全 文 ：此文于 1997 年 11 月 10 日收到。
水稻植株生殖细胞发育时期辐照与育性研究
陈玉霞　张朝成　严志刚　韦俊英
(湖北辐照实验中心　武汉　430064)
用 15～70 Gy 剂量辐照处理早籼稻广陆矮四号生殖细胞不同发育阶段植株 ,M1
代表现出花粉母细胞期植株的辐射敏感性最强 ,其次是减数分裂、幼嫩单核期 ,而单
核花粉阶段的敏感性较差。减数分裂期植株经 25～50 Gy 辐照后 ,M1 代异常四分体
出现频率为 1010 %～4716 % ,异常花粉率为 3114 %～7718 %。在 15～50 Gy 剂量范
围内 ,M2 代植株分离为正常株、半不育株、高不育株及全不育株等多种类型 ,其中非
正常结实株率随着辐照剂量的增加而增高。M2 代半不育株在 M3 代仍分离出约占
总株数 1/ 3 左右的半不育株 ,M2 代高不育株在 M3 代也能分离出少数正常株 ,但多
为高不育株。
关键词 :水稻 　植株辐照 　育性
选择适宜的辐照方法 ,提高诱变效率是辐射育种成功的关键[1 ] 。据报道 ,水稻辐射育种
研究除进行诱变因素的综合处理外[2 ] ,植株辐照也是提高诱变效率的有效途径之一[3 ] 。而植
株辐照时期的选择与有益突变的获得密切相关。本研究选取遗传物质 DNA 及其载体染色体
发生复杂变化的生殖细胞发育时期 ,并集中在减数分裂前后用60Coγ射线对早稻广陆矮 4 号植
株进行辐照处理 ,通过育性分析 ,寻求其规律性 ,试图为水稻辐射育种早代选择提供某些依据。
1 　材料与方法
111 　供试材料
早籼稻广陆矮 4 号。
112 　试验方法
11211 　材料预处理 　供试早籼稻广陆矮 4 号预先育苗 ,选择生长整齐一致的秧苗栽于上口径
为 25cm、底径 15cm、高 20cm 的塑料钵中。每钵 6～8 株 ,单株单行栽插。秧苗分蘖后 ,每株只
留主穗和第 1 个分蘖穗 ,其余剪除。同时 ,从植株幼穗分化开始 ,定期进行幼穗长度测量和发
育时期观察。
11212 　辐照方法 　选择绝大多数植株进入花粉母细胞减数分裂前后进行辐照处理。辐照时 ,
用竹片或铁丝将稻株夹成整齐的一排 ,力求株间辐照剂量一致。
11213 　辐照条件 　湖北辐照中心钴源 ,活度为 317 ×1014Bq。辐照剂量为 0、15、25、35、50、
70、90 Gy 7 个处理 ,剂量率为 0125 Gy/ min ,辐照温度为 25 ℃。
11214 　形态学观测 　辐照处理当天 ,对各钵中每个稻穗都进行挂牌编号 ,同时观测植株外部
55　核 农 学 报　1999 ,13 (1) :55～58Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
形态特征 (叶环距等) ;选择若干个叶环距不相同的稻穗 ,整穗染色 ,观察雄性生殖细胞的发育
时期 ,以摸清水稻外部形态特征与其花粉发育阶段的相关性。
11215 　细胞学观察 　在辐照后 1～2d ,每处理取稻穗 3 枚 ,以爱氏苏木精整穗染色、镜检 ,观
察异常 4 分体情况 ;在抽穗时 ,各处理取稻穗 2 枚 ,固定后用碘钾液染色、镜检 ,并对可育花粉
和不育花粉进行统计记载。
11216 　结实率测定 　将辐照后的植株置于网室内 ,任其自然开花结实。在开花期各处理间间
隔 5m ,以免相互传粉 ,待稻穗成熟后 ,逐穗统计结实率。
2 　结果与分析
211 　广州矮 4 号雄性生殖细胞发育各阶段的形态特征
本试验观测了 134 个稻穗的叶环距及其幼穗长度 ,并对其中的 63 个幼穗上各部位颖花发
育做了细胞学观察 ,确定花粉发育各个阶段的外部形态特征 ,结果见表 1。
表 1 　花粉各发育阶段的外部形态特征
发育阶段 花粉母细胞 减数分裂 单核花粉 2 核花粉 3 核花粉
叶环距 (cm) - 10～ - 9 - 8～ - 5 - 4～8 9～11 12～14
幼穗长度 (cm) 4～5 515～715 717～1818 达全长 破胸
212 　辐照处理与 M1 代育性
21211 　不同剂量辐照处理对水稻减数分裂期植株 4 分体形成的影响 　在辐照后第 3d ,观察
