全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
文章编号 :100028551 (2000) 0320134207
60Coγ射线对小豆种子辐射处理效应的研究
金文林　陈学珍　喻少帆
(北京农学院作物遗传育种研究所　北京　102206)
摘要 :本试验研究结果表明 :60Coγ射线辐照小豆种子的半致死剂量平均为 389 Gy ,且
M1 生长初期叶片性状有明显的叶面缺刻、叶色缺绿、叶形不对称、叶缘卷曲、花叶、黄
叶等致变现象 ,各种畸型叶出现频率与辐照剂量大小有关 ;M1 根尖细胞中有多种染
色体畸变类型 ,以染色体桥和断片频率较高 ,辐照剂量在 400 Gy 以上时根尖细胞异
常率达 10 %以上 ;植株花粉育性与辐照剂量呈极显著负相关 ,京农 2 号植株花粉育
性达 50 %时的辐照剂量为 378 Gy。根据 M1 出苗率、成活株率、根尖细胞异常率、叶
片致畸率、植株花粉育性、植株农艺性状受抑程度及 M2 植株性状的变异等综合分
析 ,60Coγ射线辐照小豆种子的较适宜剂量为 400 Gy。
关键词 :小豆 　60Co2γ射线 　适宜辐照剂量 　遗传变异
收稿日期 :1998212210
基金项目 :北京市科技干部局青年骨干基金资助。
作者简介 :金文林 (1956 —) ,男 ,江苏盐城人 ,硕士 ,北京农学院教授 ,从事红小豆遗传育种研究
辐照处理能提高有益突变的频率[1 ,2 ] ,创造出自然界没有的类型或性状。几十年来 ,我国
利用辐射培育出水稻、小麦、大豆、棉花等[3 ]400 余个优良品种以及具有较高利用价值的中间
亲本 (有益突变体) 。小豆辐射育种国内外仅有“红南部”[4 ]一例 ,其推广面积还很小。作者从
1992 年开始利用60Coγ射线对红小豆品种进行诱变处理 ,通过多代选择已培育出 J N23024 等
一批高产、优质、大粒、抗病的新品系 ,在京郊 3 年区试中表现突出。鉴于有关小豆辐射诱变育
种及应用基础方面的研究报道较少 ,作者将近年对小豆辐射诱变效应及育种处理最适剂量等
研究结果总结如下 ,供小豆遗传育种工作者参考。
1 　材料与方法
111 　辐照当代小豆出苗率、成活株率及叶片变异观察
在中国农科院原子能所钴源室用60 Coγ射线对供试种子进行辐照 ,辐照剂量分别为 0
(CK) 、100、200、300、400、500、600 (或 700) Gy。1992 年选用京农 1 号、京农 2 号、E102221 、C11 、
A00305 个小豆品种 ,于 5 月 11 日播种在北京农学院小豆网室中 ,每小区 100 粒 ,2 次重复。5
月 20 日进行出苗调查 ,出苗后 35d 调查变异叶片数。1995 年又选用京农 2 号和冀红 4 号 2 个
品种重复上述试验 ,并调查成活株率。
112 　辐照后根尖细胞染色体及其植株花粉育性观察
431　 核 农 学 报　2000 ,14 (3) :134～140Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
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1993 年、1994 年对京农 2 号和中菅野生小豆进行辐照 ,辐照剂量分别为 0 ( CK) 、100、
200、300、400、500、700 Gy。
11211 　根尖染色体观察 　将处理好的种子在室内室温下 (20 ℃左右)用纸培法使其发芽 ,取幼
根卡诺氏液固定 ,醋酸洋红染色 ,制片观察[5 ] 。镜检时对染色体的各种畸变类型进行计数 ,选
择典型的分裂相摄像。
11212 　植株花粉育性观察 　在开花盛期和开花末期于上午 7～8 时 ,取植株生长较为正常的
正要开放的花朵镜检花粉育性 ,同时还调查了京农 2 号 400 Gy 处理的 M3 、M4 植株花粉育性。
113 　辐照后 M1 、M2 、M3 代主要农艺性状变异
1992 年对 20 份小豆种子进行辐照处理 ,辐照剂量为 400 Gy。但夏播后仅有蛭川小豆、蛭
川大纳言、河北21、京农 1 号、2 号、G2I219、G2I241、86 早 82 等 8 份早中熟材料的 M1 与 CK正
常成熟 ;1993 年春取其部分种子进行加代 ;1993 年夏播 (分 7 月 5 月和 7 月 14 日两期)后分别
获得 CK、M2 、M3 植株 ,将早春加代的 M2 中的变异株种成家系 ,行距 40cm ,株距 5cm ,各世代
视种子多少种植 2～5 行 ,行长 3m。
1994 年、1997 年选用京农 2 号、冀红 4 号、S5033 等品种进行重复试验。
2 　结果与分析
