水稻EMS誘變根系突變體的篩選及其農(nóng)藝性狀分析

陳 開，陳宇峰，封昱均，唐 瑭，楊 超，華 夏，張冬平，陳 云，呂 冰

(1. 教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國際合作聯(lián)合實驗室, 揚州大學生物科學與技術學院, 江蘇 揚州 225009；2. 淮陰師范學院生命科學學院, 江蘇 淮安 223300)

【研究意義】水稻是世界三大糧食作物之一，是影響我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展的重要作物。在當前面臨全球性的氣候變化和人口增長困境下，培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)作物種質(zhì)已經(jīng)成為了解決糧食問題的關鍵[1]。甲基磺酸乙酯(Ethyl Methanesulfonate，EMS)是一種強效化學誘變劑，被廣泛地應用在水稻的誘變育種工作中[2-4]。新時代背景下，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨全新的挑戰(zhàn)：提高糧食安全和減少環(huán)境影響，而根系育種的研究有望解決這一問題[5]。水稻根系是極為重要的地下部分，其發(fā)育狀況會直接影響水稻地上部分產(chǎn)量[6]。通過EMS誘變技術構建水稻突變體庫，針對水稻根系突變體篩選具有各類優(yōu)良農(nóng)藝性狀的水稻株系，為優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)水稻種質(zhì)的育種和相關研究的開展提供優(yōu)良親本材料?！厩叭搜芯窟M展】水稻成株根系短小且不發(fā)達，地上部分穗數(shù)會較多；成株根系較為發(fā)達，株高會較高，穗型較大，穗粒數(shù)也較多等[7]。同時，在水稻根系育種過程中，幼苗的根系與成株根系發(fā)育關系較為密切，并且可以較好地進行連續(xù)觀測和便于調(diào)控，因此被廣泛應用于高效篩選優(yōu)良根系性狀的育種工作[1,8]。但當前對于水稻根系性狀與其生理功能關系及其對水稻整體發(fā)育影響的研究仍處在較初級階段，需要深入地研究與分析以整合地下部分與地上部分的關系[9]，從而進一步開展水稻根系育種，改良水稻的品種特性和提高產(chǎn)量。武運粳8號是江蘇省武進市農(nóng)科所選育的常規(guī)粳稻，1999年通過江蘇省品種審定并正式命名，具有綜合性狀良好，產(chǎn)量較高等優(yōu)點[10]。【本研究切入點】本實驗利用EMS誘變技術對武運粳8號的種子進行誘變處理，經(jīng)過多代培養(yǎng)和篩選EMS突變株系，對其根系表型和農(nóng)藝性狀進行分析。【擬解決的關鍵問題】此研究擬深入調(diào)查分析水稻根系突變后代多樣性和群體變異情況，整理歸納水稻根系性狀與其生理功能的關系，強化根系發(fā)育對植株表型和作物產(chǎn)量影響的認知，并為進一步改良和利用武運粳8號水稻品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料種植

試驗材料為經(jīng)1%EMS誘變劑處理的武運粳8號(W8)水稻種子，由揚州大學張冬平博士提供。

2018年5月，將EMS誘變水稻及其野生型W8水稻種子種植于大田，成熟后按單株收獲M1代種子。將M1代收獲種子較多的水稻株系除留種外，取部分種子用于根系性狀初步篩選，其余種子數(shù)目較少的株系種子南繁加代。

2019年5月，將根系性狀初步篩選獲得的M1代突變體種子、南繁收獲的M2代種子和野生型W8種子播種大田，每株種子播種1行，共594個株系，灌漿期測量田間植株表型和農(nóng)藝性狀，對比W8從各誘變株系中進行變異單株的篩選，獲得存在變異表型的5株M2代和9株M3代單株水稻種子。5株經(jīng)過初期篩選的株系的M2代分別為RM1、RM2、RM3、RM4和RM5，9株M3代株系分別命名為RM6、RM7、RM8、RM9、RM10、RM11、RM12、RM13、RM14。

