全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2015, 51 (7): 1167~1172　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2015.0185 1167
收稿 2015-03-30　　修定 2015-05-25
资助 山东省薯类产业创新团队遗传育种岗位(SDAIT-10-011-03)。
* 通讯作者(E-mail: jswang319@126.com; Tel: 15963291167)。
60Co-γ射线辐照对甘薯农艺性状变异的影响
王鹏1, 刘录祥2, 纪瑞瑞1, 隋炯明1, 乔利仙1, 郭宝太1, 孔祥远1, 王晶珊1,*
1青岛农业大学生命科学学院, 山东省高校植物生物技术重点实验室, 山东青岛266109; 2中国农业科学院作物科学研究所/
国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程/国家农作物航天诱变技术改良中心, 北京100081
摘要: 以甘薯品种‘徐薯22’和‘烟薯25’刚萌芽的薯块为辐照材料, 采用60Co-γ射线(0、10、20、30 和50 Gy)辐照处理后进行
催芽。结果表明, 随辐照剂量的增加, 发芽薯苗的数量和薯苗长度逐渐减少。萌发的薯苗移栽田间后, 50 Gy辐照的仅有少
数成活, 并且生长严重受抑制, 最终未得到薯块。10 Gy辐照的与对照无明显差异, 未得到变异植株。20和30 Gy辐照的薯
苗移栽田间后, 在叶片颜色、叶片形状、感病性、薯形和单株结薯重等方面发生变异。其中‘烟薯25’有一变异体, 薯皮暴
筋现象极轻, 克服了亲本‘烟薯25’薯皮暴筋严重的弱点, 并且单株结薯重达2.75 kg。
关键词: 甘薯; 60Co-γ射线辐射; 农艺性状; 变异
Effects of 60Co-γ Irradiation on Variation of Agronomic Characters of Ipomoea
batatas
WANG Peng1, LIU Lu-Xiang2, JI Rui-Rui1, SUI Jiong-Ming1, QIAO Li-Xian1, GUO Bao-Tai1, KONG Xiang-Yuan1, WANG Jing-
Shan1,*
1College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University, Key Lab of Plant Biotechnology in Universities of Shandong, Qin-
gdao, Shandong 266109, China; 2Institute of Crop Sciences, China Academy of Agricultural Sciences/National Key Facility for
Crop Gene Resources and Genetic Improvement/National Center of Space Mutagenesis for Crop Improvement, Beijing 100081,
China
Abstract: The newly-sprouted tubers of sweet potato (Ipomoea batatas) varieties ‘Xushu 22’ and ‘Yanshu 25’
were used as materials with irradiation treatment by 60Co-γ rays (0, 10, 20, 30 and 50 Gy). The results indicated
that the number and length of seedlings reduced gradually with the increase of irradiation dose. After the
seedlings were transplanted into field, only a few seedlings with 50 Gy irradiation survived, the growth were
severely inhibited and no storage roots were harvested finally. There was no significant difference between
plants with 10 Gy irradiation and control plants. The plants with 20 and 30 Gy irradiation showed various
variation in the color and shape of leaves, storage tuber shape, disease susceptibility and the weight of storage
tuber per plant etc. A variant from ‘Yanshu 25’ showed minor reinforced stripes on the skin, overcoming the
disadvantages of serious reinforced stripes which was common in ‘Yanshu 25’. And the weight of storage tuber
of the variant reached up to 2.75 kg.
