小麦诱变育种新技术研究进展

诱发突变技术在小麦品种改良中具有重要作用。本文简要介绍了小麦诱变育种的一些新技术的研究概况,从诱变机理、诱发的生物学效应、新种质材料的创造和新品种选育等不同的角度介绍了离子束注入、航天诱变和生物因素诱变等小麦诱变育种新技术及小麦突变体筛选技术的最新研究进展,并对小麦诱变新技术的发展前景予以讨论和展望。

利用空间诱变育种技术育成甜椒新品种宇椒二号

1987年8月5日以龙椒二号甜椒(纯系)的干种子搭载于"870805"返地卫星上,并留下等量种子作为原始对照.(搭载的种子随卫星在空间飞行5d,飞行高度200～400km,飞行周期为90min,微重力为10-10e/cm2).种子回收后在常温下保存,1988年开始进行选育,1996年从龙二的搭载后代中获得突变体B10.1997—1999年又于田间进行连续4代鉴定,2001—2003年在所外布点3处,进行了异地试验及预备试验,2003-2005年进入全省区试及生试.2006年通过黑龙江省农作物品种审定委员会审定,命名为宇椒二号甜椒.龙椒二号甜椒果大、抗病、质佳、果面光滑少褶、适于保护地栽培.

离子注入技术及其在小麦育种中的应用

离子注入是一种新的诱变技术,已在作物诱变育种中发挥了重要作用。本文对离子注入引起变异的诱变机理及由此引起的生物体在生理生化、细胞学、分子遗传学等方面产生的各种生物效应进行了综述,同时对离子注入技术在小麦新品种选育、新种质创造以及介导外源基因导入等方面的应用做了分析,并对离子注入改良小麦的发展前景作了展望。

利用空间诱变育种技术培育番茄新品种宇番2号

将番茄干种子搭栽于科学返地卫星上，种子随空间飞行，接受空间条件处理，返回陆地后，进行田间培育及突变体筛选，于SP2代得到植物表型性状与生物学性状的明显变异，SP3～SP4代稳定遗传，育成多果、丰产、质佳、抗病、耐贮运新品种宇番2号。

高能混合粒子场诱变小麦的细胞学效应研究

利用北京正负电子对撞机直线加速器E2束流打靶产生高能混合粒子场,以0、109、145、1952、84和560Gy的剂量处理两个冬小麦品种ZY9和ZH7,并与相同剂量的60Coγ射线相比较,研究其细胞学效应。试验结果表明,混合粒子场辐照小麦种子可抑制根尖细胞有丝分裂,诱发染色体出现单微核、双微核、多微核、环状染色体、落后染色体、游离染色体、染色体断片等多种畸变类型。混合粒子场与γ射线诱发的微核畸变率和染色体畸变率均存在明显的剂量效应,但混合粒子场的损伤效应明显高于γ射线。混合粒子场可诱发高频率的环状染色体和染色体断片,显示出混合粒子场处理小麦具有比γ射线处理更高的相对生物学效应。

不同能量重离子注入农作物的诱变效应

用不同能量、不同注量的MeV级^12C离子束辐照玉米和冬小麦干种子，用MeV级^6O子束辐照冬小麦干种子，研宄其对M1代幼苗生长的影响和M2代的诱变效应。结果表明，在一定离子通量（注量）下，所用注入能量范围内的离子束对幼苗造成的辐射损伤随辐射能量的增加而增大。用12～16MeV／u的^12C离子束辐照玉米和8MeV／u ^16O离子柬辐照小麦，对M1代幼苗造成的辐射损伤比贯穿能量（45MeV／u）下的辐射损伤明显加重。^12C离子束可以诱发玉米产生植株矮化、雄性不育、白化苗、多穗型等多种类型变异，多数白化苗能够转绿并正常结实。^12C和^16O离子束诱发冬小麦产生的早熟和矮杆突变最多，^12C辐照冬小麦原冬6产生的早熟突变在辐照能量为8MeV／u、离子通量为80×10^7／cm^2时高达10．7％；矮秆突变在辐照能量为8MeV／u、离子通量为120×10^7／cm^2时高达7．59％。品种间的变异频率也存在差异。

