甲基磺酸乙酯对抗除草剂谷子品种的诱变效应

1、甲基磺酸乙酯对抗除草剂谷子品种的诱变效应DOI：10.14088/jki.issn0439-8114.2017.05.005Mutation Effects of Ethyl Methane Sulfonate on Herbicide ResistantVarieties of Foxtail MilletWANG 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

2、 for Nationalities， Chengde 067000 ， Hebei ，China ；2.College of Life Sience ，Hebei Normal University ， Shijiazhuang 050024，China ； 3.Instituteof Millet Crops ，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences ， Shijiazhuang 050035 ，China )： Different volume gradients and processing time of ethyl me

3、thyl sulfonate( EMS) were set to treatment theseeds of two herbicide-resistant varieties， i.e. ， Jigu31 and Jigu 25. The effects of different EMSdosage and the processing time on seed germination ， fatality rate and the change of root length were studied to find out the optimal mutagenic condition.

4、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

5、 4 hours by 0.8% of EMS ， respectively.谷子Setaria italic(L. ) Beauv是起源于中的古老作物，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

6、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，

7、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，KLMAR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

8、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 XX公司。1.1.2试剂 EMS母液。甲基磺酸乙酯，纯度 99%购自 生工生物工程（上海）XX公司。pH 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。0.1 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，

9、 等溶解完全后加0.2 g Na2CO3，然后用新煮沸冷?s的蒸馏水定 容至500 mL不同体积分数的 EMS溶液配制（表1 ）。用pH7 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

10、 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34次，每次12 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，

11、使其分布均匀，加入适量的水，使种子保持完全湿润，放在 27 C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：发芽势 =开始发芽后连续3 d的发芽种子数/供试种子数x 100%相对 发芽势=发芽势/对照的发芽势；发芽率=7 d发芽结束时的发 芽总数/供试种子数x 100%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寸冀谷31和冀谷25种子发芽的

12、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理46h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勺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%勺条件下，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寸冀谷25种子发芽的抑制 要高于冀谷31；且

13、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寸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

14、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 率咼于冀谷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

15、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寸于谷子胚根的影响，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寸胚根的影响，从试验结果分析得到，不同的诱变时间