甲基磺酸乙酯对抗除草剂谷子品种的诱变效应

王春芳++王蕊++刘国庆++张温典++芦敬华

摘要：以抗除草剂谷子[Setaria italic （L.） Beauv]品种冀谷31、冀谷25的种子为材料，设置不同体积分数梯度的甲基磺酸乙酯（EMS）以不同时间诱变处理种子，研究不同EMS剂量及处理时间对种子发芽率、致死率及根长变化的影响，找到最佳致突变条件。结果表明，处理时间对诱变效果的影响比EMS用量的影响效果更显著。2个品种对EMS的敏感性不同，对于冀谷31的最佳诱变条件为1.0% EMS处理6 h，而冀谷25的最佳诱变条件为0.8% EMS处理10 h。

关键词：谷子[Setaria italic （L.） Beauv]；甲基磺酸乙酯；抗除草剂；诱变

中图分类号：S515；S335.3 文献标识码：A 文章编号：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，其抗旱节水性强，对水分的利用率高，广泛种植于中国北方的半干旱与干旱区域[1]。谷子具有耐贫瘠、耐旱性、抗逆性强和适应性广、产量相对稳定的特性[2]，尤其适合山区干旱地区种植。在禾谷类作物中，谷子的营养价值最高而且营养相对平衡，能够满足人体生理代谢较多方面的需要，调节人们的膳食营养结构，目前已成为餐桌上不可缺少的食物，近年来需求量迅速增加。随着合作社的兴起和发展，河北省承德市谷子种植面积有所增长，但是传统的谷子品种和栽培种植模式已经不能适应现代农业的需要[3]。

目前谷子的种植大多采用传统方法，比较繁琐，严重影响谷子产业的发展。2009年河北省农林科学院谷子研究所培育的冀谷31通过全国谷子品种鉴定委员会鉴定，其栽培省工省时，谷种由抗除草剂和不抗除草剂的两种谷子采用科学方法配组而成，通过喷施拿捕净除草剂达到化学除草间苗的效果，并且为一级优质米[4]，近些年在河北、河南等地大规模推广，使广大谷农节支增收，脱贫致富。承德市位于河北省北部，其谷子品种兼具春谷和夏谷特性，很多夏谷品种在承德市不能成熟，其中包括冀谷31，培育适合承德地区的抗除草剂谷子品种不仅能够为当地农民脱贫致富提供帮助，而且能够大力推进承德市谷子产业发展。

EMS是高效、稳定的化学诱变剂，它可以产生范围较广的突变类型，如转换、颠换等点突变。EMS化学诱变产生点突变的频率较高[5]，而染色体畸变率相对较少[6]，故可以对作物的某一种特殊性状进行改良。自从1953年，KLMARK首次报告了EMS对突变诱导的有效性以来[7]，目前已被广泛应用于农作物诱变育种，在水稻[8]、小麦[9]、玉米[10-12]和大豆[13]等多种作物上均获得重大成就。

本研究采用抗除草剂品种冀谷31和冀谷25作为诱变材料，以不同剂量的EMS和不同处理时间处理两品种种子，确定EMS对谷子品种的适宜诱变条件，提高诱变效率，为进一步创建谷子突变体库及创新春谷区抗除草剂谷子种质资源奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物诱变材料 抗除草剂谷子品种冀谷31、冀谷25种子购自河北金谷农业科技有限公司。

1.1.2 试剂 ①EMS母液。甲基磺酸乙酯，纯度>99%，购自生工生物工程（上海）股份有限公司。 ②pH 7的磷酸缓冲溶液。1 000 mL的磷酸缓冲液配方为6.8 g磷酸氢二钾和291 mL的0.1 mol/L氢氧化钠溶液，再加蒸馏水稀释至1 000 mL。③0.1 ml/L硫代硫酸钠溶液终止液。取9.92 g Na2S2O3·5H2O放入500 mL棕色试剂瓶中，再加入100 mL新煮沸冷却的蒸馏水，摇动使之溶解，等溶解完全后加0.2 g Na2CO3，然后用新煮沸冷卻的蒸馏水定容至500 mL。④不同体积分数的EMS溶液配制（表1）。用pH 7的磷酸缓冲液作为EMS的稀释剂。

1.2 方法

1.2.1 EMS诱变处理方法

1）EMS体积分数及诱变时间设置。用体积分数分别为0（CK）、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%的EMS溶液分别处理冀谷31和冀谷25的种子，时间设置为4、6、8、10、12 h，共计82个处理[14，15]。

2）选种与浸种。将种子浸在有水的烧杯中，适中搅拌，将浮于上层的空粒、破粒、草子和杂质一并剔除，选用大而饱满且整齐一致的谷子种子各约15 000粒，在烧杯中用蒸馏水淹没浸泡约14 h，可提高诱变效果。

3）种子的EMS处理。将浸泡的种子放在滤纸上，吸去种子上的大部分水。用离心管量取所需种子，用移液器吸取相应量的磷酸缓冲液放入离心管中。在通风橱中，加入相应量的EMS母液于离心管中。最后将离心管放入摇床，充分混匀浸泡处理。

