化學(xué)誘變劑EMS和MNU對(duì)燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

李娟寧，呂英，趙桂琴，柴繼寬，藺豆豆，王苗苗

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)草原工作站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

燕麥(Avenasativa)又稱玉麥、鈴鐺麥，是禾本科燕麥屬一年生草本植物，也是優(yōu)質(zhì)的糧飼兼用作物，在營(yíng)養(yǎng)、保健和飼用等方面具有較高的價(jià)值，全世界5大洲42個(gè)國(guó)家都有分布[1]。近年來(lái)我國(guó)對(duì)燕麥的需求不斷攀升，進(jìn)一步推動(dòng)了燕麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但我國(guó)燕麥品種較為單一，滿足不同需求的專用品種少，引進(jìn)品種也因適應(yīng)性、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等問(wèn)題難以進(jìn)一步發(fā)揮作用。因此，開(kāi)展快速有效的育種、創(chuàng)制不同類型的種質(zhì)、培育不同用途燕麥新品種迫在眉睫[2]。目前國(guó)內(nèi)燕麥新品種選育主要是常規(guī)方法，如人工雜交[3]、系統(tǒng)選育[4]等，創(chuàng)造的變異有限、工作量大、耗時(shí)較長(zhǎng)。與這些方法相比較，化學(xué)誘變具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、突變性狀穩(wěn)定，可以有效解決種質(zhì)資源單一等優(yōu)點(diǎn)，是創(chuàng)造植物新種質(zhì)和選育新品種的有效方法之一[6]?；瘜W(xué)誘變可使植物形成自然界沒(méi)有的或常規(guī)方法較難獲得的新性狀和新基因[10]，同時(shí)還避免了轉(zhuǎn)基因等分子育種手段在安全性等方面的問(wèn)題[11]。

在眾多的化學(xué)誘變劑中，甲基磺酸乙酯(EMS)和N-甲基-N-亞硝基脲(MNU)是比較常見(jiàn)的兩種化學(xué)誘變劑，廣泛應(yīng)用于小麥[12]、大麥[13]、玉米[14]、水稻[15]等化學(xué)誘變育種。EMS不同濃度和處理時(shí)間對(duì)西農(nóng)99、西農(nóng)979、西農(nóng)977和小偃22小麥品種的誘變，發(fā)現(xiàn)相對(duì)發(fā)芽率隨著EMS濃度和處理時(shí)間的增加而降低，不同處理間差異較大，相對(duì)發(fā)芽率為50.00%時(shí)4個(gè)品種的最佳處理組合分別為1.00%/10 h，1.00%/8 h，1.00%/12 h，1.00%/12 h[16]。0.40% EMS處理浙農(nóng)大3號(hào)大麥種子16 h，發(fā)現(xiàn)種子受損嚴(yán)重，發(fā)芽率顯著降低，M1代中部分植株產(chǎn)生致死突變，出苗率較低[17]。0.05%和0.10% MNU處理3個(gè)早稻品種(湘早秈33號(hào)、R974、R402)和3個(gè)晚稻品種(明恢63、R259、湘晚秈13號(hào))12 h，發(fā)現(xiàn)水稻發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)比對(duì)照降低，但根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)較對(duì)照增加[18]。用0.10% MNU處理14個(gè)不同粒型和熟期的黑龍江水稻品種16 h，發(fā)現(xiàn)出苗時(shí)間普遍推遲3～4 d，發(fā)芽率較對(duì)照顯著降低，其中6個(gè)品種的發(fā)芽率與對(duì)照差值均達(dá)60.00%以上[19]。不同化學(xué)誘變劑、同一誘變劑不同處理對(duì)不同作物或同一作物不同品種的誘變效應(yīng)各不相同。