2020年6月播種上一年單株收獲的各突變株系和野生型W8種子，每株系種子種植3行。試驗地為揚州大學水稻試驗田，行長1.8 m，每行10株，行距0.2 m，株距0.2 m。田間管理按照正常大田生產(chǎn)，進行除雜草、補田水和施肥等日常維護工作，期間未發(fā)生大規(guī)模倒伏和相關病蟲害。

1.2 農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量測量

在水稻灌漿期前后開始調(diào)查各突變株系的田間農(nóng)藝性狀，各株系分別調(diào)查3行，每行調(diào)查8株，取8株性狀數(shù)據(jù)平均值進行分析。農(nóng)藝性狀指標包括株高、穗長、旗葉長、有效分蘗數(shù)、每穗粒數(shù)、實粒數(shù)、百粒重、籽粒長度、籽粒寬度和單株產(chǎn)量。

株高(cm)：測量從地面至稻穗頂部距離，不包括芒；穗長(cm)：測量自穗軸基部至穗頂端長度，不包括芒；旗葉長(cm)：取水稻最上方一片葉，測量自葉基部至葉頂端長度；有效分蘗數(shù)(個)：計數(shù)單株已抽穗分蘗的數(shù)目；每穗粒數(shù)(個)：每株系水稻取10穗，脫粒后計數(shù)，計算平均值；實粒數(shù)(個)：將脫粒后的10穗種子中的空癟種子除去，計數(shù)剩余實粒種子，計算平均值；百粒重(g)：將水稻種子脫粒烘干后，每個材料隨機取100粒種子，稱重記錄，重復10次，計算平均值；籽粒長度：每個材料隨機取10粒種子，直線排列測量種子總長，計算單粒粒長，重復10次，計算平均值；籽粒寬度：每個材料隨機取10粒種子，直線排列測量種子總寬，計算單粒粒長，重復10次，計算平均值；單株產(chǎn)量(g)：根據(jù)文獻[11]方法，將各材料的每穗籽粒重量乘以單株有效分蘗數(shù)，得到各材料的單株產(chǎn)量。

1.3 幼苗根系性狀測量

將水稻種子室溫浸種24 h后，放置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽24 h。隨后將露白種子種在96孔板中，放置于遮光處理的含有1/4營養(yǎng)液的培養(yǎng)盒上，在光照培養(yǎng)箱中生長7 d(光照/黑暗，16 h/8 h，28 ℃/25 ℃，濕度75%)。使用根系掃描儀掃描7天齡幼苗根系獲取掃描圖像，圖像使用“萬深”圖像分析軟件處理，獲取包括總根長(cm)、總根尖數(shù)(個)、根表面積(cm2)、根投影面積(cm2)和平均直徑(mm)等數(shù)據(jù)用于分析。

1.4 數(shù)據(jù)整理和分析

試驗數(shù)據(jù)都采用Microsoft Office Excel 2019進行記錄和整理。對各農(nóng)藝表型和根系性狀數(shù)據(jù)進行簡單分析、單因素方差分析、LSD(Least Significant Difference)多重比較分析、聚類分析和多維偏好分析。數(shù)據(jù)分析采用IBM SPSS Statistics 24.0軟件。繪圖使用Microsoft Office PowerPoint 2019和GraphPad Prism 8。

2 結果與分析

2.1 EMS突變株系表型分析

各EMS突變株系的水稻7 d齡幼苗根系表型與野生型W8存在差異(圖1-A)，其中RM2和RM13的幼苗根系表型相對于W8更為發(fā)達，尤其是RM2，其總根長超過W8達到21.7%以上。而RM3株系根系相對于W8根長較短，僅有W8的70.4%，并且其幼苗根系在自然狀態(tài)下出現(xiàn)局部扭曲和螺旋化(圖1-A中RM3箭頭所指處)。統(tǒng)計分析表明，突變株系中總根長、總根尖數(shù)、根表面積、根投影面積和根平均直徑(圖1-B～圖1-F)等性狀指標上均存在與W8差異顯著或極顯著的材料?？偢L上，突變株系RM3顯著小于W8；在總根尖數(shù)上，RM3同樣顯著小于W8，而RM13顯著大于W8；在根表面積和根投影面積上，RM1、RM3、RM6顯著小于W8；在根平均直徑上，有5份材料顯著小于W8，其中RM1和RM7極顯著小于W8。

