不同基因型花生EMS诱变条件分析及突变系筛选

2014-10-21杨富军王绍伦高华援刘海龙周玉萍李春洁朱统国孙晓苹李晓伟

安徽农业科学 2014年33期

关键词：花生

杨富军王绍伦高华援刘海龙周玉萍李春洁朱统国孙晓苹李晓伟

摘要为明确不同基因型花生最佳甲基硫酸乙酯（EMS）诱变条件，以“四粒红”和“白沙1016”花生品种为材料，在0.30%、0.90% EMS溶液中浸泡3、5、7和9 h，进行发芽试验。结果表明：以致死量达到50%为标准，多粒型花生的最佳处理条件是0.90%EMS溶液诱变7 h，珍珠豆型花生则为0.90%EMS溶液诱变9 h，多粒型花生对EMS响应明显。在M3、M4代突变系中，多粒型筛选出YD35、YD3、和YD22 3个高产株系，最高增产565 kg/hm2，珍珠豆型筛选出YZ4、YZ2和YZ1 3個高产株系，最高增产570 kg/hm2。

关键词花生;多粒型;珍珠豆型;EMS诱变;突变系

中图分类号 S565.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）33-11778-04

Analyzing EMS Mutagenesis Conditions of Different Genotypes Peanut and Screening of Mutant Lines

YANG Fu-jun1， WANG Shao-lun1*， GAO Hua-yuan1* et al

（Peanut Research Institute， Jilin Academy of Agricultural Science， Gongzhuling， Jilin 136100）

Abstract In order to clarify the best EMS mutagenesis conditions of different peanut genotypes， with ‘Silihong and‘Baisha1016 as materials， the germination experiments were conducted at 0.30%， 0.90% EMS solution soaking for 3， 5， 7 and 9 h. Lethal to 50% of the standard， the results showed that the optimum treatment conditions of multi-grain type peanut is soaking into 0.90% EMS solution for 7 hours， and the vulgaris type peanut need soaking into 0.90% EMS solution for 9 hours. Multi-grain type peanut was significantly response for EMS. In the M3 and M4 generations mutant lines， multi-grain type peanut had selected three high-yield strains， YD35， YD3 and YD22 ， and the highest incremental was 565 kg/hm2 in yield. Vulgaris type peanut also had screened three high-yield strains， YZ4， YZ2 and YZ1， and the highest incremental was 570 kg/hm2 in yield.

Key words Peanut; Multi-grain type; Vulgaris type; EMS mutagenesis; Mutant lines

基金项目国家花生产业技术体系项目（CARS-14）;吉林省科技发展计划项目（20120210）;吉林省自然科学基金项目（201215195）。

作者简介杨富军（1986-），男，山东泰安人，研究实习员，硕士，从事花生栽培生理生态研究。*共同通讯作者，王绍伦，副研究员，从事花生高产栽培理论研究;

高华援，研究员，硕士，从事花生育种研究。

收稿日期 2014-10-30

化学诱变育种方法是一种专一性强、周期短、改良效果明显的新型育种方法，采用化学诱变剂人为诱导作物发生突变，产生自然界原来没有的或一般常规方法难以获得的新类型、新性状、新基因，再通过突变体的多世代筛选和鉴定直接或间接地培育出生产上可以利用的作物新品种[1-4]。在众多的化学诱变剂中，EMS被认为是应用最好的诱变剂，目前已被广泛应用于农作物诱变育种，现已育成2 250个品种，主要有水稻、小麦、大麦和大豆等[3，5-8]。

1985年美国的Sivaram等用不同浓度的EMS处理花生种子，比较其诱变效果，获得了M3高产突变系[9-10]。朱保葛等研究了EMS诱变时间对不同花生品种诱变效应的影响，发现各处理花生后代性状的变异频率和突变系选育效果差异显著[11];EMS处理后代花生荚果大小发生明显改变，籽仁品质也发生变化，蛋白质和油脂含量分别提高3～5个百分点[9]。前人利用EMS化学诱变技术已育成较多花生新品种[9，10-13]，但针对不同基因型花生EMS最佳诱变条件的选择以及突变系选育效果的研究尚未见报道。为此，笔者设置不同EMS浓度和诱变时间组合，浸泡多粒型和珍珠豆型花生种子，通过发芽试验明确了2种基因型花生的最佳诱变条件，并利用变异株系多世代繁育筛选出了高产、优质综合性状优良的突变株系，旨在为吉林省花生诱变育种奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的花生品种为多粒型花生品种扶余四粒红、珍珠豆型花生品种白沙1016，均为吉林省主栽花生地方品种。诱变剂是EMS，由美国Sigma公司生产。

