19份玉米EMS誘變系的抗旱性評(píng)價(jià)

譚義川，柯永培，，何雪萍，余學(xué)杰，徐　敏，石海春，

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 四川 成都 611130； 2.四川農(nóng)大正紅生物技術(shù)責(zé)任有限公司， 四川 成都 610213)

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19份玉米EMS誘變系的抗旱性評(píng)價(jià)

譚義川1，柯永培1，2，何雪萍2，余學(xué)杰1，徐敏1，石海春1，2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 四川 成都 611130； 2.四川農(nóng)大正紅生物技術(shù)責(zé)任有限公司， 四川 成都 610213)

摘要：采用20% PEG-6000室內(nèi)模擬干旱環(huán)境對(duì)EMS化學(xué)誘變獲得的19份M4代誘變系進(jìn)行干旱脅迫，選用相對(duì)發(fā)芽率、可溶性糖脅迫指數(shù)、離體葉片失水率、相對(duì)株高和丙二醛脅迫指數(shù)5個(gè)抗旱性指標(biāo)，運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出R08Y1427、K305Y1413、R08Y1421和K305Y1403等4個(gè)抗旱性較好的誘變系，為玉米的抗旱育種提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)也證明EMS化學(xué)誘變可改良玉米自交系的抗旱性。

關(guān)鍵詞：玉米；EMS誘變系；抗旱性；模糊隸屬函數(shù)法；綜合評(píng)價(jià)

我國(guó)西南玉米種植區(qū)的絕大多數(shù)玉米都種植在旱土坡地，其土壤貧瘠，灌溉條件差，播種出苗期與籽粒灌漿期常常發(fā)生季節(jié)性干旱，這對(duì)玉米危害極大[1]，因此，選育和應(yīng)用抗旱耐逆的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)玉米品種對(duì)西南地區(qū)玉米生產(chǎn)顯得極為迫切[2-3]。通過(guò)誘變技術(shù)創(chuàng)造耐旱作物新種質(zhì)，是培育耐旱優(yōu)良新品種的有效手段。目前，化學(xué)誘變劑甲基磺酸乙酯(EMS)廣泛用于作物新種質(zhì)創(chuàng)造，在玉米遺傳資源創(chuàng)造方面也取得了良好效果[4-6]。我們利用EMS化學(xué)誘變劑對(duì)玉米自交系K305和R08進(jìn)行花粉誘變，獲得了一批遺傳穩(wěn)定、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的玉米誘變系，本研究旨在通過(guò)對(duì)玉米誘變系抗旱性的綜合評(píng)價(jià)，明確EMS和這些誘變系在玉米抗旱育種方面的應(yīng)用潛力，為其后續(xù)研究和利用打下基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1供試材料

實(shí)驗(yàn)材料為玉米自交系K305、R08及其通過(guò)EMS誘變而選育得到的19份M4誘變系，其中來(lái)源于K305的誘變系9份，代號(hào)分別為K305Y1401、K305Y1403、K305Y1405、K305Y1407、K305Y1409、K305Y1411、K305Y1413、K305Y1415、K305Y1417；來(lái)源于R08的誘變系10份，代號(hào)分別為R08Y1421、R08Y1423、R08Y1425、R08Y1427、R08Y1429、R08Y1431、R08Y1433、R08Y1435、R08Y1437、R08Y1439。以玉米自交系鄭58為耐旱型對(duì)照，昌7-2為干旱敏感型對(duì)照[7-10]。

1.2萌發(fā)期水分脅迫

參照董志強(qiáng)等[11]的方法，選取上述供試材料均勻一致的種子各120粒，用75%酒精浸泡3 min，然后用無(wú)菌蒸餾水沖洗干凈，吸水紙吸干表面水分。將種子均分為兩份，一份置于20% PEG-6000溶液中，一份置于清水中，于28℃恒溫光照培養(yǎng)箱中浸泡12 h。取出后各均分為3份(作為重復(fù))即每份材料每個(gè)處理每個(gè)重復(fù)20粒種子，采用沙培法，隨機(jī)區(qū)組擺放。在培養(yǎng)過(guò)程中，前八天每天澆清水保持基質(zhì)表層濕潤(rùn)，之后對(duì)20%PEG-6000浸泡過(guò)的種子澆灌20% PEG-6000溶液，清水浸泡過(guò)的種子澆灌清水(作為對(duì)照)，直至澆灌20%PEG-6000溶液的幼苗全部萎焉(5天左右)，測(cè)定各指標(biāo)。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1種子相對(duì)發(fā)芽率發(fā)芽率是指種子發(fā)芽試驗(yàn)終期全部正常發(fā)芽種子數(shù)占供試種子數(shù)的百分比，相對(duì)發(fā)芽率指脅迫條件下種子發(fā)芽率與對(duì)照條件下的百分比[12]。其值越大，抗旱能力越強(qiáng)；值越小，抗旱能力越弱。

