阅读说明：本技术 一种基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法 (Method for establishing cotton irradiation mutagenesis library based on linear electron accelerator ) 是由 马雄风 孙旭武 刘祉辛 张先亮 代帅 梅峥 任翔 藏新山 刘浩 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及作物辐照诱变育种领域,主要涉及到一种基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法。所述方法包括步骤：选择常规品种或者具有优良性状的棉花品种的种子,采用直线电子加速器辐照已包装的棉花种子,辐照剂量为250Gy/s,将辐照诱变处理过的种子播种,进行多代自交获得突变体库。根据本发明的方法,通过使用辐照用直线电子加速器对棉花种子进行高能电子束辐照诱变,具有简单、高效、安全、易于推广的特点。(The invention relates to the field of crop irradiation mutation breeding, and mainly relates to a method for establishing a cotton irradiation mutation library based on a linear electron accelerator. The method comprises the following steps: selecting seeds of a conventional variety or a cotton variety with excellent properties, irradiating the packaged cotton seeds by adopting a linear electron accelerator, wherein the irradiation dose is 250Gy/s, sowing the seeds subjected to irradiation mutagenesis treatment, and performing multi-generation selfing to obtain a mutant library. According to the method, the cotton seeds are subjected to high-energy electron beam irradiation mutagenesis by using the linear electron accelerator for irradiation, and the method has the characteristics of simplicity, high efficiency, safety and easiness in popularization.)

一种基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法

技术领域

本发明涉及作物辐照诱变育种领域，主要涉及到一种基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法。

背景技术

我国是棉花产量居世界首位的生产大国，棉花种植带大致分布在新疆，河南，江苏，湖北，山东，河北，安徽等地区。当前我过棉花种植面积逐渐减少，然而消费逐渐增长。国内棉花质量不高，缺少能满足棉纺织企业要求的优质棉品种。尽管自2015年棉花基因组的测序完成，为棉花的分子育种和新品种的创制提供了关键的基因信息参考，然而实际的研究和育种过程中，可以使用的棉花研究材料主要是从世界各地收集而来的棉花生态型，很难满足一个基因一个突变体的研究和育种需求。另外，尽管收集到了大量的棉花生态型，当前能用于新品种创制的优异性状及其有限，继续创制更多更为丰富的性状类型来用于研究和育种。通过遗传诱变的方法是快速的创制突变体文库和筛选优异性状的有效方法，但是目前在棉花的突变体创制上仍没有高效和安全的方法体系。

辐照诱变是利用高能射线是生物体的遗传物质发生变化，使得0代和后代出现不同性状变异类型。在作物诱变育种上，常用的诱变方式有2种：物理诱变和化学诱变。其中，物理诱变主要是辐射，比如利用电子束、激光、X射线、γ射线、宇宙射线等进行辐照诱变。化学诱变也是育种研究中常用的一种诱变手段，常用的化学诱变剂有烷化剂、叠氮化合物、碱基类似物、亚硝基化合物等。

目前，物理诱变在棉花育种中应用比较广泛。在棉花诱变育种中应用的物理诱变剂主要有γ射线、太空诱变、离子束注入、电子束等。上世纪30年代的研究表明， X射线虽然可引起棉花的基因突变，但是其各性状的突变率均小于1％。太空育种虽然可以有效的改变棉花的性状，但是成本昂贵，难以推广。尽管近年来利用⁶⁰Co-γ射线培育了许多优良的棉花品种，诱变率达到千分之几，但是与电子束相比，存在许多劣势。⁶⁰Co-γ射线辐射处理的对象是棉花雄蕊，需先收集花药，再收集诱变处理后的成熟花粉进行授粉，种子成熟之后才能得到突变体种子，试验操作复杂，并且培育周期较长。离子束注入、电子束辐照也是处理棉花雄蕊，存在类似的问题，并且诱变率较低。重离子束诱变棉花突变体需要置于辐射盘中，且种子合点端向上进行轰击，操作费时费力，种子轰击数量有限。

此外，由于现有获得突变体方法的效率不高所限制，使得棉花突变体文库尚未构建，如果能够利用高能电子束进行高效辐照诱变，将有望使得棉花突变体文库加速建成，将促进高产、提高棉花纤维质量、抗病、抗虫能力的棉花种质的选育工作，减少化肥、农药的使用量，有利于环境友好型政策的实施。遗传材料创制对于生物科学的发展具有十分重要的作用，诱导植物产生变异，构建突变体库，从中筛选目标突变体，可以为植物基因功能研究提供丰富的基础材料。

