玉米EMS抗旱突變材料篩選

丁萬紅，唐 勇，趙 軍，馮懷章，張瑜琨，楊 偉，曾麗萍，陳 如，盧婷竹

1.新疆農(nóng)科院綜合試驗場，烏魯木齊 830012 2.中國農(nóng)科院生物技術(shù)研究所，北京 100081

玉米EMS抗旱突變材料篩選

丁萬紅1，唐 勇1，趙 軍2，馮懷章1，張瑜琨1，楊 偉1，曾麗萍1，陳 如1，盧婷竹1

1.新疆農(nóng)科院綜合試驗場，烏魯木齊 830012 2.中國農(nóng)科院生物技術(shù)研究所，北京 100081

以17份鄭58背景，EMS誘變抗旱玉米自交系為材料，通過大田試驗設置干旱脅迫、正常供水2個處理，通過抗旱表型鑒定和產(chǎn)量性狀測量，篩選獲得抗旱突變體。結(jié)果表明，干旱脅迫對于玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成都有明顯的影響，3號和9號自交系在干旱脅迫下ASI值小于對照，產(chǎn)量高于對照85.7%和37.06%，是具有抗旱性的高產(chǎn)突變體材料。

玉米；EMS抗旱突變材料；篩選

干旱與水資源短缺已成世界農(nóng)業(yè)和社會發(fā)展的制約因素之一，我國是世界上主要的干旱國家之一,干旱半干旱土地約占全國面積的47%,其中干旱、半干旱耕地面積占耕地總面積的51%[1]。蕊蓮 （1999）認為我國農(nóng)業(yè)受干旱面積逐年增加,每年因干旱損失糧食700～800億kg以上。胡瑞法（2004）對限制我國玉米生產(chǎn)發(fā)展的自然因素、技術(shù)因素和社會經(jīng)濟因素進行綜合分析認為,干旱是限制我國玉米生產(chǎn)發(fā)展和產(chǎn)量提高的第一要素。干旱對玉米產(chǎn)量影響達20%～50%。通過選育抗旱性品種等途徑完全有可能大幅度降低由于干旱造成的玉米產(chǎn)量損失。

新疆干旱少雨,是開展農(nóng)作物抗旱鑒定和抗旱育種的理想?yún)^(qū)域，由于水資源短缺,新疆95%的水資源用于農(nóng)業(yè)，在農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水30億m3的前景下，水資源承依然赤字近86億m3。目前以退耕的方式減少耕地。玉米作為疆內(nèi)第二大糧食作物，缺水直接嚴重影響產(chǎn)量。因此通過選育抗旱性強的玉米新品種,是保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效途徑之一。研究玉米的抗旱機制，選育抗旱性強的新品種不僅可以保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且對于節(jié)省有限的水資源、為農(nóng)民提供優(yōu)良的抗旱玉米品種具有十分重要的意義。

水資源短缺、干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅是一個世界性問題,已成為世界農(nóng)業(yè)和社會發(fā)展的制約因素。我國是嚴重缺水的國家，人均水資源只是世界平均水平的1/4，導致旱災頻發(fā)，給糧食生產(chǎn)造成巨大損失。為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,保障我國的糧食生產(chǎn)安全,就要解決干旱和半旱地區(qū)水資源短缺所帶來的干旱問題,緩解農(nóng)業(yè)干旱與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間的矛盾。隨著全球氣候變暖和水資源的日益匱乏，國外有關(guān)玉米干旱與抗旱性機理的研究更加受到重視。玉米自交系和雜交種耐旱脅迫的試驗研究已有很多報道[2，3]，一些研究正著手進行耐旱玉米自交系和雜交種的篩選與培育[4]。

本試驗通過從中國農(nóng)科院生物技術(shù)研究所引進鄭58背景的玉米EMS突變體庫內(nèi)6 700份材料，在大田干旱條件下，通過表型鑒定和產(chǎn)量測定，獲得耐旱突變體，為培育抗旱新品種提供新的種質(zhì)自交系。

