平陽霉素和NaN3對(duì)小麥誘變效應(yīng)的比較研究

張彥波,肖磊,董策,張文娟,張希太

(1.邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北邯鄲056001;2.邯鄲市農(nóng)業(yè)局,河北邯鄲056002)

平陽霉素和NaN3對(duì)小麥誘變效應(yīng)的比較研究

張彥波1,肖磊1,董策1,張文娟2,張希太1

(1.邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北邯鄲056001;2.邯鄲市農(nóng)業(yè)局,河北邯鄲056002)

利用平陽霉素和NaN3兩種化學(xué)誘變劑,各設(shè)定7個(gè)質(zhì)量濃度處理小麥種子,調(diào)查統(tǒng)計(jì)M1代出苗率、變異率、變異類型及M2代的變異類型,并分析比較兩種誘變劑的誘變效果.結(jié)果表明:M1代出苗率低于50%的平陽霉素和NaN3處理質(zhì)量濃度分別為60 mg/L和100 mg/L;M1代變異率與誘變劑質(zhì)量濃度呈正相關(guān);M1代與M2代都各有多種變異類型;平陽霉素的變異率高于NaN3,且變異類型豐富,可遺傳變異多.

小麥;平陽霉素;NaN3;誘變效應(yīng)

化學(xué)誘變育種開始于20世紀(jì)初期,我國(guó)化學(xué)誘變育種起步于20世紀(jì)50年代后期,發(fā)展至今,利用化學(xué)誘變育成的品種為我們創(chuàng)造了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益.小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一,在我國(guó),小麥在糧食作物中的地位僅次于水稻.小麥品種的遺傳改良對(duì)于小麥產(chǎn)量穩(wěn)定持續(xù)的增長(zhǎng)有著重要影響.通過化學(xué)方法誘發(fā)基因突變是小麥育種工作者在長(zhǎng)期的育種實(shí)踐中采用和發(fā)展的育種方法,具有成本低廉、使用方便、誘變作用專一等特點(diǎn),是小麥遺傳改良的重要途徑之一.其中,平陽霉素和NaN3是比較常用的兩種化學(xué)誘變劑.

平陽霉素(pingyangmycin)是由輪枝鏈霉菌平陽變種產(chǎn)生的一種糖肽類抗腫瘤抗生素,最初主要用于臨床醫(yī)療,后來發(fā)現(xiàn)平陽霉素具有強(qiáng)烈的致染色體畸變效應(yīng),能影響細(xì)胞DNA的合成而使細(xì)胞發(fā)生變異[1].NaN3只作用于植物細(xì)胞內(nèi)的半胱氨酸合成酶,使其基因組DNA發(fā)生變異,而對(duì)于細(xì)胞中不含半胱氨酸合成酶的哺乳動(dòng)物無誘變作用,是易誘發(fā)植物基因的點(diǎn)突變并且高效低毒的誘變劑[2].這兩種誘變劑曾在小麥育種上取得了一定的效果[3-7].本研究在前人工作的基礎(chǔ)上,采用不同質(zhì)量濃度的誘變劑處理小麥種子,探討兩種誘變劑的誘變效果.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小麥品種為石4185,由石家莊農(nóng)林科學(xué)院小麥研究所提供;平陽霉素購(gòu)自醫(yī)藥公司,由華北制藥廠生產(chǎn);NaN3為天津南開大學(xué)化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的分析純產(chǎn)品.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 誘變劑的制備 用pH 7.0的磷酸緩沖液配制平陽霉素溶液,用pH3.0的磷酸緩沖液配制NaN3溶液.兩種誘變劑均配制7個(gè)質(zhì)量濃度,分別為0、20、40、60、80、100、120mg/L,每個(gè)質(zhì)量濃度均配制300mL,分裝到14個(gè)燒杯中.

1.2.2 對(duì)小麥的誘變處理 篩選籽粒飽滿的小麥種子,分為15份,每份300粒,分別裝入尼龍網(wǎng)袋中.其中1份作為對(duì)照不做處理,其余14份先用蒸餾水常溫下浸種12 h,然后分別浸入7個(gè)不同質(zhì)量濃度的平陽霉素溶液和NaN3溶液燒杯中,常溫處理12 h.處理后的種子用水沖洗2 h,晾干后立即播種.

1.2.3 播種與后代調(diào)查選擇 2012年10月開始大田試驗(yàn).將15份材料分小區(qū)單穴單粒播種,小麥出苗后對(duì)M1代調(diào)查出苗數(shù),計(jì)算出苗率.2013年4—6月對(duì)M1代進(jìn)行大田調(diào)查與選擇,主要調(diào)查不同質(zhì)量濃度誘變劑處理的變異率、變異類型等.M1代變異率的計(jì)算方法為每個(gè)誘變組變異株數(shù)與此組出苗數(shù)的百分比.然后選擇各具特色的變異單株,按株系脫粒保存M2代種子.2013年10月按株系單穴單粒播種,2014年4—6月對(duì)M2代進(jìn)行大田調(diào)查與選擇,統(tǒng)計(jì)變異類型.

