甲基磺酸乙酯對(duì)抗除草劑谷子品種的誘變效應(yīng)

王春芳++王蕊++劉國(guó)慶++張溫典++蘆敬華

摘要：以抗除草劑谷子[Setaria italic （L.） Beauv]品種冀谷31、冀谷25的種子為材料，設(shè)置不同體積分?jǐn)?shù)梯度的甲基磺酸乙酯（EMS）以不同時(shí)間誘變處理種子，研究不同EMS劑量及處理時(shí)間對(duì)種子發(fā)芽率、致死率及根長(zhǎng)變化的影響，找到最佳致突變條件。結(jié)果表明，處理時(shí)間對(duì)誘變效果的影響比EMS用量的影響效果更顯著。2個(gè)品種對(duì)EMS的敏感性不同，對(duì)于冀谷31的最佳誘變條件為1.0% EMS處理6 h，而冀谷25的最佳誘變條件為0.8% EMS處理10 h。

關(guān)鍵詞：谷子[Setaria italic （L.） Beauv]；甲基磺酸乙酯；抗除草劑；誘變

中圖分類(lèi)號(hào)：S515；S335.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）05-0818-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.005

Mutation Effects of Ethyl Methane Sulfonate on Herbicide Resistant

Varieties of Foxtail Millet

WANG Chun-fang1，2，WANG Rui2，LIU Guo-qing3，ZHANG Wen-dian1，LU Jing-hua1，LI Wei3

（1.College of Biology and Food Science， Hebei Normal University for Nationalities， Chengde 067000， Hebei， China； 2.College of Life Sience， Hebei Normal University， Shijiazhuang 050024，China； 3.Institute of Millet Crops， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shijiazhuang 050035，China）

Abstract： Different volume gradients and processing time of ethyl methyl sulfonate （EMS） were set to treatment the seeds of two herbicide-resistant varieties， i.e.， Jigu 31 and Jigu 25. The effects of different EMS dosage and the processing time on seed germination， fatality rate and the change of root length were studied to find out the optimal mutagenic condition. The results showed that the processing time of mutagenisis was more effective than EMS volume gradients. The two varieties had different sensitivity to EMS. The best mutagenesis condition for two varieties were that Jigu 31 should be treated for 6 hours by 1.0% of EMS， and Jigu 25 should be treated 4 hours by 0.8% of EMS， respectively.

Key words： foxtail millet[Setaria italic （L.） Beauv]； ethyl methane sulfonate； herbicide resistant； mutation

谷子[Setaria italic （L.） Beauv]是起源于中國(guó)的古老作物，其抗旱節(jié)水性強(qiáng)，對(duì)水分的利用率高，廣泛種植于中國(guó)北方的半干旱與干旱區(qū)域[1]。谷子具有耐貧瘠、耐旱性、抗逆性強(qiáng)和適應(yīng)性廣、產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定的特性[2]，尤其適合山區(qū)干旱地區(qū)種植。在禾谷類(lèi)作物中，谷子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高而且營(yíng)養(yǎng)相對(duì)平衡，能夠滿(mǎn)足人體生理代謝較多方面的需要，調(diào)節(jié)人們的膳食營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，目前已成為餐桌上不可缺少的食物，近年來(lái)需求量迅速增加。隨著合作社的興起和發(fā)展，河北省承德市谷子種植面積有所增長(zhǎng)，但是傳統(tǒng)的谷子品種和栽培種植模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需要[3]。

目前谷子的種植大多采用傳統(tǒng)方法，比較繁瑣，嚴(yán)重影響谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2009年河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所培育的冀谷31通過(guò)全國(guó)谷子品種鑒定委員會(huì)鑒定，其栽培省工省時(shí)，谷種由抗除草劑和不抗除草劑的兩種谷子采用科學(xué)方法配組而成，通過(guò)噴施拿捕凈除草劑達(dá)到化學(xué)除草間苗的效果，并且為一級(jí)優(yōu)質(zhì)米[4]，近些年在河北、河南等地大規(guī)模推廣，使廣大谷農(nóng)節(jié)支增收，脫貧致富。承德市位于河北省北部，其谷子品種兼具春谷和夏谷特性，很多夏谷品種在承德市不能成熟，其中包括冀谷31，培育適合承德地區(qū)的抗除草劑谷子品種不僅能夠?yàn)楫?dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富提供幫助，而且能夠大力推進(jìn)承德市谷子產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