1 材料和方法

1.1 供試材料

根據(jù)前期田間試驗結(jié)果，選取獲得鄭58背景EMS誘變玉米自交系，共17份，材料編號為1-17,旱區(qū)編號為D1-D17，水區(qū)W1-W17。所有供試材料由新疆農(nóng)科院綜合試驗場良種繁育中心和中國農(nóng)科院生物技術(shù)研究所提供并進行材料編號。

1.2 試驗設計

2015年5月1日采取隨機區(qū)組設計種植供試材料，單行區(qū)，行長2.4 m，每行10穴，每穴定單株，種植密度為66 660株/hm2，行距配置（40+85）cm的寬窄行模式，株距24 cm，小區(qū)面積1.5 m2，3次重復，水、旱2個處理，旱區(qū)從拔節(jié)到授粉中期進行控水處理，水勢從0升到199 Bar，水區(qū)水勢控制在0-70 Bar。采用不覆膜滴灌栽培，施肥與田間管理略高于大田生產(chǎn)。參照國家玉米區(qū)域試驗記載和測定標準，每個小區(qū)選取中間的8株進行田間調(diào)查和室內(nèi)考種，田間調(diào)查散粉期、吐絲期、ASI、NDVI值，室內(nèi)考種項目有收獲株數(shù)、收獲穗數(shù)、百粒重、產(chǎn)量、抗旱指數(shù)。

1.3 試驗地點

新疆農(nóng)業(yè)科學院綜合試驗場20號地

1.4 試驗地概況

試驗設在新疆農(nóng)科院綜合試驗場20號地，海拔 575-600 m，年平均氣溫 8℃ ，年平均日照時數(shù)2733.6℃，無霜期156 d，年降水量332 mm，年平均蒸發(fā)量1 914 mm，試驗地肥力中等，土質(zhì)灰漠土，有機質(zhì)含17.5 g/kg，全量N 0.98 mg/kg，全量P 0.96 mg/kg，速效N 92.67 mg/kg，速效 P16.5mg/kg，速效K 248.6 mg/kg，前茬油葵。

1.5 田間管理

水旱2區(qū)都是播前用100 ml/666.7m2的金都爾做了土壤封閉，2015年5月1日進行人工點種，5月5日滴出苗水，5月16日出苗期并統(tǒng)計了出苗數(shù)，5月中、下旬進行2次中耕，6月 20日澆拔節(jié)水，水區(qū)一直正常澆水，旱區(qū)從拔節(jié)開始控水到7月22日復水，9月27日收獲水區(qū)，10月1日收獲旱區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，水區(qū)全生育期澆水12次，旱區(qū)全生育期澆水7次。

1.6 測定指標及標準

玉米田間干旱鑒定指標測定：通過玉米旱區(qū)和水區(qū)的產(chǎn)量分析玉米的抗旱性，抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)的計算公式如下。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Excel軟件，用T檢驗分析材料之間的差異。

抗旱系數(shù)(DC)=旱地產(chǎn)量/正常澆水的產(chǎn)量

抗旱指數(shù)(DI)=抗旱系數(shù)(DC)/對照品種抗旱系數(shù)(DC)

玉米種質(zhì)資源的抗旱性根據(jù)抗旱指數(shù)分為 5級,其評價標準為[5-7]:

抗旱性極強（抗旱指數(shù)>1.16）1級

抗旱性強（抗旱指數(shù)1.06～1.15）3級

抗旱性中（抗旱指數(shù)0.96～1.05）5級

抗旱性弱（抗旱指數(shù)0.80～0.95）7級

抗旱性極弱（抗旱指數(shù)0.80）9級

2 結(jié)果與分析

2.1 17份自交系的ASI對比

表1 17份材料水區(qū)花期調(diào)查表

由以上表一可以看出，3、4、5、8、9、13-17號材料的ASI值為0，而他們的對照均是2-7 d，可以看出各個材料具有抗旱的潛質(zhì)。

表2 17份材料旱區(qū)花期調(diào)查表

由上表可以看出，D03、D04、D05、D06、D09、D14、D17號的ASI均小于或等于對照的ASI,初步說明這幾份材料在旱環(huán)境下,抵抗能力較強，具有一定的抗旱性。