现阶段未见有关于电子束辐照棉花种子进行诱变的文献报道，现有棉花种子诱变方法时利用重离子束进行轰击，其操作复杂和效率有待提高。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于直线电子加速器快速创建棉花诱变文库的方法。

目前现有技术未有报道采用直线电子束来做农作物、包括棉花的诱变，该技术体系不是专门用来做辐射诱变育种的，而是用来做食品、医疗卫生用品、医药保健品、改性材料等多种物品的综合辐照加工。

根据本发明的基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法，包括以下步骤：

选择当前农业生产上大面积应用的常规品种或者具有优良性状的棉花品种的种子，并包装；

采用直线电子加速器辐照包装好的棉花种子，辐照剂量为250Gy/s，将辐照诱变处理过的种子播种，得到M₀代种子；

播种所述的M₀代种子，筛选具有目标性状的单株收获突变体种子；

将诱变的种子进行多代自交获得突变体库。

根据本发明的基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法，其中，将诱变的种子进行3代自交获得突变体库。

根据本发明的基于直线电子加速器建立棉花辐照诱变文库的方法，其中，对棉花种子辐照1秒。

根据本发明的方法，通过使用辐照用直线电子加速器对棉花种子进行高能电子束辐照诱变，具有简单、高效、安全、易于推广的特点。可以短时间内获得批量棉花突变体，为丰富我国棉花突变体库作出技术支持。随着棉花基因组的测序成功，已获得大量棉花的基因序列信息。为了进一步阐述棉花基因组序列信息，创建特定区域核酸序列变异的突变体是研究基因功能的必要方式。建立饱和多样的棉花突变体库是棉花功能基因组学的必要条件。

附图说明

图1为辐照诱变后得到的突变体幼苗；

图2为3年自交得到的鸡脚叶棉花突变体；

图3为3年自交得到的矮化棉花突变体；

图4为3年自交得到的黄化棉花突变体；

图5为3年自交得到的丛生无主茎棉花突变体。

具体实施方式

实施例1

1)选择当前农业生产上大面积应用的常规品种或者具有优良性状的棉花品种，本实施例选择待改良的中棉619；

2)挑选优良种子用纸箱密封包装，所述的优良种子的指标包括籽粒饱满、大小重量适度、表皮干净，然后采用10MeV/20kW反波型电子加速器(IS1020)辐照包装好的棉花种子，所述机型可以实现10-20吨物品的连续辐照，并实现物品自动翻面；

3)按照辐照剂量250Gy的辐照诱变处理，将辐照诱变处理过的种子播种，播种后统计出苗率，得到最优辐照剂量，最优辐照诱变的辐照率是250Gy/s；

4)利用所述最优辐照剂量进行辐照诱变，得到M₀代种子；

5)播种所述的M₀代种子，筛选具有目标性状的单株收获突变体种子，目标性状包括叶片形状、大小、颜色，植株高度，籽粒大小，棉纤维长度和质量，如图1 所示，辐照诱变后得到的突变体幼苗；

6)通过连续3代自交试验获得样本容量为30万株的突变体库，如图2、图3、图4和图5所示，3年自交得到的鸡脚叶棉花突变体、矮化棉花突变体、黄化棉花突变体和丛生无主茎棉花突变体。

实施例2诱变剂量与诱变效率

根据本发明的技术方案，首次将直线电子束应用在在棉花种子诱变育种中。设计150Gy，250Gy和350Gy的诱变剂量，在诱变后进行小区实验，如表1所示，统计诱变效率，低剂量150Gy诱变效率太低，诱变初代F0代幼苗的致死率/黄化率小于1％；高剂量350Gy导致的致死率较高，诱变初代F0代幼苗的致死率/黄化率大于 30％；中等剂量250Gy为最佳的诱变剂量，诱变初代F0代幼苗的致死率/黄化率 10-20％，在30万株棉花种植和3年连续自交的过程中，发现该突变体文库突变效率较高符合预期，突变表型稳定，在第三年大规模表型观察证明突变体表型稳定，符合棉花突变体文库的基本预期。

表1不同诱变参数处理后棉花种子突变情况