在燕麥的化學(xué)誘變研究方面，霍朋杰[20]研究了EMS不同濃度和處理時(shí)間對(duì)花早2號(hào)品種的誘變效果，發(fā)現(xiàn)在EMS濃度和處理時(shí)間對(duì)燕麥種子發(fā)芽率的影響達(dá)顯著水平(P<0.05)。當(dāng)EMS濃度為0.70%處理15 h時(shí)，花早2號(hào)的相對(duì)發(fā)芽率約為50.00%。張娜等[21]研究表明，用0.80% EMS處理白燕2號(hào)燕麥種子8 h，構(gòu)建的突變體庫(kù)M2代個(gè)體間表現(xiàn)出了豐富的遺傳變異，總變異頻率為7.17%。以不同燕麥品種為材料，用EMS和MNU對(duì)燕麥種子進(jìn)行處理，比較2種誘變劑對(duì)燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，分析不同品種對(duì)誘變處理的反應(yīng)，篩選半致死處理，為進(jìn)一步開(kāi)展燕麥化學(xué)誘變育種提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

試驗(yàn)在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試材料為燕麥品種愛(ài)沃、隴燕4號(hào)和貝勒2代，均由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.2 供試藥劑

EMS，由英國(guó)Johnson Matthey公司生產(chǎn)；MNU由美國(guó)SIGMA-ALDRICH公司生產(chǎn)，以上試劑均為分析純?cè)噭?/p>

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 誘變劑處理 EMS處理：設(shè)5個(gè)EMS濃度梯度(0.00%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%，用pH=7的磷酸緩沖溶液配制)，6個(gè)時(shí)間梯度(5，8，11，14，17，20 h)，重復(fù)3次，共計(jì)90個(gè)處理。每個(gè)處理選取籽粒飽滿、大小一致的300粒種子分別放入網(wǎng)袋中，在4℃下用蒸餾水浸泡14 h，取出后在室溫下4 h瀝干，放入編號(hào)的玻璃瓶，加入50 mL EMS-磷酸緩沖液置于搖床上，黑暗環(huán)境下分別震蕩5、8、11、14、17、20 h，然后裝入新的網(wǎng)袋用流水沖洗4 h后瀝干水分，4℃下靜置12 h待用。對(duì)照用磷酸緩沖液處理。

MNU處理：設(shè)4個(gè)MNU濃度梯度(0.00%、0.20%、0.25%、0.30%，用pH=7的磷酸緩沖溶液配制)，3個(gè)時(shí)間梯度(8、11、14 h)，重復(fù)3次，共36個(gè)處理。每個(gè)組合選取籽粒飽滿、大小一致的300粒種子分別放入網(wǎng)袋，在4℃下用蒸餾水浸泡12 h，取出后在室溫下4 h瀝干，分別放入編了號(hào)的玻璃瓶中，加入50 mL MNU磷酸緩沖液，置于搖床上，輕柔震蕩8、11、14 h，然后裝入新的網(wǎng)袋用流水沖洗4 h后瀝干水分，4℃下靜置12 h待用。對(duì)照用磷酸緩沖液處理。

1.3.2 種子萌發(fā) 將經(jīng)誘變劑處理的燕麥種子100粒均勻置于直徑9 cm、墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，然后置于25℃、12 h光照/12 h黑暗、濕度80%恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)每天種子發(fā)芽數(shù)[22]，第5 d測(cè)定發(fā)芽勢(shì)，第10 d試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定發(fā)芽率，每處理取10株幼苗測(cè)定芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)[23]，計(jì)算相對(duì)致死率。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

發(fā)芽勢(shì)=高峰時(shí)發(fā)芽種子總數(shù)/種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率=發(fā)芽種子總數(shù)/種子總數(shù)×100%

相對(duì)致死率(%)=(對(duì)照組發(fā)芽率-處理組的發(fā)芽率)/對(duì)照組的發(fā)芽率×100%[12]

根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)：隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的燕麥幼苗10株，用直尺測(cè)量讀數(shù)，取平均值

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 EMS對(duì)燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

