苦蕎EMS誘變群體的創建及農藝性狀分析

鄧琳瓊 張以忠

摘要：利用化學誘變劑甲基磺酸乙酯 （ethyl methane sulfonate，EMS） 誘變處理苦蕎（Fagopyrum tataricum （L.） Gaertn）種子，對M2代突變材料進行生物學性狀與農藝性狀鑒定和分析，M3代材料進一步驗證。結果表明，試驗獲得了葉片肥大、早熟、晚熟、小粒、矮稈和黃化6種穩定遺傳的突變體。葉片肥大、早熟和晚熟突變體的株高、主莖分枝數、主莖節數、株粒數、株粒重和千粒重與對照間均無顯著差異。矮稈突變體的株高和主莖分支數以及小粒突變體的株粒重和千粒重顯著低于對照，其他性狀與對照間差異不顯著。黃化突變體的株高與對照無顯著差異，主莖分枝數、主莖節數、株粒數、株粒重和千粒重均顯著低于對照。

關鍵詞：苦蕎（Fagopyrum tataricum （L.） Gaertn）；甲基磺酸乙酯；突變體；農藝性狀

中圖分類號：S517 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）14-3343-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.004

Construction and Agronomic Traits Analysis of Mutant Population from Tartary Buckwheat Induced by Ethyl Methane Sulfonate（EMS）

DENG Lin-qiong，ZHANG Yi-zhong

（Ecological Engineering School，Guizhou University of Engineering Science， Bijie 551700， Guizhou， China）

Abstract： The seeds of tartary buckwheat were treated by chemica1 mutagen ethyl methane sulfonate （EMS） to construct a mutant population. The biological and agronomic characters were identified and analyzed in M2 generation. M3 generation materials were further verified. The results showed that six types of stable genetic mutants（big leaf， premature， late maturity， small grain， dwarf and albino plant） were gotten. There were no significant differences for the plant height， the branches of main stem， the nodes of main stem， the seeds per plant， the weight per plant and the 1000-seeds weight between the big leaf mutant， premature mutant and late maturing mutant. The plant height and the branches of main stem of the dwarf mutant and the weight per plant and the 1000-seeds weight of the small grain mutant were significant lower than the control materials， whereas the other characters were no significant differences with the control materials. Though the plant height of the albino plant was no significant differences with the control materials， the branches of main stem， the nodes of main stem， the seeds per plant， the weight per plant and the 1000-seeds weight were significant lower than the control materials.

Key words： tartary buckwheat（Fagopyrum tataricum （L.） Gaertn）；ethyl methane sulfonate；mutants；agronomic traits

突變體是某個性狀發生可遺傳變異或某個基因發生突變的材料，是遺傳育種的重要資源，也是開展功能基因研究的重要材料，而且當今功能基因組學所取得的一些成果，也是建立在大量不同類型突變體的基礎之上[1-3]。由于自發突變產生突變體的頻率非常低，傳統育種技術周期長，不能滿足當前蕎麥生產對優良品種的需求。化學誘變可以大大提高突變頻率，加快新種質資源的創制速率。甲基磺酸乙酯（EMS）是目前使用最廣泛、效果最好的化學誘變劑，由于其誘變方法簡便、誘變頻率高、誘變范圍廣、染色體畸變相對較少、可以對作物的某一種特殊性狀及其品質進行改良，因多為顯性突變體，易于進行篩選，因此在其他作物上已被廣泛利用[4-6]。

