60Co-γ輻照高產(chǎn)低植酸小麥新品系的鑒定篩選

郎淑平，馬燕欣

(浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院(所)，浙江嘉興314016)

?

60Co-γ輻照高產(chǎn)低植酸小麥新品系的鑒定篩選

郎淑平，馬燕欣

(浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院(所)，浙江嘉興314016)

摘要：通過輻射誘變手段獲得種子低植酸(low phytic acid)突變系，進(jìn)而選育低植酸作物品系，是可行的技術(shù)路徑。本研究利用60Co-γ輻照小麥種子，從其后代中篩選到熟期與輻射親本相仿或早熟、高產(chǎn)且籽粒植酸含量明顯低于輻射親本的小麥新品系10份，為小麥育種提供新的種質(zhì)資源。

關(guān)鍵詞：60Co-γ輻照；高產(chǎn)；低植酸；小麥新品系

植酸又名6-磷酸肌醇，是植物體內(nèi)磷和肌醇的主要儲(chǔ)存形式，廣泛存在于禾谷類和豆類等作物種子中[1]。植酸約占種子干重的1%～3%，其含磷量約占種子總磷的50%～80%[2]。作為食品和飼料中的一種主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，植酸能影響人和單胃動(dòng)物對(duì)Fe、Zn及蛋白質(zhì)等養(yǎng)分的吸收和利用。植物源飼料中的植酸磷難于被單胃動(dòng)物吸收，需要向飼料中補(bǔ)充無機(jī)磷以滿足動(dòng)物生長(zhǎng)對(duì)磷營(yíng)養(yǎng)的大量需求。小麥田所施磷肥的80%左右將為土壤所固定，余下部分被小麥吸收且主要用于植酸的合成而帶出土壤，故需要不斷補(bǔ)施磷肥來滿足小麥生長(zhǎng)發(fā)育的磷營(yíng)養(yǎng)需求，這樣將導(dǎo)致磷在土壤中的大量積累，增加土壤磷向水體流失的可能性，以致水體富營(yíng)養(yǎng)化。通過輻射誘變來選育農(nóng)作物新品種已成為目前研究熱點(diǎn)。本研究利用60Co-γ輻射揚(yáng)麥158小麥種子，從其后代中篩選到熟期與輻射親本相仿或早熟、高產(chǎn)且籽粒植酸含量明顯低于輻射親本的小麥新品系10份，為小麥育種提供新的種質(zhì)資源。

1材料與方法

1.1供試材料

揚(yáng)麥158小麥種子(由嘉興市農(nóng)科院引種保存)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1種子輻射誘變及后代篩選。2011年8月將小麥種子1 kg置于60Co-γ輻照室以300 Gy輻射，同年秋播輻射后代種子；2012年4月挑選早抽穗單穗套袋自交，秋播單穗成穗行；2013年選農(nóng)藝性狀優(yōu)良穗行秋播種成株系，2014年夏經(jīng)田間抗赤霉病、整齊度及相關(guān)農(nóng)藝性狀篩選后保留M3代株系種子69份。

