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.

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.

青蒿是抗疟疾一线药物青蒿素的天然植物来源,其青蒿素含量的高低直接影响着后续青蒿素的提取工艺和青蒿素的提取量.目前常常使用传统育种方法结合组织培养等进行选育高产青蒿素的青蒿新品种,但该选育方法具有效率低,需要持续选育等缺点.该研究利用重离子束辐照技术以青蒿栽培群体特异性种质资源为材料,以形态特征、农艺性状和青蒿素含量为指标,观察历代选育材料,进行品比试验和区域试验,培育新品种,并对该品种进行了SRAP分子标记技术鉴定.结果 发现,选育的青蒿新品种“科蒿1号”,平均干叶亩产量235.0 kg,较对照增产20％以上;平均青蒿素质量分数为2.0％,比对照提高45％,高抗白粉病,为高产优质新品种.重离子束辐照诱变育种可明显提高青蒿产量和青蒿素含量,“科蒿1号”具有良好的推广价值.

以水稻品种"金粳818"为诱变材料,进行水稻草铵膦耐性突变体筛选和耐性生理指标测定.从重离子辐照后代中获得5个草铵膦抗性的材料,进一步的草铵膦涂抹研究结果表明:处理96 h后草铵膦耐性突变体水稻叶片仍保持绿色,对照组叶片完全枯黄萎蔫,叶绿素含量相对值显著高于对照组.突变系水稻鲜重、干重和株高比对照组最高分别增加111.46％、53.40％和48.00％.突变系水稻叶片氨含量均低于0.8 mg/g,而对照组氨含量高达1.3 mg/g.草铵膦耐性突变体与对照组的叶片谷氨酰胺合成酶活性均下降,但两者差异不显著,而突变系水稻的草铵膦耐性机制是否是非靶标抗性还需进一步验证.筛选出的草铵膦耐性突变体水稻具有一定的草铵膦耐性,在草铵膦耐性分子机制研究或育种方面具有良好前景.

牛至精油中的主要成分香芹酚和百里香酚具有较强的抑菌活性和替代抗生素的良好潜力.为了筛选有价值的遗传变异,构建了牛至(Origanum vulgare)的60Co-γ射线育种体系,利用固相微萃取联合气相色谱-质谱方法进行挥发性成分测定,并通过主成分分析和层次聚类等多元分析法,深入探讨60Co-γ射线对牛至M1代形态特征、腺毛密度和腺毛大小以及挥发性成分的影响.结果 表明,牛至种子的半致死剂量为16.39 Gy;辐照M1代植株的株高、茎粗、分枝数、叶长和叶宽均发生变化,筛选到多株形态突变体;同时,腺毛密度和腺毛大小发生多种变化,从163株存活株中筛选出25株腺毛密度与大小均显著增大的单株;60Co-γ射线处理对牛至挥发性成分的种类影响相对较小,主要影响挥发性成分的含量,并可诱导5种化学型,即香芹酚型、百里香酚型、γ-萜品烯型、β-石竹烯型和大根香叶烯型;最终筛选获得6株香芹酚和百里香酚含量升高的突变单株.研究证实了60Co-γ射线辐照可作为牛至育种的一种有效诱变手段,适宜辐照剂量为20 Gy.研究为牛至优良种质资源的选育提供了基础数据和新途径.

近年来,重离子束作为一种新的辐射诱变源在微生物育种领域已多有应用.与传统的辐照源相比,重离子束具有更高的传能线密度,可以产生更强的辐射损伤生物效应,因此诱变效率高.本文综述了近年来重离子诱变在微生物育种中取得的进展、诱变后突变体菌株的筛选策略、重离子束引起微生物遗传物质改变的直接和间接机制以及突变后的修复机理,并对其在微生物育种中存在的问题进行了探讨.