苦蕎（Fagopyrum. tataricum（L.） Gaertn）屬蓼科（Polygnaceae）蕎麥屬（Fagopyrum Mill）2個栽培種之一，為一年生草本植物，其營養價值居糧食作物之首，而且還具有較高的藥用價值，屬藥食兩用作物，被營養學家們稱為21世紀最有前途的綠色食品[7-9]。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，具有保健療效的糧用藥用作物蕎麥和蕎麥產品日益受到人們的喜愛和重視，但蕎麥的產量和品質嚴重阻礙了蕎麥的生產及發展。雖然誘發突變技術已廣泛應用于植物品種改良，在水稻（Oryza sativa）[10-12]、小麥（Triticum aestivum Linn.）[13-15]、玉米（Zea mays）[16，17]等作物上獲得了一批常規種質資源庫中少見的突變材料，大大加快了傳統作物育種的進程，也為功能作物育種和產品開發提供了重要技術手段和種質資源。但在蕎麥育種研究方面，突變體研究報道很少，且均為物理方法進行的誘變，主要有李國柱等[18]、田小麗[19]、Yao等[20]、Samo等[21]、Breznik等[22]、王安虎等[23]的報道，這些利用物理方法對蕎麥進行的誘變產生了一些較好的突變體，為蕎麥的進一步研究及開發提供了一些材料。而利用EMS對蕎麥的誘變研究目前尚未見報道。鑒于此，本研究利用化學誘變劑EMS對貴州地方栽培苦蕎進行處理，對其突變體進行篩選和鑒定，創建苦蕎突變體庫，并對其農藝性狀進行研究，以期為蕎麥遺傳育種、開發及利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試苦蕎材料為貴州畢節苦蕎（編號TA20111008001），來源于貴州工程應用技術學院生態工程學院蕎麥種子資源庫。

1.2 方法

1.2.1 突變材料創建 選用均勻一致的2 000粒飽滿苦蕎種子，室溫下蒸餾水中浸泡18 h，濾紙吸干表面水分，室溫下用質量分數為0.9%的化學誘變劑EMS（Sigma公司）處理17 h，自來水沖洗15 h，晾干，2012年7月25日播種于畢節市七星關區鴨池試驗地（地理位置為東經105°16′571″，北緯27°13′322″，海拔1 550 m）。行距0.40 m，粒距0.30 m，田間常規管理，2012年11月28日單株收獲M1代種子共793份。

1.2.2 M2代的種植與表型性狀調查 2013年3月31日將793份M2代按株系播種于畢節市七星關區鴨池試驗地，并設野生型苦蕎作為對照，行距0.40 m，粒距0.30 m，全生育期每2～4 d進行田間調查一次，觀察記載幼苗、葉、莖、花、育性、成熟期等性狀，篩選各種形態突變體。并分別考察其株高、主莖分枝數、主莖節數、株粒數、株粒重、千粒重等。篩選各種形態性狀變異材料，記錄相應變異性狀并編號，成熟后于2013年7月21日單株收獲。

1.2.3 M3代種植與表型性狀調查 2013年7月31日將在M2代篩選到的形態變異植株種子按株系（M3）播種于畢節市七星關區鴨池鎮試驗地，每個株系4株。在苦蕎全生育期，根據M2代變異株的特點進行M3代株系突變性狀的重復觀測和鑒定，篩選記錄遺傳穩定的突變體。對仍然產生分離的M3代株系，分單株收獲并對其M4代進行鑒定。

1.2.4 數據處理 采用Excel 2007軟件計算平均數，采用SPSS11.5統計軟件進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 EMS誘變處理后Ml代性狀的變異

經EMS處理后的2 000?？嗍w種子播種于試驗地，出苗793株，出苗率為39.65%。在其全生育期，發現植株長勢與對照差異較大（圖1B）。主要表現在79.82%植株明顯矮化、93.49%植株成熟期改變、6.90%的植株出現了部分葉片色澤、葉形異常，出現了1.92%小粒及2.30%不育及螞蟻危害死亡等變異植株。另外，發現M1代表型變異多數不能遺傳給M2代，最終得到的穩定遺傳的突變體與所觀察到的M1代的某些變異性狀變化較大，可能是由于經EMS誘變后，EMS對M1代種子有一定的傷害，導致M1代植株出現性狀的變化，這些變化多數不能遺傳，在M2代得到了恢復。

