饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程编制说明

《饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程》编制说明工作简况立项情况燕麦（AvenasativaL.）是隶属于禾本科燕麦族燕麦属的一年生草本植物，具有营养丰富、耐逆性强、适应性广、生育期短等特性，在世界多地种植较为广泛。据联合国最新统计，燕麦的产量和种植面积在全世界仅次于玉米、小麦、水稻、大麦、高粱，被认为是世界“八大粮食作物之一”。燕麦草叶丰富、适口性好，且富含蛋白和矿物质营养成分，是牛羊爱吃的优良饲草，具备较高的经济价值。长期以来，我国燕麦大量依赖进口，其主要原因之一是国内新种质创制方式单一，主要依赖野外采集、引进、杂交，突破性种质资源极少。因此，利用多种有效的育种方式创制新材料，加快推进燕麦育种进程和解析基因功能研究是目前我国燕麦育种亟需解决的问题。诱变育种被证明是一种有效增加物种遗传变异的方法，是能快速、高效创制大量可遗传变异种质资源最有效的育种技术。研究表明植物的诱变育种方法主要有物理诱变、化学诱变和生物诱变，目前，不少研究者已利用诱变方法在水稻、小麦、玉米、花生等作物中成功构建突变体库，并利用其中突变体材料，研究了大量的功能基因。因此，利用诱变方法构建饲用燕麦诱变突变体库，可在较短时间内创制大量新的性状变异材料，充分利用这些变异材料进行相关研究，在一定程度上能够广泛改良饲用燕麦的农艺性状和经济特性，对加快饲用燕麦育种进程具有积极意义。精准、高效的表型鉴定与筛选标准有利于评估突变体的遗传多样性和稳定性，还可以全面且系统地分析和筛选诱变群体中的优良突变体，筛选出具有潜在育种和研究价值的种质，为育种工作提供可靠的遗传基础。然而，我国至今尚无制定饲用燕麦诱变突变体表型鉴定方面的标准或技术规程。为加速我国饲用燕麦诱变育种发展，创制更多优异新种质，培育优质高产新品种满足饲用燕麦产业发展的需要，中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所“抗逆牧草育种与利用”团队根据国家农业重大科技项目“饲用燕麦……诱变”（保密项目）研究内容，特起草本技术规程。实施和推广本规程构建饲用燕麦诱变突变体表型鉴定与筛选体系，可以实现饲用燕麦突变体表型鉴定科学化、精准化，为燕麦育种提供依据。提出单位：中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所归口单位：内蒙古标准化协会起草单位：中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所、西北农林科技大学、中国农业大学起草人：杨红善、崔光欣、吴芳、段慧荣、王亚芳、张蕴薇、陈军、朱新强、路远、张茜、许蕾、王勇、宋标、李玉雯、张静、杨倩倩。制定标准的目的和意义燕麦是一年生禾本科粮饲兼用作物，其产量高、粗蛋白含量高、抗逆性强，具有适口性好、消化率高等优点，是牲畜最理想，最经济的饲草之一。长期以来，我国燕麦大量依赖进口，其主要原因是国内燕麦缺乏突破性新品种、种质资源较为匮乏。燕麦为异源六倍体，具有高度复杂的遗传背景，通过常规育种育成一个新品种需要育种家们长达10年连续种植并对表型进行追踪观察，最终形成品种，此育种方式技术单一、效率低、周期长，难以满足育种新要求。另一方面，我国燕麦基因功能研究进程仍较为落后，因此，种质创新是饲用燕麦育种的发展方向，急需采用新技术或改进原有技术来创制燕麦新种质，挖掘优异育种材料，培育优良新品种。相对于常规育种方法，诱变育种具有十分明显的优势，可为育种工作者提供丰富的种质资源和遗传变异。诱变育种的优点：①诱变操作方法简单，便于实施和操作；②诱变频率显著提高，提供更多变异进行筛选；③缩短育种周期，可在较短时间内培育出优势品种；④丰富遗传变异范畴，可获得更多在自然变异中难以获取的优良性状，扩大突变体资源库；⑤克服远缘杂交的不亲和性，拓宽生物材料遗传背景。