EMS對工業(yè)大麻種子萌發(fā)的影響

姜穎

（黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江大慶163319）

EMS對工業(yè)大麻種子萌發(fā)的影響

姜穎

（黑龍江省科學(xué)院大慶分院，黑龍江大慶163319）

研究不同濃度的化學(xué)誘變劑甲基磺酸乙酯（Ethylmethylsulfone，簡稱EMS）處理對工業(yè)大麻種子萌發(fā)的影響，測定工業(yè)大麻種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根長、胚軸長，計算種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，篩選各材料適宜的誘變濃度和誘變時間。結(jié)果顯示：EMS處理“火麻一號”、“格里昂”和“金刀15”種子時適宜濃度均為1.5%，處理時間分別為8 h、6 h和8 h。

工業(yè)大麻；甲基磺酸乙酯；化學(xué)誘變；發(fā)芽率；活力指數(shù)

工業(yè)大麻（Cannabis sativa L.）渾身是寶，可從農(nóng)業(yè)種植延伸到紡織、服裝、造紙、軍需、化工、新型建材、生物能源、食品保健、醫(yī)藥、飼料等十幾個產(chǎn)業(yè)鏈［1－7］，是重要的經(jīng)濟(jì)作物。但是，黑龍江省工業(yè)大麻生產(chǎn)種植過程中存在的主要問題是種質(zhì)貧乏，品種混雜退化，遺傳基礎(chǔ)日趨狹窄，缺乏品質(zhì)、產(chǎn)量優(yōu)異的品種［8，9］。因此，開拓一種快速、簡捷的方法進(jìn)行種質(zhì)資源改良、創(chuàng)新，在工業(yè)大麻育種上有著十分重要的意義。采用化學(xué)誘變產(chǎn)生突變體是創(chuàng)造新種質(zhì)的有效途徑之一，而EMS是一種良好的化學(xué)誘變劑，目前已成為在作物誘變育種中應(yīng)用最廣泛、應(yīng)用效果最好的一種化學(xué)誘變劑［10，11］。

EMS誘導(dǎo)的突變主要是點(diǎn)突變，而且點(diǎn)突變的頻率相對較高，染色體畸變相對較少，生理損傷小；誘變范圍廣，出現(xiàn)的突變體類型較多；Bird報道用EMS處理玉米花粉，突變頻率可高達(dá)78%［12］。近年來甲基磺酸乙酯（EMS）誘變技術(shù)在作物育種中得到了廣泛的應(yīng)用，溫嵐等利用EMS和60Co－γ相結(jié)合的方法誘變黃麻，觀察記錄誘變黃麻苗期的形態(tài)學(xué)變化，分析誘變黃麻的代謝特性和抗性指標(biāo)［13］。馬海新等研究不同濃度的化學(xué)誘變劑EMS處理對加工番茄種子萌發(fā)的影響，篩選適宜的誘變濃度和誘變時間［14］。原小燕等用EMS處理不同品種的油菜種子，研究其萌發(fā)和生長情況［15］。本實(shí)驗(yàn)以“火麻一號”、“格里昂”和“金刀15”三個品種為試驗(yàn)材料，研究了EMS對工業(yè)大麻種子萌發(fā)及幼苗胚根、胚軸生長的影響，計算種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，以篩選適宜的誘變濃度和誘變時間，為今后的化學(xué)誘變育種及定向誘導(dǎo)基因組局部突變技術(shù)（TILLING）材料創(chuàng)建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2015年在黑龍江省科學(xué)院大慶分院麻類作物育種與良種繁育實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料“火麻一號”是由黑龍江省科學(xué)院大慶分院選育出的新品種；“格里昂”和“金刀15”是在烏克蘭引進(jìn)來的，并且在試驗(yàn)區(qū)種植性狀表現(xiàn)良好的品種。化學(xué)誘變劑甲基磺酸乙酯（EMS）為無色油狀透明液體，Sigma M－0880。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 種子處理與發(fā)芽試驗(yàn)