到有异常 4 分体出现。这种异常 4 分体 ,只有 4 个明显的细胞核 ,无细胞隔壁。异常 4 分体出
现的频率随辐照剂量的增加而增大 (见表 2) 。对照和 15 Gy 辐照处理 ,未见异常 4 分体出现。
而 25 Gy、35 Gy 和 50 Gy 辐照处理的异常 4 分体频率分别为 1010 %、3815 %和 4716 %。
表 2 　辐照处理与异常 4 分体
4 分体 CK(0 Gy) 15 Gy 25 Gy 35 Gy 50 Gy
正常 4 分体 (个) 32 28 27 16 11
异常 4 分体 (个) 0 0 3 10 10
异常率 ( %) 0 0 1010 3815 4716
21212 　不同剂量辐照处理对水稻减数分裂期植株花粉育性的影响 　稻穗经固定和碘钾液处
理后 ,花粉粒可呈现不同的颜色。可育花粉为黑色 ,不育花粉为黄色或无色。据此 ,可对花粉
育性进行鉴别。本研究中 ,水稻植株用不同剂量进行辐照处理 ,其花粉育性差异较大 ,如表 3
所示。对照区正常花粉率为 9112 % ,辐照区剂量从 15 Gy 增加到 70 Gy ,正常花粉率由 7119 %
降低到 1413 % ,当辐照剂量增加到 90 Gy 时 ,正常花粉率仅 1119 % ,几近不育。
表 3 　辐照剂量与花粉育性
花粉类型 CK(0 Gy) 15 Gy 25 Gy 35 Gy 50 Gy 70 Gy 90 Gy
正常花粉 (粒) 83 64 59 28 18 8 1
异常花粉 (粒) 8 25 27 60 63 48 83
正常花粉率 ( %) 91. 2 71. 9 68. 6 31. 8 22. 2 14. 3 1. 19
　　注 :表中数据为 6 个视野的平均值
65 核　农　学　报 13 卷
21213 　不同剂量辐照处理对 M1 代结实率的影响 　分别对花粉母细胞、减数分裂、幼嫩单核、
单核花粉 4 个不同发育阶段的水稻植株进行了 15～90 Gy 不同剂量的辐照处理 ,并统计了结
实率 ,结果见表 4。由表 4 可知 ,当辐照剂量为 15 Gy 时 ,植株的平均结实率为 64171 % ,而对照
为 82195 % ,两者相差 18124 % ; 当辐照剂量为 25 ～ 70 Gy 时 ,平均结实率为 47179 %～
15116 % ,与对照相差 35116 %～67179 % ,差异十分明显。而当辐照剂量为 90 Gy 时 ,平均结实
率仅 6138 %。在辐照时期上 ,花粉母细胞期植株的辐射敏感性最强 ,其次为减数分裂期、幼嫩
单核期 ,而单核花粉期植株辐照敏感性较差。
表 4 　辐照剂量与 M1 代结实率( %)
辐照剂量 ( Gy) 花粉母细胞 减数分裂 幼嫩单核 单核花粉 平均
CK 72. 60 77. 80 89. 40 92. 00 82. 95
15 44. 00 57. 57 74. 02 83. 26 64. 71
25 26. 79 44. 03 47. 11 73. 23 47. 79
35 17. 28 27. 15 36. 74 62. 19 35. 84
50 9. 00 16. 34 21. 99 53. 82 25. 29
70 2. 03 4. 36 11. 18 43. 06 15. 16
90 0. 41 0. 86 7. 15 17. 08 6. 38
213 　辐照处理与 M2 代育性
将 M1 代所收种子按不同发育阶段及不同剂量水平播种育秧 ,大田单株栽插。结果为
70 Gy 和 90 Gy 两处理成活率最低 ,分别仅成苗 4 株和 2 株 ,栽入大田后 ,生长缓慢 ,未能抽穗。
其它各处理均生长至成熟 ,统计调查每株结实情况。当辐照剂量为 15～50 Gy 时 ,M2 代植株
在育性上有较大分离 ,我们对其中的半不育株、高不育株及全不育株 3 种类型所占比例及与辐
照剂量的相关性进行了分析。当辐照剂量从 15 Gy 增加到 50 Gy 时 ,半不育株率从 4153 %增加
到 1218 % ,高不育株率从 1165 %增加到 1011 % ,全不育株率由 0141 %增加到 5141 % ,如表 5
所示。
表 5 　辐照处理与 M2 代植株育性