1.2 试验方法

试验于2010～2013年在吉林省农业科学院花生研究所实验室、试验田进行。

1.2.1

EMS诱变发芽率试验。

试验设有3个因素：因素1为供试基因型花生品种（P），即P1 多粒型（四粒红）、P2 珍珠豆型（白沙1016）;因素2为浓度（N），设2个浓度，即0.30%、0.90%，以N1、N2表示;因素3为诱变时间（H），设诱变3、5、7、9 h 4个水平，分别用H1、H2、H3、H4表示。试验共设16个处理，3次重复。

2010年5月14日，每个品种亲本材料挑选2 400粒种子，以100粒为单位分成24袋，2个亲本共48袋，按处理要求浸泡在EMS处理液中。

5月15日播种，将处理好的M1代种子在田间按小区种植，每个小区4垄，小垄单行种植，小区长3.5 m，垄宽0.6 m，小区面积8.4 m2，各处理穴距14.8 cm，每穴1粒。试验采用3因素完全随机区组试验设计，3次重复。田间管理按高产田进行，调查出苗率、植株生长状况以及植株变异类型，收获时，每个处理均按突变类型收获变异单株。

1.2.2

诱变株系多世代筛选试验。

2011～2013年，将M2～M4代按株系单粒播种成行，每个基因型花生设置3组亲本对照。进一步调查变异株系生长情况，选择典型变异植株，并按株系收获，统计M2代各处理全区收获率、植株突变类型及突变频率;筛选M3代典型高产突变株系收获、考种;调查M4代农艺和产量性状，并進行籽仁品质测定。

1.3 数据处理

采用DPS数据处理软件对数据进行完全随机单因素统计，Duncans新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 EMS浓度和诱变时间对2种基因型花生发芽率的影响

诱变剂EMS浓度对2种基因型花生发芽率影响显著（表1），诱变时间一定，发芽率随EMS浓度升高而锐减。诱变时间为H1、H2、H3、H4时，浓度由N1提升到N2时，P1发芽率分别降低20、20、21、30个百分点;P2发芽率则分别降低15、15、17、24个百分点。EMS诱变时间相同、浓度升高时，P1发芽率下降幅度明显大于P2，说明高EMS浓度对P1种子萌发损伤较大。

诱变剂EMS浓度相同时，2种基因型花生发芽率均随诱变时间的延长而逐渐降低。当浓度为N1时，诱变3 h的P1发芽率为88%，诱变9 h降至69%，降幅达19个百分点;P1发芽率则由90%降至72%，降幅达18个百分点;浓度为N2时，2种基因型花生的降幅分别为29和27个百分点。在高浓度EMS条件下，诱变时间越长对花生发芽率影响越显著，低浓度时则影响相对较小。

表1 不同EMS处理的2种基因型花生发芽率（2010年）%

2.2 2种基因型花生对诱变剂EMS的响应

由图1可知，在N1浓度下，2种基因型花生均具备较高的发芽率，基因型之间差异不明显;在N2浓度下，P1发芽率较P2低7～9百分点，其中在N2H4时差异达到最大。P1在N2H3诱变条件下接近半致死剂量，P2则是在N2H4条件下。同时可以看出，P1对EMS诱变剂的响应程度高于P2，高浓度处理时响应更明显。

图1 2种基因型花生发芽率对比（2010年）

2.3 2种基因型花生M1代和M2代保苗率

EMS浸泡处理的花生种子（M1代）按小区单粒播种，M1代出现出苗慢、苗弱、苗不齐，植株徒长或矮化、丛生、缺绿，成熟期差异明显，部分植株甚至不能正常成熟等症状。由表2可知，各处理均严重缺株，P1保苗率为18.3%～52.3%，P2为21.7%～57.3%，P1总收获株数较P2少85株，仅有838株。另外，低浓度收获株数约占总收获株数的60%。