工業(yè)大麻種子用EMS（用pH＝7.5，0.1 mol／L磷酸鉀緩沖液和二甲基亞砜（DMSO）配制），設(shè)0%、0.4%、0.8%、1.25%、1.5%、2.0%6個處理濃度）分別浸種處理4 h、6 h、8 h，處理過的種子用0.1mol／L硫代硫酸鈉溶液沖洗5次，每次靜置5 min以終止反應(yīng)。然后將處理好的工業(yè)大麻種子整齊排列在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿100粒，重復(fù)3次，置于人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)，24℃恒溫下避光進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。（0%是指用不含EMS的pH＝7.5，0.1 mol／L磷酸鉀緩沖液和二甲基亞砜（DMSO）浸種）。

1.3.2 發(fā)芽指標(biāo)測定與數(shù)據(jù)處理

處理后第3 d測定發(fā)芽勢，第5 d統(tǒng)計發(fā)芽率，工業(yè)大麻種子的發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)以幼根達(dá)種子直徑長為標(biāo)準(zhǔn)。第5 d計算發(fā)芽率的同時測量工業(yè)大麻的胚軸長和胚根長，均以每一處理的隨機(jī)10株的平均值表示。

發(fā)芽勢（%）＝3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)／供試驗(yàn)種子數(shù)×100%

發(fā)芽率（%）＝5 d內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑（Gt／Dt）（Gt為t時間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)）

活力指數(shù)（VI）＝GI×S（GI為發(fā)芽指數(shù)，S為胚軸長＋胚根長）

相對發(fā)芽指數(shù)（%）＝各處理的發(fā)芽指數(shù)／對照的發(fā)芽指數(shù)×100%

相對活力指數(shù)（%）＝各處理的活力指數(shù)／對照的活力指數(shù)×100%

采用SPSS 17.0處理軟件和Excel2007進(jìn)行方差分析，用新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 EMS對工業(yè)大麻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

從表可知，EMS抑制工業(yè)大麻種子的萌發(fā)，且總體上隨著誘變劑濃度的增高和處理時間的延長，種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率呈下降趨勢。

對于“火麻一號”，當(dāng)EMS處理濃度為2.0%，處理時間為6 h，發(fā)芽率接近50%，與對照間的差異極顯著。當(dāng)處理濃度為1.5%，處理時間為8 h時，發(fā)芽率接近50%，與對照間的差異極顯著。

對于“格里昂”，當(dāng)EMS處理濃度為2.0%，處理時間為4 h，以及當(dāng)處理濃度為1.5%，處理時間為6 h時，發(fā)芽率接近半致死率，與對照間的差異極顯著。

對于“金刀15”，當(dāng)EMS處理濃度為1.5%，處理時間為8 h，發(fā)芽率接近50%，與對照間的差異顯著。當(dāng)處理濃度為2.0%，處理時間為8 h時，發(fā)芽率接近50%，與對照間的差異極顯著。

可見，不同品種的工業(yè)大麻種子對EMS的敏感性不同，“格里昂”對EMS的敏感性要高于另外兩個品種。

表1 EMS對“火麻一號”種子萌發(fā)的影響Tab.1 Effect of EMS mutagenesis on seed germination of“Huo Ma No.1”

表2 EMS對“格里昂”種子萌發(fā)的影響Tab.2 Effect of EMS mutagenesis on seed germination of“Ge Liang”

表3 EMS對“金刀15”種子萌發(fā)的影響Tab.3 Effect of EMS mutagenesis on seed germination of“Jin Dao No.15”

2.2 EMS對工業(yè)大麻種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

從表可知，隨著EMS濃度的增加和處理時間的延長，工業(yè)大麻種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均降低，對于“火麻一號”，當(dāng)EMS處理濃度為2.0%，處理時間為6 h，其相對活力指數(shù)達(dá)到28.75%；當(dāng)處理濃度為1.5%，處理時間為8 h時，其相對活力指數(shù)達(dá)到38.49%。

對于“格里昂”，當(dāng)EMS處理濃度為2.0%，處理時間為4 h，其相對活力指數(shù)達(dá)到24.28%；當(dāng)處理濃度為1.5%，處理時間為6 h時，其相對活力指數(shù)達(dá)到34.24%。

對于“金刀15”，當(dāng)EMS處理濃度為1.5%，處理時間為8 h，其相對活力指數(shù)達(dá)到31.14%；當(dāng)處理濃度為2.0%，處理時間為8 h時，其相對活力指數(shù)達(dá)到19.90%。

