一、辐照育种简介
辐照育种是诱变育种的一种方法，最近50年才兴起。利用电离辐射处理生物，以诱发突变，从中选出优良变异个体，通过一系列育种程序，培育出新品种，是核技术在农业方面的一个重要应用。辐射育种可以打破原有基因链，克服远缘杂交不亲和性,有利于基因重组，变异频率提高，变异范围扩大，变异稳定，育种年限短。下图是普通橘子辐照育种的无籽橘。
辐照育种的基本步骤是：选择诱变亲本、确定照射剂量、种植与选择种子植物诱变材料、鉴定种子繁殖植物优良突变体。可利用的电离辐射有X射线、γ射线、β射线、紫外线、中子、质子以及重离子等。1934 年印度尼西亚的 Tollenear M. D. 用X射线处理育成了烟草优良新品种, 这是世界上第一个用辐射诱变育成的植物新品种[1]。到 20 世纪 50 年代以后 ,辐射诱变育种研究在美、苏、日和西欧一些国家较多地开展起来。50 年代后期，中国农科院、浙江大学等国内单位也开始进行这方面的研究工作[2]。到2020 年5月，IAEA登记在册的全世界利用辐射育种技术育成作物品种已达3332个，其中中国大陆育成的品种有828个，占了四分之一[3]。育种的植物种类分布如下：
二、辐照射线选择
传统辐射育种主要选择γ射线，这是因为产生γ射线的钴源可以在反应堆中大量生产成本低，易于获取，同时还便携移动，便于种子辐照和整个生长期株苗辐照。随着我国加速器和核科学的发展，一些单位逐渐开展中子、质子以及重离子的辐照育种研究。
中子不与原子的电子相互作用，而是使原子核激发后放出β、γ射线，它们的次级的辐射作用产生生物学效应。中子特别是快中子的相对生物学效应比γ射线的相对生物学效应高，因此中子引起的生物体变异频率就有可能比γ射线引起的高，可能会出现更多有利于育种的突变[4,5]。质子和重离子属于高传能线密度(1inearenergy transfer，LET)辐射，比低LET辐射的γ和电子束流等射线能诱导更多的染色体畸变和非重接性DNA双链断裂，诱变效率要高10倍[5,6]。因此相比γ和电子束等射线，中子、质子/重离子等射线的辐照育种研究成为有条件的单位的优先选择。
辐照育种的射线剂量要足够的高，保证足够的突变率，但是不能太高导致大部分被辐照样本死亡，也就是射线剂量要保证M1代足够成活率和M2代较高的突变率和较多有益优良突变。通常采用LD50原则，也就是M1代植株死亡50%对应的剂量。不同植物不同生长期对辐射敏感性不同，不同射线和能量的LD50对应的剂量不一样。钴源辐照水稻的LD50一般为几万伦琴，钴源辐照大豆LD50在0.8～1.2万伦琴;热中子辐照大豆引变通量密度在5×1011/cm2～1012/cm2较为合适。
三、 辐照育种方法
植物组织或种子经过辐照后需要通过杂交方法进行育种。杂交育种前提是知道植物的倍性，因此在辐照前需要对该植物进行进行倍性检测。比如豆科植物有18%是多倍体，也就是说，大部分是单倍体，可用间接法和直接法进行研究。间接法包括形态学观察，细胞学观察;直接法是对染色体直接进行观察。流式细胞检测也是一种较为常用的检测染色体工具，主要由四部分组成：流动室和液流系统;激光源和光学系统;光电管和检测系统;计算机和分析系统，可以快速测量、存贮、显示悬浮在液体中的分散细胞的一系列重要的生物物理、生物化学方面的特征参量。
杂交育种一般进行3代。首先是辐照后开始M1代培育，M1代突变有利基因自交培育M2代，M2代选择优系杂交培育M3代。下图是辐照诱变后杂交育种流程图。
在育种过程中，需要调节开花期，控制授粉，并进行授粉后管理。杂交有单交和复交，其中单交有正交和反交，复交则涉及三个或三个以上亲本，需要进行两次以上杂交。杂交后代需要通过谱系法来选择，M1选择优良单株，M2选择优良系统;M3促进系统稳定。
四、 快中子辐照育种
中子不带电，与带电粒子相比它可以更加深入物质内部，中子在细胞内有两种反应：一种是直接与氢核碰撞，另一种是与其它更重的核反应。中子与氢核反应主要是慢化和轰击产生自由基，与重核反应会产生伽马射线和带电粒子，进而在细胞内对细胞核DNA进行轰击。中子诱变会引起遗传变异、基因缺失和易位。快中子诱变已经成功用在了在大豆、大米、苜蓿、花生、百脉根等植物的育种。它在所有辐照育种中最为独特，通常产生几个到数百万个不可修复的碱基缺失。能够高效的产生新的基因库，因此快中子辐照育种也用在基于突变映射的下一代基因测序中。Belfield等人发现快中子诱变在嘧啶二核苷酸位置有更高的转换速率，意味着在残留的毗邻嘧啶建立共价键。早期中子诱变主要是正向遗传学研究，现在也用于反向遗传学，快中子随机删除的基因库可以提供不可替代的反向遗传学基因组资源。
不同作物的LD50对应中子辐照剂量不同，目前大多数作物的LD50剂量都在几个Gy~100Gy范围。比如鼠耳芥是60Gy，大豆是4~32Gy，大米20Gy，苜蓿30~40Gy。下表是快中子辐照大豆选种不同子代的变异比例[7]。
参考文献
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https://mvd.iaea.org/#!Search?page=1&size=15&sortby=Country&sort=ASC
Gottschalk W, Wolff G. Induced mutations inplant breeding[M]. Springer Science & Business Media, 2012
王旭军，吴际友，程勇，廖德志. 辐射育种及其在林木育种中的应用前景[J]，河南林业科技，2007，34(2): 13-18.
Dong X, Yan X, Li W. Plant Mutation Breedingwith Heavy Ion Irradiation at IMP[J]. Journal of Agricultural Science, 2016,8(5): 34.
Yung-Tsi Bolon, et al. Phenotypic and Genomic Analyses of a Fast Neutron Mutant Population Resource in Soybean, Plants Physiol, 2011 May; 156(1): 240–253.
