甲基磺酸乙酯對抗除草劑谷子品種的誘變效應

王春芳++王蕊++劉國慶++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，設置不同體積分數梯度的甲基磺酸乙酯（EMS）以不同時間誘變處理種子，研究不同EMS劑量及處理時間對種子發芽率、致死率及根長變化的影響，找到最佳致突變條件。結果表明，處理時間對誘變效果的影響比EMS用量的影響效果更顯著。2個品種對EMS的敏感性不同，對于冀谷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。

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

中圖分類號：S515；S335.3 文獻標識碼：A 文章編號：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]是起源于中國的古老作物，其抗旱節水性強，對水分的利用率高，廣泛種植于中國北方的半干旱與干旱區域[1]。谷子具有耐貧瘠、耐旱性、抗逆性強和適應性廣、產量相對穩定的特性[2]，尤其適合山區干旱地區種植。在禾谷類作物中，谷子的營養價值最高而且營養相對平衡，能夠滿足人體生理代謝較多方面的需要，調節人們的膳食營養結構，目前已成為餐桌上不可缺少的食物，近年來需求量迅速增加。隨著合作社的興起和發展，河北省承德市谷子種植面積有所增長，但是傳統的谷子品種和栽培種植模式已經不能適應現代農業的需要[3]。

目前谷子的種植大多采用傳統方法，比較繁瑣，嚴重影響谷子產業的發展。2009年河北省農林科學院谷子研究所培育的冀谷31通過全國谷子品種鑒定委員會鑒定，其栽培省工省時，谷種由抗除草劑和不抗除草劑的兩種谷子采用科學方法配組而成，通過噴施拿捕凈除草劑達到化學除草間苗的效果，并且為一級優質米[4]，近些年在河北、河南等地大規模推廣，使廣大谷農節支增收，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，培育適合承德地區的抗除草劑谷子品種不僅能夠為當地農民脫貧致富提供幫助，而且能夠大力推進承德市谷子產業發展。

EMS是高效、穩定的化學誘變劑，它可以產生范圍較廣的突變類型，如轉換、顛換等點突變。EMS化學誘變產生點突變的頻率較高[5]，而染色體畸變率相對較少[6]，故可以對作物的某一種特殊性狀進行改良。自從1953年，KLMARK首次報告了EMS對突變誘導的有效性以來[7]，目前已被廣泛應用于農作物誘變育種，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和不同處理時間處理兩品種種子，確定EMS對谷子品種的適宜誘變條件，提高誘變效率，為進一步創建谷子突變體庫及創新春谷區抗除草劑谷子種質資源奠定基礎。

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種子購自河北金谷農業科技有限公司。

1.1.2 試劑 ①EMS母液。甲基磺酸乙酯，純度>99%，購自生工生物工程（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不同體積分數的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體積分數及誘變時間設置。用體積分數分別為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，時間設置為4、6、8、10、12 h，共計82個處理[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、草子和雜質一并剔除，選用大而飽滿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，用移液器吸取相應量的磷酸緩沖液放入離心管中。在通風櫥中，加入相應量的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處理達到設置時間后，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，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張濾紙的培養皿中，每個處理3次重復，每次重復50粒，使其分布均勻，加入適量的水，使種子保持完全濕潤，放在27 ℃人工氣候培養箱中培養觀察。

1.2.2 測定指標與方法 從置放當日起，每日上午9：00記錄發芽情況。統計發芽率、發芽勢、發芽指數，其中：①發芽勢=開始發芽后連續3 d的發芽種子數/供試種子數×100%；②相對發芽勢=發芽勢/對照的發芽勢；③發芽率=7 d發芽結束時的發芽總數/供試種子數×100%；④相對發芽率=發芽率/CK的發芽率。

1.3 數據處理

用SPSS 16.0軟件進行數據處理，對不同因素進行比較。

2 結果與分析

2.1 EMS對冀谷31、冀谷25種子發芽的影響

2.1.1 不同體積分數的EMS對冀谷31和冀谷25種子發芽的影響 從表2可以看出，隨著EMS處理劑量的增加，兩品種的種子發芽勢和發芽率呈下降趨勢，除冀谷31經0.3%EMS處理4～6 h的處理外，其他EMS處理組與對照組均有顯著差異，且兩品種對EMS的誘變反應也有所差異，冀谷25比冀谷31對EMS更敏感。在致死率為80%～90%的條件下，冀谷25所需EMS體積分數為0.8%，而冀谷31所需EMS體積分數為1.0%，均與對照有極顯著差異。同時兩品種的種子相對發芽勢與相對發芽率也隨EMS溶液體積分數的增加而下降。

2.1.2 不同處理時間對冀谷31和冀谷25種子發芽的影響 從表2可以看出，相同處理下，EMS對冀谷25種子發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的種子發芽率有極顯著差異。

2.2 EMS對冀谷31、冀谷25根長的影響

在測定發芽率后對谷子種苗根長進行測定，其結果如圖1所示。由圖1可知，不同劑量的EMS對根長的影響不同，當EMS體積分數為0.4%、0.8%時，不同處理時間對根長變化的影響很大，而當處理體積分數為0.6%時，根長變化很小。表明根對不同體積分數的EMS具有敏感性，但并未表現出一定的規律，其長度與處理時間的關系表現出負相關，即處理時間越長，根長越短。

3 小結與討論

確定合適濃度范圍的誘變劑量是誘變育種試驗成功與否的關鍵，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EMS的敏感性也存在著不同。只有在適宜的劑量范圍內，物種才能保持其優良性狀并產生更多的新的變異[16，17]。EMS是高效、穩定的化學誘變劑，主要誘發點突變，近年來利用EMS處理后所形成的突變群體在功能基因研究上具有獨特優勢，同時被廣泛應用于不同作物的育種上。

本研究結果表明，在相同的EMS誘變條件下，冀谷25致死率高于冀谷31，說明不同谷子品種對EMS的敏感性存在差異，冀谷25較冀谷31對EMS更敏感。同時EMS對這兩個谷子品種的胚根長度也有顯著影響，隨著處理時間變長以及EMS體積分數加大，胚根的長度逐漸縮短。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分供給幼苗生長，若胚根過于短小，不利于幼苗成長，大部分胚根短小的谷苗會在發芽后由于營養供給不足而死亡。以往研究EMS誘導谷子時往往只考慮了致死率，而忽略了EMS對于谷子胚根的影響，導致了在相同誘導條件下，培養皿中發芽的致死率低于田間播種的致死率的實際情況。

李偉等[15]的研究中，豫谷1號的最佳誘變條件為清水浸種過夜，1.0%EMS處理8 h。但在本研究中，冀谷31和冀谷25表現出對EMS不同的敏感性，當種子發芽率達到90%左右的致死率時，冀谷31的最佳誘變條件為EMS溶液體積分數1.0%、誘變時間6 h，冀谷25的最佳誘變條件為EMS體積分數0.8%、誘變時間10 h。但誘變種子進行大田播種時，應充分考慮EMS對胚根的影響，從試驗結果分析得到，不同的誘變時間和EMS劑量對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象，摸索最佳誘變條件，為下一步開展適合承德市的抗除草劑谷子新品種（系）做準備。近幾年由于抗除草劑谷子品種的推廣，谷子規模化種植成為農業產業的熱點，承德市目前主推的谷子品種仍然為不抗除草劑的常規品種[18，19]，大規模種植后無法解決間苗和除草的問題。利用EMS誘變篩選適合承德地區的抗除草劑谷子品種或品系，能夠有效解決春谷區谷子大規模種植中的難題，將會為承德地區農業產業化發展做出貢獻。

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