1.3.2相對(duì)株高表示在干旱脅迫下的株高與正常澆水條件下的株高百分比，其值越大，抗旱能力越強(qiáng)，其值越小，抗旱能力越弱[13-14]。

1.3.3離體葉片失水率參照趙洪亮等的測(cè)定方法[15]，于早上9∶00～11∶00取每個(gè)處理最上部展開(kāi)葉3～5片，擦干葉片表面可能沾有的水分。在恒溫、無(wú)風(fēng)、無(wú)陽(yáng)光直射的室內(nèi)用萬(wàn)分之一電子天平迅速稱取葉樣(時(shí)間為t0)鮮質(zhì)量m0，然后將葉片置于紗網(wǎng)上自然失水12 h左右(時(shí)間記為t1)，稱取失水后的質(zhì)量m1，將稱后的葉片在烘箱內(nèi)80℃條件下烘干至恒重，稱取葉樣干質(zhì)量m2。離體葉片失水率值越大，抗旱能力越弱；值越小，抗旱能力越強(qiáng)。

離體葉片失水率=(m0-m1)/(t1-t0)/m2

1.3.4可溶性糖脅迫指數(shù)是指干旱脅迫環(huán)境下可溶性糖含量比正常供水環(huán)境下的增加比例[16]，采用蒽酮比色法[17]測(cè)定可溶性糖(SS)含量?？扇苄蕴敲{迫指數(shù)值越大表明受到的脅迫越嚴(yán)重，抗旱性越弱，其值越小表明受到的脅迫越小，抗旱性越強(qiáng)。

可溶性糖脅迫指數(shù)=

1.3.5丙二醛脅迫指數(shù)是指干旱脅迫環(huán)境下丙二醛含量比正常供水環(huán)境下的增加比例，采用雙組分光光度法[17]測(cè)定葉片丙二醛(MDA)含量。丙二醛脅迫指數(shù)值越大表明受到的脅迫越嚴(yán)重，抗旱性越弱，其值越小，表明受到的脅迫越小，抗旱性越強(qiáng)[18]。

丙二醛脅迫指數(shù)=

1.3.6抗旱性的綜合評(píng)價(jià)選用模糊隸屬函數(shù)平均(D值)法[19]，按照以下公式計(jì)算各指標(biāo)抗旱系數(shù)的具體隸屬值。

(1)

或者

(2)

(3)

Xi為指標(biāo)測(cè)定值，Xmin，Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。相對(duì)發(fā)芽率、株高脅迫指數(shù)采用公式(1)計(jì)算，可溶性糖脅迫指數(shù)、離體葉片失水率和丙二醛脅迫指數(shù)采用公式(2)計(jì)算，D值為各材料各性狀隸屬值的平均值，用公式(3)計(jì)算。

1.4數(shù)據(jù)分析

將誘變系各測(cè)試指標(biāo)與其對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)材料之間進(jìn)行差異性統(tǒng)計(jì)分析，以明確EMS誘變系抗旱性改良效果；根據(jù)模糊隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式計(jì)算各材料相應(yīng)指標(biāo)的隸屬值，利用5個(gè)抗旱性指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值(D值)，以鄭58和昌7-2為對(duì)照，對(duì)各參試材料的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2結(jié)果與分析

