猕猴桃种子高能碳离子束辐射诱变育种适宜剂量的研究

为筛选出猕猴桃种子高能碳离子束辐射诱变育种的最佳辐射剂量，本研究以 3 个猕猴桃品种( ‘东红’、‘红阳’、‘金艳’) 干种子为材料，进行 80 MeV / u 高能碳离子束辐射处理，辐射剂量分别为 0 ( CK) 、50 Gy、100 Gy、200 Gy 和 400 Gy，比较不同辐射剂量对 3 种猕猴桃种子出苗的影响。结果显示，随着辐射剂量的增加，种子的出苗时间逐渐推迟。3 个猕猴桃品种种子的出苗率存在显著差异，‘东红’猕猴桃种子在较低剂量( 50Gy) 辐射处理下的出苗率未出现显著下降，而‘红阳’和‘金艳’猕猴桃种子的出苗率随辐射剂量的增大逐渐降低。高能碳离子束辐射剂量与猕猴桃种子的出苗率呈极显著的负相关关系。根据线性回归方程及幼苗初期生长状况建议猕猴桃种子高能碳离子辐射诱变育种的最佳剂量为 40 ～ 100 Gy。本研究结果可为猕猴桃种子的辐射诱变育种适宜剂量的确定提供依据。

猕猴桃隶属于猕猴桃科( Actinidiaceae) 猕猴桃属( Actinidia Lindl. ) 。中国是猕猴桃种质资源的原始起源中心[1]。猕猴桃是一种品质鲜嫩，营 养丰富，风味鲜美，人们喜食的水果，被称为“Vc 之王”。另外，猕猴桃也因花量大且美丽、叶片存 在彩色变异等具有一定的观赏价值。当前猕猴桃 新品种的选育方式主要有 3 种，一是从野生资源中选育，二是从人工杂交后代中选育，三是从栽培 品种的变异枝条中选择[2 - 3]。由于猕猴桃自然突变率较低，通过以上的传统方式获得新品种周期 较长且变异类型有限。可见，猕猴桃的育种需要 一种高效的方法。鉴于猕猴桃种子量大且较小， 通过单次辐射处理即可诱变大量的种子，辐射诱 变育种成为可以快速获得新型变异来源的捷径。传统的射线辐射( 例如，60Co - γ) 的方法可以提高变异频率，但使用的照射剂量高，对植物体的损伤 较大。

近年来，一些先进的诱变源被开发利用。高能重离子束就是一种新兴的诱发突变源，重离子最显著的物理学优势在于其具有较高的传能线密 度( Linear energy transfer，LET) ，即经加速的粒子在穿过介质过程中具有高的能量沉积[4 - 5]。重离子辐射能更有效地诱导 DNA 双链断裂及团簇损伤，易导致错误修复，从而产生较高的相对生物学效应( Relative biological effectiveness，RBE) [6]，因而表现为突变率高、突变谱广、突变体稳定周期短 等特点表现出极大的优越性[7 - 8]。近年来，重离子束辐射诱变育种研究在国内外蓬勃发展[9 - 10]。例如，通过重离子束辐射能产生花色、花形、叶形 等变异的观赏植物突变体[11 - 13]; 筛选出耐旱陆地 棉品种突变体[14]、综合性状优良的东北粳稻新品 种[15]以及早熟、抗逆及优质的甜高粱新品种。

但重离子束辐射研究在猕猴桃育种领域的研究及 应用还是空白。

重离子束辐射诱变的机理已经在拟南芥中得 到了研究[7，17 - 18]。但是重离子辐射诱变的机制非常复杂，不同的重离子种类产生的诱变效应不 同，不同的辐射剂量产生的诱变效应也不相同，选 择适合重离子及合适剂量是高效创制突变体的关 键[11]。例如，中、低剂量的辐射诱变对样品具有 刺激效应且产生的伤害小，从而可能会提高抗逆 性[11，19 - 20]。一般而言，剂量过低达不到诱变效果，随着辐射剂量的增加，突变率也会相应提高， 但剂量过高，植株正常的代谢会受到干扰，畸变率及死亡率都会增加[3，21 - 23]，选择合适的剂量相当 重要。因此，本研究利用新一代物理诱变源高能 碳( 12C6 + ) 离子束对 3 个猕猴桃品种的种子进行梯度剂量的辐射，然后将辐射后的猕猴桃种子进行 播种。最后通过猕猴桃种子的出苗状况等指标确 定猕猴桃种子辐射诱变的最佳剂量范围，为猕猴 桃等物种的辐射育种剂量选择提供依据。

本研究为明确猕猴桃种子高能碳离子束辐射 的半致死剂量，设置了 0 ～ 400 Gy 的剂量梯度范围，以全面了解高能碳离子束对 3 个猕猴桃品种 种子的辐射生物学效应，从而预测适宜辐射育种 的剂量范围，发现 3 个猕猴桃品种种子的出苗率与辐射剂量呈现显著的负相关关系。随着辐射剂 量的增加，出苗时间出现明显推后。不同猕猴桃 品种种子的出苗率及辐射敏感性存在一定差异。低剂量的辐射在一定程度上可能会有助于东红猕 猴桃种子的成活，但经高剂量( 100 Gy 以上) 高能碳离子束辐射后，猕猴桃种子出苗受到明显抑制。 根据本研究的结果，建议高能碳重离子辐射猕猴 桃种子育种的最佳剂量为 40 ～ 100 Gy。此剂量条件下，既能够达到有效辐射诱变的目的，还能降

低碳重离子对猕猴桃种子造成诱变过量的影响。在研究中发现很多诱变苗均出现了双茎现象，目前已经初步筛选出了一批在形态性状上与对照有差异的疑似突变体植株，并且已经在大田中进行了定植和跟踪观测，但其开花、结果等农艺性状还有待进一步研究。重离子束作为辐射诱变的一种重要手段，具有突变频率高、突变谱广和稳定周期较短等优点，在辐射诱变育种工作的应用会越来越广。本研究结果为利用重离子束进行猕猴桃种质资源创新提供了一定的理论依据和技术支撑。