A: EMS突變株系7 d齡水稻幼苗根系表型代表圖，圖中黑色箭頭指向為RM3幼苗根系扭曲和螺旋化部位; B:總根長; C:總根尖數(shù); D:根表面積; E:根投影面積; F:根平均直徑。表型圖中突變株系是各聚類類群代表，各根系性狀指標圖中列出了表型圖中突變株系，同時列出了其他與W8存在顯著差異的突變株系的數(shù)據(jù)，*表示0.05顯著水平，**表示0.01顯著水平，下同A: Root phenotypes of 7-day-old rice seedlings of EMS mutagenic lines, the black arrow pointed to the twisted and spiral parts of root system of RM3; B: Total root length; C: Total number of root tips; D: Root surface area; E: Root projection area; F: Average diameter of root. The mutagenic lines were the representatives of each cluster group. The mutagenic lines were listed in the diagram of root traits index, and the data of other mutagenic lines significantly different from W8 are listed, * indicated significantly correlated at the 0.05 level, * * indicated significantly correlated at the 0.05 level, the same as below圖1 EMS突變株系水稻幼苗根系表型與農(nóng)藝性狀Fig.1 Phenotypic and agronomic traits of seedling roots of EMS mutagenic lines

各EMS突變株系水稻成株表型與W8同樣存在差異(圖2-A)。突變株系中RM5、RM10和RM13相對于W8株高較高。其中RM10最高，超過W8達到13.4%以上，且RM10的有效分蘗數(shù)也超過W8達到37%以上。而RM3較矮，僅有W8的84.6%。統(tǒng)計分析表明，突變株系的株高和有效分蘗數(shù)(圖2-B～圖2-C)等指標上存在與W8差異顯著或極顯著的材料。在株高上，RM3極顯著小于W8，RM11和RM12顯著大于W8，RM5、RM10和RM13極顯著大于W8；在有效分蘗數(shù)上，RM4顯著小于W8，RM14極顯著小于W8，RM10極顯著大于W8。

A: EMS突變株與W8的成株表型; B:株高; C:有效分蘗數(shù)A: Phenotypes of adult plants of EMS mutagenic lines and W8; B: Plant height; C: Number of effective tillers圖2 EMS突變株系水稻成株表型與農(nóng)藝性狀Fig.2 Phenotypic and agronomic traits of adult plants of EMS mutagenic lines

各突變株系水稻的稻穗表型與W8也存在差異(圖3-A)。突變株系中RM13和RM14相比于W8穗長較短，RM3穗長與W8穗長相近，這3份突變株系的穗粒數(shù)都與W8相近，而RM4和RM11相比于W8穗長較長，其中RM4超過W8達到10%以上，同時穗粒數(shù)也超過W8達到10%以上。EMS突變株系籽粒與W8表型存在差異(圖3-B～圖3-C)。突變株系中RM1、RM3和RM13的籽粒長度相比于W8較長，RM10的籽粒長度最短，RM3籽粒寬度與W8接近，RM5籽粒寬度最小。統(tǒng)計分析表明，突變株系中穗長、每穗粒數(shù)、實粒數(shù)、百粒重、籽粒長度、籽粒寬度和單株產(chǎn)量(圖3-D～圖3-J)等性狀指標上均存在與W8差異顯著或極顯著的材料。在穗長上，RM4顯著大于W8，RM14顯著小于W8；在每穗粒數(shù)和實粒數(shù)上，RM1顯著小于W8；在百粒重上，RM2顯著大于W8，RM14顯著小于W8，RM4、RM8和RM10極顯著小于W8；在籽粒長度上，有6份材料顯著或極顯著大于W8，RM10極顯著小于W8；在籽粒寬度上，有7份材料極顯著小于W8；在單株產(chǎn)量上，RM9顯著大于W8，RM10和RM11極顯著大于W8，RM1顯著小于W8，還有6份材料極顯著小于W8。