2.1.1 EMS對(duì)燕麥種子萌發(fā)的影響 對(duì)EMS不同處理下燕麥品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)致死率進(jìn)行方差分析(表1)，發(fā)現(xiàn)處理濃度、時(shí)間和品種及其兩兩交互作用和三者的交互作用均對(duì)燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)致死率有極顯著影響(P<0.01)。品種、濃度、時(shí)間、品種×濃度、品種×?xí)r間、濃度×?xí)r間和品種×濃度×?xí)r間所引起的發(fā)芽率的差異平方和分別占總平方和的1.77%、89.51%、6.38%、1.37%、0.16%、0.67%和0.15%，所引起的相對(duì)致死率的差異平方和分別占總平方和的3.49%、89.14%、4.95%、1.38%、0.18%、0.72%和0.14%，表明誘變劑濃度是造成發(fā)芽率和相對(duì)致死率差異的最主要因子，其次是處理時(shí)間。對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響也是如此。

表1 不同EMS處理下燕麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)致死率的方差分析

誘變劑處理對(duì)燕麥種子的萌發(fā)有顯著影響，最低EMS濃度(0.25%)也降低了種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。隨著EMS濃度的進(jìn)一步增大，3個(gè)燕麥品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率進(jìn)一步急劇下降。當(dāng)濃度增大至1.00%時(shí)，發(fā)芽勢(shì)降至0%～36.25%，發(fā)芽率降至0%～45.75%，相對(duì)致死率增至49.45%～100%。同一濃度下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率也顯著降低(表2)。

表2 不同EMS處理對(duì)燕麥種子萌發(fā)的影響

3個(gè)品種對(duì)同一處理的反應(yīng)也有明顯差異。低濃度(0.25%)處理5 h，愛(ài)沃的發(fā)芽率為79.50%，和對(duì)照相比差異顯著，相對(duì)致死率為8.04%；隴燕4號(hào)的發(fā)芽率由對(duì)照的80.00%以上降至64.00%，相對(duì)致死率達(dá)24.48%；貝勒2代發(fā)芽率77.00%，相對(duì)致死率為14.90%。但當(dāng)處理時(shí)間延長(zhǎng)至20 h時(shí)，3個(gè)品種的發(fā)芽率差異很小(40.50%～43.75%)，相對(duì)致死率以貝勒2代為最高(52.34%)。另外，和愛(ài)沃相比，隴燕4號(hào)和貝勒2代在處理時(shí)間從11 h延長(zhǎng)至20 h時(shí)，發(fā)芽率和相對(duì)致死率無(wú)顯著變化，而愛(ài)沃的發(fā)芽率由76%降至43%，相對(duì)致死率從9.52%增至44.86%。

中濃度(0.50%)處理下3個(gè)品種的發(fā)芽率變幅相近，處理時(shí)間從5 h延長(zhǎng)至20 h，各品種的發(fā)芽率降幅均在20.00個(gè)百分點(diǎn)左右；但貝勒2代的相對(duì)致死率在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均顯著高于其他2個(gè)品種。而當(dāng)EMS濃度進(jìn)一步增至0.75%時(shí)，愛(ài)沃隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)芽率降幅最小(由44.33%降至37.50%)；隴燕4號(hào)降幅最大(由44.00%降至31.75%)，相對(duì)致死率增幅也最大(由49.70%增至62.26%)。

高濃度EMS嚴(yán)重影響了燕麥種子萌發(fā)，導(dǎo)致相對(duì)致死率急劇增大。1.00% EMS處理下，燕麥種子發(fā)芽率降至45.00%以下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)燕麥種子不能萌發(fā)，相對(duì)致死率達(dá)100.00%。