植物诱变育种方法主要有物理诱变、化学诱变和生物诱变，其中物理诱变包括空间诱变、离子束辐射、中子辐射、射线辐射、UV-B辐射等；化学诱变根据诱变机制，诱变剂分为烷化剂、碱基类似物、其它具有特殊诱变机制的诱变剂；生物诱变育种包括细胞工程育种、基因工程育种、分子标记辅助育种等。空间诱变主要使用返回式卫星或高空气球所能够提供的特殊空间环境，让育种材料受到部分辐射、微重力、弱磁力等空间因素，对植物材料的生长发育和生理生化特性产生影响，随后在地面上选育产生新的突变，可获得新的种质资源。常压室温等离子诱变系统（ARTP）能够在大气压下产生温度在25–40℃之间具有高活性粒子（包括处于激发态的氦原子、氧原子、OH自由基等）浓度的等离子体射流，可以对动植物及微生物细胞产生多重作用，如造成遗传物质的损伤、引起细胞膜通透性和蛋白结构的改变等。ARTP诱变具有突变性能优越、应用范围广、仪器使用方便易操作、样品处理快速等特点，其主要应用于微生物、动植物育种领域，通过物理诱变方式构建遗传多样性突变库，在提升农作物发芽率、优化微生物菌种性能等方面已取得显著成果。重离子束辐照是一种高效的诱变技术，与X射线、γ射线、电子束等射线辐照相比，它具有传能线密度高、相对生物学效应大、损伤后修复效应小等特点，因此，可以在存活率较高的情况下得到较高的突变率，易于获得目标突变体。重离子束辐射诱变技术具有操作简单、突变率高、突变谱广等特点，在粮食作物和观赏植物上已经培育出多个新品种。与物理诱变相比，化学诱变剂分子结构不稳定，易造成生物DNA的损伤和错配修复，主要引起基因的点突变，且突变点位具有特异性。化学诱变具有操作简单、价格低廉、突变率高、突变范围广、染色体畸变少等优点，已被广泛应用于创制优质种质资源。目前，不少研究者已利用诱变方法在水稻、小麦、玉米、花生等作物中成功构建突变体库，并利用其中突变体材料，研究了大量的功能基因。此外，对突变体库进行种质资源评价是基因挖掘和遗传改良的基础。精准、高效的表型鉴定与筛选标准有利于评估突变体的遗传多样性和稳定性，还可以全面且系统地分析和筛选诱变群体中的优良突变体，筛选出具有潜在育种和研究价值的种质，为育种工作提供可靠的遗传基础。我们饲用燕麦诱变育种研究目前主要集中在各世代表型变异鉴定，突变体筛选等，且表型鉴定规则不一，我国尚未有饲用燕麦高产突变体的鉴定评价规范/规程，因此，本规程制定小组利用多年空间诱变、等离子诱变、重离子诱变、化学诱变的突变体表型筛选鉴定评价结果，制定合理的突变体表型筛选和评价技术规程，利用该技术规程可以快速创制新材料，丰富燕麦种质资源，解决栽培燕麦的遗传基础狭窄的问题，加快燕麦育种进程。编制过程（一）分工情况本标准主要起草人及主要工作内容如下表1所示表1标准参与编写人员及其所做的工作姓名工作单位职称主要工作内容杨红善中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所研究员项目主持人，负责方案设计崔光欣中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所副研究员主要参加人，负责标准编写吴芳中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所助理研究员主要参加人，负责标准编写段慧荣中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所副研究员参与标准的指标验证王亚芳西北农林科技大学副教授标准编写、验证和修订张蕴薇中国农业大学教授修订陈军中国农业大学副教授修订朱新强中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究副研究员参与标准的指标验证路远中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究研究员参与标准的指标验证张茜中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