重离子束（C）辐照诱变东北粳稻后代变异的初步研究

李景鹏 余丽霞杨福*

（1中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春130012；2中国科学院近代物理研究所，兰州730000；第一作者：lijingpeng＠iga．ac．cn；*通讯作者：yangfu＠iga．ac．cn）

高能重离子束辐照作为一种新的诱变技术，开辟了一条有效的农作物种质创新和品种改良新的诱变育种途径。由于高能重离子束具有能量高、传能线密度大、辐射穿透能量强等特点，而且处理后的生物突变体突变率高、稳定快[1－4]，利用该技术已经成功培育出具有高产、稳产、适应性广、品质优良的小麦及甜高粱等作物新品种，并得到了大面积的推广应用[5－6]。但重离子束在东北粳稻育种领域的应用还是空白。2013年开始中国科学院东北地理与农业生态研究所与中国科学院兰州近代物理研究所紧密合作，优势互补，利用国家大型重离子加速器平台，开展了重离子束（C）辐照东北粳稻的诱变育种工作。目前，已获得大量后代突变体材料，变异类型丰富，优良性状多，为创制优异东北粳稻新种质及培育优质、高产、抗病新品种打下了坚实的基础。现就近年来在重离子束（C）辐照诱变东北粳稻的工作进展做一小结。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 辐照品种

水稻品种通禾899，由吉林省通化市农业科学研究院选育而成，已通过吉林省和国家农作物品种审定，在吉林省为晚熟品种，综合性状优良，具有品质优、产量高、抗稻瘟病性强等特点，2015－2017年先后被推荐为吉林省和农业部主导水稻品种，应用前景十分广阔。

1.1.2 试验设计

2013年利用中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室的大科学装置，对125粒通禾899种子进行重离子束（C）辐照处理，剂量为200 Gy，照射部位为种子胚部。以不辐照为对照（CK）。处理后的种子（M1代）及各世代材料（M1～M5）均种植于中国科学院东北地理与农业生态研究所长春综合农业生态试验站水稻育种基地。

1.1.3 测定项目与方法

M1代生育期间记载出苗期，调查出苗率、存活率、结实率。M2～M5代生育期间记载抽穗期、记录田间长势长相，成熟期对突变体植株进行单株收获并考种。

2 结果与分析

2.1 M1代

2013年将200 Gy重离子束（C）辐照过的125粒种子进行播种育苗，得成活苗23棵，成活率18.4%，当年全部单本插秧成M1。秋季，23株全部表现为半不育，平均结实率5.2%，所有株系混收。

2.2 M2代

2014年将M1全部单本种植成M2代（1400株），同时种植对照品种通禾899。M2代出现突变植株，按变异性状如抽穗期、株高、穗型、粒型、芒的有无等选拔了78份变异单株（见表1），突变频率5.7%。秋季参照对照将所有变异植株整株收获、编号保存并考种。考种结果如下。

2.3 M3代

2015年将上年M2中所选的78个变异株按编号种植成M3株系，同时种植对照通禾899。M3代出现基本稳定株系56份，分离株系22份。秋季，参照对照按性状如生育期、株高、穗型、粒型、芒的有无等选拔了289份单株。

表1 2014年重离子束辐照M2代突变体考种结果

续表1

表2 2016年重离子辐照诱变稳定材料考种结果

表3 2017年重离子束辐照诱变东北粳稻突变体库778份材料考种结果

2.4 M4代

2016年种植M4代材料289份，其中203份材料基本稳定，86份材料还存在不同程度的分离，秋后从分离群体中选575个分离单株。同时，将基本稳定的203份材料分别在稻瘟病发生严重的吉林省蛟河和梅河口进行田间自然诱发鉴定，其中123份材料表现中抗（MR）以上。203份稳定材料中生育期缩短材料为175份，出现穗粒数350粒以上材料12份，千粒重30 g以上材料15份，分蘖极强（单株分蘖58个以上）材料3份。穗型可分为直立型、半直立型、弯曲穗型，粒型可分为圆型、椭圆型、长粒型、稍长粒型。

2.5 M5代

2017年种植M5代材料778份，其中567份材料已经稳定，211份材料仍在分离或疯狂分离。567份稳定材料类型丰富，优良性状多。如在生育期、穗型、粒型、粒重、株高、穗长、抗稻瘟病性、稻米品质等方面出现了极其丰富的变异类型。同时分别在稻瘟病发生严重的吉林省蛟河和梅河口进行自然诱发鉴定，其中365份材料表现中抗（MR）以上，这些新创制的东北粳稻种质为培育水稻新品种打下了坚实的物质基础。

3 结论与讨论

高能重离子束因在其穿透物质的径迹上产生很强的局部电离，与传统的γ、X射线相比，会诱导更严重的辐射生物效应[7－8]，并能诱发基因组当代可遗传变异，具有较高的突变率，在生物品种改良方面具有突出优势[9－15]。本研究结果经高能离子束辐照的东北粳稻品种通禾899在M2代产生的突变体为78株，突变率5.7%，比传统的 γ、X 射线诱变的突变率（3.3%）[16]高 2.4个百分点，而且突变体的类型丰富。经过M3～M5代的连续种植和选择，后代突变体群体越来越大，大部分突变材料均已稳定，少量后代材料综合性状优良，生育期比对照通禾899明显提前，已提交吉林省水稻新品种联合区域试验。但还有近30%的材料存在分离或疯狂分离，在M5代还在分离的材料绝大部分均表现为长粒型，千粒重偏低，外观品质好。另外，一般传统γ、X射线诱变在M2代种植的群体要求在10 000株以上，才能有概率选择出目标性状突变体。而本研究只种植1 400株左右的M2群体就能很好的选择出较多的目标突变体，不要求M2代群体太大，大大地节省了后代材料选拔的人力和物力，提高了诱变育种的工作效率。