Key words: Ipomoea batatas; 60Co-γ irradiation; agronomic characters; variation
甘薯是我国重要的粮食、饲料和工业原料作
物(谢一芝等2003; 王刚等2014), 研究表明, 甘薯营
养均衡, 具有很好的保健作用和应用价值(江阳和
孙成均2010; 刘鲁林等2008; 张立明等2003; Liu等
2007), 近年来随着人们对保健意识的提高, 甘薯越
来越受到青睐(贾赵东等2011; 李爱贤等2009; 李强
等2004, 2008)。但甘薯遗传基础狭窄, 遗传多样性
较差(李强等2009; 王红意等2009), 从而影响杂交
育种获得突破性进展。诱变技术的利用可以创造
自然界不存在的或极为罕见的新性状、新个体,
是创造新种质、培育新品种的有效途径(敖妍和潘
青华2008; 王晶珊等2013; 于新玲等2012)。辐照诱
变育种具有变异频率高、变异谱大、后代稳定
快、育种年限短等特点(李树发等2011)。
甘薯是无性繁殖植物, 辐照诱变是甘薯品种
改良的重要途径之一(李爱贤等2002)。王玉萍等
(2002)利用慢照射与茎尖培养相结合获得了薯
形、薯肉色、高干率、高产量和高Brix的同质突
植物生理学报1168
变体。He等(2009)对悬浮培养细胞辐照处理后进
行耐盐筛选, 获得了耐盐突变体。目前, 利用诱变
技术育成甘薯新品种的报道较少, 王凤宝等(2008)
利用秋水仙素和二甲基亚砜混合水溶液处理甘薯
种子, 从后代中选择培育出了高产、高淀粉、高
蛋白、高铁、高锌短蔓新品种‘短蔓3号’。本研究
利用甘薯刚萌芽的薯块作为辐照诱变材料, 采用
60Co-γ射线进行辐照处理, 对辐照处理后农艺性状
的变异等进行了研究, 以期获得优良突变体, 从中
筛选培育新品种或突变材料。
材料与方法
1 材料
甘薯(Ipomoea batatas (L.) Lam.]品种‘徐薯22’
和‘烟薯25’由青岛农业大学遗传教研室种植保存。
2 方法
2.1 辐照方法
选择刚萌芽的薯块, 2014年在北京大学采用
60Co-γ射线进行辐照处理, 辐照剂量设置为10、
20、30和50 Gy, 以不进行辐照为对照。
2.2 辐照甘薯后代性状观察
将辐照处理后的薯块摆放入沙子上, 薯块上
覆盖1~2 cm的沙子, 放入温室中, 在相对湿度约
60%、(27±2) ℃条件下进行催芽。根据沙子的湿
度适量喷水, 催芽19 d后测定及统计发芽薯苗数和
3 cm以上的薯苗长度, 采用DPS软件Duncan新复极
差法进行统计分析。
在温室中, 薯块不断长出薯苗, 当薯苗长到20
cm以上后, 5月3日开始从薯块上采下, 并栽植青岛
农业大学试验田, 之后, 随长随采随栽。当栽植于
试验田的薯苗分枝达30 cm以上后, 从其上剪切茎
蔓, 再栽植于试验田, 同时栽植诱变亲本作为对
照。栽植行距均为80 cm, 株距25 cm, 按常规方法
进行田间管理, 10月20日收获。
生长期及收获期观察茎蔓颜色、叶片形状、
薯块形状、抗病性、薯块大小及秤重单株结薯的
重量。
实验结果
1 60Co-γ射线辐照对甘薯萌发的影响
‘烟薯25’和‘徐薯22’经辐照后的薯块放于温
室中催芽, 以未进行辐照的薯块作为对照。催芽的
薯块逐渐发芽, 长出薯苗。图1显示, 随辐照剂量的
增加, 除‘烟薯25’ 10 Gy处理的以外, 发芽薯苗的数
量逐渐减少。图2显示, ‘烟薯25’未进行辐照的对照
薯苗平均长度为19.1 cm, 与10 Gy处理的无显著差
异。其他随辐照剂量的增加, 薯苗的长度显著缩
短, 不同处理之间差异显著。而‘徐薯22’的对照及
其不同辐照剂量处理间均达到显著差异(图3)。
观察薯苗性状发现, 有些辐照处理的薯苗叶
片形状和叶片颜色明显变化。‘烟薯25’叶片形状
为心形, 顶部叶片紫色(图4-A)。辐照剂量为10 Gy
时, 部分薯苗的叶片为较浅的锯齿状(图4-B); 辐照
剂量提高到20 Gy时, 薯苗绝大多数叶片为锯齿状
(图4-C); 辐照剂量为30 Gy时, 有的顶部叶片变为
图1 60Co-γ辐照处理对发芽薯苗数的影响
