60Co-γ辐照高产低植酸小麦新品系的鉴定筛选

郎淑平，马燕欣

(浙江省嘉兴市农业科学研究院(所)，浙江嘉兴314016)



60Co-γ辐照高产低植酸小麦新品系的鉴定筛选

郎淑平，马燕欣

(浙江省嘉兴市农业科学研究院(所)，浙江嘉兴314016)

摘要：通过辐射诱变手段获得种子低植酸(low phytic acid)突变系，进而选育低植酸作物品系，是可行的技术路径。本研究利用60Co-γ辐照小麦种子，从其后代中筛选到熟期与辐射亲本相仿或早熟、高产且籽粒植酸含量明显低于辐射亲本的小麦新品系10份，为小麦育种提供新的种质资源。

关键词：60Co-γ辐照；高产；低植酸；小麦新品系

植酸又名6-磷酸肌醇，是植物体内磷和肌醇的主要储存形式，广泛存在于禾谷类和豆类等作物种子中[1]。植酸约占种子干重的1%～3%，其含磷量约占种子总磷的50%～80%[2]。作为食品和饲料中的一种主要抗营养因子，植酸能影响人和单胃动物对Fe、Zn及蛋白质等养分的吸收和利用。植物源饲料中的植酸磷难于被单胃动物吸收，需要向饲料中补充无机磷以满足动物生长对磷营养的大量需求。小麦田所施磷肥的80%左右将为土壤所固定，余下部分被小麦吸收且主要用于植酸的合成而带出土壤，故需要不断补施磷肥来满足小麦生长发育的磷营养需求，这样将导致磷在土壤中的大量积累，增加土壤磷向水体流失的可能性，以致水体富营养化。通过辐射诱变来选育农作物新品种已成为目前研究热点。本研究利用60Co-γ辐射扬麦158小麦种子，从其后代中筛选到熟期与辐射亲本相仿或早熟、高产且籽粒植酸含量明显低于辐射亲本的小麦新品系10份，为小麦育种提供新的种质资源。

1材料与方法

1.1供试材料

扬麦158小麦种子(由嘉兴市农科院引种保存)。

1.2试验方法

1.2.1种子辐射诱变及后代筛选。2011年8月将小麦种子1 kg置于60Co-γ辐照室以300 Gy辐射，同年秋播辐射后代种子；2012年4月挑选早抽穗单穗套袋自交，秋播单穗成穗行；2013年选农艺性状优良穗行秋播种成株系，2014年夏经田间抗赤霉病、整齐度及相关农艺性状筛选后保留M3代株系种子69份。

1.2.2植酸含量测定。1)植酸提取。称取一定量的麦粉样品装入15 mL离心管内，加入10 mL提取剂室温下提取2 h，提取期间漩涡仪不断振荡。其后3 000 r/min离心30 min，上清液转入另一15 mL 离心管内。2)Fe沉淀与溶解。取FeCl3溶液(称取约3.68 g FeCl3·6H2O溶于1 L 0.2 mol/L稀盐酸溶液)2 mL加入已提取的上清液中充分混合，100 ℃沸水浴30 min形成棉絮状的植酸铁沉淀(Fe-phytate沉淀)，冷却后离心。将离心后的溶液弃去上清液，加入10 mL的超纯水冲洗两次，倒去上清液后得到Fe-phytate沉淀。3)Fe-phytate沉淀溶解。向有沉淀的离心管中加入3.5 mL 1.5 mol/L NaOH以溶解Fe-phytate沉淀，漩涡仪不断振荡，直至管底白色沉淀全部溶解，形成Fe(OH)3后离心。加入3.0 mL 3.3 mol/L HNO3，形成Fe(NO3)3，之后加入4.5 mL超纯水，混合均匀，得到Fe(NO3)3溶液。4)Fe的测定。采用邻二氮菲法[3](北京大学分析化学教学组，1993)测定Fe(NO3)3溶液中Fe的含量。移取0.7 mL Fe(NO3)3溶液，加入4.9 mL 超纯水，混合均匀。取已稀释的Fe(NO3)3溶液0.8mL 加入15 mL 离心管，其后加入柠檬酸三钠(4.5%)、氢醌(1%)和邻菲罗啉(0.2%)各0.7 mL，加入4.5 mL超纯水稀释，此条件下pH值约为3.6，40 ℃水浴反应1 h，510 nm比色，得吸光值A510。5)植酸含量的计算公式，依照上述步骤，归纳植酸测定的计算公式如下：

Fe浓度(μmol/L)=A510/(B×55.8)

