果树诱变育种的研究进展

文章编号:100028551(2000)0120061204果树诱变育种的研究进展王长泉1　刘　峰1　李雅志2(1.淄博大学　山东淄博　255000;2.山东农业大学遗传所　山东泰安　271018)摘要:本文对40年来果树诱变育种的研究进展,从育成种类和数量,诱变因素利用的发展,诱变体分离筛选手段的提高等方面进行了概括性论述,并对诱变育种与离体培养技术的结合应用及发展趋势进行评价。

关键词:果树　诱变育种　嵌合体　离体培养收稿日期:1998206210作者简介:王长泉(1970-),男,山东平原人,硕士,淄博大学讲师,从事植物育种研究。

选育丰产、优质的果树新品种,对丰富人们日益增长的物质生活具有重要的现实意义。

果树一般是多年生植物,童期长、基因高度杂合,占用的空间大,使得常规育种受到很大限制。

早在50年代,Cranhall 和Zwintzscher 等育种学家就开始探索突变育种技术[1],在40多年的发展过程中,从诱变剂的利用到诱变手段及分离筛选技术这一套诱变体系日趋完善,诱变技术和离体培养技术与常规育种技术的结合更加广泛,育成新品种的种类和数量不断增加。

1　育成新品种的种类和数量据FAO/IAEA 的统计资料,通过诱变育种获得的果树新品种数量在近20年内急剧增长。

截止到1993年,总计育成各种果树新品种41个(不包括我国育成的品种),其中苹果9个,欧洲甜樱桃8个,欧洲酸樱桃4个,桃、石榴、葡萄、柚、橙、枣各2个,枇杷、无花果、李子、香蕉、杏子、黑穗醋栗、醋栗、油橄榄、葡萄、扁桃及木瓜各1个,共涉及19个果树品种[2]。

我国自60年代开展果树诱变育种以来,到90年代共育成10个品种,其中有中国农科院柑桔研究所育成的产量高、品质好、少核的418红桔、中育7号、中育8号,广西新广农场育成的丰产、无核的新光雪橙,青海农科院园艺所育成的“东垣红苹果”,内蒙古园艺所育成的品质好的梨新品种“朝辐1号、2号、10号、11号”和“辐向阳红梨”[3]。

2　诱变因素利用的发展常用诱变剂分为物理诱变剂和化学诱变剂两类。

物理诱变剂应用最广泛的是X 射线、γ射线、β射线和中子等。

研究证明,果树方面按突变频率的大小,其顺序为中子>γ射线(或X 射线)>β射线(Bender ,1970)。

如改良苹果杂种时中子处理比X 射线效果更好。

Bishop 报道用中子处理比X 射线产生更大比例的二叉枝,用中子处理科兰特苹果得到全红突变体,X 射线处理只能得到扇形变异。

据统计国际上育成的果树新品种中,γ射线育成的占6716%,X 射16　核农学报　2000,14(1):61～64Acta A gricult urae N ucleatae Si nica26核　农　学　报14卷线育成的占1418%,中子育成的占519%,其他物理诱变剂育成的占219%。