EMS是高效、穩(wěn)定的化學(xué)誘變劑，它可以產(chǎn)生范圍較廣的突變類(lèi)型，如轉(zhuǎn)換、顛換等點(diǎn)突變。EMS化學(xué)誘變產(chǎn)生點(diǎn)突變的頻率較高[5]，而染色體畸變率相對(duì)較少[6]，故可以對(duì)作物的某一種特殊性狀進(jìn)行改良。自從1953年，KLMARK首次報(bào)告了EMS對(duì)突變誘導(dǎo)的有效性以來(lái)[7]，目前已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物誘變育種，在水稻[8]、小麥[9]、玉米[10-12]和大豆[13]等多種作物上均獲得重大成就。

本研究采用抗除草劑品種冀谷31和冀谷25作為誘變材料，以不同劑量的EMS和不同處理時(shí)間處理兩品種種子，確定EMS對(duì)谷子品種的適宜誘變條件，提高誘變效率，為進(jìn)一步創(chuàng)建谷子突變體庫(kù)及創(chuàng)新春谷區(qū)抗除草劑谷子種質(zhì)資源奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物誘變材料 抗除草劑谷子品種冀谷31、冀谷25種子購(gòu)自河北金谷農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.1.2 試劑 ①EMS母液。甲基磺酸乙酯，純度>99%，購(gòu)自生工生物工程（上海）股份有限公司。 ②pH 7的磷酸緩沖溶液。1 000 mL的磷酸緩沖液配方為6.8 g磷酸氫二鉀和291 mL的0.1 mol/L氫氧化鈉溶液，再加蒸餾水稀釋至1 000 mL。③0.1 ml/L硫代硫酸鈉溶液終止液。取9.92 g Na2S2O3·5H2O放入500 mL棕色試劑瓶中，再加入100 mL新煮沸冷卻的蒸餾水，搖動(dòng)使之溶解，等溶解完全后加0.2 g Na2CO3，然后用新煮沸冷卻的蒸餾水定容至500 mL。④不同體積分?jǐn)?shù)的EMS溶液配制（表1）。用pH 7的磷酸緩沖液作為EMS的稀釋劑。

1.2 方法

1.2.1 EMS誘變處理方法

1）EMS體積分?jǐn)?shù)及誘變時(shí)間設(shè)置。用體積分?jǐn)?shù)分別為0（CK）、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%的EMS溶液分別處理冀谷31和冀谷25的種子，時(shí)間設(shè)置為4、6、8、10、12 h，共計(jì)82個(gè)處理[14，15]。

2）選種與浸種。將種子浸在有水的燒杯中，適中攪拌，將浮于上層的空粒、破粒、草子和雜質(zhì)一并剔除，選用大而飽滿(mǎn)且整齊一致的谷子種子各約15 000粒，在燒杯中用蒸餾水淹沒(méi)浸泡約14 h，可提高誘變效果。

3）種子的EMS處理。將浸泡的種子放在濾紙上，吸去種子上的大部分水。用離心管量取所需種子，用移液器吸取相應(yīng)量的磷酸緩沖液放入離心管中。在通風(fēng)櫥中，加入相應(yīng)量的EMS母液于離心管中。最后將離心管放入搖床，充分混勻浸泡處理。

4）誘變處理的終止。EMS處理達(dá)到設(shè)置時(shí)間后，倒掉離心管中剩余的EMS，加入10 mL 0.1 mol/L Na2S2O3洗滌，3次重復(fù)，再用清水沖洗3～4次，每次1～2 min。將清洗后的種子放在鋪有3張濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)處理3次重復(fù)，每次重復(fù)50粒，使其分布均勻，加入適量的水，使種子保持完全濕潤(rùn)，放在27 ℃人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)觀(guān)察。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法 從置放當(dāng)日起，每日上午9：00記錄發(fā)芽情況。統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，其中：①發(fā)芽勢(shì)=開(kāi)始發(fā)芽后連續(xù)3 d的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；②相對(duì)發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照的發(fā)芽勢(shì)；③發(fā)芽率=7 d發(fā)芽結(jié)束時(shí)的發(fā)芽總數(shù)/供試種子數(shù)×100%；④相對(duì)發(fā)芽率=發(fā)芽率/CK的發(fā)芽率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)不同因素進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 EMS對(duì)冀谷31、冀谷25種子發(fā)芽的影響

2.1.1 不同體積分?jǐn)?shù)的EMS對(duì)冀谷31和冀谷25種子發(fā)芽的影響 從表2可以看出，隨著EMS處理劑量的增加，兩品種的種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率呈下降趨勢(shì)，除冀谷31經(jīng)0.3%EMS處理4～6 h的處理外，其他EMS處理組與對(duì)照組均有顯著差異，且兩品種對(duì)EMS的誘變反應(yīng)也有所差異，冀谷25比冀谷31對(duì)EMS更敏感。在致死率為80%～90%的條件下，冀谷25所需EMS體積分?jǐn)?shù)為0.8%，而冀谷31所需EMS體積分?jǐn)?shù)為1.0%，均與對(duì)照有極顯著差異。同時(shí)兩品種的種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)與相對(duì)發(fā)芽率也隨EMS溶液體積分?jǐn)?shù)的增加而下降。