PA含量(mg/g)=Fe浓度/(4.28×1000×SW)×660×D

A510：510nm条件下测定铁的吸光值；B：铁的吸收系数0.2，指0.2个吸光值对应1μg铁；55.8：铁的原子量；4.28：铁与植酸的物质的量之比；SW：麦粉质量；660：植酸的摩尔质量；D：测定铁浓度过程中稀释的倍数555(7.5×8×9.25)。

1.2.3低植酸新品系产量鉴定试验。2014年12月5日播种70份材料(含对照)于试验田，试验田块前茬为单季晚稻，统一土质青紫泥，肥力中等，排灌设施完善方便。拖拉机开沟，人工耙平作畦，畦宽1.8 m，沟宽0.2 m，小区面积20 m2；开沟前用除草剂清除田间杂草，采用撒播方式，统一播种量10.0 kg/667m2，播种后人工松土盖麦。施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)25 kg/667m2做底肥，分蘖期施尿素15 kg/667m2，拔节期施尿素肥10 kg/667m2，成熟后统一收割，单独晒干称重，折算产量。

1.2.4试验数据分析。用SPSS 17.0软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1低植酸小麦种子突变体的鉴定与筛选

2014年夏收获70份种子(含辐射亲本对照)，晒干后进行植酸含量测定，每样品3次重复，获得植酸含量比对照低的材料共34份，其中差异达极显著水平的材料31份，达显著水平的材料3份；2015年再次测定获得植酸含量比对照低的材料共39份，其中差异达极显著水平的材料30份，达显著水平的材料9份。2年植酸含量频率分布均符合正态分布(图1，2)；2年均与对照存在显著差异水平的材料22份，其中达极显著差异水平的材料15份(表1)。

2.2低植酸小麦新品系农艺性状与产量比较

从2014、2015两年植酸含量低于对照并存在显著差异的22份材料中，获得产量比对照高的10份材料(Z8、Z11、Z13、Z18、Z20、Z23、Z48、Z49、Z50、Z59)，其相关农艺性状及产量见表2。

图1 2014年60Co-γ辐照小麦种子植酸含量频率分布图2 2015年60Co-γ辐照小麦种子植酸含量频率分布

表1　2014～2015两年60Co-γ辐照小麦种子后代植酸含量

续表1

编号2014年植酸含量(mg/g)与CK差异显著性2015年植酸含量(mg/g)与CK差异显著性平均一致性aZ54.724.72**3.723.72**4.22a**Z64.404.40**3.923.924.16Z74.624.62**4.134.134.38Z84.694.69**3.733.73**4.21a**Z94.734.73**4.134.134.43Z104.124.12**3.643.64**3.88a**Z114.494.49**3.783.78*4.14a*Z124.784.78**4.094.094.44Z134.924.92*2.612.61**3.77a*Z144.204.20**3.793.79*4.00a*Z154.074.07**3.533.53**3.80a**Z164.304.30**5.105.10**4.70Z174.324.32**4.084.084.20Z184.914.91*3.773.77**4.34a*Z194.644.64**3.453.45**4.05a**Z204.734.73**3.703.70**4.22a**Z214.424.42**3.393.39**3.91a**Z224.074.07**3.943.944.01Z234.494.49**3.423.42**3.96a**Z244.444.44**3.423.42**3.93a**Z254.414.41**3.763.76**4.09a**Z264.394.39**3.913.914.15Z275.695.69*4.144.144.92Z285.695.69*3.823.82*4.76Z295.375.373.073.07**4.22Z305.805.80**4.074.074.94Z315.575.574.234.234.90Z325.445.443.883.884.66Z335.435.434.004.004.72Z345.565.564.054.054.81Z355.665.66*3.943.944.80Z366.186.18**3.603.60**4.89Z375.265.263.843.84*4.55Z385.615.613.883.884.75Z395.715.71*3.933.934.82Z405.895.89**3.703.70**4.80Z414.944.943.683.68**4.31Z425.095.094.034.034.56Z435.165.163.763.76**4.46Z444.814.81**3.523.52**4.17a**Z455.155.153.753.75**4.45Z465.085.083.303.30**4.19Z475.085.083.753.75**4.42Z484.004.00**3.593.59**3.80a**Z494.014.01**3.753.75**3.88a**Z503.743.74**3.613.61**3.68a**