不同处理M1代结果数的差异直接影响M2代播种粒数。各处理M2种子按株系单粒播种，播种粒数及收获株数见表2。2种基因型花生M2代植株的收获率较M1代均显著提高，P1保苗率上升至68.7%～72.7%，P2上升至69.8%～73.4%;高浓度EMS诱变M2代的保苗率较M1代增幅达30.2～53.2个百分点。

表2 2种基因型花生M1代和M2代收获株数及保苗率（2010、2011年）

2.4 2种基因型花生M2代突变类型及突变频率

由表3可知，在EMS化学诱变作用下，2种基因型花生M2代群体中总变异株数差异不大，P1为436株，P2为420株;突变类型集中表现为株高、熟期、分枝数和种皮颜色的变化，而各类型突变频率则因品种基因型不同而大小各异。P1的M2代总突变频率为17.9%，各处理突变频率在10.4%～28.4%;P2的M2代总突变频率为15.8%，各处理突变频率在9.2%～25.2%。P1各处理M2代群体中矮化型突变率是增高型的1.50～6.00倍，总突变株数分别为112和44株;早熟突变率是晚熟的0.25～3.00倍，总突变株数分别为84和80株;群体中分枝数增加有68株，分枝数减少有12株;种皮变色的有36株。P2各处理M2代群体中矮化型突变率是增高型的1.50～7.00倍，总突变株数分别为148和56株;早熟突变率是晚熟的0.20～2.00倍，总突变株数分别为32和72株;分枝增加有84株，减少有28株。总体来看，突变频率较高的类型主要是植株矮化、晚熟和分枝增加。

2.5 2种基因型花生M3代收获株系及种子数

由表4可知，P1收获株系45个，后代种子总计1 055粒，其中株系YD35、YD3和YD22的种子数最多，分别有69、57和50粒，其余株系收获种子数分布区间集中在11～20和21～30粒;P2收获株系46个，后代种子数总计1 087粒，其中株系YZ4、YZ2和YZ1的种子数较多，分别有45、44和38粒，另各有16个株系收获的种子数在11～20和21～30粒范围内。

表3 不同处理组合花生M2代性状突变类型及频率（2011年）

表4 2种基因型花生M3代收获株系及种子数（2012年）

2.6 M4代高产株系花生农艺和产量性状的表现

由表5可知，2种基因型花生诱变M4代高产株系与亲本在农艺、产量性状上的差异因基因型不同而不同。在P1诱变M4代中，YD22 和YD35的株高明显降低，其中 YD35降低9.2 cm，YD35的分枝数、单株结果数、果重、出仁率和产量较亲本均显著提高，较亲本增产565 kg/hm2，达到极显著水平。在P2诱变M4代中，3个高产株系株高较亲本矮，而与产量提升相关的分枝数、单株结果数和出仁率等指标有不同程度的提高，其中YZ2和YZ4增产效果极显著，分别较亲本增产390和570 kg/hm2。

2.7 M4代高产株系籽仁品质

由表6可知，2种基因型花生M4代高产株系籽仁内主要物质成分和油内脂肪酸组成与亲本相比均发生明显变化。在P1诱变M4代中，YD35的含油量高于亲本，达到50.33%;YD2和 YD22的含油量低于亲本，而含糖量则高于亲本，其中YD2含糖量达4.04%;3个高产株系的蛋白质含量均低于亲本;YD22和 YD35的油酸/亚油酸略高于亲本。在P2诱变M4代中，YZ2和YZ4的含油量高于亲本，分别为50.15%和50.65%;YZ1和YZ2 的蛋白质含量高于亲本，分别达到26.64%和26.71%;3个株系糖类含量都低于亲本;变异株系YZ1和 YZ4的油酸/亚油酸高于亲本，油脂品质得到改善。