2.1.2 不同處理時(shí)間對(duì)冀谷31和冀谷25種子發(fā)芽的影響 從表2可以看出，相同處理下，EMS對(duì)冀谷25種子發(fā)芽的抑制要高于冀谷31；且兩品種在相同劑量EMS溶液處理下，處理4 h與處理10 h的種子發(fā)芽率有極顯著差異。

2.2 EMS對(duì)冀谷31、冀谷25根長(zhǎng)的影響

在測(cè)定發(fā)芽率后對(duì)谷子種苗根長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，不同劑量的EMS對(duì)根長(zhǎng)的影響不同，當(dāng)EMS體積分?jǐn)?shù)為0.4%、0.8%時(shí)，不同處理時(shí)間對(duì)根長(zhǎng)變化的影響很大，而當(dāng)處理體積分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，根長(zhǎng)變化很小。表明根對(duì)不同體積分?jǐn)?shù)的EMS具有敏感性，但并未表現(xiàn)出一定的規(guī)律，其長(zhǎng)度與處理時(shí)間的關(guān)系表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)，即處理時(shí)間越長(zhǎng)，根長(zhǎng)越短。

3 小結(jié)與討論

確定合適濃度范圍的誘變劑量是誘變育種試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵，不同植物都有其各自的適宜濃度范圍，同一物種的不同品種對(duì)EMS的敏感性也存在著不同。只有在適宜的劑量范圍內(nèi)，物種才能保持其優(yōu)良性狀并產(chǎn)生更多的新的變異[16，17]。EMS是高效、穩(wěn)定的化學(xué)誘變劑，主要誘發(fā)點(diǎn)突變，近年來(lái)利用EMS處理后所形成的突變?nèi)后w在功能基因研究上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，同時(shí)被廣泛應(yīng)用于不同作物的育種上。

本研究結(jié)果表明，在相同的EMS誘變條件下，冀谷25致死率高于冀谷31，說(shuō)明不同谷子品種對(duì)EMS的敏感性存在差異，冀谷25較冀谷31對(duì)EMS更敏感。同時(shí)EMS對(duì)這兩個(gè)谷子品種的胚根長(zhǎng)度也有顯著影響，隨著處理時(shí)間變長(zhǎng)以及EMS體積分?jǐn)?shù)加大，胚根的長(zhǎng)度逐漸縮短。谷子為須根系，由初生根和次生根組成，胚根即為初生根，初生根吸收水分和養(yǎng)分供給幼苗生長(zhǎng)，若胚根過(guò)于短小，不利于幼苗成長(zhǎng)，大部分胚根短小的谷苗會(huì)在發(fā)芽后由于營(yíng)養(yǎng)供給不足而死亡。以往研究EMS誘導(dǎo)谷子時(shí)往往只考慮了致死率，而忽略了EMS對(duì)于谷子胚根的影響，導(dǎo)致了在相同誘導(dǎo)條件下，培養(yǎng)皿中發(fā)芽的致死率低于田間播種的致死率的實(shí)際情況。

李偉等[15]的研究中，豫谷1號(hào)的最佳誘變條件為清水浸種過(guò)夜，1.0%EMS處理8 h。但在本研究中，冀谷31和冀谷25表現(xiàn)出對(duì)EMS不同的敏感性，當(dāng)種子發(fā)芽率達(dá)到90%左右的致死率時(shí)，冀谷31的最佳誘變條件為EMS溶液體積分?jǐn)?shù)1.0%、誘變時(shí)間6 h，冀谷25的最佳誘變條件為EMS體積分?jǐn)?shù)0.8%、誘變時(shí)間10 h。但誘變種子進(jìn)行大田播種時(shí)，應(yīng)充分考慮EMS對(duì)胚根的影響，從試驗(yàn)結(jié)果分析得到，不同的誘變時(shí)間和EMS劑量對(duì)胚根也有一定的影響。本研究以抗除草劑谷子材料為誘變對(duì)象，摸索最佳誘變條件，為下一步開(kāi)展適合承德市的抗除草劑谷子新品種（系）做準(zhǔn)備。近幾年由于抗除草劑谷子品種的推廣，谷子規(guī)?；N植成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)，承德市目前主推的谷子品種仍然為不抗除草劑的常規(guī)品種[18，19]，大規(guī)模種植后無(wú)法解決間苗和除草的問(wèn)題。利用EMS誘變篩選適合承德地區(qū)的抗除草劑谷子品種或品系，能夠有效解決春谷區(qū)谷子大規(guī)模種植中的難題，將會(huì)為承德地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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