2.2 M2代突變體的篩選及農藝性狀分析

以野生型苦蕎作為對照，對793份M2代按株系播種，每個株系4株，共3 172個單株，其中21株出現了突變，發生表型突變的頻率為0.66%。主要表現在株高、葉片、種子、育性、成熟期等性狀（表1）。

2.2.1 營養器官突變 在誘變群體中共觀察到13株蕎麥的營養器官發生了突變，突變頻率為0.41%。葉色突變共6株，突變頻率為0.19%，包括整片葉片黃化突變（圖1C）、部分葉片黃化突變（圖1D）和葉片鑲嵌黃化突變（圖1E）。矮稈突變（圖1B）共5株，突變頻率為0.16%，株高在20～47 cm之間，平均株高僅為36.33 cm。葉片肥大突變（圖1F）共2株，突變頻率為0.06%，葉片明顯比正常植株葉片大且厚。

2.2.2 成熟期突變 在誘變群體中共觀察到5株蕎麥的成熟期發生了突變，突變頻率為0.15%。包括早熟突變和晚熟突變。其中早熟突變共2株，突變頻率為0.06%，成熟期提前15 d。晚熟突變共3株，突變頻率為0.09%，成熟期推后20 d。

2.2.3 生殖器官突變 誘變群體中共觀察到3株蕎麥的生殖器官發生了突變，突變頻率為0.09%。包括小粒突變和不育突變。其中小粒突變共2株（圖1G），突變頻率為0.06%，種子明顯比正常植株種子小。不育突變1株，突變頻率為0.03%，植株在苗期生長正常，可以開花，但花枯萎，無種子。

2.2.4 M2代突變體間及與對照間的總農藝性狀分析 M2代突變體間及與對照間的株高、主莖分枝數、主莖節數、株粒數、株粒重和千粒重總農藝性狀表現如表2所示。由表2可知，葉片肥大突變體總農藝性狀值最高，為59.18，極顯著高于對照及其他突變體。對照的總農藝性狀值為55.01，極顯著高于晚熟、小粒、矮稈和黃化突變體，顯著高于早熟突變體。早熟、晚熟和小粒突變體間差異不顯著，但均極顯著高于矮稈和黃化突變體，而矮稈和黃化突變體間差異不顯著。綜合以上分析發現，就總農藝性狀表現而言，葉片肥大突變體表現值最大，而黃化突變體的表現值最小。在0.05水平上，其農藝性狀綜合表現可將其排序為葉片肥大>對照>早熟、晚熟、小粒>矮稈、黃化。

2.2.5 M2代突變體間及與對照間的農藝性狀分析 M2代突變體間及與對照間株高、主莖分枝數、主莖節數、株粒數、株粒重和千粒重的表現如表3所示。由表3可知，株高方面，葉片肥大、對照、早熟、晚熟、小粒和黃化突變體的株高差異不顯著，但均極顯著高于矮稈突變體。主莖分枝數方面，早熟、晚熟、小粒、葉片肥大突變體和對照間差異不顯著，但早熟、晚熟、小粒、葉片肥大突變體均顯著高于矮稈和黃化突變體，對照、矮稈和黃化突變體間差異不顯著，且早熟突變體與矮稈和黃化突變體，晚熟突變體與黃化突變體之間的差異達到極顯著水平。主莖節數方面，對照、晚熟、小粒、葉片肥大、早熟和矮稈突變體之間的差異不顯著，而對照和晚熟突變體均顯著高于黃化突變體，但未達到極顯著水平。株粒數方面，葉片肥大、小粒突變體和對照之間差異不顯著，但均顯著高于黃化突變體，而早熟、晚熟、矮稈和黃化突變體間差異不顯著。株粒重方面，葉片肥大、早熟、晚熟突變體和對照之間以及矮稈、小粒和黃化突變體之間差異均不顯著，但葉片肥大突變體極顯著高于矮稈、小粒和黃化突變體，對照顯著高于小粒和黃化突變體，另外早熟和晚熟突變體也顯著高于黃化突變體。千粒重方面，葉片肥大突變體和對照之間差異不顯著，顯著高于黃化和小粒突變體，極顯著高于小粒突變體。矮稈、早熟、晚熟和黃化突變體間差異不顯著，但均顯著高于小粒突變體，且矮稈、早熟、晚熟與小粒突變體間的差異達極顯著水平。