1.2.2植酸含量測(cè)定。1)植酸提取。稱取一定量的麥粉樣品裝入15 mL離心管內(nèi)，加入10 mL提取劑室溫下提取2 h，提取期間漩渦儀不斷振蕩。其后3 000 r/min離心30 min，上清液轉(zhuǎn)入另一15 mL 離心管內(nèi)。2)Fe沉淀與溶解。取FeCl3溶液(稱取約3.68 g FeCl3·6H2O溶于1 L 0.2 mol/L稀鹽酸溶液)2 mL加入已提取的上清液中充分混合，100 ℃沸水浴30 min形成棉絮狀的植酸鐵沉淀(Fe-phytate沉淀)，冷卻后離心。將離心后的溶液棄去上清液，加入10 mL的超純水沖洗兩次，倒去上清液后得到Fe-phytate沉淀。3)Fe-phytate沉淀溶解。向有沉淀的離心管中加入3.5 mL 1.5 mol/L NaOH以溶解Fe-phytate沉淀，漩渦儀不斷振蕩，直至管底白色沉淀全部溶解，形成Fe(OH)3后離心。加入3.0 mL 3.3 mol/L HNO3，形成Fe(NO3)3，之后加入4.5 mL超純水，混合均勻，得到Fe(NO3)3溶液。4)Fe的測(cè)定。采用鄰二氮菲法[3](北京大學(xué)分析化學(xué)教學(xué)組，1993)測(cè)定Fe(NO3)3溶液中Fe的含量。移取0.7 mL Fe(NO3)3溶液，加入4.9 mL 超純水，混合均勻。取已稀釋的Fe(NO3)3溶液0.8mL 加入15 mL 離心管，其后加入檸檬酸三鈉(4.5%)、氫醌(1%)和鄰菲羅啉(0.2%)各0.7 mL，加入4.5 mL超純水稀釋，此條件下pH值約為3.6，40 ℃水浴反應(yīng)1 h，510 nm比色，得吸光值A(chǔ)510。5)植酸含量的計(jì)算公式，依照上述步驟，歸納植酸測(cè)定的計(jì)算公式如下：

Fe濃度(μmol/L)=A510/(B×55.8)

PA含量(mg/g)=Fe濃度/(4.28×1000×SW)×660×D

A510：510nm條件下測(cè)定鐵的吸光值；B：鐵的吸收系數(shù)0.2，指0.2個(gè)吸光值對(duì)應(yīng)1μg鐵；55.8：鐵的原子量；4.28：鐵與植酸的物質(zhì)的量之比；SW：麥粉質(zhì)量；660：植酸的摩爾質(zhì)量；D：測(cè)定鐵濃度過程中稀釋的倍數(shù)555(7.5×8×9.25)。

1.2.3低植酸新品系產(chǎn)量鑒定試驗(yàn)。2014年12月5日播種70份材料(含對(duì)照)于試驗(yàn)田，試驗(yàn)田塊前茬為單季晚稻，統(tǒng)一土質(zhì)青紫泥，肥力中等，排灌設(shè)施完善方便。拖拉機(jī)開溝，人工耙平作畦，畦寬1.8 m，溝寬0.2 m，小區(qū)面積20 m2；開溝前用除草劑清除田間雜草，采用撒播方式，統(tǒng)一播種量10.0 kg/667m2，播種后人工松土蓋麥。施復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)25 kg/667m2做底肥，分蘗期施尿素15 kg/667m2，拔節(jié)期施尿素肥10 kg/667m2，成熟后統(tǒng)一收割，單獨(dú)曬干稱重，折算產(chǎn)量。

1.2.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1低植酸小麥種子突變體的鑒定與篩選

2014年夏收獲70份種子(含輻射親本對(duì)照)，曬干后進(jìn)行植酸含量測(cè)定，每樣品3次重復(fù)，獲得植酸含量比對(duì)照低的材料共34份，其中差異達(dá)極顯著水平的材料31份，達(dá)顯著水平的材料3份；2015年再次測(cè)定獲得植酸含量比對(duì)照低的材料共39份，其中差異達(dá)極顯著水平的材料30份，達(dá)顯著水平的材料9份。2年植酸含量頻率分布均符合正態(tài)分布(圖1，2)；2年均與對(duì)照存在顯著差異水平的材料22份，其中達(dá)極顯著差異水平的材料15份(表1)。

2.2低植酸小麥新品系農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量比較

從2014、2015兩年植酸含量低于對(duì)照并存在顯著差異的22份材料中，獲得產(chǎn)量比對(duì)照高的10份材料(Z8、Z11、Z13、Z18、Z20、Z23、Z48、Z49、Z50、Z59)，其相關(guān)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量見表2。