究助理研究员参与标准的指标验证许蕾中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究助理研究员参与标准的指标验证王勇中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究助理研究员参与标准的指标验证宋标中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究硕士研究生参与标准的指标验证李玉雯中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究硕士研究生参与标准的指标验证杨倩倩中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究硕士研究生参与标准的指标验证张静中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究科研助理参与标准的指标验证（二）起草阶段2023年3月，由中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所抗逆牧草育种与利用团队牵头，调研国内外相关标准、专利和论文成果，召开启动会议，介绍了编制背景和意义，联合参编单位对编制方案进行了研讨，对前期调研和实验设计进行了讨论和分工。（1）2023年4月，由中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所组织协调建立了《饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程》团体标准编制小组，并制定工作方案。（2）2023年4月-2025年8月，编制小组进行了为期三年的饲用燕麦诱变突变体筛选试验。（3）2025年10月，编制小组根据试验结果，撰写《饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程》工作组讨论稿，撰写编制说明，向内蒙古标准化协会提交申请。（4）2025年10月24日，由内蒙古标准化协会组织召开《饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程》团体标准立项论证会，顺利立项。（三）征求意见阶段2025年10月24日-10月31日，编制小组根据专家意见对《饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程》工作组讨论稿进行了修改，形成征求意见稿。（四）送审阶段2025年X月～X月通过网上公开征求意见，经过XXXX等单位共X名专家函审，经收集归纳整理，收集修改意见XX条；2025年X月～X月，针对专家提出的反馈意见进行汇总整理，逐条进行斟酌修改，其中采纳XX条，部分采纳X条，不采纳X条，完成征求意见稿的修改，形成送审稿。（五）报批阶段2025年X月X日，由内蒙古标准化协会组织召开《饲用燕麦诱变突变体表型鉴定技术规程》地方标准审查会，审查委员会听取标准起草组介绍标准编制说明，对标准文本逐条审查，并形成会议纪要。工作组认真听取审查意见，仔细整理会议纪要和修改意见，完善送审材料，形成报批稿，报送内蒙古标准化协会审批发布。制定标准的原则和依据，与现行法律、法规、标准的关系（一）原则和依据1、编制原则科学性：本技术规程基于严谨的科学研究和实践数据，确保对饲用燕麦诱变突变体表型进行客观、准确的鉴定和评价。在标准适用范围内力求完整，在标准文本编制过程中力求做到技术内容的表述科学准确、清晰易懂。实用性：把经济实用和可操作性作为重要的依据，确保标准的内容便于实施，方便育种家在饲用燕麦诱变突变体表型鉴定和评价过程中应用，避免繁琐和复杂化，且易于被其他标准和文件所引用。先进性：对标准中有关内容的确定，严格遵守我国相关法律法规、规章制度及标准的要求，力求反映本研究领域的国内外先进技术及标准的发展现状与趋势，既体现目前急需解决的问题，又能为未来技术发展提供框架，使标准中所规定的技术内容有利于提高草种质资源评价和利用的技术水平。