A: EMS突變株系與W8的稻穗表型; B: EMS突變株系與W8的籽粒長度表型; C: EMS突變株系與W8的籽粒寬度表型; D:穗長; E:每穗粒數(shù); F:實粒數(shù); G:百粒重; H:籽粒長度; I:籽粒寬度; J:單株產(chǎn)量A: Phenotypes of spikes of EMS mutagenic lines and W8; B: Phenotypes of grain length of EMS mutagenic lines and W8; C: Phenotypes of grain width of EMS mutagenic lines and W8; D: Panicle length; E: Number of grains per panicle; F: Number of filled grains; G: 100-grain weight; H: Grain length; I: Grain width; J: Yield per plant圖3 EMS突變株系水稻稻穗與籽粒表型與農(nóng)藝性狀Fig.3 Phenotypic and agronomic traits of panicles and seeds of EMS mutagenic lines

2.2 EMS突變株系農(nóng)藝性狀分析

由表1可知，EMS突變株系材料間各農(nóng)藝性狀變異較為豐富。突變株系7 d齡幼苗的總根長平均值為67.57 cm，極差34.33 cm，有6份突變株系的總根長超過W8(67.02 cm)，其中突變株系RM2的總根長最長，達到81.53 cm，而RM3的總根長最短，僅有47.2 cm。突變株系總根尖數(shù)均值為223個，極差188個，共6份材料總根尖數(shù)超過W8(212個)，其中RM13的總根尖數(shù)最多，為313個，而RM3的總根尖數(shù)最少，僅有125個。突變株系根表面積和根投影面積的平均值分別為8.57與2.73 cm2，其中RM5的數(shù)值最大，為10.25和3.26 cm2，而RM6最小，僅有7和2.23 cm2。突變株系的根平均直徑均值為0.44 mm，群體中根平均直徑大于W8(0.44 mm)的占71.4%，其中RM3的根平均直徑最大，達到0.53 mm，而RM7最小，僅有0.37 mm。突變株系株高的平均值為91.47 cm，極差為26 cm，有12份突變株系株高高于野生型W8(90.00 cm)，占85.7%，其中RM10的株高最高，達到102.10 cm，而RM3的最低，為76.10 cm。突變株系旗葉長的平均值為23.22 cm，其中RM5最長，達到25.80 cm，而RM1最短，僅有21.20 cm。突變株系的有效分蘗數(shù)均值為6個，其中RM11有效分蘗數(shù)為8個，RM10最多，達到9個。突變株系穗長的平均值為16 cm，極差為3.10 cm，有7份突變株系穗長超過W8(16.10 cm)，其中RM4的穗長最長，為17.70 cm。突變株系每穗粒數(shù)的平均值為143粒，極差為36粒，有5份突變株系每穗粒數(shù)多于W8(144粒)，RM4、RM9和RM11每穗粒數(shù)都在154粒上，RM9每穗粒數(shù)最多，達到161粒。突變株系實粒數(shù)的平均值為136粒，有4份突變株系實粒數(shù)大于W8(139粒)，其中RM4、RM9和RM11實粒數(shù)達到148粒以上，其中RM9實粒數(shù)最多(155粒)，其實粒率也最高，達到96.27%。突變株系百粒重的平均值為3.04 g，有7份突變株系的百粒重大于W8(3.06 g)，其中RM2百粒重最大，為3.18 g。突變株系籽粒長度平均值為7.78 mm，有10份突變株系籽粒長度大于W8(7.75 mm)，其中RM3最大，為8.10 mm，而RM10最小，僅為7.22 mm。突變株系籽粒寬度平均值為3.55 mm，其中RM10最大，為3.73 mm，而RM5最小，僅為3.41 mm。突變株系單株產(chǎn)量的平均值為27.24 g，極差為21.71 g，有4份突變株系單株產(chǎn)量大于W8(29.82 g)，RM10和RM11的單株產(chǎn)量都超過35 g，其中RM11最大，為37.16 g，超過W8產(chǎn)量7.34 g。