另外，3個(gè)品種達(dá)到相對(duì)致死率50.00%的處理也各不相同。對(duì)愛(ài)沃而言，0.25% EMS處理17 h、0.75% EMS處理14 h的相對(duì)致死率最接近50.00%，分別為49.44%和49.48%。隴燕4號(hào)最接近50%相對(duì)致死率的處理分別為0.25% EMS處理17 h(相對(duì)致死率為49.65%)、0.50% EMS處理14 h(49.85%)、以及0.75% EMS處理5 h(49.79%)。貝勒2代最接近50.00%相對(duì)致死率的處理分別為0.25% EMS處理11 h、0.50% EMS處理8 h和0.75% EMS處理5 h，3個(gè)處理的相對(duì)致死率分別為49.98%、49.86%和49.45%。

2.1.2 EMS對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響 EMS不僅嚴(yán)重抑制燕麥種子萌發(fā)，還極大地影響了燕麥幼苗的生長(zhǎng)。燕麥品種、EMS濃度和處理時(shí)間、兩兩互作以及三者的互作對(duì)燕麥幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響都達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。3個(gè)因素中，EMS濃度的影響最大，其次是處理時(shí)間，品種的影響相對(duì)較小。在各個(gè)互作中，也以濃度和處理時(shí)間的互作對(duì)各指標(biāo)的影響最大(表3)。

表3 EMS處理下燕麥幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的方差分析

低濃度的EMS有促進(jìn)燕麥幼苗生長(zhǎng)的作用，高濃度則顯著抑制了燕麥生長(zhǎng)，其根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)急劇降低 (表4)。和對(duì)照相比，0.50%以內(nèi)的EMS顯著促進(jìn)了燕麥的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)，0.75% EMS處理下總體較對(duì)照稍有下降，1.00% EMS處理則嚴(yán)重抑制了燕麥生長(zhǎng)，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)急劇降低，甚至種子不能萌發(fā)。

不同品種在同一濃度下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，生長(zhǎng)的變化情況各異。愛(ài)沃的根長(zhǎng)在0.25%和0.50% EMS處理下的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間沒(méi)有顯著差異，為7.66～8.45 cm；芽長(zhǎng)則發(fā)生了顯著變化，最長(zhǎng)為9.92 cm，最短為7.37 cm，相差34.60%。隴燕4號(hào)芽長(zhǎng)的變化趨勢(shì)與之類似，但根長(zhǎng)(8.92～9.97 cm)變幅只有11.77%。貝勒2代根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的變幅都較小。當(dāng)EMS濃度增至0.75%時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)均顯著縮短。3個(gè)品種中，隴燕4號(hào)的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)降幅最大，分別由處理5 h時(shí)的8.12 cm和8.64 cm降至20 h時(shí)的6.60 cm和7.15 cm。另外，和隴燕4號(hào)(18.72%)、貝勒2代(17.28%)相比，愛(ài)沃的根長(zhǎng)變幅最小，只有8.65%(表4)。

表4 不同EMS處理對(duì)燕麥幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響

2.2 MNU對(duì)燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 MNU對(duì)燕麥種子萌發(fā)的影響 對(duì)MNU不同處理組合下燕麥種子萌發(fā)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，品種、濃度、處理時(shí)間及其兩兩互作和三者互作均極顯著(P<0.01)影響了燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)致死率(表5)。在所有變異來(lái)源中，濃度所引起的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)致死率的差異平方和占總平方和的比例最大，分別為62.76%、63.71%和64.45%；其次為品種，占比分別為21.15%、19.27%和20.72%；處理時(shí)間居第3，所引起的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)致死率的差異平方和占總平方和的比例分別為8.89%，9.21%和7.74%。

表5 不同MNU處理下燕麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和相對(duì)致死率的方差分析

MNU處理顯著降低了燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。隨著處理濃度的增加，燕麥種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率急劇下降，相對(duì)致死率顯著上升。0.25%濃度下，3個(gè)燕麥品種的發(fā)芽率由原來(lái)的92.67%～98.67%下降至40.00%～85.00%。當(dāng)MNU濃度增至0.30%時(shí)，發(fā)芽率進(jìn)一步降至20.00%～54.75%。同一濃度下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥種子發(fā)芽率總體呈下降趨勢(shì)(表6)。