可操作性：本标准是多年多点试验的基础上，对饲用燕麦诱变突变体表型鉴定进行了规范，经过反复验证后认为其具有较大的科学性和实用性，体现了标准可操作性。2、编制依据严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草文件。主要技术内容确定的依据：（1）饲用燕麦标准内容：用于生产饲草的栽培燕麦，一年生草本植物，染色体2n=6x=42。根据籽粒带皮或裸粒，分为皮燕麦和裸燕麦两种类型。理由和依据：本标准参照《燕麦种质资源描述规范》中3.1燕麦的术语和定义“禾本科燕麦属的栽培种，是一年生草本植物，染色体数2n=6x=42。根据籽粒带皮和裸粒，分为皮燕麦和裸燕麦两种类型。”以及DB50/T1368-2023《饲用燕麦种植技术规程》中3.2饲用燕麦的定义和术语“用于生产饲草的栽培燕麦，包括皮燕麦和裸燕麦。”（2）空间诱变标准原文：空间诱变又称航天诱变，是利用返回式航天器（如卫星、飞船等）将植物材料（如种子、组织、细胞等）搭载到太空，在太空独特的环境（如微重力、弱地磁、强辐射、高真空、超低温等）作用下，诱发植物遗传物质发生改变的方法。理由和依据：本标准直接引用《航天诱变多叶紫花苜蓿新品种选育研究》中的航天诱变育种概念。（3）常压室温等离子体诱变标准原文：常温常压等离子诱变技术是指利用在常压、常温条件下产生的等离子体，作用于生物体（如种子、组织、细胞等），从而引起生物体遗传信息的改变的方式。理由和依据：本标准引用《常压室温等离子体诱变处理小麦的生物效应研究》中的常压室温等离子体概念，稍作修改。（4）重离子诱变标准原文：重离子诱变是指利用加速器将重离子（如碳、氩等原子序数大于2的原子核）加速到高能状态，形成高线性能量转移的射线，照射生物材料（如种子、组织、细胞），使其遗传物质发生损伤和变异的诱变方式。理由和依据：本标准引用《高能重离子束辐射水稻诱变育种研究进展》中的重离子诱变概念，稍作修改。（5）化学诱变标准原文：化学诱变是指利用特定的化学诱变剂（如EMS）等处理生物材料（如种子、花粉、组织培养物等），从而诱发生物材料基因突变的方法。理由和依据：本标准引用《大豆化学诱变育种研究进展》中“化学诱变育种是通过化学诱变剂，如平阳霉素（PYM）、甲基磺酸乙酯（EMS）和硫酸二乙酯（DES）等对植物种子、花粉、花药进行处理的一种生物育种技术”，稍作修改。（6）生育期标准原文：燕麦从播种期到成熟期所经历的天数，单位为d。理由和依据：本标准参照《燕麦种质资源描述规范》中5.4幼苗习性“燕麦种质资源从播种期至成熟期所经历的天数，单位为d”一致，所以直接引用了此定义。（7）幼苗习性标准原文：幼苗阶段生长的姿态，包括直立、半匍匐、匍匐。理由和依据：本标准参照《燕麦种质资源描述规范》中5.4幼苗习性“燕麦种质资源在幼苗阶段生长的姿态”一致，所以直接引用了此定义。（8）乳熟期标准原文：50%以上植株的籽粒内充满乳汁，并接近正常籽粒大小的时期。理由和依据：本标准与DB50/T1368-2023《饲用燕麦种植技术规程》中3.6乳熟期的定义和术语“50%以上植株的籽粒内充满乳汁，并接近正常籽粒大小的时期”一致，所以直接引用了此标准中的定义。（9）成熟期标准原文：80%以上穗子的籽粒进入蜡熟的日期，以年月日表示。理由和依据：本标准参照《燕麦种质资源描述规范》中5.16成熟期的定义和术语“燕麦种质资源试验小区中，80%穗子的籽粒进入蜡熟的日期。以年月日表示，格式为YYYYMMDD。”（二）与现行法律、法规、标准的关系本标准在编制过程中，没有出现与现行有关法律、法规和国家、行业、地方标准相违背的情况。目前，我国至今尚无制定燕麦诱变突变体表型鉴定方面的标准或技术规程，本规程未采用国际标准和国外标准。但在编制规程的过程中参考了GB5084农田灌溉水质标准，GB6142禾本科草种子质量分级，GB/T8321（所有部分）农药合理使用准则，NY/T496肥料合理使用准则通则，NY/T1276农药安全使用规范总则等标准。