小麥EMS 誘變材料的抗旱性評價

武銀玉，曹亞萍，范紹強

（山西農業大學小麥研究所，山西臨汾041000）

小麥（Triticum aestivum）是我國最主要的糧食作物，干旱是限制小麥產量的重要非生物脅迫因子，全球約50%小麥產區遭受干旱脅迫，直接造成小麥減產10%～50%[1]。山西是北方麥區典型的干旱省份，旱地面積占小麥種植面積的60%左右，旱地小麥生產對山西小麥生產起著至關重要的作用。小麥品種晉麥47 自1995 年審定以來，一直在旱地小麥生產中占主導地位，目前仍為國家黃淮中部麥區和山西省南部麥區旱地小麥區域試驗對照品種，沒有替代品種，小麥抗旱育種進程緩慢[2-3]。同時，由于小麥屬內遺傳基礎狹窄，基因變異有限，使小麥抗旱育種難以取得突破性進展。

利用化學物質誘發產生基因突變，對作物的某種性狀進行改良，是目前種質創新和培育新品種的途徑之一[4]。烷化劑甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate，EMS）誘變因為點突變頻率較高、染色體畸變較少、易于突變體選擇、基因純合周期短等諸多優點，是目前應用最廣、效果最好的化學誘變技術。相關學者利用EMS 誘變在抗旱種質創新上取得了一些成果。譚義川等[5]對19 份玉米EMS 誘變系材料進行干旱脅迫，運用模糊隸屬函數法對抗旱相關指標進行綜合評價，篩選出4 份抗旱性較好的玉米變異系。董文科等[6]用EMS 處理多年生黑麥草種子，并對其誘變材料進行抗旱性篩選，成功獲得15 株耐旱變異株；王瑾等[7]曾用EMS 處理小麥品種溫麥6 號和周麥17 的花藥愈傷組織和幼胚愈傷組織，后經抗旱鑒定篩選出13 株抗旱植株，平均變異率為5.8%。

本研究擬用全生育期鑒定法，以產量三要素有效穗數、穗粒數、千粒質量以及株高、產量為考核指標，對晉麥47 EMS 誘變材料進行抗旱性評價，旨在了解其抗旱水平，明確EMS 誘變技術在抗旱育種方面的應用潛力，充分挖掘誘變材料的抗旱、耐旱能力，為拓寬小麥抗旱基因資源、創新抗旱新種質、實現旱作良種可持續發展提供材料基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

用0.8%EMS 處理晉麥47 小麥種子，于M2選擇具表型變異的突變體，隨后經6 代系選得到遺傳穩定誘變品系33 份，編號分別為47-1、47-2、47-3、……、47-33，以晉麥47 為對照品種。

1.2 試驗方法

試驗于2018—2019 年度在山西省農業科學院小麥研究所科研用地進行。該年度小麥全生育期內降水104.5 mm，僅占小麥需水量的20%，屬于中度干旱年份。試驗參照國家標準《小麥抗旱性鑒定評價技術規范》（GB/T 21127—2007），設雨養旱作和補充灌溉2 種處理，其土壤養分含量和質地一致，采用隨機區組設計，3 次重復，4 行區，行長2 m，行距0.25 m，株距5 cm，小區面積2 m2。雨養旱作處理全生育期不灌水；補充灌溉處理分別在越冬前、拔節期、灌漿期各補水一次。所有材料于2018 年10 月2 日播種，2019 年 6 月 10 日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 農藝性狀測定 以株高、有效穗數、穗粒數、千粒質量、產量為考核指標。其中，株高：從地面至穗的頂端，不連芒，以厘米計；穗粒數：隨機選取10 穗脫粒計算平均值；有效穗數：以每穗實粒數多于5 粒為有效穗，數其總穗數，折合成公頃穗數；千粒質量：每千粒種子稱質量2 次，以誤差不超過0.15 g 的2 次平均值為準；產量：稱量小區總質量，計算其平均值。