辐照剂量 ( Gy) M2 代株数(株)
半不育株
株数 比率
高不育株
株数 比率
全不育株
株数 比率
CK 200 0 0 0 0 0 0
15 486 22 4. 53 8 1. 65 2 0. 41
25 334 14 4. 19 10 2. 99 4 1. 19
35 294 28 9. 52 13 4. 42 5 1. 70
50 148 19 12. 8 15 10. 1 8 5. 41
　　注 :50 %结实率为半不育株 ,10 %以上为高不育株 ,不结实为全不育株
214 　辐照处理与 M3 代育性
M2 代正常结实株在 M3 代仍为正常结实株 ,其结实率和千粒重与对照相近。M2 代半不
育株在 M3 代分离为半不育株和正常株两类 ,如表 6 所示。
从表 6 可见 ,M3 代半不育株率的剂量效应明显 ,辐照剂量在 25～35 Gy 范围内 ,M3 代半
不育株率较高 ,达 3412 %～3419 % ,占总株数的 1/ 3 左右 ;低于 25 Gy 或高于 35 Gy ,M3 代半不
育株率呈下降趋势。
75　1 期 水稻植株生殖细胞发育时期辐照与育性研究
M2 代高不育株在 M3 代也能分离出少数正常结实株 ,但仍有较多的高不育株出现。如减
数分裂期植株经 35 Gy 辐照处理后 ,其 M2 代高不育株收种子 9 粒 ,M3 代成苗 5 株 ,其中有 4
株高不育 ,1 株结实正常。
表 6 　M2 代半不育株与 M3 代育性分离
辐照剂量
( Gy) M3 代株数
M3 代半不育株
株数 比率 ( %)
15 780 272 27. 6
25 519 143 34. 9
35 645 222 34. 2
50 252 49 19. 4
3 　小 　　结
11 在水稻育种实践中 ,通过外部形态特征准确鉴别发育阶段 ,对提高辐射效果具有十分
重要的意义。经观测 ,早籼稻广陆矮 4 号叶环距为 - 8～ - 4cm ,幼穗长度为 515～715cm ,稻
穗中上部大多数颖花处于减数分裂期 ;当叶环距为“0”时 ,颖花发育到幼嫩单核或单核初期。
21 早籼稻广陆矮 4 号减数分裂期植株经 25～50 Gy 辐照后 ,M1 代异常 4 分体出现频率为
1010 %～4716 % ,异常花粉率为 3114 %～7718 %。低于 15 Gy 或高于 35 Gy 时 ,异常 4 分体及
异常花粉率较低。
31 用 15～70 Gy 剂量辐照处理水稻植株 ,其 M1 代结实率因生殖细胞发育阶段的不同而
有很大差异。表现出花粉母细胞期植株的辐射敏感性最强 ,其次是减数分裂 ,幼嫩单核期 ,而
单核花粉阶段的敏感性较差。
41 在水稻生殖细胞发育阶段 ,用 15～50 Gy 剂量进行辐照处理 ,其 M2 代植株分离为正常
株、半不育株、高不育株及全不育株等多种类型。其中非正常结实株率随着辐照剂量的增加而
增高。
51M2 代正常结实株在 M3 代仍为正常结实株 ;M2 代半不育株在 M3 代分离为半不育株和
正常株两类 ,在 15～35 Gy 辐照剂量范围内 ,半不育株约占总株数的 1/ 3 左右 ;M2 代高不育株
在 M3 代也能分离出少数正常株 ,但多为高不育株。
参 考 文 献
1 　王琳清. 我国植物诱变育种剖析. 核农学通报 ,1992 , (6) :282～295
2 　万贤国. 提高辐射诱变育种效果及辐射遗传效应的研究Ⅰ. 激光生物学 ,1994 , (3) :395～399
3 　郑企成. 辐照小麦幼穗外植体诱变效果初报. 核农学通报 ,1991 , (1) :8～11
FERTIL ITY OF IRRADIATED RICE PLANT IN GERM CELL DEVELOPMENT
Chen Yuxia 　Zhang Chaocheng 　Yan Zhigang 　Wei J unying
( I rradiation Cent re of Hubei , W uhan 　430064)
85 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1999 ,13 (1) :55～58