续表1

编号2014年植酸含量(mg/g)与CK差异显著性2015年植酸含量(mg/g)与CK差异显著性平均一致性aZ513.893.89**3.823.82*3.86a*Z525.375.373.653.65**4.51Z535.425.423.643.64**4.53Z544.524.52**4.184.184.35Z554.184.18**4.124.124.15Z564.244.24**3.843.84*4.04a*Z574.394.39**4.364.36**4.38Z594.634.63**3.813.81*4.22a*Z604.444.44**3.603.60**4.02a**Z614.914.91*4.374.37**4.64Z625.305.304.194.194.75Z645.425.424.534.53**4.98Z655.595.594.704.70**5.15Z665.395.394.154.154.77Z675.385.384.084.084.73Z685.435.433.803.80*4.62Z695.715.71*4.304.30*5.01Z715.655.65*3.703.70**4.68Z725.645.64*3.663.66**4.65

注：*表示达0.05显著水平；**表示达0.01极显著水平。下同。

表2　低植酸小麦新品系产量与农艺性状比较

产量高于对照并存在显著性差异的有4份(P< 0.05)：Z8、Z18、Z20、Z23，其中Z8、Z20产量与对照差异达极显著水平(P< 0.01)。Z8产量最高，株高较矮，短棒穗(辐射亲本对照为长方穗)，籽粒排列紧密、饱满，每穗粒数和有效穗较多；Z20产量次之，穗较大，每穗粒数较多，籽粒饱满；Z18、Z23中抗白粉病、籽粒饱满。Z48大穗、大粒，千粒质量较高，但白粉病较重，影响产量。

3讨论

扬麦158系江苏里下河地区农科所育成品种，具有熟期早、丰产稳产性好、穗大、籽粒红皮饱满、熟相好、中抗赤霉病、白粉病等优点。由于生产上扬麦158株高偏高，生长后期遇到短时大风大雨天气，容易产生倒伏现象，严重影响产量，所以我们选择以扬麦158为辐照亲本，期望从其后代中筛选熟期与之相仿、矮杆、具有高产潜力、籽粒植酸含量明显低的小麦突变体新材料。

植酸具有抑制作物种子萌发的作用[4]，我们在其他研究中也发现绝大多数低植酸突变体发芽势、发芽率以及耐盐性均优于对照[5]。在播种量相同情况下，籽粒千粒质量低的田间表现苗多，有效穗较高，如Z18、Z49、Z50、Z59。筛选到的低植酸材料，部分在穗型上也发生了改变，由亲本的长方穗变为(短)棒穗，每穗粒数增多，如Z8、Z49；筛选的突变体材料在赤霉病抗性上与亲本相当，但部分材料在白粉病抗性方面发生了改变，亲本田间表现中抗—抗白粉病，而Z48、Z49田间表现白粉病较重，影响叶片光合作用，导致增产幅度不高，其生理生化机制有待进一步研究。

参考文献：

[1]RABOY V. Seeds for a better future:Low phytate grains help to overcome malnutrition and reduce pollution[J].Trends in Plant Science, 2001,6(10):458-462.

[2]MORRE D J,BOSS W,LOEWUS F A.Inositol Metabolism in Plants[M].New York:Willy-Liss Press,1990:52-73.

[3]北京大学化学系分析化学教研室. 基础分析化学实验[M].北京:北京大学出版社,1993:200-206.

[4]任学良,舒庆尧.低植酸作物的研究进展及展望[J].核农学报,2004,18(6):438-442.

[5]郎淑平,马燕欣.NaCl胁迫对低植酸小麦突变体材料种子萌发特性的影响[J].大麦与谷类科学,2016,33(1):8-12.

Screening and Identification of New High-Yielding Wheat Lines with Low Phytic Acid Induced by60Co-γ Radiation

LANG Shu-ping, MA Yan-xin

(Jiaxing Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province, Jiaxing 314016, China)

Abstract:In recent years,it has emerged as a research hotspot that crop mutant lines with low phytic acid (LPA) are induced by radiation mutagenesis, which are subsequently used as materials to breed LPA varieties. In this study, by screening a large number of60Co-γ radiated wheat seeds, we obtained 10 new wheat lines. Compared to their parental variety, the new wheat lines attained higher yield and had lower phytic acid content while having similar or earlier maturity time. These new wheat lines can be used as a new source of wheat germplasm for breeding LPA varieties in the future.

Key words:60Co-γ radiation, High yield, Low phytic acid, New wheat lines

收稿日期：2016-02-24

基金项目：嘉兴市科技计划(2012AZ1007);浙江省旱作粮油科技创新团队项目(2011R50026-17)

作者简介：郎淑平(1979—)，男，高级农艺师，主要从事大麦与小麦遗传育种工作。E-mail: littlelsp@163.com。

中图分类号：S512.1; Q947.9

文献标识码：A

文章编号：1673-6486-20160151

网络出版时间：2016-04-28

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160428.1134.002.html