2 結(jié)果與分析

2.1 平陽霉素和NaN3誘變小麥對(duì)M1代出苗率的影響

不同質(zhì)量濃度平陽霉素和NaN3處理的小麥M1代出苗率情況見表1.

在田間調(diào)查每個(gè)處理的出苗情況時(shí)發(fā)現(xiàn),對(duì)照組出苗整齊且全部出苗,各誘變處理都有不同程度的缺苗情況,且出苗時(shí)間較對(duì)照有所推遲.由表1可知,隨著兩種誘變劑處理質(zhì)量濃度的提高,M1代出苗率有不同程度的降低.當(dāng)兩種誘變劑質(zhì)量濃度為0 mg/L時(shí),出現(xiàn)個(gè)別沒有出苗的現(xiàn)象,說明用緩沖液處理小麥種子的過程中對(duì)種子產(chǎn)生了一定的傷害,但對(duì)出苗率沒有形成顯著的影響;平陽霉素質(zhì)量濃度超過60 mg/L,NaN3質(zhì)量濃度超過100 mg/L時(shí),M1代出苗率開始低于50%;質(zhì)量濃度為120 mg/L時(shí),平陽霉素處理的M1代出苗率只有35%,NaN3處理的M1代出苗率為40.7%.說明相同質(zhì)量濃度下,平陽霉素對(duì)小麥出苗率的影響要大于NaN3.

2.2平陽霉素和NaN3誘變小麥M1代的變異效應(yīng)

在小麥抽穗期到成熟期之間調(diào)查每個(gè)處理的變異情況,發(fā)現(xiàn)對(duì)照組生長(zhǎng)穩(wěn)定,沒有變異株出現(xiàn),其他誘變處理組均有不同類型的變異.M1代各處理組變異株數(shù)量見表2,變異類型見表3.

表2 平陽霉素和NaN3不同質(zhì)量濃度處理的小麥M1代變異率Tab.2 The mutation rate of M1by all pingyangmycin and NaN3treatments

表3 平陽霉素和NaN3處理后M1代出現(xiàn)的變異類型Tab.3 The new variation assortment of M1by all pingyangmycin and NaN3treatments

由表2可知,兩種誘變劑處理質(zhì)量濃度為0 mg/L時(shí),沒有變異發(fā)生.質(zhì)量濃度為20 mg/L時(shí),兩種誘變劑處理的小麥均有不同的變異株出現(xiàn).隨著處理質(zhì)量濃度的升高,M1代變異率增加,兩者呈正相關(guān).平陽霉素引起的變異率總體高于NaN3.

由表3可知,M1代群體的變異性狀主要表現(xiàn)在是否有畸形葉片、有無蠟質(zhì)層、是否出現(xiàn)黃化和白化、麥穗形狀、是否不育、有無麥芒、分蘗多少、植株高低、成熟期提前或推遲等.處理質(zhì)量濃度較低時(shí),出現(xiàn)的變異類型較少,且同一種變異類型的數(shù)量也少;隨著處理質(zhì)量濃度的增加,變異幅度增加,變異類型變得豐富,并且會(huì)出現(xiàn)一些極端變異,如葉片失綠、整株黃化或白化以及最后死亡等.比較兩種誘變劑,當(dāng)平陽霉素處理質(zhì)量濃度為100 mg/L以上,會(huì)出現(xiàn)較多的極端變異,而NaN3出現(xiàn)的極端變異較少,并且NaN3誘變沒有出現(xiàn)葉片畸形和葉綠素白化的誘變.原因可能是平陽霉素對(duì)小麥染色體產(chǎn)生的突變要大于NaN3.

2.3 平陽霉素和NaN3誘變小麥M2代的變異類型

從不同質(zhì)量濃度處理的M1代中分別選擇變異單株,平陽霉素變異株135株,NaN3變異株129株,單株脫粒后即為M2代種子.每個(gè)株系播種80粒種子,小麥抽穗期到成熟期之間調(diào)查M2代的變異遺傳及分離情況.M2代的變異類型見表4.

表4 平陽霉素和NaN3處理后M2代出現(xiàn)的變異類型Tab.4 The new variation assortment of M2by all pingyangmycin and NaN3treatments

由表4可知,NaN3誘變材料M2代的變異類型比M1代少一些,而平陽霉素誘變材料所有的變異類型在M2代都有,說明平陽霉素誘變可以產(chǎn)生較多的可遺傳變異.在田間的多次調(diào)查發(fā)現(xiàn),平陽霉素誘變材料矮桿變異多于高桿變異,早熟變異和高分蘗的變異較多,而NaN3在蠟質(zhì)層的有無、穗型和株高上則有較多的變異,并且恢復(fù)原型的單株數(shù)量多于平陽霉素.出現(xiàn)這種情況的原因可能與兩種誘變劑的誘變機(jī)制有關(guān):平陽霉素對(duì)染色體的畸變效應(yīng)比較強(qiáng),產(chǎn)生的可遺傳變異可能會(huì)多一些,而NaN3對(duì)染色體形成的點(diǎn)突變比較多,這些變異在有性繁殖后恢復(fù)原來性狀的可能性較大.