2.2 17份自交系旱區(qū)、水區(qū)NDVI比較

表3 17份材料旱區(qū)、水區(qū)NDVI測定表

由上表可以看出，測定的水、旱區(qū)NDVI突變材料均大于對照的材料編號是3、9、13、14、15、16號， 旱區(qū)增減率為 23.05%，7.02%，41.67%，41.10%，13.46%，21.53%，水區(qū)增減率分別為6.16%，11.66%，5.77%，13.91%，2.31%和9.20%。旱區(qū)增減率最大的是13號材料，水區(qū)增減率最大的是14號材料。

2.3 17份材料水區(qū)、旱區(qū)產(chǎn)量比較

表4 17份材料產(chǎn)量分析表

由上表可以看出，水旱2區(qū)產(chǎn)量方面材料均高于對照的有3、4、9、14、15號。水區(qū)增產(chǎn)明顯的有3、4和9號分別高于對照42.75%和27.85%和20.21%，水區(qū)14、15號高于對照7.45%和5.36%，增產(chǎn)不明顯。經(jīng)過T檢驗分析后，3號、4號水區(qū)產(chǎn)量達到顯著差異，分別高于對照 42.75%和27.85%；

旱區(qū)產(chǎn)量增產(chǎn)明顯的也是3、4和9號分別高于對照85.70%、20.15%和37.06%，旱區(qū)14、15號高于對照8.12%和2.13%，增產(chǎn)不明顯。3號旱區(qū)達到極顯著差異，相比對照增產(chǎn)達85.70%。抗旱指數(shù)接近 1的有 4、9、14、15號分別為0.94、1.14、1.01和0.97，明顯高的是3號抗旱指數(shù)是1.89；

由上綜合分析，3號和9號產(chǎn)量高于對照，抗旱指數(shù)也高，具有抗旱潛力，是很好的耐旱材料。

3 討論

3.1 干旱脅迫下對玉米花期和生長量的影響

干旱脅迫能夠通過改變植株形態(tài)和誘導一系列生理代謝過程而調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育[8]。玉米抗旱育種常用的性狀指標是散粉至抽絲的間隔(Anthesis-SilkingInterval,ASI)。ASI具有高遺傳力,特別是在強干旱脅迫環(huán)境下,其長度與產(chǎn)量存在極顯著負相關(guān)。干旱脅迫處理后,對玉米自交系的ASI的調(diào)查結(jié)果,水分脅迫明顯延長了玉米自交系抽絲、散粉時間,散粉延遲天數(shù)為1～6 d,抽絲延遲天數(shù)為2～9 d;水分脅迫造成ASI增加,不同玉米自交系增加幅度不同。本試驗結(jié)果表明，干旱脅迫下，影響了玉米的ASI，3、4、5、8、9、13、14、15、16、17號材料的ASI值為0，而他們的對照均是2-7 d，可以看出3、4、5、8、9、13-17材料具有抗旱的潛質(zhì)。

3.2 干旱脅迫對產(chǎn)量的影響

因玉米是喜水作物，干旱脅迫會對玉米產(chǎn)量造成一定的影響，從產(chǎn)量測定表可以看出，水旱2區(qū)產(chǎn)量方面材料均高于對照的有 3、4、9、14、15號。經(jīng)過T檢驗分析后，其中3號、4號水區(qū)產(chǎn)量達到顯著差異，分別高于對照42.75%和27.85%。

旱區(qū)產(chǎn)量增產(chǎn)明顯的也是3、4和9號分別高于對照85.70%、20.15%和37.06%，經(jīng)過T檢驗分析后，3號旱區(qū)達到極顯著差異，相比對照增產(chǎn)達85.70%。

抗旱指數(shù)接近 1的有 4、9、14、15號分別為0.94、1.14、1.01和0.97，明顯高的是3號抗旱指數(shù)是1.89；

由上綜合分析，3號和9號產(chǎn)量高于對照，抗旱指數(shù)也高，具有抗旱潛力，是很好的耐旱突變體材料。

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丁萬紅，（1980年03月—），本科學歷，農(nóng)藝師，研究方向：農(nóng)作物育種與栽培。

新疆維吾爾自治區(qū)科技廳科技支疆項目（201491140）。

2016-11-18