研究以猕猴桃属内不同植物的幼嫩叶片为材料,利用流式细胞术和全基因组SNP(single nucleotide poly-morphism)位点杂合子等位基因深度比率(heterozygous allele depth ratio)分布2种方法进行源猴桃倍性鉴定.对取样叶片的生长状态、防止细胞核黏连的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)浓度、滤网目数及过滤次数、不同倍性样本全基因组SNP分型的参数调整等因素进行探索.结果表明,流式细胞术检测中取未展开的幼嫩叶片获得完整细胞核的数目最多;5％PVP对减少细胞核之间的黏连最适宜;500目滤网过滤3次效果最好.SNP的分型主要与模拟基因组的组装质量和过滤识别SNP的参数设置有关.流式细胞术鉴定倍性的关键技术是使用未展开的幼嫩叶片以保证足够数量的完整细胞核及减少细胞核之间的黏连.同一植物材料的染色体倍性在60Co-γ辐照处理前后未发生改变.全基因组SNP位点杂合子频率分布图判断的倍性与流式细胞术鉴定结果一致.2种鉴定结果可以相互验证,使倍性的判断变得更加准确,为加快猕猴桃育种提供了基础.

锂(7Li)离子束作为一种新型诱变剂在作物诱变育种中发挥着越来越重要的作用.本研究利用彗星电泳技术探索了7Li离子束辐照小麦诱导的DNA损伤特点,并结合转录组分析初步解析了特异基因表达调控网络.结果表明,与传统诱变因素伽马(γ)射线相比,7Li离子束辐照引起的小麦幼苗生长抑制程度低,幼苗叶脉失绿至开裂.对辐照诱导的差异表达基因进行GO和KEGG功能分析显示,7Li离子束辐照诱导的差异表达基因主要富集在细胞壁合成与代谢和甘油脂类代谢通路,而γ射线辐照诱导的差异表达基因主要富集在光合作用代谢通路中,推测细胞壁合成与代谢和甘油脂类代谢通路途径与响应7Li离子束辐照引起的损伤密切相关,而光合作用代谢途径与响应γ射线辐照引起的损伤密切相关.两种辐射诱导的差异表达基因的转录因子分析结果显示,7Li离子束辐照诱导的MYB、WRKY、bHLH和NAC等转录因子家族可能在响应7Li离子束辐照过程中具有重要作用,7Li离子束辐照特异诱导Whirly家族转录因子调控DNA损伤修复,而γ射线辐照诱导E2F/DP家族转录因子调控DNA损伤修复.

近年来,空间环境诱变、离子束辐照及核辐射传统诱变技术在我国改良农作物和发掘新基因中应用日趋活跃.诱发突变技术应用于芝麻新材料创制及新品种选育始于1950年,据国际诱变育成品种数据库的不完全统计,截至2017年3月,世界上60多个国家在217种植物上诱变了3 246个正式发布的突变品种,8个国家诱变了25个芝麻突变体,其中我国诱变5个芝麻突变体,占总量20％而位居世界第二.综述了芝麻诱变育种的成果及诱变获得的芝麻农艺性状、抗病性等性状突变,并对今后芝麻诱变育种的目标及方法进行了展望,以期为研究芝麻功能基因组学提供丰富的多样材料及芝麻种质创新提供重要的理论参考.

辐射是以波或粒子束的形式在空间或介质中发射或传播能量的过程[1,2],按能否使生物体组织电离可分为电离辐射和非电离辐射两大类.辐照消毒即基于电离辐射的辐射能量对物体进行消毒的一种物理消毒方法.辐照消毒所使用的射线一般为放射性同位素(如Co-60和Cs-137)所产生的γ射线、加速器产生的高能电子束或高能电子束打靶后而产生的X射线[3,4].近年来,电子加速器作为辐照消毒的主要射线源近些年来日益受到重视,在辐射加工高分子材料、辐照食品、环境废物处理、辐照育种及辐照消毒等方面发展迅速,彰显出巨大的经济效益和社会效益潜力.本文对目前电子加速器产生的高能电子束在辐照消毒方面的应用及其进展综述如下.

植物是人工湿地的重要组成部分,但大多数湿地植物在低温环境下不能生存,微生物活性受到抑制,导致人工湿地低温应用受到限制.研究将辐照育种的手段应用于湿地植物,以提高其抗寒性.研究采用25、45、60和80 Gy的γ射线对美人蕉(Canna indica L.)种子进行辐照,剂量率为6 Gy/min,待幼苗长出后进行阶段性降温培养,并评价各组抗寒性.结果表明:在低温下,辐照幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均高于对照组.对照组丙二醛(MDA)在低温下大量积累,且含量显著高于辐照组.在低温条件下,幼苗脯氨酸、可溶性糖、蛋白质含量高于对照组.辐照组抗寒性得分高于对照组,45Gy组得分最高.随后将最佳辐照处理的美人蕉种植于人工湿地,对其冬季净化效果进行评估,评价指标包括:总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(COD).结果发现,45 Gy辐照组人工湿地的冬季TP去除率显著高于对照组(P＜0.05).由此可见,辐照处理能够有效提高美人蕉的抗寒性,并提高人工湿地冬季净化效果.