211 　小豆出苗率、成活株率与60Coγ射线辐照剂量的关系
由图 1 可见 ,小豆出苗率随辐照剂量的增加而递减 ,但低剂量 (100、200 Gy) 处理似有促进
种子萌发出苗的作用 ,这与其它作物相类似[6 ,7 ] 。本研究中 5 个小豆品种平均出苗率 (y) 与辐
照剂量 (x)具有 y = Exp (4156487 - 010016778x) 的关系 ( r = 019513 3 3 ) ,其半致死辐照剂量
(LD50)为 389 Gy。从图 2 来看 ,辐照剂量 (x)与平均成活株率 (y)也有显著的回归关系 :y = Exp
(417339 - 0100264x) (r = - 019653 3 3 ) ,平均成活株率 (y) 达 50 %时的辐照剂量 (LD50) 则为
311 Gy。
图 1 　不同辐照剂量小豆 M1 的出苗率 (1992)
Fig. 1 　M1 seedling rate of the adzuki bean
by different dose treatments(1992)
图 2 　不同辐照剂量的成活株率 (1995)
Fig. 2 　The plant survival rate by different
dose treatments(1992)
212 　60Coγ射线处理对小豆叶片致变的影响
小豆种子经60Coγ射线处理后其 M1 植株表现出明显的辐射损伤 ,叶色缺绿最为典型 ,其
它叶片致变类型出现的比例因辐照剂量大小而异 (表 1) 。叶面缺刻、叶片形状不对称和叶缘
531　3 期 60Coγ射线对小豆种子辐射处理效应的研究
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卷曲 3 种叶形数量在辐照剂量间差异极显著 ; 100、200 Gy 处理时出现较多花叶、黄叶 ; 300、
400 Gy 处理时出现较多叶缘卷曲 ;500、600 Gy 处理时出现较多叶形不对称。
213 　60Coγ射线处理对小豆 M1 主要经济性状的影响
小豆种子经60Coγ射线处理后当代表现出苗迟缓、生长受抑 ,初生叶出现密密麻麻的白色
点状斑 ,第一二叶常出现畸型 ;其生育期比 CK 晚 1～3d。除百粒重外 ,主要经济性状的平均
值均低于 CK ,剂量间差异显著。随着辐照剂量的增加 ,株高、主茎节数、荚长、单荚粒数和单
株籽粒重下降越明显。处理后主要农艺性状株间差异变大 ,用变异系数描述 ,其单株荚数变异
系数最高 (表 2) 。
表 1 　不同辐照剂量对 M1 植株叶片致变的影响
Table 1 　Effect on the variability of M1 generation leaves under the
different irradiation dose
辐照剂量
irradiation dose
( Gy)
叶面缺刻
incision
of leaf…x ±σ 叶色缺绿chlorosisof leaf…x ±σ 叶片形状不对称asymmetry ofleaf shape…x ±σ 叶缘卷曲edge curlingof leaf…x ±σ 花叶黄叶mosaic andyellow leaf…x ±σ
0 (CK) 0 ±0 0 ±0 0 ±0 0 ±0 0 ±0
100 22162 ± 9155 34188 ±43149 23138 ±11152 28180 ±23109 157154 ±35197
200 68102 ±31163 369114 ±52162 83146 ±16127 75124 ±14100 160182 ±48109
300 41140 ± 9122 378136 ±20108 48106 ±15191 110184 ±11186 49160 ±16191
400 81114 ±15159 389134 ± 4141 74146 ±21196 201146 ±38127 31178 ±30195
500 45112 ±15141 345184 ±62199 179140 ±57174 33114 ±21108 60186 ±40139
600 40198 ±25192 351140 ±12198 249170 ±90137 75124 ±28129 53136 ±35137
　　注 :1992 年田间种植 ,出苗后 35d 测定 ,致变叶片数/ 100 株 ,5 品种平均值。
Note : Growing in 1992 ,determined 35 days after emergence of seedlings ,number of mutagenic leaves/ 100 seedlings ,average of
5 varieties.