基因枪法获得逆境诱导转录因子DREB1A转基因小麦的研究

以小麦品种H675 6和藁城 890 1作为基因枪转化的靶材料 ,取其护颖至雌雄蕊原基形成期的幼穗 ,用含逆境诱导转录因子DREB1A和bar基因的质粒pAHC2 5轰击胚性愈伤组织 ,在分别含有 5mg L和 1 0mg LBasta溶液的培养基上进行筛选。得到的抗性愈伤组织在不含Basta溶液的培养基上再生培养 ,获得 2 1 8棵再生植株。田间涂抹浓度为 1 0 0mg L的Basta溶液检测后 ,对抗性植株作PCR检测 ,获得 5 4棵再生植株。通过对其中 2 0株T1代的PCR和Southern杂交分析 ,已获得 1 4株含DREB1A和bar基因的转基因小麦植株 ,其中H675 61 3株 ,藁城 890 1 1株。

农杆菌介导法向小麦茎尖导入DREB1A基因的研究初报

为了研究以小麦茎尖为受体进行农杆菌转化的可行性,选用小麦品种H6756,以茎尖为受体进行了农杆菌转化。构建了含有拟南芥逆境诱导转录因子DREB1A及除草剂bar基因的表达载体pC3300IS-DREB1A,酶切鉴定此载体,结果证明其连接完全正确,具有转录和表达的功能。农杆菌介导法向小麦茎尖导入DREB1A基因,共获得247株转化苗。转化苗经除草剂筛选,获得66株抗性苗,对抗性苗进一步进行PCR检测,有30株抗性苗扩增出特异性片段,转化率达到12.1%,初步说明本试验中以小麦茎尖为受体的转化系统用于基因转化是可行、高效的。

小麦不同外植体离体培养及转化效率的比较研究

小麦基因枪法遗传转化中幼胚组织培养有很强的基因型依赖性,这在很大程度上限制了转基因小麦的广泛应用。为了建立克服基因型障碍的小麦高效再生系统,促进转基因小麦的规模化应用,对15个小麦基因型的幼穗、幼胚两种外植体的愈伤组织诱导率、绿苗分化率进行了比较研究。结果表明,各基因型愈伤组织诱导率在两种外植体之间无差异,但幼穗外植体产生的愈伤组织质量好于幼胚。15个基因型幼穗外植体的绿苗分化率均高于其相应的幼胚外植体绿苗分化率,表明幼穗是很好的外植体材料。对其中H 6756和H 311两个基因型不同外植体所形成的愈伤组织进行了基因枪转化,结果表明,幼穗受体的基因转化效率明显高于其相应幼胚受体的基因转化效率。

高能混合粒子场辐照冬小麦生物效应研究

利用北京正负电子对撞机直线加速器E2束流打靶产生高能混合粒子场,以185 Gy的剂量处理两个冬小麦品种SP8724和D6-3,并与相同剂量的γ射线相比较,研究其生物诱变效应。结果表明,混合粒子场处理小麦具有比γ射线处理更高的相对生物学效应,M2代诱变效果显著,总突变频率以及矮杆、早熟和穗型等有益突变频率明显高于γ射线处理的。高能混合粒子场辐照有可能成为一种新的诱变源在作物改良中发挥作用。

零磁空间处理选育紫花苜蓿品种农菁1号

紫花苜蓿品种龙牧803风干种子在室温下经零磁空间处理6个月,在田间通过系统选择,结合返青期、返青率、株高、干草产量、粗蛋白质含量、抗病性等指标的检测,选育出紫花苜蓿新品系LS0301。进行了多点、多年田间比较试验表明,LS0301比亲本返青早1-3d,返青率提高1%-2%,株高提高4.94%,干草产量提高17.94%,粗蛋白质含量提高5.01%,表现对苜蓿褐斑病、白粉病有一定的抗性。2006年LS0301通过黑龙江省农作物品种审定委员会的认定推广,定名为农菁1号。RAPD分析结果显示,龙牧803与LS0301在不同引物的扩增下显示出差异,表明零磁空间可以作为一种有效的育种手段。