表6 不同MNU誘變處理下燕麥種子萌發(fā)指標(biāo)

品種對(duì)MNU處理的反應(yīng)不盡相同。低濃度(0.20%)處理8 h，愛(ài)沃的發(fā)芽率為94.33%，和對(duì)照無(wú)顯著差異，相對(duì)致死率僅為2.07%；而貝勒2代的發(fā)芽率已由對(duì)照的96.33%降至72.50%，相對(duì)致死率達(dá)24.74%；隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)至14 h，愛(ài)沃仍有80.33%的發(fā)芽率，相對(duì)致死率為15.88%，貝勒2代發(fā)芽率已降至48.00%，相對(duì)致死率升至48.21%。隴燕4號(hào)在0.20%的濃度下隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)其變化劇烈，發(fā)芽率由8 h時(shí)的85.67%降至14 h的45.00%，相對(duì)致死率由13.18%增至52.97%。

0.25%MNU濃度下，3個(gè)品種發(fā)芽率的變化趨勢(shì)與低濃度下相似，依然是愛(ài)沃的發(fā)芽率最高且隨處理時(shí)間延長(zhǎng)無(wú)明顯下降，貝勒2代的發(fā)芽率最低。隴燕4號(hào)對(duì)處理時(shí)間的延長(zhǎng)最敏感，從8 h時(shí)的82.33%降至14 h時(shí)的40.67%。相對(duì)致死率也發(fā)生了相應(yīng)變化，愛(ài)沃的最低，貝勒2代的最高。

當(dāng)MNU濃度進(jìn)一步增加至0.30%時(shí)，燕麥種子的發(fā)芽率降至最低(20.00%～54.75%)。3個(gè)品種中愛(ài)沃的降幅最大，相對(duì)致死率增至42.67%～59.01%；貝勒2代的發(fā)芽率為20.00%～30.33%，相對(duì)致死率高達(dá)68.51%～78.80%。隴燕4號(hào)在8 h處理下發(fā)芽率(54.33%)高于愛(ài)沃(48.00%)，相對(duì)致死率(44.94%)低于愛(ài)沃(50.17%)，11 h處理下無(wú)明顯差異，14 h下發(fā)芽率顯著低于愛(ài)沃，相對(duì)致死率高于愛(ài)沃。

愛(ài)沃對(duì)誘變劑處理的耐受性較好，發(fā)芽率隨濃度的增加和處理時(shí)間的延長(zhǎng)下降比較緩慢，貝勒2代最為敏感，相對(duì)致死率最高。另外，3個(gè)品種達(dá)到相對(duì)致死率50.00%的處理也各不相同。愛(ài)沃的最相近處理為0.30%/8 h(相對(duì)致死率50.17%)，貝勒2代的為0.20%/11 h(相對(duì)致死率50.43%)，隴燕4號(hào)的最相近處理為0.20%/11 h和0.25%/11 h(相對(duì)致死率分別為50.07%和49.64%)。

2.2.2 MNU誘變對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響 MNU處理顯著影響了燕麥幼苗的生長(zhǎng)(表7)。在燕麥品種、EMS濃度和處理時(shí)間、兩兩互作以及三者的互作等變異來(lái)源中，濃度對(duì)燕麥幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響最大，其所引起的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)的差異平方和占總平方和的比例分別為93.26%和93.72%，是最主要的影響因素。另外還可以看出，處理時(shí)間對(duì)根長(zhǎng)無(wú)明顯影響，但極顯著影響芽長(zhǎng)。在所有的交互作用中，只有濃度和時(shí)間的互作對(duì)根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響達(dá)顯著水平，其余互作并無(wú)影響。