Fig.1 Effect of 60Co-γ irradiation on the number of
germinated plantlets in I. batatas
图2 60Co-γ辐照处理对‘烟薯25’薯苗长度的影响
Fig.2 Effect of 60Co-γ irradiation on the plantlet
leight of ‘Yanshu 25’
不同小写字母表示0.05显著水平, 下图同此。
王鹏等: 60Co-γ射线辐照对甘薯农艺性状变异的影响 1169
绿色, 有的叶片生长畸形(图4-D); 辐照剂量再提高
到50 Gy时, 绝大多数叶片生长畸形(图4-E)。‘徐薯
22’与‘烟薯25’类似, 在辐照剂量10 Gy时, 部分叶片
为锯齿状; 辐照剂量20 Gy时, 薯苗绝大多数叶片为
锯齿状; 辐照剂量30 Gy时, 部分叶片为锯齿状, 还
有部分叶片为心形; 辐照剂量50 Gy时, 部分叶片为
心形, 另有部分叶片畸形; 而未作辐照处理的‘徐薯
22’为缺刻叶形, 顶部叶片绿色(结果未列出)。
2 60Co-γ射线辐照对甘薯田间茎蔓生长的影响
在温室中催芽的‘烟薯25’和‘徐薯22’及其经
辐照的薯块不断发芽长出薯苗, 5月3日开始采苗栽
植青岛农业大学试验田。移栽25 d后观察。从图5
可以看到, 辐照剂量50 Gy的‘徐薯22’移栽薯苗, 仅
有少数成活, 并且生长严重受抑制, 小苗生长不正
常。辐照剂量30 Gy以下各处理, 移栽薯苗几乎全
部成活, 但茎蔓生长势和茎蔓长度随辐照剂量的
增加明显降低。辐照剂量10 Gy时, 茎蔓生长势及
茎蔓长度与未辐照的亲本无明显差异。辐照剂量
30 Gy时, 生长受抑制, 茎蔓生长缓慢, 生长势差。
辐照剂量20 Gy时, 生长势及茎蔓长度处于10~30
Gy之间(图5)。‘烟薯25’和‘徐薯22’情况类似。
3 60Co-γ射线辐照后的甘薯性状变异
‘烟薯25’和‘徐薯22’经辐照的薯块在温室中
催芽, 长出的薯苗直接栽植大田, 或移栽大田后长
出的分枝再栽植大田, 进行常规栽培管理。观察
和记载田间性状发现, 2个品种均表现出各种性状
变异, 有的叶片颜色变异, 有的叶片形状变异。‘烟
薯25’和‘徐薯22’均有叶片锯齿状的变异植株。辐
照剂量20 Gy处理的‘徐薯22’有1株顶部叶片变为
紫色(图6-B); 30 Gy处理的有1株叶片缺刻很深(图
6-C); 还有1株长出了芽变分枝, 将芽变分枝剪切下
再栽植田间, 叶片形状细长, 两头尖(图6-D)。而未
作处理的‘徐薯22’叶片缺刻中等, 顶部叶片绿色
(图6-A)。
图3 60Co-γ辐照处理对‘徐薯22’薯苗长度的影响
Fig.3 Effect of 60Co-γ irradiation on the plantlet
leight of ‘Xushu 22’
图4 不同60Co-γ辐照处理的‘烟薯25’薯苗生长
Fig.4 Growth of ‘Yanshu 25’ seedlings treated by different 60Co-γ irradiation
A: 诱变亲本‘烟薯25’; B: 10 Gy处理; C: 20 Gy处理; D: 30 Gy处理; E: 50 Gy处理。
植物生理学报1170
收获期观察地下薯块性状发现, 辐照剂量50
Gy处理的‘烟薯25’和‘徐薯22’, 少部分成活的植株
由于地上部生长极为缓慢, 均未得到薯块; 而辐照
剂量10 Gy处理均未发现地下性状变异的植株。辐
照剂量20和30 Gy处理的, 在薯块形状、感病性和
单株鲜薯重等方面各有变异。通过直观分析发现,
‘徐薯22’有103个单株鲜薯重分别比诱变亲本减少
5%以上, 36个单株与亲本单株鲜薯重相当(差异5%
以内), 12个则高于亲本(5%以上)。‘烟薯25’有116
个单株鲜薯重分别比诱变亲本减少5%以上, 41个
图5 60Co-γ辐照处理‘徐薯22’薯苗移栽田间后的生长
Fig.5 Growth of ‘Xushu 22’ plantlets treated by different 60Co-γ irradiation after transplanted in the field