高能混合粒子场辐照小麦M_1代变异的SSR分析

本试验利用北京正负电子对撞机直线加速器E2束流打靶产生高能次级混合粒子场,模拟次级宇宙射线,分别以0、109、145、195、284和560Gy剂量处理两个冬小麦品种ZY9和ZH7,并与相同剂量的60Coγ射线相比较,研究混合粒子场辐射处理对小麦幼苗生长和微卫星(SSR)标记谱带变化的影响。试验结果表明,随着混合粒子场处理剂量的增加,小麦幼苗生长受到的损伤逐渐增加。SSR标记分析结果发现,小麦B基因组的多态性位点频率占总多态性频率的46%,在3个基因组中最高,可能为“热点”突变基因组。高能混合粒子场对冬小麦幼苗的生长抑制和微卫星DNA的损伤效应大于γ射线。

辐照花粉对小麦×黑麦杂交结实率及杂种胚胎发育的影响

为了探讨核辐射对小麦异源遗传物质转移的作用和机理,以普通小麦中国春、J-11为母本,分别用5、9、15、30、50、100 Gy的γ射线辐照黑麦AR202散粉期穗子,并将其花粉授予普通小麦J-11和中国春,研究了不同剂量γ射线辐照黑麦花粉对杂交结实率及杂种幼胚、胚乳发育的影响.结果表明,低剂量(5～9 Gy)γ射线下结实率略有提高;15～100 Gy剂量时结实率随剂量增加逐渐下降.各种处理剂量的辐射对杂种幼胚和胚乳发育均有伤害作用,杂交种子含胚率、杂种幼胚成苗率随剂量增加而下降.对于J-11/AR202组合而言,对照杂种含胚率100%,剂量5～9 Gy处理时,降至96.5%～90.2%,剂量15～100 Gy时,为84.3%～69.7%;对照幼胚培养成苗率93.3%,5～100 Gy处理时,为90.0%～24.6%.在50～100 Gy高剂量处理中国春×AR202中,利用幼胚培养技术有5.9%～8.8%幼胚获发育成完整植株,这是常规靠种子繁殖难以获得的.说明将花粉辐照技术与幼胚拯救、花药培养技术有效结合,可能是快速获得突变体,提高诱变育种效率的有效途径.

小麦与窄颖赖草远缘杂交幼胚拯救方法的探讨

为了探讨小麦×窄颖赖草杂种幼胚拯救的适宜方法,以普通小麦J-11为母本,用经5G y、9G y的60Coγ-射线辐照的窄颖赖草花粉授粉,采用胚培养一步成苗法和胚-愈伤组织二步成苗法两种方法进行幼胚拯救。结果表明,采用胚培养一步成苗法,27.9%的幼胚萌发,有的幼胚萌动后不久即停止发育,最后死亡;有的幼胚只有胚根或胚芽鞘发育;有的幼胚胚根、胚芽鞘发育但胚芽不发育;部分幼胚发育成畸形苗,部分植株根系发育不良,幼胚成苗率只有18.6%。采用胚-愈伤组织二步成苗法,有33.3%的幼胚通过愈伤组织途径获得大量健壮植株,平均每一无性系获得41株再生植株。说明胚-愈伤组织二步成苗法是小麦×窄颖赖草杂种幼胚获得大量植株的理想方法,但采用何种拯救方法还要同时考虑研究目的。文中还就这两种幼胚拯救方法的优缺点及选用原则等进行了讨论。

辐照花粉对小麦与中间偃麦草杂交及其胚胎发育的影响

用γ射线辐照中间偃麦草散粉期的穗,用其花粉授予普通小麦'J-11'和'中国春',研究不同剂量辐照花粉对普通小麦与中间偃麦草杂交结实率、杂交种子含胚率、杂种幼胚培养和杂种幼苗获得率的影响.结果表明,5～9Gy低剂量γ射线略提高了中国春×中间偃麦草的结实率,表现出低剂量辐射的刺激效应,但对J-11×中间偃麦草却未表现出刺激效应.所有剂量的辐射对杂种幼胚均有伤害作用,杂交种子含胚率、杂种幼胚成苗率随剂量增加而下降.30Gy处理时有12.9%～14.5%的杂种幼胚发育成了植株,但该剂量应用到小麦中难以获得后代.在50～100Gy高剂量γ射线处理杂交种子胚发育不良,通过幼胚培养未能得到植株.将花粉辐照技术与幼胚拯救技术、花药培养技术有效结合,可以快速获得突变体,提高诱变育种效率.