3 結(jié)論與討論

平陽霉素和NaN3是作物育種中比較常見的兩種化學(xué)誘變劑,與其他誘變劑相較,具有高效低毒、便于操作等優(yōu)點(diǎn).利用平陽霉素和NaN3誘變小麥的研究中,科研工作者采用過多種方法,如生長(zhǎng)點(diǎn)注射法、花粉管通道法及種子浸泡法等.張希太等分別試驗(yàn)了平陽霉素的生長(zhǎng)點(diǎn)注射法和花粉管通道法誘變小麥,取得一定的誘變效果[8-9],并且在NaN3誘變小麥的研究中得出種子處理時(shí)鼓入空氣優(yōu)于其他誘變方法[10].樸鐵夫等[3]采用種子浸泡法以平陽霉素處理小麥種子,同樣取得較好的效果.本試驗(yàn)結(jié)合兩種誘變劑的特點(diǎn),綜合考慮各種誘變方法,最終采用兩種誘變劑都可行的種子浸泡法處理小麥,并采用相同質(zhì)量濃度梯度,便于兩種誘變劑誘變效果之間進(jìn)行比較.

本試驗(yàn)結(jié)果表明,平陽霉素和NaN3對(duì)小麥都有較強(qiáng)的誘變效應(yīng),能夠使小麥在株高、芒型、穗型、育性、蠟質(zhì)層、生育期等方面發(fā)生性狀變異,誘變后代的變異率與誘變劑質(zhì)量濃度呈正相關(guān),并且平陽霉素的變異率高于NaN3,變異類型豐富,可遺傳變異多.進(jìn)一步的試驗(yàn),可將優(yōu)良變異類型收集到突變體資源庫(kù),也可以同常規(guī)育種手段結(jié)合,改進(jìn)育種方法,提高育種效率,為種質(zhì)資源創(chuàng)新和選育小麥新品種奠定基礎(chǔ).

[1]王欽南,艾先元,周祉禎.強(qiáng)烈的環(huán)境誘變劑:平陽霉素[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1981,6(3):7-9.

[2]王琳清,陳秀蘭,柳學(xué)余.小麥突變育種學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2004.

[3]樸鐵夫,原亞萍,李國(guó)全,等.平陽霉素(pingyangmycin)對(duì)小麥誘變效應(yīng)的研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),1998,12(3):139-145.

[4]孫德全,孫光祖,李忠杰,等.利用花粉管通道導(dǎo)入平陽霉素對(duì)小麥誘變效果的研究[J].核農(nóng)學(xué)通報(bào),1997,18(1):8-10.

[5]張秋英,葉定生,金美玉.平陽霉素誘導(dǎo)小麥農(nóng)藝性狀變異的研究[J].麥類作物學(xué)報(bào),2002,22(4):66-69.

[6]李社榮,王琳清,施巾幗.疊氮化鈉處理預(yù)輻照冬小麥適宜方法的研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),1991,5(2):65-71.

[7]張超美.疊氮化鈉對(duì)小麥的誘變效應(yīng)[J].湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1994,14(3):56-60.

[8]張希太.平陽霉素誘變?cè)?6引起性狀變異的研究及SSR分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2011,31(1):32-36.

[9]張希太.平陽霉素誘變‘蘭考矮早8’引起性狀變異的研究及SSR分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(12):36-41.

[10]謝淑芹,張希太,張彥波,等.NaN3誘變“邯7086”后代變異研究及變異系的SSR分析[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011,39(2):10-14.

（責(zé)任編輯：鄧天福）

Comparative study on mutagenic effects of pingyangmycin and NaN3on wheat

ZHANG Yanbo1,XIAO Lei1,DONG Ce1,ZHANG Wenjuan2,ZHANG Xitai1
(1.Handan Academy of Agricultural Sciences,Handan 056001,China;2.Agriculture Bureau of Handan City,Handan 056002,China)

The wheat seeds were treated with pingyangmycin and NaN3of each seven concentration gradients,the emergence rate,the mutation rate,and the new variation assortment of M1and the new variation assortment of M2were investigated and counted,and the mutagenic effects of two mutagens were analyzed and compared.The results showed that the concentrations of pingyangmycin and NaN3when the emergence rate of M1was less than 50%were 60 mg/L and 100 mg/L respectively,the mutation rate of M1was positively correlated with mutagen concentration,both M1and M2had rich variation types,and the mutation rate of pingyangmycin was higher than NaN3with more variation types and more genetic variations.

wheat;pingyangmycin;NaN3;mutagenic effect

S512

：A

：1008-7516（2015）05-0006-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.05.002

2015-09-05

邯鄲市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(1422101027-11)

張彥波(1982―),男,河北武安人,碩士,助理研究員.主要從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)及小麥育種研究.