高粱种子EMS诱变处理的研究

白鸿雁 杨 伟 武 擘

（山西省农业科学院高粱研究所，晋中 030600）

农作物化学诱变育种是指用化学诱变剂处理作物品种材料，以诱发材料产生可以遗传的变异，然后根据育种目标，对产生的变异进行多世代的选择和鉴定，育成生产上可利用的品种或品系[1]。由于化学诱变具有使用方便、成本低廉、点突变比例高、突变频率高等特点[2]，近年来被育种者广泛使用。在众多的化学诱变剂中，甲基磺酸乙酯（EMS，ethyl methyl sulfonate）被认为是最高效、安全的一种，其主要诱发点突变，能对作物品种的某一个性状进行改良，应用最为广泛[3-8]。目前，国内利用EMS化学诱变育种技术，在大豆、花生、大麦、春小麦、水稻等的诱变选育中获得了巨大成就[9]。关于EMS化学诱变育种技术在高粱中的应用比较少，吕鑫等[10]用EMS对高粱无融合生殖系1094和2083的种子进行诱变处理，得到了株高、穗长、育性及结实率等突变体材料。张会等[11]以甜高粱品种能饲1号为野生型构建EMS化学诱变突变体库，最后筛选得到3份特异突变体材料：SM83、SM197、SM305。为了更有效地开展高粱EMS诱变育种，创造新的种质资源，选择育种上常用的6个高粱恢复系材料，研究了EMS对种子发芽率、成苗率、发芽势的影响，以探讨其对高粱的诱变效应，为进一步开展高粱化学诱变育种工作提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试品种为高粱恢复系三尺三、M2016、晋粱五号、R111、SP91、112097，2016年种植于山西省农业科学院高粱研究所修文试验基地，收获后保存。试验于2017年在高粱遗传与种质创新山西省重点实验室进行。

1.2 试验方法

1.2.1 不同EMS浓度对高粱种子的诱变试验设置EMS溶液的浓度分别为0.1%、0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%和0.5%。选取子粒饱满成熟的R111种子，分装于小纱袋中，每袋100粒，分别放置于7个烧杯中，分别加入不同浓度的EMS溶液浸泡15h，然后将EMS溶液倒掉，用流水冲洗3h，除去残留的EMS溶液。将种子取出后放入7个培养皿中的无菌滤纸上进行培养，培养箱的温度为25±1℃，7d后分别统计发芽种子数和正常生长的苗数并计算发芽率和成苗率。以蒸馏水浸泡的R111种子作为对照。试验重复3次。

1.2.2 不同EMS处理时间对高粱种子的诱变试验选取子粒饱满成熟的R111种子，分装于小纱袋中，每袋100粒，分别放置于6个烧杯中，加入浓度为0.25%的EMS溶液分别浸泡1h、5h、10h、15h、20h、25h后倒掉EMS溶液，无菌水冲洗3h，将种子取出后放入6个培养皿中的无菌滤纸上进行培养，培养箱的温度为25±1℃，7d后分别统计发芽种子数和正常生长的苗数，并计算发芽率和成苗率。以不浸泡的种子作为对照，试验重复3次。

1.2.3EMS对不同基因型材料的诱变试验挑选三尺三、M2016、晋粱五号、R111、SP91、112097高粱恢复系饱满成熟的种子，分别装于小纱袋中，后全部放入一个大烧杯中，加入浓度为0.25%的EMS溶液浸泡10h，倒掉EMS溶液后用流水不断冲洗3h，除去残留的EMS溶液。取出种子分别放入6个培养皿中的无菌滤纸上进行培养，温度为25±1℃。以蒸馏水浸泡的种子作为对照，试验重复3次。3d后统计发芽种子数并计算发芽势，7d后统计发芽种子数和正常苗数，并计算发芽率和成苗率。

