EMS處理對無芒雀麥種子萌發(fā)的研究

，，

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，呼和浩特 010019；2.中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

誘變育種是指在人為的條件下，利用物理、化學等因素誘發(fā)生物體產(chǎn)生遺傳性的變異，并通過人工選擇、鑒定，進而培育成新品種或新種質(zhì)的途徑[1-2]。其中化學誘變育種方法簡單、成本低廉、突變性狀穩(wěn)定，可以有效地解決種質(zhì)資源匱乏的問題，在創(chuàng)造植物新種質(zhì)方面具有重要的作用[3-6]。在眾多的化學誘變劑中，甲基磺酸乙酯(EMS)由于具有誘變效率高、頻率高、范圍廣等優(yōu)點，被廣泛用于植物育種[7]。目前EMS誘變育種技術已經(jīng)在大豆、油菜、花生、番茄、蒺藜苜蓿、緣毛雀麥等許多植物的突變體庫構(gòu)建及新品種選育研究中取得一定進展[8-9]。

無芒雀麥(BromusinermisLeyss.)是禾本科雀麥屬多年生優(yōu)良牧草，營養(yǎng)價值高、適口性好、產(chǎn)量高、抗逆性強[10-12]。原產(chǎn)地為歐洲，在我國北方干旱半干旱地區(qū)具有重要的栽培應用價值，是天然草地補播和人工草場建植的重要草種[13-14]。目前，我國培育的雀麥屬牧草品種僅有11個，需要進一步擴大其遺傳變異率，不斷推陳出新，培育出新品種。本試驗通過對無芒雀麥種子進行不同濃度的EMS處理，研究了EMS誘變對無芒雀麥種子萌發(fā)的影響，旨在確定EMS對無芒雀麥種子的最佳誘變處理條件，為進一步開展無芒雀麥化學誘變育種工作提供理論依據(jù)和基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為無芒雀麥，2013年8月采集于中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所沙爾沁試驗基地。甲基磺酸乙酯(EMS)由美國 SIGMA公司生產(chǎn)，為無色油狀透明液體。

1.2 試驗方法

1.2.1 EMS處理方法

參照云娜等[15]的方法，用pH=7.0的0.1 mol/L磷酸緩沖液配制0.1%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%和2.0%的EMS溶液，0%處理為磷酸緩沖液對照。選取飽滿的無芒雀麥種子2 400粒，室溫下充分吸脹后，將吸脹種子浸泡在裝有不同濃度EMS溶液的錐形瓶中，置于搖床上輕搖15 h，處理完成后，種子分裝于小紗袋中用流水沖洗4 h，之后吸干種子表面水分，分別置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個處理3次重復，置于溫度為25 ℃、濕度為60%的人工智能溫室中進行發(fā)芽試驗，培養(yǎng)期間保證水分供給一致。

1.2.2 測定指標和方法

記錄起始發(fā)芽時間，逐日統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，并測量根長和芽長。此后每天按時統(tǒng)計各處理發(fā)芽狀況，并計算以下各指標。

相對發(fā)芽率(%)=(處理的發(fā)芽率/對照發(fā)芽率)×100%[16]；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，(式中：Gt為t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù))；

相對發(fā)芽指數(shù)=各處理的發(fā)芽指數(shù)/對照的發(fā)芽指數(shù)；

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×苗鮮重；

相對活力指數(shù)=各處理的活力指數(shù)/對照的活力指數(shù)[17]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件作圖，SAS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(9.0)軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度EMS處理對無芒雀麥種子發(fā)芽率的影響

由表1可知，不同濃度EMS處理無芒雀麥種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)均呈現(xiàn)規(guī)律性變化，由低濃度到高濃度呈現(xiàn)遞減趨勢。當濃度達到0.6%以上時，其各項發(fā)芽指標出現(xiàn)顯著降低，其中的抑制作用表現(xiàn)兩方面，不僅相對發(fā)芽指數(shù)顯著降低，同時發(fā)芽滯后;在1.2%～1.5%EMS濃度處理后其發(fā)芽率下降幅度較大，達到半致死劑量。2.0%EMS處理后無芒雀麥種子不能萌發(fā)，全部致死。