近年来,诸如激光、电子束、微波等新的诱变剂也开始在果树育种上应用。

尤其是离子辐射,诱变频率约在618%～1210%之间,高于γ射线,且能诱导几个以上的性状同时突变,应用前景广阔[3,4]。

化学诱变剂的种类繁多。

主要有7类,其中以烷化剂和叠氮化合物两类诱变效果较高。

烷化剂中EMS、DES和EI等均能与DNA中的磷酸嘌呤、嘧啶作用,使之突变。

由于化学诱变剂不易渗透到敏感的分生组织中去,且突变体中大多是由染色体畸变引起的,从而使化学诱变剂在果树上的应用远不如物理诱变剂广泛。

法国L.Decourtye等用011%EMS处理苹果生长的枝条,获得早熟、果大、颜色好的新品种Belrene。

越南育种学家用0102～0104的MN H处理种子,获得2个枣子的变异种Daotien和Mahong[1,2]。

近年来,随着离体培养技术的发展,化学诱变剂的应用逐渐受到重视,尤其在培养基中加入化学诱变剂能增加遗传变异这一特点,引起育种学家的关注。

3　诱变手段日益完善围绕提高细胞的突变频率、扩大变异谱,进而提高诱变育种的效果,国内外开展了多方面的研究,诱变手段不断改进。

在利用γ射线急照射的同时,随着γ圃、γ温室及γ种植圃等设施的建成,γ射线慢照射的应用,Hough和Weaver(1959)其011～016Gy/d的γ射线在γ场圃用了1～2a的时间照射桃子的5个栽培品种,获得了成熟期、果实硬度、质地和果肉颜色等方面的变异。

日本Testsuyo Sanada(1988)在γ场圃慢照射后的日本梨中用真菌毒素筛选出抗黑斑病的变异。

阿根廷用γ射线慢照射选育出大果、早熟的桃子新品种Magnif135。

慢照射比急照射对材料的损伤轻,形态畸变少,而且诱变效果稳定。

单一因素如单纯用γ射线、中子或某种化学诱变剂,虽能引起某些性状的突变,但诱变效果不够理想,诱变谱也较单纯。

采用理化因素复合处理,可产生累加效应或超累加效应,可能是辐射处理改变了细胞膜的完整性,促进了化学诱变剂的吸收。

在农作物的诱变育种中,已推荐使用γ射线+EMS、γ射线+SA和SA+EMS复合处理。

果树育种学家们也在理化因素复合处理方面做了大量摸索,但尚未获得商品品种[4,5]。

Bauer,L.D.sparnay和C.broerjes等进行辐射处理时,把插条或接穗的基部屏闭,可减小辐射损伤,提高嫁接或扦插的成活率。

同时这种方法还可以提高剂量,获得更高的变异频率。

英国Campbell和Lacey(1973)用γ射线照射浸在水深1cm处苹果Bramely实生的接穗,发现这种处理比大气中照射具有更高的嫁接成活率[1]。

重复和累进照射可以提高突变频率。

法国Lantin和Dcourtye(1971)报道对苹果的无性系变异1代(VM1)进行重复照射比单照射1次获得更高的变异频率,后代中有15%的突变体。

他们用重复照射的办法,获得了5个商品品种[1]。

Lapins认为在用化学诱变剂处理芽子和种子时,剥去鳞片和去掉种皮,可以提高诱变效果。

Ehrenberg和Granhall1952年用32P、25S的同位素溶液通过树干打孔注入树体,发现比直接注射到芽子上效果更好。

放射自显影证明,同位素溶液通过运输大多集中在活跃的分生组织。

Kamra和Bruner发现调整化学诱变剂溶液的氢离子浓度也可以显著改变诱变效果[1]。

4　突变体的分离、筛选技术辐射诱发的果树营养体突变多以嵌合体的形式存在,因此,分离选择是获得突变体的关键。

为了给分离选择提供依据,国内外开展了对突变体发生规律的研究。

据Lapins 等人研究认为试材辐射后的生长的初生枝基部芽集中大量的突变细胞。

如黑穗醋栗经辐射后,枝条下部的芽分离出5118%的突变体,中部分离出2412%,上部分离出1319%[3]。

另外,不同芽位的芽突变频率也不一样。

中国农业科学院兴城果树所用射线处理红星苹果接穗,发现突变细胞主要集中在7～13芽,辐射产生的二叉枝突变细胞多集中在小叉枝上[6]。

Donini 对葡萄、油橄榄、桃及樱桃的研究发现,低剂量照射获得突变体细胞多集中在4～12芽,较高剂量照射最高突变率的芽下移至1～3芽。

依据突变细胞多集中枝条基部,对辐射后的枝条从基部进行连续修剪、嫁接或扦插,促进突变芽萌发是分离显现突变体的最基本方法。

对突变细胞较集中的芽位进行连续短截修剪,可以使扇形突变体不断扩大,获得稳定的周缘嵌合体或同质突变体。

利用辐射后的植物试材,诱导其产生不定芽,由此获得突变体的方法即通常所称的不定芽技术。

采用不定芽技术使顶端分生组织以外的组织器官如叶片、叶柄等产生的体细胞突变得到显现利用,如果不定芽起源于辐射材料的单个表皮细胞或少数细胞,可以减少体细胞选择,获得高频的同质突变体或周缘嵌合体,大大缩短育种年限。

