60Co-γ輻照高產低植酸小麥新品系的鑒定篩選

郎淑平，馬燕欣

(浙江省嘉興市農業科學研究院(所)，浙江嘉興314016)

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60Co-γ輻照高產低植酸小麥新品系的鑒定篩選

郎淑平，馬燕欣

(浙江省嘉興市農業科學研究院(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，進而選育低植酸作物品系，是可行的技術路徑。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資源。

關鍵詞：60Co-γ輻照；高產；低植酸；小麥新品系

植酸又名6-磷酸肌醇，是植物體內磷和肌醇的主要儲存形式，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營養因子，植酸能影響人和單胃動物對Fe、Zn及蛋白質等養分的吸收和利用。植物源飼料中的植酸磷難于被單胃動物吸收，需要向飼料中補充無機磷以滿足動物生長對磷營養的大量需求。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，故需要不斷補施磷肥來滿足小麥生長發育的磷營養需求，這樣將導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，以致水體富營養化。通過輻射誘變來選育農作物新品種已成為目前研究熱點。本研究利用60Co-γ輻射揚麥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資源。

1材料與方法

1.1供試材料

揚麥158小麥種子(由嘉興市農科院引種保存)。

1.2試驗方法

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年選農藝性狀優良穗行秋播種成株系，2014年夏經田間抗赤霉病、整齊度及相關農藝性狀篩選后保留M3代株系種子69份。

1.2.2植酸含量測定。1)植酸提取。稱取一定量的麥粉樣品裝入15 mL離心管內，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，上清液轉入另一15 mL 離心管內。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的測定。采用鄰二氮菲法[3](北京大學分析化學教學組，1993)測定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1 h，510 nm比色，得吸光值A510。5)植酸含量的計算公式，依照上述步驟，歸納植酸測定的計算公式如下：

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條件下測定鐵的吸光值；B：鐵的吸收系數0.2，指0.2個吸光值對應1μg鐵；55.8：鐵的原子量；4.28：鐵與植酸的物質的量之比；SW：麥粉質量；660：植酸的摩爾質量；D：測定鐵濃度過程中稀釋的倍數555(7.5×8×9.25)。

1.2.3低植酸新品系產量鑒定試驗。2014年12月5日播種70份材料(含對照)于試驗田，試驗田塊前茬為單季晚稻，統一土質青紫泥，肥力中等，排灌設施完善方便。拖拉機開溝，人工耙平作畦，畦寬1.8 m，溝寬0.2 m，小區面積20 m2；開溝前用除草劑清除田間雜草，采用撒播方式，統一播種量10.0 kg/667m2，播種后人工松土蓋麥。施復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)25 kg/667m2做底肥，分蘗期施尿素15 kg/667m2，拔節期施尿素肥10 kg/667m2，成熟后統一收割，單獨曬干稱重，折算產量。

1.2.4試驗數據分析。用SPSS 17.0軟件進行統計分析。

2結果與分析

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(含輻射親本對照)，曬干后進行植酸含量測定，每樣品3次重復，獲得植酸含量比對照低的材料共34份，其中差異達極顯著水平的材料31份，達顯著水平的材料3份；2015年再次測定獲得植酸含量比對照低的材料共39份，其中差異達極顯著水平的材料30份，達顯著水平的材料9份。2年植酸含量頻率分布均符合正態分布(圖1，2)；2年均與對照存在顯著差異水平的材料22份，其中達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藝性狀與產量比較

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

續表1

編號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**

續表1

編號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0.05顯著水平；**表示達0.01極顯著水平。下同。

表2　低植酸小麥新品系產量與農藝性狀比較

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

3討論

揚麥158系江蘇里下河地區農科所育成品種，具有熟期早、豐產穩產性好、穗大、籽粒紅皮飽滿、熟相好、中抗赤霉病、白粉病等優點。由于生產上揚麥158株高偏高，生長后期遇到短時大風大雨天氣，容易產生倒伏現象，嚴重影響產量，所以我們選擇以揚麥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的作用[4]，我們在其他研究中也發現絕大多數低植酸突變體發芽勢、發芽率以及耐鹽性均優于對照[5]。在播種量相同情況下，籽粒千粒質量低的田間表現苗多，有效穗較高，如Z18、Z49、Z50、Z59。篩選到的低植酸材料，部分在穗型上也發生了改變，由親本的長方穗變為(短)棒穗，每穗粒數增多，如Z8、Z49；篩選的突變體材料在赤霉病抗性上與親本相當，但部分材料在白粉病抗性方面發生了改變，親本田間表現中抗—抗白粉病，而Z48、Z49田間表現白粉病較重，影響葉片光合作用，導致增產幅度不高，其生理生化機制有待進一步研究。

參考文獻：

[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]北京大學化學系分析化學教研室. 基礎分析化學實驗[M].北京:北京大學出版社,1993:200-206.

[4]任學良,舒慶堯.低植酸作物的研究進展及展望[J].核農學報,2004,18(6):438-442.

[5]郎淑平,馬燕欣.NaCl脅迫對低植酸小麥突變體材料種子萌發特性的影響[J].大麥與谷類科學,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

基金項目：嘉興市科技計劃(2012AZ1007);浙江省旱作糧油科技創新團隊項目(2011R50026-17)

作者簡介：郎淑平(1979—)，男，高級農藝師，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：S512.1; Q947.9

文獻標識碼：A

文章編號：1673-6486-20160151

網絡出版時間：2016-04-28

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160428.1134.002.html