为开拓新的花生育种方法,对辐照诱变结合组织培养创造花生新种质、培育新品种进行了研究.以我国北方地区主栽花生品种鲁花11号成熟种子为试材,经快中子辐照处理后取种子胚小叶进行组织培养,通过胚胎发生途径获得再生苗.再生苗经嫁接驯化后移栽田间,83个单株获得种子.后代按系谱法进行选育,从83个再生植株后代中获得了107份突变体,分别在主茎高、分枝数、荚果形状和大小、种皮颜色、内种皮颜色、含油率、蛋白含量等性状上发生了明显变异.从突变体后代中选育出了低油早熟耐涝大花生新品种宇花7号,其产量比亲本鲁花11号增产14％以上;其含油率(47.0％)比鲁花11号低5.1个百分点.宇花7号2016年参加辽宁省新品种登记试验,比对照品种白沙1017平均增产13.8％.2018年通过了国家非主要农作物品种登记,登记号为“GPD花生(2018)370105”.研究结果说明,辐照结合组织培养是创造花生新种质、培育新品种的有效方法.

[目的]利用60Co-γ射线诱变平菇原生质体创制平菇新种质.[方法]通过3个剂量的60Co-γ射线辐照处理平菇原生质体悬浮液,统计不同剂量的致死率,利用拮抗试验、SSR分子标记筛选突变菌株,通过出菇试验筛选优良的平菇新菌株.[结果]平菇原生质体在0.9 KGy的诱变处理下致死率为0％,在1.2 KGy的诱变处理下菌株致死率63.33％,在1.5 KGy的诱变处理下菌株致死率为76.67％.经拮抗试验和SSR分子标记筛选,获得了8株突变菌株,出菇试验结果表明7个突变菌株产量和生物学效率均有不同程度的降低,菌盖颜色也略有变化,其中突变菌株1.5-P4的产量较对照降低了41.92％;而突变菌株1.2-P1为高产菌株,其产量达437.95±12.22g袋,较对照菌株提高了9.76％,生物学效率较CK提高了10.38％.[结论]利用60Co-γ射线诱变育种技术得到了1个性状较为优良的平菇新菌株,这为其他食药用菌诱变育种研究提供了参考.

为提高水稻诱变育种的突变频率及效果,本研究采用新型诱变源高能电子束(EB)辐照2种不同基因型水稻品种产生突变效应,并与传统60 Co-γ 射线处理相比较,探索了高能电子束应用于水稻诱变育种的最适辐照剂量,分析了其M1代的生物损伤特点并统计了M2代部分可见农艺性状表型突变频率,探讨了高能电子束处理不同基因型水稻品种的损伤效应和诱变效应.本研究为水稻的高能电子束诱变育种工作提供了参考.

目的:研究60Co-γ射线辐照诱变对穿心莲植物学性状和品质性状的影响,筛选适宜的诱变辐照剂量.方法:采用不同辐照剂量(0、10、20、50、100、200、300 Gy)的60Co-γ射线辐照穿心莲种子,对辐照后诱变所得M1代穿心莲的种子发芽率、根长、出苗率、幼苗株高、叶片面积、鲜重、干重、叶片下表皮气孔数等植物学性状指标,以及穿心莲内酯含量、脱水穿心莲内酯含量、叶绿素含量、总超氧化物歧化酶(T-SOD酶)和铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD酶)等品质性状指标进行测定,计算变异系数(CV);对出苗率进行线性回归分析,计算半致死剂量;对植物学性状和品质性状各指标与辐照剂量进行相关性分析;以组间联接法结合平方欧式距离对各辐照剂量组M1代穿心莲进行聚类分析.结果:不同辐照剂量对穿心莲植物学性状和品质性状的影响不同;按CV平均值大小对M1代穿心莲植物学性状指标排序为叶片面积>鲜重>干重>株高>根长>气孔数>出苗率>发芽率,对不同辐照剂量排序为50 Gy>200 Gy>100 Gy>20 Gy>10 Gy>300 Gy>0 Gy;按CV平均值大小对M1代穿心莲品质性状指标排序为脱水穿心莲内酯含量>穿心莲内酯含量>叶绿素含量>CuZn-SOD酶活性>T-SOD酶活性,对不同辐照剂量排序为100 Gy>50 Gy>200 Gy>20 Gy>10 Gy>300 Gy>0 Gy;半致死剂量为195.10 Gy.根据植物学性状,可将7个剂量组M1代穿心莲分为4类;根据品质性状,可将7个剂量组M1代穿心莲分为3类.结论:穿心莲的适宜辐照诱变剂量范围为50～200 Gy.

[目的]选育高沥水性的螺旋藻新品系,显著降低藻粉生产中干燥的能耗.[方法]以用于工厂化培植的钝顶螺旋藻ZJU0115为出发品系,用组织匀浆-离心沉降法制得其原生质球,并先以0.6％ EMS处理30 min再用2.4 kGy的60Coγ射线辐照,经含0.02％黄原胶(xanthan gum)的Zarrouk's培养液筛选、藻丝单体分离培养、藻泥持水率和胞外多糖(EPS)等检测及生产培植试验.[结果]获得了一株产量、蛋白质和多糖含量与ZJU0115相当,而藻泥持水率和EPS含量分别下降5.9％和29.7％的突变体,命名为ZJU0115(HD).超微结构与随机扩增多态性DNA标记(random amplified polymorphic DNA,RAPD)分析结果显示,与其亲本ZJU0115相比,ZJU0115(HD)藻丝表面更光滑,可能为酸性多糖的乳白状粘附物也更少;ZJU0115(HD)细胞内的多磷酸盐颗粒显著变小且呈弥散状;基因组DNA在随机引物S90的扩增产物中显示出多态性差异.[结论]ZJU0115(HD)在工厂化培植中生产性状好、高沥水性能稳定,藻泥的干燥能耗降低了近50％,它的育成与应用,有助于推进当前螺旋藻产业迈向高效、节能、绿色、环保发展的新阶段.