表 2 　8 个品种经 400 Gy 处理后 3 个主要植株性状的平均值及变异系数
Table 2 　Average and variation coefficient of three main plant characters
in eight varieties by 400 Gy treatment
世代
generation
株　高
plant height (cm)…x ±σ cv( %) 主茎节数nodes of main stem…x ±σ cv( %) 单株荚数No. of pod/ plant…x ±σ cv( %)
M1 2115 ±515 2514 1018 ±215 22198 812 ±419 60107
CK 2211 ±316 1613 1111 ±118 16128 918 ±317 37158
214 　60Coγ射线对小豆根尖细胞染色体畸变的影响
经60Coγ射线处理后 ,小豆根尖分生组织中出现了多种染色体畸变类型 ,其中染色体桥和
断片频率较高 (表 3) 。M1 根尖细胞异常频率随辐照剂量的增大而提高 ,回归关系极为显著 (r
= 01941 3 3 ) 。除多极外 ,其余 2 种主要畸变类型的频率与辐照剂量间的关系也达极显著 ,并
可用直线回归方程加以描述 (如图 3) :
　　桥 :y = 0189 + 01029x 　(r = 019096 3 3 )
　　断片 :y = 1116 + 010056x 　(r = 019584 3 3 )
　　总畸变 :y = 1136 + 01020x 　(r = 019410 3 3 )
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表 3 　小豆根尖细胞染色体畸变类型和频率(京农 2 号 ,1993～1994)
Table 3 　Chromosome aberration type and frequency in the adzuki bean
root tip cell (J ingnong No. 2 , 1993～1994)
剂量
irradiation dose
( Gy)
观察细胞数
No. of observed cell
畸变细胞数 No. of abeerrant cell
桥
bridge
断片
lagard
多极
multipole
合计
total
染色体畸变率
chromosome aberration rate
( %)
0 (CK) 746 0 4 0 4 0154
100 908 14 10 0 24 2164
200 380 12 6 0 18 4174
300 811 38 23 1 62 7164
400 398 34 13 0 47 11181
500 546 44 26 0 70 12182
700 526 42 24 0 66 12155
合计 Total 4315 184 106 1 291 6174
图 3 　小豆 M1 代根尖细胞染色体畸变率与辐照
剂量的关系 (京农 2 号 ,1993～1994)
Fig. 3 　The relationship between the irradia2
tion dose and the rate of chromosome
aberration of root tip cells of adzuki
bean M1 (J ing2nong No. 2 , 1993 ～
1994)
图 4 　不同辐照剂量处理 M1 植株花粉育性
(A :京农 2 号 ,B :中菅野生小豆)
Fig. 4 　The fertility of pollen of M1 plants at
different irradiation doses. ( A : Jing2
nong No. 2 ; B : Wild adzuki bean
Zhongjian)
215 　60Coγ射线辐照处理对小豆 M1 、M3 、M4 代植株花粉育性的影响
花粉镜检结果表明 :栽培小豆 M1 的花粉育性随辐照剂量的增加而明显下降 (图 4) ,呈显
著的直线回归关系 :y = 9114836 - 011098x ( r = - 019955 3 3 ) ;而未进行辐照处理的野生小豆
植株花粉育性为 3215 % ,辐照处理后其花粉育性略有下降 ,当辐照剂量达 500 Gy 时 ,其花粉育
性仅为 1110 % ,辐照剂量达 700 Gy 的植株开花极少 ,几乎取不到花粉。
辐照处理后代 M3 、M4 植株的花粉育性调查结果表明 :随着世代的增加 ,植株花粉育性逐
渐回复正常 (表 4) 。据此 ,可以推测小豆在生长、繁衍过程中 ,由辐射造成的损伤可以通过自
身 (1 代或几代)加以修复 ,当然这种作用是有限的 ,如果损伤过大、修复作用较小时 ,植株将无
法生存导致死亡。修复作用较强的个体将具有一定的优势 ,可能成为优良的单株 ,被人们选拔
育成品种。
216 　400 Gy 处理后 M2 、M3 代主要经济性状及变异
由表 5 看出 ,与其对照比较 ,M2 总体平均值在主茎节数、单株荚数、单株产量上为增加的
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趋势 ,而单荚粒数则为减少趋势 ,其它性状 M2 与 CK相近 ;M3 的性状表现与 M2 相似 ,8 份材
料的总体平均数中 ,单株荚数为 CK的 1127 倍 ,单株产量为 CK的 1129 倍 ,而百粒重与 CK相
近。不同品种的辐射效应差别极明显。
