻照處理，輻照劑量為80 Gy，輻照6周后，將存活下來的細胞團轉入含有1.0 mg/LABA的MS固體培養基上誘導分化，再轉入MS培養基獲得完整植株138株。通過對輻照后代的頂葉色、葉脈色、頂葉形、葉形、頂端茸毛、薯形、烘干率、可溶性糖含量等性狀調查和測定，發現1個株系（‘S19Y038’）頂葉色等性狀發生變化，3個株系（‘S19Y116’、‘S19Y215’、‘S19Y219’）烘干率顯著提高，分別比對照提高5.98%、5.65%和3.32%，1個株系（‘S19Y013’）可溶性糖含量顯著提高，比對照提高17.81%。這些優異性狀的突變體豐富了甘薯種質資源，在甘薯優質品種的選育中具有很好的應用前景。

關鍵詞：輻射誘變；篩選；甘薯；烘干率；可溶性糖含量；新種質

中圖分類號：S531文獻標志碼：A論文編號：cjas2021-0001

New Sweet Potato Germplasm Created by Radiation Mutation Technology Jie Qin， Tao Chunlai， Zhang Gong， Cui Shaoyu， Shi Ying， Liu Yang， Zhou Jiandong， Du Deyu

（Langfang Academy of Agriculture and Forestry Science， Langfang 065000， Hebei， China）

Abstract： The purpose of the study is to obtain beneficial mutants of sweetpotato by radiation mutation technology， and enrich sweetpotato germplasm resources. In this experiment， the main sweetpotato variety‘Shangshu 19’was used as test material. The embryogenic suspension cells were irradiated with60Coγray and the irradiation doses was 80 Gy. After 6 weeks of irradiation， the surviving cells were transferred into MS solid medium containing 1.0 mg/L ABA to induce differentiation， and then transferred into MS medium to obtain 138 complete plants. Through investigating and determining the top leaf color， vein color， top leaf shape， leaf shape， top villi， potato shape， drying rate and soluble sugar content of the irradiated progenies， it was found that the top leaf color of one line （‘S19Y038’） changed， and the drying rate of three lines （‘S19Y116’，‘S19Y215’and‘S19Y219’） were increased significantly by 5.98%， 5.65% and 3.32%， respectively. The soluble sugar content of one strain （‘S19Y013’） was significantly increased by 17.81% compared with that of the control. These mutants with excellent characters could enrich the sweetpotato germplasm resources and have a good application prospect in breeding high-quality sweetpotato varieties.

Keywords： Radiation Mutagenesis； Screening； Sweetpotato； Drying Rate； Soluble Sugar Content； New Germplasm

0引言

甘薯是中國重要的糧食、加工、飼料及能源用作物。輻射誘變技術在甘薯育種中發揮著重要作用，是獲得有益突變體的主要途徑[1]。大量研究結果表明，輻射誘變對于改良甘薯的抗逆性、提高淀粉含量、胡蘿卜素含量、全糖含量以及改善株型結構等都具有明顯的效果[2]。過去，甘薯上主要用薯塊、秧苗等器官為主進行輻照，但輻照后代有明顯的嵌合現象，嚴重影響了有益性狀的繁殖與推廣。劉慶昌等[3]建立的甘薯懸浮胚性細胞為材料進行輻照，并通過體細胞胚胎途徑再生植株，很好的克服了器官水平誘變存在的嵌合體現象。甘薯細胞水平的輻射誘變不僅能夠有效地提高突變頻率，而且可以擴大遺傳變異、縮短育種年限，提高育種效率[4]。

為了創制甘薯優質新種質，本研究以甘薯主栽品種‘商薯19’的胚性懸浮細胞為材料，利用γ射線對其進行輻照誘變，篩選出優質變異突變體。

1材料與方法

1.1試驗材料

以甘薯品種‘商薯19’為試驗材料。‘商薯19’是中國重要的鮮食加工兼用型品種[5-6]。將‘商薯19’薯塊在溫室育苗，選取生長健壯、長度3～5 cm的莖尖，進行表面消毒備用。

1.2‘商薯19’胚性細胞懸浮培養系的建立

按照劉慶昌等[3]的方法建立‘商薯19’的胚性細胞懸浮培養系。取消毒后的莖尖，在無菌條件下，用雙筒實體顯微鏡剝取0.3～0.5 mm的莖尖分生組織，接種在添加2.0 mg/L 2，4-D的MS固體培養基上，誘導胚性愈傷組織的形成，在27±1℃，黑暗條件下培養4～12周后，陸續形成結構致密、色澤亮黃的胚性愈傷組織，將其轉入含有2.0 mg/L 2，4-D的MS液體培養基，在水平搖床上以100 rpm進行震蕩培養。培養條件為（27±1）℃，每日13 h、3000 lux的光照。懸浮培養物7天繼代1次。

1.3輻照處理

將‘商薯19’的胚性懸浮細胞繼代培養8～12周后，獲得結構致密、色澤亮黃的胚性細胞團，取繼代培養后2～3天的胚性懸浮細胞5 g（鮮重），用60Coγ—射線進行輻照處理，輻射劑量為80 Gy，劑量率為1.09 Gy/min。

1.4植株再生

輻照后的胚性懸浮細胞繼代培養3～6周后，將細胞團轉移到含有2.0 mg/L 2，4-D的MS固體培養基上，在室溫為（27±1）℃的黑暗條件下進行培養，以誘導體細胞胚的形成；4周后將胚性愈傷組織轉移到含有1.0 mg/LABA的MS固體培養基上，促其分化幼芽，然后將幼芽轉入MS固體培養基長成完整植株。