由表可知，“火麻一號”的相對發(fā)芽指數(shù)要高于“金刀15”的相對發(fā)芽指數(shù)，“金刀15”的相對發(fā)芽指數(shù)要高于“格里昂”的相對發(fā)芽指數(shù)，可見“格里昂”對EMS更為敏感。

2.3 EMS對工業(yè)大麻幼苗胚根長和胚軸長的影響

從表可知，整體看來隨著EMS濃度的增大和處理時間的延長，對胚根長和胚軸長的抑制作用逐漸增大。

由表可知，對于“火麻一號”，當(dāng)EMS處理濃度為2.0%，處理時間為6 h，其對苗高的抑制達(dá)到48.82%；當(dāng)處理濃度為1.5%，處理時間為8 h時，其對苗高的抑制達(dá)到44.28%。

對于“格里昂”，當(dāng)EMS處理濃度為2.0%，處理時間為4 h，其對苗高的抑制達(dá)到36.24%；當(dāng)處理濃度為1.5%，處理時間為6 h時，其對苗高的抑制達(dá)到42.94%。

對于“金刀15”，當(dāng)EMS處理濃度為1.5%，處理時間為8 h，其對苗高的抑制達(dá)到47.53%；當(dāng)處理濃度為2.0%，處理時間為8 h時，其對苗高的抑制達(dá)到56.90%。

3 結(jié)論與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EMS對工業(yè)大麻種子萌發(fā)隨著濃度的增大以及處理時間的延長，抑制效應(yīng)越明顯，EMS濃度和時間的變化會導(dǎo)致發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚軸長、胚根長下降。同時3個品種對EMS的敏感性差別很大，“格里昂”對EMS的敏感性要高于另外兩個品種，其原因可能是由于“格里昂”種皮存在裂縫的特點(diǎn)。因此，針對不同品種確定其適宜處理濃度是工業(yè)大麻化學(xué)誘變工作中的關(guān)鍵?？筛鶕?jù)種子萌發(fā)率的高低來確定適宜處理濃度，一般認(rèn)為，取種子萌發(fā)的半致死劑量作為大田處理的濃度［16］。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是良好的種子活力指標(biāo)，特別是活力指數(shù)，既包括了發(fā)芽總數(shù)和發(fā)芽速率的信息，又反映了幼苗的生長勢，因此可以很好地反映EMS對種子的影響［17］。胡延吉認(rèn)為，化學(xué)誘變劑的適宜劑量是以降低10%～30%的苗高為適宜劑量［18］。原小燕認(rèn)為，活力指數(shù)和苗高可以作為EMS濃度的選擇指標(biāo)，相對活力指數(shù)為50%和苗高抑制率為10%～30%時，可作為EMS濃度篩選的依據(jù)［15］。所以，綜合分析，EMS處理“火麻一號”、“格里昂”和“金刀15”種子時適宜濃度均為1.5%，處理時間分別為8 h、6 h和8 h。通過濃度梯度和時間梯度篩選出用于EMS處理不同工業(yè)大麻種子的最佳濃度和時間，為后續(xù)工業(yè)大麻誘變?nèi)后w的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

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Effect of EMS Mutagenesis on Seed Germination of Industrial hemp（Cannabis sativa L．）

JIANG Ying
（Daqing Branch of Heilongjiang Academy of Sciences，Daqing 163319，Heilongjiang，China）

This project aimed to study the effect of different concentrations of chemical mutagen EMS on seed germination of industrial hemp.The seeds germination potential，germination rate and hypocotyl length，radicle length were measured to calculate the seed germination index and vigor index through seeds germination test.Then appropriate mutagenesis concentration and mutagenesis time of different varieties were confirmed.The result showed that the appropriate concentration of EMS treatment processing industrial hemp seed“Huo Ma No.1”，“Ge Liang”，“Jin Dao No.15”all were 1.5%，and the appropriate time were 8h，6h，8h respectively.

industrial hemp；EMS；chemical mutagenesis；germination rate；vigor index

S563.3

A

1671－3532（2016）06－0258－05

2016－06－20

黑龍江省青年科學(xué)基金（QC2016037）

姜穎（1986－），女，助理研究員，研究方向作物遺傳育種。E－mail：bazhujiangying＠126.com