Broerjes 和Van Harten (1978)研究认为一般根、块茎和茎上的不定芽多起源于多细胞,而叶片、叶柄、花梗等上的不定芽多起源于单细胞。

并在350种不同科的植物上采用离体叶或叶段的单个表皮细胞诱导出不定芽[1]。

Fasolo ,F.(1989)和Hedtrich ,C.T.(1990)等对苹果的离体叶片培养中不定芽的产生进行了研究。

我们1993已在苹果的栽培品种嗄啦、千秋的离体叶片培养中成功地诱导出单细胞起源的不定芽,用秋水仙素进一步进行诱导处理获得2个品种的同质4倍体。

此外,对果树这类多年生植物,确定合适的指标在尽早时期选择突变体可节省大量时间和精力。

Donini 利用樱桃的枝条单位长度的芽数及粗细的相关性,从VM2代中选出了紧凑型突变。

有人认为矮化、紧凑型突变体的脱落酸含量也可以做为选择指标。

日本Ikeda 在研究苹果诱发有用的突变中发现,利用幼苗对碘代醋酸的显色反应可对矮化突变体进行早期鉴定。

英国的Campbell 等发现诱导产生的苹果突变体对白粉病的差异与叶表面角质层中蜡的脂族碳氢化合物的数量有关。

澳大利亚的Novar F.J.H 等用RAPD 技术来鉴定香蕉特定性状的变异。

随着分子生物学的发展,人们逐渐将从分子水平对变异体进行早期鉴定[2,3]。

5　诱变和杂交育种的结合仍然是最广泛、最有效的育种途径 常规育种的理论基础是基因重组,诱变育种的理论基础是基因突变。

前者预见性强,后者随机性较大,但可创造果树的新性状、新类型。

因此二者结合能相互配合、取长补短。

前苏联的Basina I.G.等用气态的EMS 、DES 处理5h 后的苹果花粉进行杂交,获得显性矮化突变。

加拿大Lapins 利用诱变和杂交结合,获得1个自交能育的柑樱桃品种Stella 。

保加利亚的A.Angelor (1981)用γ射线辐照后的桃子Duphishka 的花粉和Halle 杂交,获得高产、大果、质优的Plovdiv6新品种[1]。

Donini 认为辐射后的花粉用于杂交可以提高后代的变异率,且辐照处理后的花粉和未经处理的卵细胞结合,常可获得非嵌合体的同质突变体植株[1]。

6　诱变技术和离体培养结合前景广阔利用诱发突变与生物技术特别是离体培养相结合,是近年来兴起的一项很有前途的研究项目,国内外非常重视。

FAO/IAEA1985年10月在维也纳召开了“核技术和离体培养改良植36　1期果树诱变育种的研究进展物”的学术讨论会。

诱变技术和离体培养相结合,能有效地避免嵌合体的形成和二倍体的选择,具有不受环境条件限制、节省大量人工财力和时间,能扩大变异谱和提高变异率等优点。

在离体培养中,综合多种选择体系可以用来对原生质、悬浮培养物、愈伤组织体系和花药培养体系以及产生的植株进行筛选。

用诱变剂直接处理悬浮培养的单细胞和原生质体,筛选所需要的突变体,不会引起体细胞选择,可以避免或限制嵌合体的形成,这是直接获得同质突变体的最理想方法。

Vardi (1975)采用EMS 处理和X 射线照射,成功地诱导甜橙原生质体产生胚状体并再生植株。