表1 不同濃度EMS處理下無芒雀麥種子發(fā)芽率和活力的變化

材料EMS濃度(%)相對發(fā)芽勢相對發(fā)芽率(%)相對發(fā)芽指數(shù)相對活力指數(shù)無芒雀麥ck100.00a100.00a100.00a100.00a0.188.21ab92.97ab77.93b72.98b0.384.47ab87.20abc67.36b65.56b0.669.99b84.32bc51.24c43.02c0.929.11c74.90c35.92d27.93d1.28.21cd59.09d24.94de15.72e1.52.24d33.76e13.44e4.32f20.00d0.00f0.00f0.00f

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.2 EMS處理對無芒雀麥萌發(fā)種子的芽長和根長的影響

由圖1可知，無芒雀麥種子的芽長和根長隨EMS

濃度的升高呈現(xiàn)遞減規(guī)律，濃度每升高0.3%，芽長和根長下降0.5 cm左右。其中，0.6%EMS處理后其芽長顯著降低；而根長在1.2%處理后顯著降低。其中0.1%～0.3%的低濃度EMS處理對無芒雀麥根長和芽長的影響較小。在EMS達1.2%以上時其幼芽和幼根與對照相比均顯著降低(p<0.05)，與發(fā)芽率的變化趨勢一致。

圖1 不同濃度EMS處理無芒雀麥吸脹種子芽長和根長的變化

3 討 論

3.1 不同濃度EMS處理對無芒雀麥種子萌發(fā)的影響

大量研究數(shù)據(jù)表明，EMS誘變顯著抑制了種子萌發(fā)和幼苗生長[18-20]。臧輝等以“吉生4號”羊草種子為材料，通過不同濃度的EMS誘變處理發(fā)現(xiàn)，EMS誘變處理對羊草種子萌發(fā)和幼苗生長有顯著的濃度抑制效應[8]。章愷等通過不同的處理濃度和處理時間誘變無芒隱子草種子發(fā)現(xiàn)，EMS處理不但會影響種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，對幼苗的生長也有顯著影響[21]。宋振君等利用不同濃度EMS誘變谷子十里香成熟種子，結(jié)果表明，EMS能夠顯著抑制種子的萌發(fā)，且濃度越大，抑制作用越明顯[22]。本研究分析結(jié)果顯示，無芒雀麥種子在不同濃度EMS誘變15 h的條件下，種子相對發(fā)芽率、芽長和根長等與對照相比均有所降低。不同劑量的EMS處理對種子發(fā)芽具有抑制作用，且濃度越高，抑制作用越顯著(p<0.05)。表明EMS誘變處理能夠顯著抑制無芒雀麥種子萌發(fā)及幼苗的生長，這與臧輝[8]的研究結(jié)果一致。

3.2 EMS處理無芒雀麥種子半致死劑量的選擇

選擇適宜的誘變濃度與時間是化學誘變中提高突變頻率、獲得有效突變體的關鍵[23]。植物誘變研究中，一般認為半致死濃度為適合的處理濃度，濃度過高會導致多數(shù)種子不發(fā)芽，濃度過低會降低誘變效果。研究表明，EMS誘變緣毛雀麥的半致死劑量為0.9%，時間為18 h、直立型扁蓿豆為0.9%，時間為48 h[16]、老芒麥的適宜濃度為0.8%，時間為16 h[9]、尖葉石竹為1.0%，處理時間16 h[24]。通過EMS誘變金花菜種子得出0.7%EMS誘變處理9 h和0.9%EMS誘變處理6 h為最佳誘變條件[25]，而誘變甜菜種子最終確定10 h與2.5%和12 h與2.3%為最佳誘變組合[26]。可見，EMS處理不同材料的適宜濃度和時間是不同的[22]，無芒雀麥的半致死處理濃度高于緣毛雀麥、老芒麥等大部分植物，與羊草和紫蘇的半致死濃度接近，低于甜菜和加工番茄的適宜濃度，這也說明不同種植物之間對EMS的敏感性不同[27]。本試驗采用不同濃度的EMS處理無芒雀麥種子15 h，在1.2%～1.5%時相對發(fā)芽率達到半致死劑量，此數(shù)據(jù)可以作為今后EMS誘導無芒雀麥種子的重要參考指標。

4 結(jié) 論

無芒雀麥種子在不同濃度EMS處理15 h，種子發(fā)芽率、芽長和根長等均隨EMS濃度升高而迅速降低，0.6%以上對該種子發(fā)芽具有顯著的抑制作用(p<0.05)。

無芒雀麥種子在1.2%～1.5% EMS處理15 h時，相對發(fā)芽率為33.8%～59.1%，為建立突變體庫的適宜濃度范圍和處理時間。