主要条款的说明，主要技术指标、参数、试验验证的论述1、主要条款说明本规范主要包括七部分，第一部分规定了本规范的适用范围，本文件规定了饲用燕麦诱变突变体鉴定的术语和定义，确定了突变体筛选标准，适用于饲用燕麦诱变突变体的鉴定和筛选。第二部分是规范性引用文件，主要引用了GB5084农田灌溉水质标准，GB6142禾本科草种子质量分级，GB/T8321（所有部分）农药合理使用准则，NY/T496肥料合理使用准则通则，NY/T1276农药安全使用规范总则。第三部分是定义和术语，这部分对饲用燕麦、空间诱变、等离子诱变、重离子诱变、化学诱变、生育期、幼苗习性、分蘖期、拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期进行了定义。第四部分是土地准备，主要包括选地和整地。第五部分是种植，主要是种子选择、种子诱变处理、播种、田间管理。第六部分是指标测定，主要包括生育期、幼苗习性、株高、茎粗、分蘖数、有效分蘖数、旗叶长、旗叶宽、穗形、单株生物量指标。第七部分是突变体筛选，分为筛选标准和世代筛选方法。2、主要技术指标、参数、试验论证的论述2.1、种子诱变处理选择GB6142Ⅱ级及以上的种子进行不同诱变处理：空间诱变处理：将饲用燕麦种子搭载在返回式飞行器，利用微重力、高能辐射、高真空等特殊环境进行诱变，诱变种子数为3249粒。等离子诱变处理：诱变条件为功率380W、气量15SLM，种子处理时间为10min~300min之间，诱变种子数为2380粒。重离子诱变处理：在碳离子束，能量80MeV/u，传能线密度34KeV/um条件下，种子处理剂量为100Gy~400Gy之间，诱变种子数为2863粒。EMS诱变处理：EMS浓度为0.5%~1%，种子处理时间为8h~16h之间，诱变种子数为4900粒。2.2诱变群体的种植选择地势平坦、排灌方便、耕层深厚、土质疏松、pH的土壤。施足底肥，有机肥以22500kg/hm2~30000kg/hm2为宜，肥料使用应符合NY/T496规定。施肥后深耕，耕翻深度>20cm，除去草根、石块等。打碎土块，耙平地面，使土层上虚下实，深浅一致，达到地平土碎土细。M1群体的构建：2023年3月至2023年8月，经空间诱变、等离子诱变和重离子诱变处理的全部种子种植于兰州大洼山试验基地（平均海拔约1500m，年平均气温10.9℃，年平均降水量约为300mm，降雨集中在每年7-9月），采用单株种植，穴盘育苗10d后移栽在试验地，行距40cm，株距20cm，同期种下适量未经诱变的野生型种子。此外，2023年4-9月，经化学诱变处理的种子种植于陕西林业集团苏坊基地，该基地位于陕西省咸阳市武功县苏坊镇，地处关中平原腹地，平均海拔550m，多年平均气温12.9℃，年平均降水量633.7mm，主要集中在7月至9月。按照行距40cm、株距40cm、播种深度4-5cm进行穴播，同期种下适量未经诱变的野生型种子。共获得6177个诱变单株材料，其中空间诱变1797个单株、重离子诱变1551个单株、等离子诱变1892个单株和EMS诱变937个单株。记录每株材料的生育期、幼苗习性和穗形，并在乳熟期对每一株进行编号后挂牌标记，并开展性状调查工作；在成熟期进行单株收种并脱粒保存，获得M1代种子。M2群体的构建：2024年3月至2024年8月，除未收种，农艺性状较差的M1材料不播种之外，余下的4608个M1代材料（空间诱变1260株系、重离子诱变1086株系、等离子诱变1325株系和EMS诱变937株系）播种于天水市农业科学研究所绿色农业研究中心甘谷试验站（平均海拔约1200m，多年平均气温10.5℃，年降水量约550mm，主要集中在6月至9月），采用单株种植，每个突变体种植20个单株，株距20cm，行距40cm，以未经处理的‘中天4号’作为对照。田间管理同M1代群体。记录每株材料的生育期、幼苗习性和穗形，并在乳熟期测定株高、分蘖数、有效分蘖数，并在成熟期测定单株鲜重和干重，成熟后挑选每个突变体最好的1株收种获得M2代种子。