1.3.2 計算抗旱系數和抗旱指數[8-9]抗旱系數和抗旱指數計算公式如下。

式中，DRC為抗旱系數；Ya為該品系雨養旱作處理下性狀值；Ym為補充灌溉處理下性狀值。

式中，DI為抗旱指數；GYS.T為待測材料雨養旱作處理籽粒產量；GYS.W為待測材料補充灌溉處理籽粒產量；GYCK.W為對照品種補充灌溉處理籽粒產量；GYCK.T為對照品種雨養旱作處理籽粒產量。

1.4 抗旱性評價

小麥抗旱性評價及分級標準如表1 所示。

表1 小麥抗旱性評價及分級標準

1.5 數據處理

采用 Microsoft Excel 2007、SPSS 24.0 進行數據整理及分析。

2 結果與分析

2.1 晉麥47 EMS 誘變材料主要農藝性狀表現

EMS 誘變具有不確定性，可以誘導控制不同性狀的基因發生突變。由表2 可以看出，EMS 誘變造成不同突變材料農藝性狀差異較大，其中，變異系數最大的是有效穗數，其次是小區產量，千粒質量變異幅度最小。將雨養旱作處理與補充灌溉處理相比較可以看出，晉麥47 突變材料的農藝性狀均因干旱脅迫受到一定程度的影響。

表2 33 份誘變材料主要農藝性狀表現

2.2 干旱脅迫對晉麥47 EMS 誘變材料小區產量的影響

由表2、3 可知，受干旱脅迫影響，雨養旱作處理小麥小區產量較補充灌溉處理減產39.7%，說明干旱對小麥產量具有很大影響。以晉麥47 為對照，有3 份突變材料抗旱指數大于1，其中，47-17 在雨養旱作條件下小區產量0.96 kg，在所有參試品種中最高，其抗旱指數為1.14，達到較強抗旱水平，同時達到較強抗旱水平的還有47-14；另外，47-11、47-26、47-16、47-9、47-32 抗旱 指 數 分 別 為 1.07、1.00、0.98、0.96、0.92，具有中等抗旱水平。47-30、47-19 在補充灌溉處理下產量最高，但在雨養旱作處理下產量較對照有較大幅度下降，其抗旱等級為4 級，抗旱性處于較弱水平。另有9 份誘變材料抗旱指數小于0.699，處于極弱水平。將處于強和中等抗旱水平的7 份材料進行多重比較，47-17 抗旱性較對照極顯著增強，47-14 抗旱性較對照顯著增強，47-11、47-26、47-16、47-9、47-32 與對照無明顯差異。

表3 干旱脅迫對晉麥47 誘變材料小區產量的影響

抗旱系數是抗旱指數的補充，能反映不同小麥品種（系）對干旱的敏感程度以及產量的穩定性，產量抗旱系數高，則抗旱性強，穩產性好。如抗旱水平較高的47-17、47-14、47-11 雨養旱作較補充灌溉產量下降幅度較小，產量抗旱系數在所有參試品種中也達到最高，表明其在干旱脅迫下產量相對比較穩定。但是對于水、旱地種植條件下產量都低的品種同樣可以擁有較高的抗旱系數，如47-3、47-2，不能真實反映該品系的產量水平，這也是抗旱系數的局限性所在。

2.3 干旱脅迫對晉麥47 EMS 誘變材料產量三要素及株高的影響

表4 干旱脅迫對EMS 誘變材料產量三要素及株高的影響

有效穗數、穗粒數、千粒質量是構成小麥產量的三要素，三者相輔相成、相互制約，對小麥籽粒產量起著決定性作用。根據小麥結實器官建成與物候期、生育期的對應關系，可把有效穗數、穗粒數和千粒質量的性狀抗旱系數分別作為小麥拔節期、孕穗期和灌漿期的抗旱性鑒定指標[10]。

從表4 可以看出，千粒質量的抗旱系數平均值為0.86，因其抗旱系數是該性狀旱地與水地的比值，所以，受干旱脅迫影響，雨養旱作處理千粒質量較補充灌溉處理下降14%，是受干旱脅迫影響最小的因子。其中，有7 份材料千粒質量抗旱系數在0.9以上，占21.2%，25 份抗旱系數在0.8～0.9，占75.8%，1 份材料抗旱系數在0.7～0.8，占3%。