表7 MNU誘變劑處理下燕麥根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的方差分析

與MNU對(duì)發(fā)芽率的抑制作用不同，一定濃度的 MNU有促進(jìn)燕麥根、芽生長(zhǎng)的作用(表8)。MNU濃度增加到0.20%時(shí)，燕麥的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)均較對(duì)照有顯著增加。隨著MNU濃度進(jìn)一步增至0.25%，燕麥幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)進(jìn)一步明顯增加。最高濃度下，燕麥生長(zhǎng)受抑，根長(zhǎng)芽長(zhǎng)降低，且大多低于對(duì)照。另外，同一濃度下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的變化不盡相同。0.20%濃度下，隨著處理時(shí)間由8 h延長(zhǎng)至14 h，燕麥的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)都明顯增加；0.25%濃度下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥幼苗的根長(zhǎng)未發(fā)生明顯變化，芽長(zhǎng)顯著降低；當(dāng)MNU濃度增大至0.30%時(shí)，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)均顯著降低。

表8 MNU處理下燕麥種子根和芽生長(zhǎng)

不同燕麥品種的幼苗生長(zhǎng)對(duì)MNU處理的反應(yīng)基本相似。中低濃度下根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的增幅比較接近，高濃度(0.30%)下隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，貝勒2代根長(zhǎng)降低最多(28.01%)，芽長(zhǎng)降低了17.53%；愛(ài)沃的芽長(zhǎng)僅降低了7.54%。

3 討論

3.1 不同誘變劑處理對(duì)燕麥種子萌發(fā)的影響

化學(xué)誘變劑由于作用機(jī)理、使用濃度和處理時(shí)間不同，在不同作物或同一作物不同品種上的誘變效應(yīng)也各異。EMS是目前應(yīng)用最為廣泛的化學(xué)誘變劑，在各類作物上都取得了很好的誘變效果[12]。在牧草上，用不同濃度的EMS處理羊草種子“吉生4號(hào)”，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其對(duì)羊草種子萌發(fā)具有顯著抑制作用，隨著濃度的增加，羊草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等呈降低趨勢(shì)；1.50% EMS處理后羊草種子相對(duì)發(fā)芽率降到51.68%，1.80% EMS處理的發(fā)芽率比對(duì)照降低67.50%，發(fā)芽指數(shù)降低了44.00%[24]。本研究也得到了類似結(jié)果，EMS處理顯著降低了燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，濃度效應(yīng)非常明顯。當(dāng)EMS濃度增大至1.00%時(shí)，發(fā)芽率降至0%～45.75%，相對(duì)致死率增至49.45%～100%。同一濃度下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率也顯著降低。通過(guò)不同EMS濃度和處理時(shí)間誘變無(wú)芒隱子草種子，發(fā)現(xiàn)隨EMS濃度的增加和處理時(shí)間的增長(zhǎng)，無(wú)芒隱子草種子發(fā)芽率顯著降低[25]。以“川草2號(hào)”老芒麥為材料,利用不同濃度(0.20%、0.40%、0.60%、0.80%、1.00%、1.20%和1.60%)的EMS溶液分別處理老芒麥種子8 h和16 h，發(fā)現(xiàn)隨著EMS濃度和處理時(shí)間的增加，老芒麥的起始發(fā)芽日和發(fā)芽高峰日推后，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率下降趨勢(shì)明顯[26]。采用0.90% EMS處理15 h對(duì)緣毛雀麥種子萌發(fā)無(wú)顯著影響，但延長(zhǎng)處理3 h后則有顯著抑制作用；直立型扁蓿豆種子在處理45 h時(shí)相對(duì)發(fā)芽率顯著下降[27]。