3 讨论与结论

化学诱变育种作为丰富作物种质资源、选育新品种的重要手段之一[12-15]。在诱变育种时，确定适宜的诱变剂浓度和诱变时间难度较大，浓度过大或是诱变时间过长对试验种子的毒害越大，其M1代发芽率降低;浓度过低或是诱变时间过短，诱变效果差，突变概率降低。该研究表明，不同基因型花生对EMS诱变的响应存在显著差异，产生变异的类型和变异频率亦各不相同。多粒型花生的最佳处理条件是0.90% EMS溶液诱变7 h，珍珠豆型花生则为0.90% EMS溶液诱变9 h。因此，珍珠豆型花生达到半致死效应时，较多粒型花生所需诱变时间更长;且在不同诱变条件下，珍珠豆型花生M1代的发芽率均高于多粒型花生。在诱变M2代中，2种基因型花生发芽率均较M1代明显提高，基因型之间发芽率的高低差异也显著缩小;但植株徒长或矮化、生育期延长（晚熟）或缩短（早熟）、分枝数增加或减少及种皮变色等性状变异类型，由于基因型不同表现出不同变异频率，其中植株矮化和晚熟为主要变异表现类型。

2012年，筛选出M3代株系91个，其中多粒型诱变株系45个，得到高产株系3个，最高产单株收获种子69粒;珍珠

豆型诱变株系46个，得到高产株系3个，最高产单株收获种

表5 M4代高产株系与亲本在农艺、产量性状上的差异（2013年）

注：同一基因型同列后不同大、小写字母分别表示株系间在0.01、0.05水平差异显著。

表6 M4高产株系花生籽仁内主要物质成分和油内脂肪酸组成（2013年）

子45粒。该研究对6个高产株系M4代就农艺性状和籽仁品质等方面与亲本进行对比分析，发现该6个株系荚果产量之所以显著提高，究其原因是变异株单株结果数增加、果重和出仁率明显提高;在籽仁品质方面，YD35和YZ4的含油量、YZ2的蛋白含量和YD2的糖类含量均较亲本得到提高;YD22和YZ4脂肪酸中的油酸/亚油酸比得到提高，油脂稳定性和品质得到改善。

试验品种四粒红（多粒型）和白沙1016（珍珠豆型）均是种植几十年以上的老品种，由于其适宜当地气候条件、品质独特，在花生贸易中占有重要地位，一直是吉林省主栽地方品种，但产量水平低，品种生产潜力有限。该研究针对这一情况进行一系列EMS化学诱变试验，初步确定了适宜的诱变条件，为吉林省花生诱变育种提供了理论依据;成功选育的6个高产株系在品质方面各有特点，适合筛选油用和食用花生新品种，并为选育适宜北方高寒地带的油用型和食用型花生品种提供理论基础和技术支持，同时有助于突破北方高寒地带的花生种质资源基础狭窄和利用率低的局面，加速东北高纬度花生产区种质资源创新。

参考文献

[1]BIRD R，MCK M，NEUFFER G.Induced mutations in maize[M]//JANICK J.Plant Breeding Reviews （5）.New York：Van NostrandReinhold，1987：139-180.

[2] 马惠平，赵永亮，杨光宇.诱变技术在作物育种中的应用[J].遗传，1998，20（6）：41-43.

[3] 王元东，赵久然，郭景伦，等.诱变育种在创造玉米新种质中的应用[J].北京农业科学，1999，17（2）：12-16.

[4] 柳学余.农作物化学诱变育种[M].南京：东南大学出版社，1992.

[5] 杜连恩，魏玉昌，可福存，等.大豆化学诱变育种及其规律的研究[J].华北农学报，1989，4（2）：39-43.

[6] 赵永亮，宋同明.玉米化学诱变研究进展[J].河北农学报，1996，11（4）：24-28.

[7] 许耀奎，顾光炜，邬信康.作物诱变育种[M].上海：上海科学技术出版社，1985.

[8] 安学丽.不同诱变剂与不同诱变方法对玉米诱变效应的研究[D].重庆：西南农业大学，2003.

[9] 王传堂，杨新道，陈殿绪，等.化学诱变获得花生超大果和小果突变体[J].花生学报，2002（4）：5-8.

[10] 殷冬梅.杨秋云.杨海棠，等.花生突变体的EMS诱变及分子检测[J].中国农学通报2009，25（5）：53-56.

[11] 朱保葛，路子显，耿玉轩，等.烷化剂EMS诱发花生性状变异的效果及高产突变系的选育[J].中国农业科学，1997，30（6）：87-89.