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1、植物诱变新技术在小麦育种上的应用赵春芝罗建新张建成赵春慧江平周俊洪勇枫 摘要综述国内外小麦诱变育种所取得的成就,简要介绍了石蜡油-EMS花粉诱变、离子束注入、花粉辐照和空间诱变新技术的诱变机理、生物学效应及其在小麦育种上的应用。 关键词石蜡油-EMS花粉诱变;离子束注入;花粉辐照;空间诱变;小麦育种;应用 小麦诱变育种是利用各种物理因素和化学诱变剂诱导遗传物质发生变异或突变,在较短时间内获得有利用价值的突变体,育成新的品种或创造新的种质资源。据联合国粮农组织和国际原子能机构的统计(FAO/IAEA,1985年),全世界诱变育成
2、的小麦新品种共有70个。有些品种的种植面积很大,如苏联的新西北利亚67推广面积达300万hm2,成为一个突破性的适合西北利亚地区种植的春小麦品种;芬兰的Taava占该国硬粒小麦春小麦面积的65%;意大利育成的硬粒小麦品种Creso种植面积达45万hm2,约占该国硬粒小麦种植面积的1/3。此外,辐射育成的有利用价值的种质资源在1万份以上[1]。 我国小麦诱变育种始于20世纪50年代末期,1966年以后相继育成了鄂麦6号、太辐1号等许多诱变品种,并创造出大量新的种质资源,为小麦高产稳产做出了很大贡献,同时也使我国跨入了世界诱变育种的先进行
3、列。据1983年不完全统计,已育成并在生产上利用的品种有51个,超过世界各国突变品种的总和,种植面积达300.0万~333.3万hm2,在生产上起了积极作用。在51个小麦品种中,直接利用突变体所育成的品种有44个,间接利用突变体所育成的品种有7个,其中山农辐63在1984年的种植面积达到120万hm2,鄂麦6号在1981年的种植面积超过了33.3万hm2,鲁滕1号在1975年的种植面积达到23.3万hm2以上,新曙光1号、宁麦3号、豫原1号、鄂麦9号最大种植面积也都超过20万hm2。原丰1号、金丰1号、郑六辐、原丰4号、小偃6号、烟农6
4、85等品种种植面积均在6.67万hm2以上。其余品种的种植面积虽然不是很大,但都具有其特殊利用价值[2]。 近10年来,随着现代科学技术的迅猛发展和学科间的交叉渗透,人们不断改进诱变方法,探索新的诱变源。其中石蜡油-EMS花粉诱变、离子束注入、花粉辐照和空间育种等诱变新技术,已开始应用于植物品种改良,并显现出良好的发展前景,本文就植物诱变新技术在小麦育种上的应用研究作一概述。 1石蜡油-EMS花粉诱变技术 烷化剂甲基磺酸乙酯(Ethylmethanesulfonate,简称EMS)作为植物最有效的化学诱变剂之一,已成功地应用于多种
5、作物的诱变育种。EMS诱变机理是通过与核苷酸中的嘌呤、嘧啶分子直接反应来诱发突变。EMS诱发的突变体主要通过2个步骤完成:首先鸟嘌呤的C6位置被烷基化,而后在DNA复制过程中,烷基化的鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对,导致碱基交换,即G∶C变为A∶T,形成点突变。石蜡油-EMS花粉诱变技术,由于诱变剂直接作用于配子,具有诱变率高、诱变范围广、产生的突变体多为点突变等特点,较传统的电离辐射优越。 早在20世纪60年代,人们就已开始采用EMS水溶液处理植物种子,但诱变效率很低。自Neuffer等(1978年)将EMS溶于石蜡油中处理玉米花粉获得成功后
6、,石蜡油-EMS处理花粉诱变技术在国外广泛应用起来[3]。刘治先[4]分别用该技术筛选出高油酸、高赖氨酸突变体和白玉米、甜玉米、糯玉米等特用玉米类型,为特用玉米育种和遗传研究提供了可贵的材料。薛守旺等[5]、魏良明等[6]采用同样方法得到浅黄粒、母株穗发芽、显性核不育突变体等。中国农业大学赵永亮等[7]采用EMS的石蜡油,直接处理玉米自交系黄早4和7922的成熟花粉,结果表明,在不同EMS处理浓度下,白色胚乳基因yl的诱变率平均为35.22%,最高达到150.38%。糖胚乳基因sul、糯胚乳基因的矮原东3号[8]。 2离子束注入诱变育
7、种 低能重离子注入生物学是20世纪80年代在我国兴起的新的研究领域,这一新的交叉边缘学科一诞生,就以其重大的科学意义和广阔的应用前景而备受世界关注。离子注入用于作物诱变育种的原理是:将适当的荷能离子注入到作物种子或器官的某一组成部分上,引起基因突变,以达到选育新品种的目的。由于注入离子的能量、质量分布存在峰值,诱变区域是局部的,在局部区域内的作用又是强烈的和具有双重性(能量交换和离子植入);加之离子注入的射程和能量能够控制,植入离子的种类又较多,因而诱变作用是多重的,能在损伤较轻的情况下,出现较高的突变率。离子注入诱变育种,具有损伤轻
8、、突变率高和突变谱广的特点,是人工诱变方法的一个新发展[9]。 离子注入与生物体的相互作用存在峰值,在峰值范围内,注入离子与生物体的相互作用是局部的、双重的和不易修复的。这种荷能离子注入使染色体易位、倒位