MNU不同濃度處理燕麥種子后，發(fā)芽率顯著降低，相對(duì)致死率上升。0.25%濃度下，燕麥的發(fā)芽率由原來(lái)的92.67%～98.67%下降至40%～85%。當(dāng)MNU濃度增至0.30%時(shí)，發(fā)芽率降至20.00%～54.75%。另外，同一處理濃度下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥種子發(fā)芽率總體呈下降趨勢(shì)。在水稻上也得到了類似結(jié)果，用0.05%和0.10% MNU處理水稻12 h，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)比對(duì)照顯著降低[28]。用0.10% MNU處理水稻種子16 h，發(fā)現(xiàn)水稻的發(fā)芽率較對(duì)照顯著降低，出苗時(shí)間推遲3～4 d[29]。

EMS和MNU的作用機(jī)理類似。EMS帶有活性烷基，可以轉(zhuǎn)移到電子密度比較高的分子上，置換堿基中的氧原子，當(dāng)堿基烷化后，就會(huì)導(dǎo)致DNA在復(fù)制時(shí)錯(cuò)配[30]。MNU也是通過(guò)作用于核酸底物，對(duì)DNA上的鳥(niǎo)嘌呤起烷化作用，引起復(fù)制紊亂[34]。二者在抑制燕麥種子萌發(fā)方面具有極顯著的濃度效應(yīng)。不同化學(xué)誘變劑對(duì)不同燕麥品種的誘變效應(yīng)不同，中低濃度(0.25%～0.75%) EMS處理下，愛(ài)沃的耐受性較好，發(fā)芽率較高，相對(duì)致死率最低，而貝勒2代最敏感，相對(duì)致死率最高。MNU處理也得到類似結(jié)果，中低濃度(0.20%～0.25%)下愛(ài)沃發(fā)芽率一直較高，貝勒2代最低。高濃度下各品種反應(yīng)一致，發(fā)芽率急劇下降，相對(duì)致死率顯著上升。不同種類和濃度的化學(xué)誘變劑對(duì)燕麥種子的發(fā)芽刺激作用相同，低濃度促進(jìn)種子的萌發(fā)，而高濃度顯著抑制種子萌發(fā)。探究其原因，一方面可能是EMS和MNU化學(xué)誘變劑對(duì)燕麥種子胚的誘變傷害較輕，不像物理誘變的抑制或損傷效果強(qiáng)烈。另一方面可能是低濃度短時(shí)間的EMS和MNU化學(xué)誘變劑能夠加速吸水后的燕麥種子細(xì)胞呼吸和新陳代謝作用，吸水后的燕麥種子在高濃度的化學(xué)誘變劑 EMS和MNU浸種，長(zhǎng)時(shí)間的浸泡處理下可能產(chǎn)生了負(fù)作用，打斷了種子的正常呼吸代謝過(guò)程，從而抑制了燕麥種子的發(fā)芽萌動(dòng)。

不同誘變劑對(duì)不同燕麥品種的半致死處理也不相同。通常認(rèn)為，半致死濃度是誘變處理的合適濃度，可作為誘變敏感性指標(biāo)[35]。EMS處理下，愛(ài)沃的半致死最佳處理組合是0.25%/17 h和0.75%/14 h；隴燕4號(hào)的是0.25%/17 h、0.50%/14 h和0.75%/5 h；貝勒2代的分別為0.25%/11 h、0.50%/8 h和0.75%/5 h。而羊草對(duì)EMS的耐受性遠(yuǎn)強(qiáng)于燕麥，其半致死處理為1.50%/16 h[24]。還有研究發(fā)現(xiàn)，用EMS誘變無(wú)芒隱子草，其半致死處理為0.80%/16 h[25]。老芒麥的EMS半致死處理也是0.80%/16 h[26]。而緣毛雀麥和直立型扁蓿豆的分別為0.90%/18 h和0.90%/48 h[27]。淮揚(yáng)金花菜的EMS半致死處理分別為0.70%/9 h和0.90%/6 h[36]?？梢?jiàn)不同牧草的EMS半致死處理各不相同，但總的規(guī)律是低濃度長(zhǎng)時(shí)間或高濃度短時(shí)間。MNU處理下，愛(ài)沃的半致死處理為0.30%/8 h，貝勒2代的為0.20%/11 h，隴燕4號(hào)的為0.20%/11 h。研究發(fā)現(xiàn)利用MNU誘變湘早秈33號(hào)、To974和R402早稻種子的半致死處理為0.10%/12 h；明恢63、R259和湘早秈13號(hào)晚稻種子半致死處理為0.05%/12 h[37]。