圖1 2014年60Co-γ輻照小麥種子植酸含量頻率分布圖2 2015年60Co-γ輻照小麥種子植酸含量頻率分布

表1　2014～2015兩年60Co-γ輻照小麥種子后代植酸含量

續(xù)表1

編號(hào)2014年植酸含量(mg/g)與CK差異顯著性2015年植酸含量(mg/g)與CK差異顯著性平均一致性aZ54.724.72**3.723.72**4.22a**Z64.404.40**3.923.924.16Z74.624.62**4.134.134.38Z84.694.69**3.733.73**4.21a**Z94.734.73**4.134.134.43Z104.124.12**3.643.64**3.88a**Z114.494.49**3.783.78*4.14a*Z124.784.78**4.094.094.44Z134.924.92*2.612.61**3.77a*Z144.204.20**3.793.79*4.00a*Z154.074.07**3.533.53**3.80a**Z164.304.30**5.105.10**4.70Z174.324.32**4.084.084.20Z184.914.91*3.773.77**4.34a*Z194.644.64**3.453.45**4.05a**Z204.734.73**3.703.70**4.22a**Z214.424.42**3.393.39**3.91a**Z224.074.07**3.943.944.01Z234.494.49**3.423.42**3.96a**Z244.444.44**3.423.42**3.93a**Z254.414.41**3.763.76**4.09a**Z264.394.39**3.913.914.15Z275.695.69*4.144.144.92Z285.695.69*3.823.82*4.76Z295.375.373.073.07**4.22Z305.805.80**4.074.074.94Z315.575.574.234.234.90Z325.445.443.883.884.66Z335.435.434.004.004.72Z345.565.564.054.054.81Z355.665.66*3.943.944.80Z366.186.18**3.603.60**4.89Z375.265.263.843.84*4.55Z385.615.613.883.884.75Z395.715.71*3.933.934.82Z405.895.89**3.703.70**4.80Z414.944.943.683.68**4.31Z425.095.094.034.034.56Z435.165.163.763.76**4.46Z444.814.81**3.523.52**4.17a**Z455.155.153.753.75**4.45Z465.085.083.303.30**4.19Z475.085.083.753.75**4.42Z484.004.00**3.593.59**3.80a**Z494.014.01**3.753.75**3.88a**Z503.743.74**3.613.61**3.68a**

續(xù)表1

編號(hào)2014年植酸含量(mg/g)與CK差異顯著性2015年植酸含量(mg/g)與CK差異顯著性平均一致性aZ513.893.89**3.823.82*3.86a*Z525.375.373.653.65**4.51Z535.425.423.643.64**4.53Z544.524.52**4.184.184.35Z554.184.18**4.124.124.15Z564.244.24**3.843.84*4.04a*Z574.394.39**4.364.36**4.38Z594.634.63**3.813.81*4.22a*Z604.444.44**3.603.60**4.02a**Z614.914.91*4.374.37**4.64Z625.305.304.194.194.75Z645.425.424.534.53**4.98Z655.595.594.704.70**5.15Z665.395.394.154.154.77Z675.385.384.084.084.73Z685.435.433.803.80*4.62Z695.715.71*4.304.30*5.01Z715.655.65*3.703.70**4.68Z725.645.64*3.663.66**4.65

注：*表示達(dá)0.05顯著水平；**表示達(dá)0.01極顯著水平。下同。

表2　低植酸小麥新品系產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀比較

產(chǎn)量高于對(duì)照并存在顯著性差異的有4份(P< 0.05)：Z8、Z18、Z20、Z23，其中Z8、Z20產(chǎn)量與對(duì)照差異達(dá)極顯著水平(P< 0.01)。Z8產(chǎn)量最高，株高較矮，短棒穗(輻射親本對(duì)照為長(zhǎng)方穗)，籽粒排列緊密、飽滿，每穗粒數(shù)和有效穗較多；Z20產(chǎn)量次之，穗較大，每穗粒數(shù)較多，籽粒飽滿；Z18、Z23中抗白粉病、籽粒飽滿。Z48大穗、大粒，千粒質(zhì)量較高，但白粉病較重，影響產(chǎn)量。