2.3 M3代突變體的表型鑒定

在M3代（部分M4代）再次對突變表型進行鑒定，有80.95%從M2代中篩選到的具有典型特征的突變體能夠穩定遺傳而不再發生分離。通過對這些類型的突變體M2代和M3代（部分M4代）突變表型遺傳特點的觀察分析，在最終得到的突變體中，包括黃化、矮稈、小粒、早熟、晚熟、葉片肥大6種突變體類型。

3 小結與討論

突變體是某個性狀發生可遺傳變異或某個基因發生突變的材料，突變體的創制是進行植物功能基因組學和遺傳育種研究的重要途徑[1，24]。EMS誘變由于方法及條件簡單，誘變頻率高，染色體畸變相對較少，并能夠在短時間內創制出大量突變體。因此其作為人工創造變異的一種手段越來越受到研究者的重視[25]。筆者首次利用化學誘變劑EMS對貴州地方栽培苦蕎進行處理，對其產生的突變體進行篩選和鑒定，創制了一些具有價值的突變體。在M2代獲得了黃化、矮稈、小粒、早熟、晚熟、葉片肥大6種類型的突變體，突變頻率為0.66%，其中黃化突變頻率最高，為0.19%，葉片肥大、早熟和小粒的突變頻率次之，均為0.06%，而不育突變頻率最小，僅為0.03%。進一步對M3代突變表型進行觀察，發現80.95%從M2代中篩選到的突變體能夠穩定遺傳而未發生分離，最終得到黃化、矮稈、小粒、早熟、晚熟、葉片肥大6種類型的突變體。這6種類型突變體在株高、主莖節數、主莖分枝數、株粒數、株粒重和千粒重等農藝性狀綜合表現方面，葉片肥大突變體的綜合表現值最大，對照次之，早熟、晚熟和小粒第三，而矮稈和黃化的最小。

在苦蕎育種過程中，對農藝性狀的選擇十分重要，因為農藝性狀的優劣對苦蕎的高產性和穩產性有重要的影響，但是不同農藝性狀對苦蕎的產量影響不同。因此，本研究在對農藝性狀進行綜合分析的基礎上，進一步對突變體間以及突變體與對照間的各農藝性狀進行分析。結果表明，本研究所獲得的6種類型的突變體中，葉片肥大突變體、早熟突變體與對照間在株高、主莖分枝數、主莖節數、株粒數、株粒重和千粒重等農藝性狀方面均無顯著差異。晚熟突變體除千粒重顯著低于葉片肥大突變體外，本研究中的其他農藝性狀均與葉片肥大突變體、早熟突變體和對照間無顯著差異。矮稈突變體的株高顯著低于對照，其他農藝性狀與對照間差異不顯著。小粒突變體株粒重和千粒重顯著低于對照，株高等其他農藝性狀與對照無顯著差異。黃化突變體株高和主莖分枝數與對照間差異不顯著，主莖節數、株粒數、株粒重和千粒重均顯著低于對照。前人報道[26，27]發現，千粒重、單株粒數能有效地提高苦蕎的產量水平，千粒重對株粒重的直接效應較大，是蕎麥品種選育的主要目標性狀和高產栽培的主攻方向。本研究中，葉片肥大突變體、早熟突變體與對照間的株粒數、千粒重和株粒重均無顯著差異。因此該兩種類型突變體在苦蕎產量選育上可能優于其他突變體，而突變體之間以及突變體與對照之間的品質性狀方面是否具有與農藝性狀方面相同或相似的差異，有待進一步研究。

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