表1 表1 EMS突變株系的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of EMS mutagenic lines

突變株系各性狀按變異系數(shù)從大到小依次為：單株產(chǎn)量、總根尖數(shù)、有效分蘗數(shù)、總根長、根表面積、根平均直徑、根投影面積、實粒數(shù)、每穗粒數(shù)、旗葉長、株高、穗長、籽粒寬度、百粒重、籽粒長度。變異系數(shù)大于20%的有單株產(chǎn)量和總根尖數(shù)，表明這些性狀受到EMS誘變效果的影響較大，因而變異類型較為豐富。變異系數(shù)小于10%的有實粒數(shù)、每穗粒數(shù)、旗葉長、株高、穗長、籽粒寬度、百粒重和籽粒長度，表明這些性狀受到EMS誘變效果影響較小。綜上可知，EMS誘變使得武運粳8號水稻突變株系獲得了豐富的農(nóng)藝性狀變異，提供了較多可供篩選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)的材料。

2.3 EMS突變株系農(nóng)藝性狀指標的相關性分析

對突變株系的5個幼苗性狀、6個農(nóng)藝性狀、3個籽粒性狀以及單株產(chǎn)量進行了簡單相關性分析(表2)。發(fā)現(xiàn)多數(shù)農(nóng)藝性狀之間達到顯著或極顯著相關。其中，幼苗總根長與總根尖數(shù)極顯著正相關；總根長與根平均直徑極顯著負相關；總根長與穗長顯著負相關?？偢鈹?shù)與根平均直徑極顯著負相關；總根尖數(shù)與穗長顯著負相關。根表面積與根投影面積極顯著正相關。株高與有效分蘗數(shù)顯著正相關。有效分蘗數(shù)與單株產(chǎn)量極顯著正相關。穗長與每穗粒數(shù)和實粒數(shù)極顯著正相關。每穗粒數(shù)與實粒數(shù)極顯著正相關。籽粒長度與株高極顯著負相關。以上結果表明突變株系的這些性狀之間存在著緊密的聯(lián)系。

表2 EMS突變株系農(nóng)藝性狀之間的簡單相關性分析Table 2 Simple correlation coefficients of agronomic traits of EMS mutagenic lines

2.4 EMS突變株系聚類分析

由圖4可知，經(jīng)過系統(tǒng)聚類將14份突變株系與W8聚成5類。類Ⅰ包含W8與5份材料，類Ⅱ為RM4與RM9兩份突變株系，類Ⅲ包含5份材料，類Ⅳ和類Ⅴ都只有1份突變株系，分別為RM13和RM3，且聚類距離最遠，說明RM13和RM3兩個突變株系的農(nóng)藝性狀明顯區(qū)別于其他材料。

實心圓指突變株，空心圓指W8；羅馬數(shù)字表示下方加粗線段包含的突變株及W8所在類群。類Ⅰ包含RM6、RM12、W8、RM11、RM8和RM10；類Ⅱ包含RM4和MR9；類Ⅲ包含RM1、RM5、RM7、RM2和RM14；類Ⅳ包含RM13；類Ⅴ包含RM3Solid circles represented EMS mutagenic lines, hollow represented W8; Roman numerals indicated the group of mutagenic lines and W8 contained in the bold line below. Class I included RM6, RM12, W8, RM11, RM8 and RM10; Class II included RM4 and mr9; Class III included RM1, RM5, RM7, RM2 and RM14; Class IV included RM13; Class V included RM3圖4 EMS突變株系系統(tǒng)聚類Fig.4 Phylogenetic clustering of EMS mutagenic lines