1.3 数据分析根据高粱种子发芽数计算种子发芽率和发芽势，成苗率以直观统计为主，数据分析采用Excel软件。

发芽率=（发芽种子数/供试种子数）×100%

成苗率=（7d后正常生长的苗数/供试种子数）×100%

发芽势=（3d内发芽的种子数/供试种子数）×100%

2 结果与分析

2.1EMS浓度对R111发芽率和成苗率的影响EMS

处理R111后，发现种子的发芽时间推迟，比没处理的种子推迟2～3d，另外，发芽后苗的生长也受到抑制，苗高较矮，苗比较细小。由表1可知，随着EMS浓度的升高，发芽率和成苗率下降，在EMS浓度为0.5%时，成苗率为0，所以高粱恢复系R111的EMS致死浓度为0.5%，按照成苗率近似对照的一半计算，半致死EMS浓度为0.25%，即为适宜的诱变浓度。

表1 EMS浓度对R111发芽率和成苗率的影响 （%）

2.2 处理时间对R111发芽率和成苗率的影响以浓度为0.25%的EMS溶液处理R111种子，考察不同处理时间对R111种子发芽率和成苗率的影响。如表2所示，随着处理时间的延长，R111的发芽率和成苗率逐渐降低，当处理时间为10～15h，其成苗率大约为对照的一半，所以高粱恢复系R111适宜的EMS诱变处理时间为10～15h。

表2 不同处理时间对R111发芽率和成苗率的影响

2.3EMS对不同基因型材料的诱变效果以浓度为0.25%的EMS溶液处理R111、三尺三、M2016、晋粱五号、SP91、112097的种子10h，比较EMS对不同基因型材料的诱变效果。结果表明，不同基因型材料的发芽率、成苗率和发芽势明显不同（表3）。在所试验的浓度和时间下，有些材料的成苗率接近于对照的一半，其半致死浓度为0.25%，如R111、M2016、SP91；有些材料的成苗率低于对照的一半，其半致死浓度小于0.25%，如112097；有些材料的成苗率高于对照的一半，其半致死浓度大于0.25%，如三尺三、晋梁5号。说明不同基因型材料对EMS浓度的敏感程度不同，不同基因型材料有不同的半致死浓度。并且还发现不同基因型材料的发芽时间、幼苗高度、幼苗健壮程度都有明显的差异，而且还会有畸形苗出现。

表3 EMS对不同基因型材料的处理效应

3 讨论

诱变剂浓度和处理时间是影响诱变处理效果的重要因素[12]。一般认为，半致死浓度为适合的处理浓度，浓度过高时对种子的生理损伤大，易导致多数种子不发芽；浓度过低时，虽然对种子的生理损伤小，但诱变效果也会降低。根据本研究的结果，R111的半致死浓度为0.25%，因此R111适宜的EMS处理浓度为0.25%。而其他品种经0.25%浓度的EMS溶液处理10h后，成苗率或接近对照的一半，或高于对照的一半，或低于对照的一半，其最适处理浓度，需要做进一步的比较试验才能得出。适宜的处理时间为使受处理材料完全水合和被诱变剂浸透，处理时间越长，诱变剂在材料中的渗透程度越强，造成材料的生理损伤越大[13]。本研究表明，在半致死浓度处理下，适宜的诱变处理时间为10～15h。EMS诱变处理不仅会对种子的发芽率和成苗率有影响，而且还会影响幼苗的生长状态，试验中可以观察到，经EMS诱变处理后，种子的发芽时间延长，幼苗纤细弱小，有的品种会出现茎部或者叶片发白现象，另外还观察到一些畸形苗现象，这说明EMS对高粱种子的诱变效果非常明显。

4 结论

EMS诱变处理对种子的发芽率、成苗率及幼苗的生长状态都有明显的影响，不同基因型对EMS的敏感性不同，半致死浓度有差异。R111的EMS致死浓度为0.5%，半致死浓度为0.25%，适宜的处理时间为10～15h。

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