A: 对照; B: 10 Gy处理; C: 20 Gy处理; D: 30 Gy处理; E: 50 Gy处理。
图6 ‘徐薯22’ 的叶片变异
Fig.6 Variation of leaf in ‘Xushu 22’
A: ‘徐薯22’正常植株; B: 顶部叶片变为紫色的变异体(20 Gy); C: 叶片缺刻很深的变异体(30 Gy); D: 叶片细长的变异体(30 Gy)。
王鹏等: 60Co-γ射线辐照对甘薯农艺性状变异的影响 1171
单株与亲本相当, 15个高于亲本。其中‘烟薯25’辐
照剂量20 Gy有一变异植株单株鲜薯重达2.75 kg,
比对照增加51.1%, 并且薯皮暴筋现象极轻。此植
株上结的3个薯块中, 仅有1个薯块上有半条暴筋,
其他2个薯块均无暴筋(图7-B), 而诱变亲本‘烟薯
25’薯皮暴筋严重(图7-A)。另外发现‘烟薯25’辐照
剂量20 Gy处理的有一易感病的变异体(图7-C)。
‘徐薯22’辐照后薯形变异的单株比较多, 有各种各
样的不规则薯形, 也有在收获前已在地下发芽的
变异株(图7-E和F)。
讨　　论
本研究以甘薯品种‘徐薯22’和‘烟薯25’刚萌
芽的薯块为辐照材料, 采用60Co-γ射线辐照后进行
催芽, 发芽的薯苗数量和长度随辐照剂量的增加
显著减少。薯苗大部分叶片表现变异, 有的为锯
齿状, 还有的畸形, 但移栽大田后, 其中大部分回
复原品种的叶片形状, 类似情况也在60Co-γ射线辐
照切花月季上表现, 这是由于生理损伤自动修复
(李树发等2011), 可能与植物细胞具有较强的辐照
损伤修复能力有关, 使大部分DNA损伤能在短期
内被修复(马爽等2007)。
辐照诱变具有很大的随机性(陈秀兰等2004),
本研究经60Co-γ射线辐照从‘烟薯25’和‘徐薯22’获
得了多个变异体, 有叶片形状、叶片颜色、感病
性、薯形、薯皮性状及单株结薯重等变异。这些
性状的改变有的可能是生理学改变所致, 有待于
进一步进行世代鉴定验证。
‘烟薯25’是我国目前主要推广的食用型甘薯
品种之一, 该品种产量高, 口感好, 但薯皮暴筋严
重。本研究从辐照剂量20 Gy处理的‘烟薯25’获得
了一个变异体, 暴筋现象极为减轻, 增加了薯块的
感观性, 并且单株鲜薯重达2.75 kg, 期望利用该变
异体能培育成高产优质美观的甘薯新品系。
不同基因型对辐照的敏感性不同(于虹漫和
陈宗瑜2004)。李树发等(2011)利用60Co-γ射线辐
照切花月季的研究结果表明, 对辐照耐受性弱的
品种以辐照剂量40~50 Gy为宜, 耐受性强的品种
50~60 Gy为宜。刘丽强等(2010)运用60Co-γ射线辐
照观赏海棠组培苗, 结果表明30 Gy是海棠组培苗
适宜的辐射剂量。本文研究结果, 20~30 Gy为甘
薯薯块适宜的诱变剂量; 在50 Gy时辐照损伤严重,
未得到后代薯块; 而10 Gy辐照未得到变异体。
突变常常不能在突变当代表现出表型的变化,
需在自交后代表现。但甘薯存在着杂交不亲和群,
同一不亲和群内的品种间杂交不亲和(Wang等
图7 甘薯的薯块形状变异
Fig.7 Phenotype variation of storage roots in I. batatas
A: ‘烟薯25’, 薯皮暴筋严重; B: ‘烟薯25’的一变异体, 薯皮暴筋极轻, 单株鲜薯重2.75 kg (20 Gy); C: ‘烟薯25’易感病的变异体(20 Gy); D:
‘徐薯22’; E: ‘徐薯22’薯形不规则的变异株, 薯块畸形切在地下已发芽(30 Gy); F: ‘徐薯22’薯形不规则的变异株(20 Gy)。
植物生理学报1172
2007), 自交也不亲和, 发生的隐性突变无法通过自
交在后代中表现。本文突变体当代表现出的变异
可能是由于显性突变, 我们在花生化学离体诱变
及定向筛选耐盐突变体的研究中, 也在当代获得
了茎枝颜色变异的突变体(赵明霞等2012)。
本研究获得的甘薯变异体, 特别是产量性状变
异体和易感病变异体有待于进一步鉴定和研究。
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