由表3可知，各類群突變株系的農(nóng)藝性狀存在差異。W8所在的類Ⅰ有效分蘗數(shù)最多，單株產(chǎn)量也最高，達到31.22 g，表明有效分蘗數(shù)對單株產(chǎn)量的有較大影響。類Ⅱ幼苗的根表面積和根投影面積最大，分別為8.77和2.79 cm2，同時成株旗葉長和穗長最長，分別為23.63和17.51 cm，每穗粒數(shù)和實粒數(shù)都最多，為159.50和151.90粒，但百粒重最低，僅有2.97 g，同時籽粒長度最短，僅有7.64 mm。類Ⅲ的幼苗總根長最長，但每穗粒數(shù)最低，僅有134.40粒，籽粒寬度也最短。類Ⅳ的總根尖數(shù)最多，株高最高，為94.74 cm，抗倒伏性較弱，穗長最短，同時實粒數(shù)最低，僅125.20粒，單株產(chǎn)量也最低，為22.66 g。類Ⅴ的總根長、總根尖數(shù)、根表面積和根投影面積都最低，但根平均直徑最高，呈現(xiàn)為根系表型短粗，同時株高最低，僅有76.08 cm，抗倒伏性強，旗葉長最短，有效分蘗數(shù)最低，為5.63個，籽粒長度和籽粒寬度都最長，達到8.10和3.68 mm。

表3 各類群突變株系的農(nóng)藝性狀分析Table 3 Agronomic traits of the mutagenic lines between different clustering groups

3 討 論

構建水稻突變體庫為水稻性狀的改造以及遺傳育種的研究奠定了重要基礎。利用EMS誘變技術處理來獲得突變體和新型種質(zhì)已經(jīng)成為一種較為成熟且有效的手段。本研究利用EMS處理了水稻品種武運粳8號的種子，經(jīng)篩選后共獲得存在根系變異表型的5株M2代和9株M3代單株水稻突變體材料，對其的表型觀察表明，在幼苗根系、成株、稻穗與籽粒等性狀上都有突變體材料與W8存在較為明顯的差異。

數(shù)據(jù)分析表明，突變株系群體變異豐富，與W8在總根長、總根尖數(shù)、根表面積、根投影面積、根平均直徑、株高、有效分蘗數(shù)、穗長、每穗粒數(shù)、實粒數(shù)、百粒重、籽粒長度、籽粒寬度和單株產(chǎn)量等性狀指標上存在顯著差異，在突變株系中有85.7%的株系株高超過W8，有71.4%的株系籽粒長度超過W8，有64.3%的株系旗葉長超過W8，有50%的株系百粒重超過W8，同時還有42.9%的株系在總根長、總根尖數(shù)和穗長上都超過W8，表明1% EMS誘變對于水稻株高、旗葉長、百粒重、總根長、總根尖數(shù)、穗長和籽粒長度上都有較好的正向誘導效果。

相關性分析表明，水稻突變株群體成株的單株產(chǎn)量主要與有效分蘗數(shù)、穗長、每穗粒數(shù)、實粒數(shù)和百粒重正相關，與Ranawake等[12]和Luz等[13]研究結果一致，其中有效分蘗數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關，對產(chǎn)量影響較為明顯，同時成株穗部性狀也與產(chǎn)量密切相關[14-15]，其中較為重要的每穗粒數(shù)與實粒數(shù)均與穗長顯著正相關，與周倩倩[15]研究結果一致。這表明在今后的武運粳水稻育種工作中，可通過適當提高植株分蘗數(shù)與穗長以進一步改良武運粳水稻的單株產(chǎn)量。

此外，水稻突變株群體7 d齡幼苗根系性狀相關性分析表明，根平均直徑與單株產(chǎn)量呈正相關，而總根長、總根尖數(shù)、根表面積和根投影面積與單株產(chǎn)量呈負相關，這與宮殿凱等[16]的研究結果一致。幼苗根系總根長與總根尖數(shù)極顯著正相關，與根表面積和根投影面積都正相關，而與根平均直徑極顯著負相關，表明幼苗根系往往會呈現(xiàn)出長根細，短根粗的表型，在之后的武運粳8號水稻的育種工作中，篩選幼苗時根系表型更為粗短的材料對提高產(chǎn)量有較大的作用。同時，水稻幼苗培育更為簡單可控，觀測更為便捷高效，因而本文所提供的幼苗培育及篩選方法，也可為進一步優(yōu)化水稻高產(chǎn)育種技術提供一定的幫助。