2.1來(lái)源于自交系K305誘變系的抗旱性

從表1可看出，與自交系K305相比較，其誘變系的抗旱性表現(xiàn)為：誘變系K305Y1413的相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)株高均顯著(或極顯著)增高，可溶性糖脅迫指數(shù)、離體葉片失水率和丙二醛脅迫指數(shù)均顯著降低，表明誘變系K305Y1413的抗旱性顯著高于自交系K305，而K305Y1403可溶性糖脅迫指數(shù)和離體葉片失水率均顯著降低，其余指標(biāo)差異不顯著，其抗旱性優(yōu)于K305。誘變系K305Y1409、K305Y1411的相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)株高均顯著降低，可溶性糖脅迫指數(shù)、離體葉片失水率、丙二醛脅迫指數(shù)均顯著增高，表明他們的抗旱性顯著低于自交系K305；K305Y1417除離體葉片失水率，其余指標(biāo)表現(xiàn)一致性高，差異顯著，表明他的抗旱性也顯著低于自交系K305；而K305Y1401的可溶性糖脅迫指數(shù)和丙二醛脅迫指數(shù)顯著增高、K305Y1405的相對(duì)株高顯著降低，丙二醛脅迫指數(shù)顯著增高、K305Y1407相對(duì)發(fā)芽率顯著降低，其余指標(biāo)差異不顯著，表明它們的抗旱性差于K305。誘變系K305Y1415各抗旱指標(biāo)差異不顯著，其抗旱性與K305無(wú)明顯差異。

表1　玉米自交系K305EMS誘變材料與其的抗旱性

注：“*”表示P<0.05，“**”表示P<0.01。

Note: “*” meanP<0.05, “**” meanP<0.01

2.2來(lái)源于自交系R08誘變系的抗旱性

從表2中可以看出，與自交系R08相比較，其誘變系的抗旱性表現(xiàn)為：誘變系R08Y1427的相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)株高極顯著(或顯著)增高，可溶性糖脅迫指數(shù)、離體葉片失水率和丙二醛脅迫指數(shù)極顯著(或顯著)降低，表明誘變系R08Y1427的抗旱性顯著優(yōu)于自交系R08，而R08Y1421的相對(duì)發(fā)芽率顯著增高，可溶性糖脅迫指數(shù)和丙二醛脅迫指數(shù)顯著(或極顯著)降低，R08Y1429的可溶性糖脅迫指數(shù)顯著降低，其余指標(biāo)差異不顯著，說(shuō)明其抗旱性優(yōu)于自交系R08。誘變系R08Y1433的相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)株高顯著(或極顯著)降低，離體葉片失水率和丙二醛脅迫指數(shù)極顯著增高，可溶性糖脅迫指數(shù)差異不明顯，說(shuō)明其抗旱性顯著差于自交系R08。誘變系R08Y1439相

表2　玉米自交系R08各EMS誘變材料與其的抗旱性比較

注：“*”表示P<0.05，“**”表示P<0.01。

Note: “*” meanP<0.05, “**” meanP<0.01.

對(duì)發(fā)芽率與相對(duì)株高均顯著降低，R08Y1425丙二醛脅迫指數(shù)顯著升高，其余指標(biāo)沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明他們的抗旱性差于自交系R08。誘變系R08Y1423、R08Y1431和R08Y1435各指標(biāo)無(wú)顯著差異，其抗旱性表現(xiàn)與自交系R08均無(wú)差異。誘變系R08Y1437的相對(duì)發(fā)芽率顯著降低，丙二醛脅迫指數(shù)和離體葉片失水率也顯著降低，其余指標(biāo)無(wú)顯著差異，表明其抗旱性差異有待進(jìn)一步研究。

2.3模糊隸屬函數(shù)法對(duì)各材料的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)模糊隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式計(jì)算各材料相應(yīng)指標(biāo)的隸屬值，根據(jù)5個(gè)抗旱性指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值(D值)的大小(表3)，參照抗旱型自交系鄭58和不抗旱型自交系昌7-2，將這19份玉米EMS誘變系及自交系K305和R08分為3類，R08Y1427、K305Y1413、R08Y1421、K305Y1403的D值均大于抗旱型對(duì)照鄭58，為抗旱性較強(qiáng)的材料；R08Y1433、K305Y1409的D值均小于不抗旱型對(duì)照昌7-2，為抗旱性較差的材料，其余誘變系的D值在抗旱型對(duì)照鄭58和不抗旱型對(duì)照昌7-2之間，為中等抗旱型材料。