3.2 不同誘變劑處理對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響

誘變劑除了抑制燕麥種子萌發(fā)外，對(duì)幼苗的生長(zhǎng)也有顯著影響。在品種，誘變劑濃度和處理時(shí)間、兩兩互作以及三者的互作等變異來(lái)源中，濃度對(duì)燕麥幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響也最大。EMS在低濃度下有促進(jìn)燕麥幼苗生長(zhǎng)的作用，高濃度則顯著抑制了幼苗生長(zhǎng)，其根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)急劇降低。0.50%以內(nèi)的EMS顯著促進(jìn)了燕麥的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)，0.75% EMS處理下總體較對(duì)照稍有下降，1.00% EMS處理則嚴(yán)重抑制了燕麥生長(zhǎng)，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)急劇變短乃至種子不能萌發(fā)。而在羊草上，EMS處理對(duì)羊草幼苗生長(zhǎng)只有明顯的抑制作用，表現(xiàn)為根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)降低，沒(méi)有促進(jìn)作用[24]。EMS誘變處理對(duì)淮揚(yáng)金花菜的根長(zhǎng)也有抑制效應(yīng)，但低濃度EMS處理后淮揚(yáng)金花菜保持了較高的越冬率，高濃度則降低了金花菜的越冬率[36]。

MNU對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)的影響與EMS類似，也出現(xiàn)低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的現(xiàn)象。MNU濃度為0.20%時(shí)，燕麥的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)均較對(duì)照有顯著增加。隨著MNU濃度進(jìn)一步增至0.25%，燕麥幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)進(jìn)一步明顯增加。最高濃度下，燕麥生長(zhǎng)受抑，根長(zhǎng)芽長(zhǎng)降低，且大多低于對(duì)照。采用0.05%和0.10% MNU處理湘早稻和晚稻品種12 h，0.05%濃度處理具有提高水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)以及促進(jìn)晚稻種子根和幼芽生長(zhǎng)的作用，與對(duì)照相比，經(jīng)誘變處理后早稻品種種子根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的生長(zhǎng)量的變幅大于晚稻品種[28]。用1.00 mmol/L MNU處理水稻兩性生殖細(xì)胞40 min，發(fā)現(xiàn)M1代出苗率、成株率均與MNU濃度及處理時(shí)間呈負(fù)相關(guān)[38]。由于誘變劑的損傷和削弱性，EMS和MNU在低濃度下有促進(jìn)燕麥幼苗生長(zhǎng)的作用，高濃度則顯著抑制了燕麥幼苗生長(zhǎng)。探究其原因可能是吸水后的燕麥種子在低濃度的化學(xué)誘變劑的刺激下，燕麥種子中分解酶對(duì)種子中貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)快速分解，轉(zhuǎn)運(yùn)到胚，供胚利用，種皮加速軟化，有利于胚根和胚芽突破種皮；而高濃度的誘變劑則可能產(chǎn)生毒害作用。

4 結(jié)論

(1) 誘變劑處理顯著影響了燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，其中誘變劑濃度的效應(yīng)遠(yuǎn)大于處理時(shí)間的效應(yīng)。

(2) EMS和MNU均顯著抑制了燕麥種子萌發(fā)，但對(duì)幼苗生長(zhǎng)則表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的效應(yīng)。

(3) 不同燕麥品種對(duì)誘變劑的反應(yīng)不盡相同。愛(ài)沃的耐受性最好，貝勒2代對(duì)誘變劑處理最敏感。同一燕麥品種在不同誘變劑下的半致死處理各不相同。