為更進一步了解武運粳8號突變株系與W8在農(nóng)藝性狀上的關系，以更好的進行育種研究，本實驗將所獲取的突變株系與W8進行多維偏好分析(圖5)。綜合考慮各類材料，其中類Ⅰ的RM11和類Ⅱ中RM9材料的綜合性狀較為優(yōu)越，其有效分蘗數(shù)較多、長穗、每穗粒數(shù)、實粒數(shù)和單株產(chǎn)量都較高，是相對理想的高產(chǎn)水稻育種材料。類Ⅰ中RM10高產(chǎn)高桿，是飼料型材料育種的理想材料；類Ⅲ中RM14幼苗根系較為發(fā)達，適用于研究水稻幼苗早期根系發(fā)育調(diào)控，以及培育適應交替濕潤干燥條件的高產(chǎn)稻的理想根系構型[1]；類Ⅳ(RM13)空癟率較高，可用于研究調(diào)控水稻灌漿的功能基因調(diào)控；類Ⅴ(RM3)株高較低，百粒重和籽粒長寬都較高，是作物矮化育種和大粒品種育種的理想材料。此外，RM3株系與此前Jiang等[17]研究的OsRMC(Oryzasativaroot meander curling)相關的水稻彎卷曲根突變體表現(xiàn)類似。OsRMC參與茉莉酸(Jasmonic acid, JA)信號轉導，介導水稻根系發(fā)育并負調(diào)控根系卷曲，后續(xù)研究表明OsRMC受到兩種ERF(Ethylene-response factor)轉錄因子OsEREBP1(Ethylene-responsive element binding protein1)和OsEREBP2的調(diào)控，OsHOS1(High expression of osmotically responsive gene1)可降解這兩種轉錄因子進而影響OsRMC的作用[18]。但不同的是Jiang等[17]研究的OsRMC突變體根系在暗培養(yǎng)下根系只會出現(xiàn)小幅度彎曲，根系發(fā)育并未受明顯影響，而本實驗發(fā)現(xiàn)的RM3突變體根系在暗培養(yǎng)下依然出現(xiàn)了較為明顯的扭曲和螺旋，且相比于W8根系發(fā)育顯著弱勢，這表明RM3根系發(fā)育突變體很可能是研究水稻根系JA調(diào)控和機械感應與應答的良好材料。在今后的育種工作中，這些水稻突變體可作為優(yōu)良親本，可依據(jù)其不同變異性狀對其進行育種的利用和開展相關研究。

圓點越靠近性狀向量，表示圓點代表的株系在該性狀上表現(xiàn)越明顯，圓點在性狀向量指向的方向延伸越遠，表示圓點代表的株系在該性狀上超出群體平均值越大The closer the dot was to the trait vector, the more obvious the performance of the EMS mutagenic line on the traits, and the further the dot extends in the direction of trait vector, indicating that the line exceeds the population average value on the trait the more the line exceeded the average圖5 EMS突變株系多維偏好分析Fig.5 Multidimensional preference analysis of EMS mutagenic lines

4 結 論

利用EMS誘變技術處理武運粳8號水稻種子，對其M2和M3突變株系群體的苗期根系表型和成株農(nóng)藝性狀進行分析與評價。結果表明1% EMS誘變對于水稻株高、旗葉長、百粒重、總根長、總根尖數(shù)、穗長和籽粒長度上都有較好的正向誘導效果，可適當提高植株有效分蘗數(shù)與穗長以進一步改良武運粳水稻的單株產(chǎn)量。此外水稻幼苗根系發(fā)育在總體上與單株產(chǎn)量呈負相關，但結果并不顯著，選育苗期根系表型更為粗短的材料對提高產(chǎn)量也有一定作用。篩選獲取了6份相對理想的育種與實驗材料，其中RM3突變株系表型特殊，且該表型多代穩(wěn)定保持，很有可能是研究水稻根系JA調(diào)控和機械感應與應答的良好材料。