3討論

揚(yáng)麥158系江蘇里下河地區(qū)農(nóng)科所育成品種，具有熟期早、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好、穗大、籽粒紅皮飽滿、熟相好、中抗赤霉病、白粉病等優(yōu)點(diǎn)。由于生產(chǎn)上揚(yáng)麥158株高偏高，生長(zhǎng)后期遇到短時(shí)大風(fēng)大雨天氣，容易產(chǎn)生倒伏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)量，所以我們選擇以揚(yáng)麥158為輻照親本，期望從其后代中篩選熟期與之相仿、矮桿、具有高產(chǎn)潛力、籽粒植酸含量明顯低的小麥突變體新材料。

植酸具有抑制作物種子萌發(fā)的作用[4]，我們?cè)谄渌芯恐幸舶l(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)低植酸突變體發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率以及耐鹽性均優(yōu)于對(duì)照[5]。在播種量相同情況下，籽粒千粒質(zhì)量低的田間表現(xiàn)苗多，有效穗較高，如Z18、Z49、Z50、Z59。篩選到的低植酸材料，部分在穗型上也發(fā)生了改變，由親本的長(zhǎng)方穗變?yōu)?短)棒穗，每穗粒數(shù)增多，如Z8、Z49；篩選的突變體材料在赤霉病抗性上與親本相當(dāng)，但部分材料在白粉病抗性方面發(fā)生了改變，親本田間表現(xiàn)中抗—抗白粉病，而Z48、Z49田間表現(xiàn)白粉病較重，影響葉片光合作用，導(dǎo)致增產(chǎn)幅度不高，其生理生化機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]RABOY V. Seeds for a better future:Low phytate grains help to overcome malnutrition and reduce pollution[J].Trends in Plant Science, 2001,6(10):458-462.

[2]MORRE D J,BOSS W,LOEWUS F A.Inositol Metabolism in Plants[M].New York:Willy-Liss Press,1990:52-73.

[3]北京大學(xué)化學(xué)系分析化學(xué)教研室. 基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1993:200-206.

[4]任學(xué)良,舒慶堯.低植酸作物的研究進(jìn)展及展望[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2004,18(6):438-442.

[5]郎淑平,馬燕欣.NaCl脅迫對(duì)低植酸小麥突變體材料種子萌發(fā)特性的影響[J].大麥與谷類科學(xué),2016,33(1):8-12.

Screening and Identification of New High-Yielding Wheat Lines with Low Phytic Acid Induced by60Co-γ Radiation

LANG Shu-ping, MA Yan-xin

(Jiaxing Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province, Jiaxing 314016, China)

Abstract:In recent years,it has emerged as a research hotspot that crop mutant lines with low phytic acid (LPA) are induced by radiation mutagenesis, which are subsequently used as materials to breed LPA varieties. In this study, by screening a large number of60Co-γ radiated wheat seeds, we obtained 10 new wheat lines. Compared to their parental variety, the new wheat lines attained higher yield and had lower phytic acid content while having similar or earlier maturity time. These new wheat lines can be used as a new source of wheat germplasm for breeding LPA varieties in the future.

Key words:60Co-γ radiation, High yield, Low phytic acid, New wheat lines

收稿日期：2016-02-24

基金項(xiàng)目：嘉興市科技計(jì)劃(2012AZ1007);浙江省旱作糧油科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2011R50026-17)

作者簡(jiǎn)介：郎淑平(1979—)，男，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事大麥與小麥遺傳育種工作。E-mail: littlelsp@163.com。

中圖分類號(hào)：S512.1; Q947.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-6486-20160151

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-04-28

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160428.1134.002.html