M3群体的构建：2025年3月至2025年8月，将M2代筛选到的疑似高产突变体播种于兰州大洼山试验基地，即为M3代，每个突变材料（100株）种植成小区，株距10cm，行距20cm，以未经处理的‘中天4号’作为对照。记录每株材料的生育期、幼苗习性和穗形，乳熟期和成熟期测定株高、分蘖数、有效分蘖数，并在成熟期测定单株鲜重和干重，每个突变材料挑选最好的单株收种获得M3代种子。2.3田间管理除草：采用人工方式及时清除杂草。灌溉：适时灌溉，水质应符合GB5084要求。病虫害防治：采用化学方式防治，农药使用应符合GB/T8321和NY/T1276的规定2.4指标测定2.4.1生育期统计饲用燕麦从播种期到成熟期所经历的天数，单位为d。与对照品种相比，生育期少7~14d为早熟、少14d以上为特早熟，生育期长7~14d为晚熟、长14d以上为特晚熟。2.4.2幼苗习性幼苗的颜色分为直立、半匍匐、匍匐。2.4.3株高乳熟期测定植株从地面到穗顶（不含芒）的绝对高度，精确到0.1cm。2.4.4茎粗乳熟期主茎地上第二节间中部的粗度，单位0.1mm。2.4.5分蘖数乳熟期植株在生长过程中从地面附近或地下茎节上产生分枝的数量。2.4.6有效分蘖数乳熟期分蘖中结实形成产量的分蘖数。2.4.7旗叶长乳熟期测定旗叶基部至叶尖的长度，精确到0.1cm。2.4.8旗叶宽乳熟期测定旗叶最宽处的宽度，精确到0.1cm。2.4.9穗形成熟期穗子性状的类型，包括侧紧、侧散、周紧、周散。2.4.10单株地上生物量M0-M1,M1-M2成熟期收割，风干后称干重。M2-M3乳熟期收割，并称鲜重，风干后称干重。2.5突变体筛选2.5.1生育期对照品种相比，生育期少7~14d为早熟、少14d以上为特早熟，生育期长7~14d为晚熟、长14d以上为特晚熟。通过观测发现在M2代有晚熟材料1份。2.5.2幼苗习性与对照品种相比，1.直立；2.半匍匐；3.匍匐发生变化，如图所示。图1幼苗习性通过观测发现在M2代有匍匐材料25份。2.5.3穗形与对照品种相比，1.侧紧；2.侧散；3.周紧；4.周散发生变化，如图所示。图2穗形通过观测发现在M2代有周散穗形的材料5份。2.5.4株高、茎粗、分蘖数、有效分蘖数、旗叶长、旗叶宽、单株生物量计算对照平均值±3∗𝑆𝑐𝑘的最大阈值、最小阈值，比较突变体性状测定值与阈值的大小，划分突变体的变异类型，其中，平均值为对照平均值，Sck为对照所测表型性状标准差。结合前期研究结果，通过相关性分析结果表明诱变单株的干草产量与成熟期有效分蘖数、拔节期分蘖数、抽穗期分蘖数、灌浆期有效分蘖数呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.859、0.769、0.785、0.715，与株高的相关系数为0.616，呈极显著正相关关系。因此，在M3代突变体筛选时选择干重、株高、总分蘖和有效分蘖作为主要指标。在M3代中，通过计算对照植株的干重、株高、总分蘖和有效分蘖平均值，依据对照平均值±3∗𝑆𝑐𝑘筛选突变体，共筛选到36株诱变突变体，其中正向突变体9株，诱变突变体单株干重>对照平均值+3∗𝑆𝑐𝑘的有2株，诱变突变体株高>对照平均值+3∗𝑆𝑐𝑘的有1株，诱变突变体植株的总分蘖或有效分蘖>对照平均值+3∗𝑆𝑐𝑘的有6株。此外，诱变突变体单株干重<对照平均值-3∗𝑆𝑐𝑘的有20株，诱变突变体株高<对照平均值-3∗𝑆𝑐𝑘的有6株，诱变突变体植株的总分蘖或有效分蘖<对照平均值-3∗𝑆𝑐𝑘的有18株。2.5.5世代筛选方法M1代：共获得6177个诱变单株材料（M1代），其中空间诱变1797个单株、重离子诱变1551个单株、等离子诱变1892个单株和EMS诱变937个单株。以单株为对象观测田间农艺性状，成熟后单株收种获得M1代种子。M2代：M2代是变异的世代也是选择的世代。除未收种，农艺性状较差的M1材料不播种之外，余下的4608个M1代材料（空间诱变1260株系、重离子诱变1086株系、等离子诱变1325株系和EMS诱变937株系）全部种植。以单株为