4）诱变处理的终止。EMS处理达到设置时间后，倒掉离心管中剩余的EMS，加入10 mL 0.1 mol/L Na2S2O3洗涤，3次重复，再用清水冲洗3～4次，每次1～2 min。将清洗后的种子放在铺有3张滤纸的培养皿中，每个处理3次重复，每次重复50粒，使其分布均匀，加入适量的水，使种子保持完全湿润，放在27 ℃人工气候培养箱中培养观察。

1.2.2 测定指标与方法 从置放当日起，每日上午9：00记录发芽情况。统计发芽率、发芽势、发芽指数，其中：①发芽势=开始发芽后连续3 d的发芽种子数/供试种子数×100%；②相对发芽势=发芽势/对照的发芽势；③发芽率=7 d发芽结束时的发芽总数/供试种子数×100%；④相对发芽率=发芽率/CK的发芽率。

1.3 数据处理

用SPSS 16.0软件进行数据处理，对不同因素进行比较。

2 结果与分析

2.1 EMS对冀谷31、冀谷25种子发芽的影响

2.1.1 不同体积分数的EMS对冀谷31和冀谷25种子发芽的影响 从表2可以看出，随着EMS处理剂量的增加，两品种的种子发芽势和发芽率呈下降趋势，除冀谷31经0.3%EMS处理4～6 h的处理外，其他EMS处理组与对照组均有显著差异，且两品种对EMS的诱变反应也有所差异，冀谷25比冀谷31对EMS更敏感。在致死率为80%～90%的条件下，冀谷25所需EMS体积分数为0.8%，而冀谷31所需EMS体积分数为1.0%，均与对照有极显著差异。同时两品种的种子相对发芽势与相对发芽率也随EMS溶液体积分数的增加而下降。

2.1.2 不同处理时间对冀谷31和冀谷25种子发芽的影响 从表2可以看出，相同处理下，EMS对冀谷25种子发芽的抑制要高于冀谷31；且两品种在相同剂量EMS溶液处理下，处理4 h与处理10 h的种子发芽率有极显著差异。

2.2 EMS对冀谷31、冀谷25根长的影响

在测定发芽率后对谷子种苗根长进行测定，其结果如图1所示。由图1可知，不同剂量的EMS对根长的影响不同，当EMS体积分数为0.4%、0.8%时，不同处理时间对根长变化的影响很大，而当处理体积分数为0.6%时，根长变化很小。表明根对不同体积分数的EMS具有敏感性，但并未表现出一定的规律，其长度与处理时间的关系表现出负相关，即处理时间越长，根长越短。

3 小结与讨论

确定合适浓度范围的诱变剂量是诱变育种试验成功与否的关键，不同植物都有其各自的适宜浓度范围，同一物种的不同品种对EMS的敏感性也存在着不同。只有在适宜的剂量范围内，物种才能保持其优良性状并产生更多的新的变异[16，17]。EMS是高效、稳定的化学诱变剂，主要诱发点突变，近年来利用EMS处理后所形成的突变群体在功能基因研究上具有独特优势，同时被广泛应用于不同作物的育种上。

本研究结果表明，在相同的EMS诱变条件下，冀谷25致死率高于冀谷31，说明不同谷子品种对EMS的敏感性存在差异，冀谷25较冀谷31对EMS更敏感。同时EMS对这两个谷子品种的胚根长度也有显著影响，随着处理时间变长以及EMS体积分数加大，胚根的长度逐渐缩短。谷子为须根系，由初生根和次生根组成，胚根即为初生根，初生根吸收水分和养分供给幼苗生长，若胚根过于短小，不利于幼苗成长，大部分胚根短小的谷苗会在发芽后由于营养供给不足而死亡。以往研究EMS诱导谷子时往往只考虑了致死率，而忽略了EMS对于谷子胚根的影响，导致了在相同诱导条件下，培养皿中发芽的致死率低于田间播种的致死率的实际情况。

李伟等[15]的研究中，豫谷1号的最佳诱变条件为清水浸种过夜，1.0%EMS处理8 h。但在本研究中，冀谷31和冀谷25表现出对EMS不同的敏感性，当种子发芽率达到90%左右的致死率时，冀谷31的最佳诱变条件为EMS溶液体积分数1.0%、诱变时间6 h，冀谷25的最佳诱变条件为EMS体积分数0.8%、诱变时间10 h。但诱变种子进行大田播种时，应充分考虑EMS对胚根的影响，从试验结果分析得到，不同的诱变时间和EMS剂量对胚根也有一定的影响。本研究以抗除草剂谷子材料为诱变对象，摸索最佳诱变条件，为下一步开展适合承德市的抗除草剂谷子新品种（系）做准备。近几年由于抗除草剂谷子品种的推广，谷子规模化种植成为农业产业的热点，承德市目前主推的谷子品种仍然为不抗除草剂的常规品种[18，19]，大规模种植后无法解决间苗和除草的问题。利用EMS诱变筛选适合承德地区的抗除草剂谷子品种或品系，能够有效解决春谷区谷子大规模种植中的难题，将会为承德地区农业产业化发展做出贡献。

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