据调查 ,在 M2 和 CK中 ,单株荚数的变异系数 (CV)都明显高于其它性状 ,单株荚数、单荚
粒数、株高、荚长、荚宽变异度依次减小 (表 6) 。M2 代的变异来自于辐射效应和环境效应两个
方面 ,CK的 cv 是环境效应的反应 ,而辐射效应反映在平均数及变异系数的 M22CK 差值上。
据此可以认为 ,株高、荚长、单荚粒数、单株粒数的 cv 差异都大于 10 % ,且达到显著水平 ,说明
用此剂量辐照小豆干种子 ,可使这些性状在后代有较高的变异度 ,有利于优良单株的选择及对
现有优良品种的进一步改良。单株荚数、单荚粒数是构成产量的重要因素 ,能出现较多的优良
变异 ,这对于高产育种是非常有利的。由表 6 可见 ,M2 代已充分表现其变异 ,且 M3 仍保持着
这一变异度。说明在 M2 、M3 代中都可加以选择。
表 4 　400 Gy 处理的京农 2 号各世代花粉育性( %,1994)
Table 4 　The pollen fertility of each generation of Jingnong No. 2 variety
by 400 Gy treatment ( % ,1994)
CK M1
M3
棕变系
brown line
选系
selective line
混合群体
combined population
平均
average
M4
选系
selective line
混合群体
combined population
平均
average
8710 4716 7111 7011 7110 7017 8117 8010 8019
表 5 　8 份材料 M2 、M3 代主要性状与对照( CK)差异值比较
Table 5 　The difference comparison of the main character of M2 and M3 in eight varieties
项目　Term ”M22CK ”M22CK ”M32CK ”M32CK
株　高　plant height (cm) 0100 1100 1141 1104
主茎节数　nodes of main stem 0176 1108 0184 1109
荚　长　length of pod(cm) - 0110 0198 0100 1100
荚　宽　width of pod(cm) 0102 1103 0103 1104
单株荚数　No. of pod/ plant 3112 1154 1153 1127
单荚粒数　No. of seeds per pod - 0153 0191 - 0115 0197
百粒重　1002seed weight (g) - 0102 1100 0107 1101
单株籽粒重　grain yield (g/ plant) 1142 1139 1106 1129
　　注 :1993 年 7 月 5 日播种
Note :Seeds were sowed on J uly 5 th ,1993
表 6 　8 份供试材料 M2 、M3 及 CK变异系数( CV, %)的平均值
Table 6 　The average of variation coefficient in M2 ,M3 and CK
of eight materials(cv , %)
世代
generation
株高
plant height
(cm)
主茎节数
nodes of main stem
荚长
length of pod
荚宽
width of pod
单株荚数
No. of pod/ plant
单荚粒数
No. of seeds per pod
M2 18110 13139 13105 8123 50124 24121
M3 16197 13143 13151 9103 50193 22119
CK 15194 14146 11178 7192 44101 20146
M22CK 2116 - 1107 1127 0131 6123 3175
M32CK 1103 - 1103 1173 1111 6192 1173
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3 　讨 　论
小豆是典型的自花授粉作物 ,天然异交率很低 ,而且落花落荚严重 ,成荚率仅在 30 %以
下 ,人工杂交组配效率不高 ,因此利用辐射诱变可以提高其变异率[8 ] ,提供大量的变异类型以
供遗传研究及育种利用。辐射诱变用于作物育种 ,其目的主要是扩大变异 ,增加更多的选择机
会 ,提高育种效率 ,那么选择适宜的辐照剂量就显得更为重要。本试验结果表明 :
(1)高于 400 Gy 辐照时成活株率较低 ,且半致死辐照剂量为 389 Gy ;
(2) 100～400 Gy 处理时 ,根尖细胞畸变率变化急剧 ;400～700 Gy 的处理细胞畸变率较高 ,
但不同剂量细胞畸变率差别较小。
(3) 100～400 Gy 处理时 ,花粉育性保持在 50 %以上 ,400 Gy 时为对照的 5417 % (栽培小
豆)和 7216 %(野生小豆) ;500 Gy 处理时为对照的 4117 % (栽培小豆) 和 3318 % (野生小豆系
统) 。
综合上述 ,利用60Coγ射线处理小豆种子时 ,采用 400 Gy 辐照剂量是较合适的。
几年来 ,我们在 400 Gy 处理的小豆 M2 群体中获得了多种可稳定遗传的变异类型的单株 ;
1996 年对京农 2 号、S5033 的 M2 群体进行了调查 ,黑荚变异株发生频率为 2 ‰左右。1996～