1.5變異體的篩選

4月中旬，將組培苗瓶蓋打開煉苗2～3天，移栽到溫室育苗盤中，5月中上旬種植到大田中。對輻射后代的頂葉色、脈基色、葉脈色、頂葉形、葉形、頂端茸毛、薯形、薯皮色和薯肉色進行調查，收獲后測定烘干率和可溶性糖含量，可溶性糖含量采用苯酚硫酸比色法[7-10]測定。根據調查結果篩選變異植株。每個試驗設置3次重復，利用SPSS Statistics 21.0軟件和Excel 2007，通過P<0.01或P<0.05的t檢驗分析差異性顯著。

2結果與分析

2.1輻照對‘商薯19’胚性懸浮細胞和植株再生的影響

按照1.2方法獲得結構致密、色澤亮黃的胚性愈傷組織（圖1），將其轉入含有2.0 mg/L 2，4-D的MS液體培養基，于水平搖床上以100 r/min進行震蕩培養。懸浮培養物7天繼代1次（圖2）。

將經60Coγ-射線輻照后的‘商薯19’胚性細胞團轉入添加2.0 mg/L 2，4-D的MS固體培養基誘導體細胞胚的形成。4周后將胚性愈傷組織轉移到含有1.0 mg/L ABA的MS固體培養基上，使體細胞胚進一步發育，形成不定芽（圖3），然后將其轉入MS固體培養基長成完整植株（圖4），最后獲得138株完整植株。

2.2輻照誘變效果

2.2.1輻照對‘商薯19’地上部性狀的誘變效果和變異體獲得將再生植株移栽大田，對其地上部性狀進行觀察，結果顯示，輻照后代‘S19Y038’地上部部分性狀與對照相比出現了變異，如頂葉色、頂葉形、頂葉缺刻等都發生了變化（表1）。

2.2.2輻照對‘商薯19’地下部性狀的誘變效果和變異體獲得γ射線輻照對‘商薯19’的烘干率和可溶性糖含量等具有較明顯的誘變效果。

（1）烘干率的變化

對‘商薯19’的輻照后代進行了烘干率含量測定（表2），并用SPSS Statistics21.0軟件和Excel 2007進行了獨立樣本t測驗，結果表明有3個株系（‘S19Y116’，‘S19Y215’，‘S19Y219’）烘干率同對照相比明顯增加，分別比對照提高5.98%、5.65%和3.32%，達顯著水平（表3）。

（2）可溶性糖的變化

對‘商薯19’的輻照后代進行了可溶性糖含量測定（表4），并用SPSS Statistics 21.0軟件和Excel 2007進行了獨立樣本t測驗，結果表明有1個株系（‘S19Y013’）可溶性糖含量同對照相比明顯提高，比對照提高17.81%，達顯著水平（表5）。

3討論與結論

甘薯是無性繁殖作物，誘變技術是種質創制的重要途徑[1]。文獻記載的主要有輻射誘變[11-13]、化學誘變[14-15]和空間誘變[16-18]等技術，近年來最常用的還是輻射誘變技術。輻射誘變技術采用的輻射源有1935年Miller[19]第一次利用X射線輻照甘薯薯塊獲得突變體，陸漱韻[20]于1965年首次利用γ射線輻照甘薯切苗，獲得了一些變異體。國內外在甘薯輻射誘變中所采用過的誘變源有X射線、γ射線、β射線、離子束、電子束、快中子等[21]。但目前最常用的還是利用γ射線輻照甘薯胚性懸浮細胞，這是因為細胞水平輻射誘變能有效提高突變頻率，周期短，不受季節限制[4]。因此，本研究最終確定利用γ射線輻照甘薯胚性懸浮細胞以獲得甘薯有益突變體。

劉慶昌等[4]用60Coγ射線輻照甘薯品種‘高系14號’和‘栗子香’的胚性懸浮細胞，輻射劑量為5～25 Gy，獲得了薯皮色同質突變體和一批干物率高或者食味優的突變體。張聰等[13]利用60Coγ射線80 Gy、1.09 Gy/min輻照處理甘薯‘西成007’懸浮細胞，經過NaCl抗性篩選培養，懸浮細胞分化得到175株再生植株，通過對再生植株的脯氨酸含量、SOD酶活性測定，得到了二者較對照都有顯著提高的3株耐鹽突變株。本研究選用的是當地主栽品種‘商薯19’，利用田間調查、干物率測定和可溶性糖含量測定篩選出了相關突變體，與之前研究在品種選擇、輻照劑量、和篩選方法有一定區別，首次利用可溶性含糖量進行輻照后代篩選，并獲得了與對照相比的高還原糖含量的突變體。本研究今后還將從輻射誘變劑量、不同品種及分子層面進一步進行試驗，探討不同輻射劑量下品種的突變效率、不同品種輻射誘變突變體與對照之間的遺傳相似性等，以期獲得最佳輻射劑量和更多優異突變體。

本研究用60Coγ射線對‘商薯19’胚性懸浮細胞進行輻照處理，對其輻照后代的干物率測定，發現變異范圍在25.40%～31.8%，從中篩選出了高烘干率的突變體‘S19Y116’，‘S19Y215’，‘S19Y219’；對輻照后代的可溶性糖含量進行測定，變異范圍在8.12%～ 14.29%，從中篩選出高還原糖含量的突變體‘S19Y013’，說明用γ射線輻照甘薯品種‘商薯19’胚性懸浮細胞具有很好的誘變效果，是創制甘薯優良種質的一個良好途徑。