表3　抗旱性隸屬值

3結(jié)論與討論

3.1EMS誘變創(chuàng)造抗旱材料的有效性

EMS化學(xué)誘變技術(shù)作為創(chuàng)造作物新種質(zhì)、改良植物農(nóng)藝性狀的常用方法，具有產(chǎn)生突變頻率高，染色體畸變相對(duì)較少，且多為顯性突變易于篩選突變體的優(yōu)點(diǎn)。薛守旺[20]等于1996年進(jìn)行了石蠟油～EMS誘變玉米成熟花粉的研究，結(jié)果獲得淺黃粒突變體、母株發(fā)芽突變體、多黃22顯性核不育突變體和近等基因系SulSul型甜玉米。趙永亮[21]等研究認(rèn)為，采用適當(dāng)?shù)腅MS濃度誘變，在3 000～5 000株的M1群體中可能創(chuàng)造出所有的特用玉米類型。劉治先等[22]利用EMS—石蠟油花粉誘變法對(duì)玉米自交系B73進(jìn)行誘導(dǎo)獲得了兩類高油酸、10個(gè)高耐氨酸、7個(gè)高油、4個(gè)高亞油酸、9個(gè)低棕櫚酸突變體，由此可見(jiàn)，EMS化學(xué)誘變法是廣泛運(yùn)用且能有效產(chǎn)生突變的方法。本研究表明，通過(guò)EMS誘變選育，誘變系K305Y1413、R08Y1427的抗旱性均顯著高于其基礎(chǔ)材料自交系K305和R08，說(shuō)明EMS誘變還可改良玉米自交系的抗旱性，為玉米的抗旱育種提供了一條有效途徑。

3.2各誘變系的綜合抗旱性表現(xiàn)

作物的抗旱能力是由多種因素相互作用構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，其中每一個(gè)性狀均與作物的抗旱性本質(zhì)有著一定的聯(lián)系，而究竟這些因素在作物的抗旱性能力中作用如何，目前尚無(wú)一個(gè)準(zhǔn)確的判定，這主要是因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一個(gè)性狀能唯一的、準(zhǔn)確的反映作物的抗旱能力[23-24]。運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)平均(D值)法對(duì)這些抗旱指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，既消除了個(gè)別指標(biāo)帶來(lái)的片面性，又由于D值是[0，1]閉區(qū)間上的純數(shù)，使各參試材料抗旱性差異具有可比性，是一種比較可靠的評(píng)價(jià)方法[19，25]。本研究對(duì)這19份EMS誘變材料的抗旱性綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，誘變系R08Y1427、K305Y1413、R08Y1421、K305Y1403的抗旱性優(yōu)于抗旱型對(duì)照鄭58，為抗旱性較好的材料；誘變系R08Y1433、K305Y1409的抗旱性差于不抗旱型對(duì)照昌7-2，為抗旱性較差的材料；其余誘變系的抗旱性在鄭58和昌7-2之間，為中等抗旱性材料，為玉米的抗旱育種提供了種質(zhì)資源。

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Comprehensive evaluation on draught resistance of 19 maize inbred lines by EMS mutagenesis

TAN Yi-chuan1, KE Yong-pei1,2, HE Xue-ping2, YU Xue-jie1, XU Min1, SHI Hai-chun1,2

(1.CollegeofAgronomy,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu,Sichuan611130,China;2.SichuanNongdaZhenghongBioCo.,Ltd.,Chengdu,Sichuan610213,China)

Abstract：In this study, 19 maize mutant lines of M4 generation were obtained through the treatment of EMS. Employing indoor simulation system for drought stress with 20% PEG-6000, five physiological traits in draught resistance including relative germination rate, soluble sugar stress index, water loss rate of cutting leaves, relative tall and MDA stress indexes were used to evaluate the comprehensive draught resistance through fuzzy subordination method. Four mutant lines with high drought resistance, R08Y1427, K305Y1413, R08Y1421 and K305Y1403, were screened for maize breeding of drought-resistance. Additionally, the comprehensive analysis indicated that the drought resistance of maize inbred lines could be improved by EMS chemical mutagenesis.

Keywords:maize; mutant lines by EMS; drought-resistance; fuzzy subordination method; comprehensive evaluation

中圖分類號(hào)：S332.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：譚義川(1988—)，男，四川岳池人，碩士研究生，主要從事玉米遺傳育種研究。 E-mail:245148795@qq.com。通信作者：石海春(1974—),男,四川宣漢人,博士,副教授，主要從事玉米遺傳育種研究。 E-mail:haichun169@163.com。

基金項(xiàng)目：四川省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目(SC2013510122023);四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011FZ0119);四川省“十二五”農(nóng)作物育種攻關(guān)項(xiàng)目(2011-3-11);四川省教育廳自籌項(xiàng)目(12ZA271)

收稿日期：2015-02-19

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.25

文章編號(hào)：1000-7601(2016)02-0152-05