1998 年 ,从这些后代群体中发现了紫茎 + 红粒、绿茎 + 花粒的新基因型材料 ,这一基因型材料
在国内外小豆种质资源中是罕见的。1993 年在京农 2 号的 M2 群体中发现了一棕色荚、籽粒
鲜红的变异植株 ,经 1994～1996 年田间及室内接种鉴定 ,该家系对小豆叶锈病和白粉病免疫
(1995 年代号为 J N23024) ,且百粒重比京农 2 号提高 30 %左右 ,达 14g/ 100 粒。1996～1998
年参加北京市红小豆区域性试验 ,表现较为突出。这也说明γ射线辐照小豆也能诱导出小豆
抗锈病和抗白粉病的突变体。由此可见 ,γ射线辐照处理技术对小豆品种改良、遗传变异诱
导、创造新基因型种质具有广阔的应用前景。
致谢 :张海霞、吕志军、金　弘、郭玉刚、周英等同志先后参加了部分工作 ,谨表谢意。
参考文献 :
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A STUDY ON THE RADIATIVE MUTATION ON THE SEEDS OF ADZUKI
BEAN BY 60Coγ RAY
J IN Wen2lin 　CHEN Xue2zhen 　YU Shao2fan
( Beiji ng A gricult ural College Crop Genetic and B reeding Instit ute , Beiji ng 　102206)
ABSTRACT :The seeds of Adzuki bean were irradiated by 60 Coγ ray of 0～700 Gy. The results
showed that :( 1) The sub2lethal dose( LD50) was 389 Gy and the early seedl ing leaf at M1 showed
incised ,chlorotic ,yellow, mosaicand curly edge. The absorbed dose was related with the rate of
misshaped leaf . Chromosomal aberration , chromosome bridge and fragment of M1 in the tip
were observed. If the seed was irradiated with 400 Gy , the rate of abnormal cell at the root was
more than 10 %. The relationship bet ween pollen fertil ity and irradiation dose was negative cor2
related. When the irradiation dose was 387 Gy ,the pollen fertil ity was 50 % in the seeds of Adzu2
ki bean. ( 2) The optimum irradiation dose for the seed of Adzuki bean is 400 Gy in the M1 and
M2 .
Keys wrods :Adzuki bean ; 60Coγ ray ; optimum dose ; variation
敬 　告 　读 　者
2000 年第 14 卷第 2 期 68 页 13 行下应是表 3。
表 3 　60Co2γ辐射与羟基脲处理对吸涨初期大麦种胚 DNA合成活性的影响
Table 3 　Effects of 60Co2γand hydroxyurea on DNA synthesis activity in barley embryos
辐射时种子的状态
state of seeds when
γ2irradiation 辐射剂量dosage of 60Co2γirradiation ( Gy) 羟基脲浓度concentration ofhydroxyurea (mmol/ L) DNA 合成活性DNA synthesisactivity(dpm/ embryo) t 检验 3t2test
未辐射 0 0 75010 ±11916
non irradiation 20 68518 ±8516 11348
干种子 100 0 88518 ±10715
dry seeds 20 88417 ±5314 01035
干种子 250 0 106016 ±11315
dry seeds 20 95514 ±11113 11638
吸涨 4 h 250 0 128715 ±13717
4 h of imbibition 20 126410 ±9419 01431
　　注 :以羟基脲浓度为 0 的相应处理为对照 ,检验羟基脲对 DNA 合成的影响 ;t2 ,0105 (双侧) = 41303。
Note :With no hydroxyurea as control to determine the effect of hydroxyurea on DNA ; t 2 ,0105 (double sides) = 41303
　　表 2 中 :大麦种胚 DNA 合成活性的单位是“dpm/ embryo”,
图 1 的纵座标 (左)的放射性强度也用“dpm/ embryo”表示。
特此更正。
本刊编辑部
041 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (3) :134～140