穗粒數雨養旱作條件下較補充灌溉平均下降22%，受干旱脅迫影響較小。穗粒數的抗旱系數變幅在0.65～0.91，不同材料間變幅較大。

穗數代表小麥群體大小，一般認為，小麥冬前分蘗早、分蘗生長快而集中，成穗率高而整齊的的品種抗旱能力強。由表4 可知，有效穗數是受干旱影響最大的因子，平均降幅達30%，對干旱最為敏感?？购敌员憩F較強的材料有效穗數下降幅度都較小，如，47-17 的有效穗數抗旱系數為0.84，47-14為 0.79，47-11 為 0.77，47-26 為 0.82，這也是其在干旱條件下產量仍表現較高的主要原因之一。

受干旱脅迫影響，株高平均下降17%，其抗旱系數變異幅度0.74～0.89。一般認為，抗旱性較強的品種株高相對較高[11]。在干旱條件下，適當選擇較高的品種會提高小麥產量。

3 結論與討論

EMS 是一種高效穩定的烷化類誘變劑，能誘發產生高密度等位基因點突變，將其應用于小麥育種，可以在較短時間內獲得新性狀和新基因，具有種質創新頻率高、遺傳變異譜寬、育種周期短[12]等特點。本研究用EMS 處理晉麥47 小麥種子，對其穩定突變體進行抗旱性鑒定，成功篩選出3 份材料（47-17、47-14、47-11）抗旱性優于基礎材料晉麥47，占參試材料的9%?？梢姡珽MS 誘變技術可作為一種有效手段應用于種質創新，加快小麥抗旱育種的進程。

抗旱系數是小麥抗旱鑒定中比較常用的指標，是干旱脅迫與非脅迫條件下某一性狀值的比值，代表該品種某一時期對干旱的敏感程度，卻不能全面反映其整體抗旱水平和產量水平[10]。如，47-18 穗粒數、千粒質量抗旱系數分別為0.83、0.91，在所有參試品種中均表現較高，表示其抽穗、灌漿期比較耐旱，但其有效穗數抗旱系數僅為0.69，說明該材料苗期對水分較為敏感，其分蘗成穗能力受損嚴重，影響了產量水平，最終抗旱水平僅為較弱（0.88）；47-16 千粒質量、穗粒數、有效穗數抗旱系數分別為0.81、0.88、0.73，千粒質量影響較大，低于平均值，表示其灌漿期受干旱脅迫影響較大，但其穗粒數和有效穗數下降較小，最終產量受影響較小，抗旱水平為中等（0.98）。根據各性狀抗旱系數可以看出，在株高和產量三要素4 個性狀中，千粒質量受干旱脅迫影響最小，其次是株高、穗粒數，影響最大的是有效穗數。可見，有效穗數是影響旱地小麥品種產量的關鍵因素。張俊玲等[13]在分析北部冬麥區旱地小麥的演變規律時曾指出，有效穗數是決定旱地小麥產量的第一大要素。張東旭等[14]對96 個不同基因型小麥品種進行抗旱性鑒定，結果顯示，穗數和穗粒數受干旱影響較大，千粒質量變幅較?。辉瑒P等[15]相關遺傳分析也表明，千粒質量受遺傳力影響最大，受環境影響最小，與本研究結果一致。

蘭巨生[8]提出的抗旱指數，是在兼顧抗旱系數和產量性狀的基礎上得到的一個綜合指標，同時具有旱地產量高和抗旱系數大的雙重特點，是目前最貼近生產實際、應用最廣的綜合性指標，常用于新品系的篩選和區域試驗中。參照小麥抗旱性評價標準，本研究通過對33 份晉麥47 EMS 誘變材料進行抗旱性鑒定，篩選出2 份材料抗旱指數大于1.1，抗旱等級為2 級，抗旱性較強；5 份材料抗旱等級為3 級，抗旱性中等；17 份材料抗旱性弱，抗旱等級為4 級；9 份材料抗旱性極弱?？购敌暂^強的2 個品系在補充灌溉條件下產量也較高，充分滿足了旱地育種既要求品種在干旱年份具有較好的穩產性，同時達到豐水年份高產的目標，可以將其作為抗旱優異種質資源應用于小麥育種。