EMS诱变对西瓜种子萌发及农艺性状的影响

翟永琪 贾 利 马绍鋆 江海坤 孙学良 张 涛 宋江华 严从生* 丁强强 张其安

（1 安徽农业大学园艺学院，安徽合肥 230036；2 安徽省农业科学院园艺研究所，安徽合肥 230031；3 园艺作物种质创制及生理生态安徽省重点实验室，安徽合肥 230031）

西瓜（Citrullus lanatusL.）营养丰富、口感酥脆、味道香甜，深受消费者喜爱，具有很高的经济价值。我国是西瓜生产和消费大国，年产量一直位于世界首位（王晓君 等，2021）；截至2019 年我国西瓜种植面积增至147 万hm2，占世界总种植面积的47%（刘文革，2021）。为适应国内和全球市场的生产和消费需求，目前我国西瓜育种的主要目标是抗病、抗逆、高产、优质、耐贮运等（刘文革等，2016；Huang et al.，2019）。种质材料是育种工作的重要基石，由于长期自然选择和人工选择育种，使我国西瓜种质资源收集范围越来越狭窄，缺乏创新性的优异种质资源，因此创制西瓜新种质迫在眉睫（刘文革，2021）。

诱变育种技术是解决当前育种工作中遗传背景狭窄、遗传资源稀缺等问题的有效方法之一。其中，化学诱变具有成本低、操作简单、突变性状稳定等优点，是创制新种质的有效手段（Gao et al.，2022）。甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonste，EMS）是最常用的化学诱变剂之一，具有稳定性好、突变类型丰富、染色体损伤小、诱变频率高等优点，目前已经在葫芦科、茄科、十字花科等蔬菜作物的突变体库构建及种质资源创制中取得一定进展（杨建胜 等，2018；Chen et al.，2018；李世升 等，2019；Li et al.，2019；Xiao et al.，2019；王艺 程等，2022；Gao et al.，2022；Huang et al.，2022）。研究表明，EMS 诱导获得的突变体在非生物胁迫、表型性状和代谢物含量等性状上均有所改善。张慧等（2022）以多油辣木（Moringa oleiferaLam.）品种PKM-1 为材料，经EMS 诱变处理后发现M2出现芽多分支的株型性状突变，叶腋分化能力强，有望作为高产辣木育种研究材料。叶卫军等（2020）以绿豆品种皖科绿3 号为材料，经EMS 处理后发现1 株扁平茎的突变体，其结荚位置主要集中在植株顶部，便于机械化收割。Xiao 等（2017）对茄子M2的表型性状进行研究，发现其突变基因可通过调控MYB1和大部分花青素生物合成基因来调控花青素的积累。大量研究结果均表明，通过EMS诱变可以获得丰富的表型变异及性状优良的突变体材料，是培育作物新品种的重要方法之一。然而，EMS 诱变也存在一定的局限性，如突变方向不确定，对诱变材料有毒害性，M1不稳定等，从而导致后代诱变群体数量较大，加大了后期筛选与鉴定的工作量。因此，筛选出EMS 浓度与处理时间适宜组合，对于获得最大突变群体和提高突变效率至关重要（王艺程 等，2022）。

为加快西瓜种质资源的创新和推动EMS 诱变技术在西瓜上的利用，本试验以西瓜高代自交系W-17-FGFB 为材料，采用不同浓度EMS 溶液进行诱变处理，通过对诱变处理后种子的发芽率和出苗率进行分析，获得EMS 诱变西瓜种子的最佳诱变剂量；通过田间农艺性状的调查，筛选出有特异性状的突变体，以期构建西瓜的优异突变体库，进而为西瓜功能基因组学研究和拓宽西瓜的遗传背景奠定材料基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2022 年3—7 月在安徽省农业科学院园艺研究所试验田和实验室进行。供试西瓜材料为高代自交系W-17-FGFB（自交6 代，性状稳定），由安徽省农业科学院园艺研究所蔬菜种质资源与遗传育种研究室提供。EMS 诱变剂（水剂）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 诱变处理 选取完整、饱满的W-17-FGFB种子，用55 ℃温水浸种20 min 后，再用清水浸种5 h，使用无菌滤纸吸干水分，将种子用小刀磕口后备用。使用磷酸缓冲液（pH＝7.0）配制浓度分别为0（CK）、0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 的EMS诱变液；在通风橱中，分别将磕口的种子浸入20 mL 不同浓度的EMS 溶液中，然后在恒温摇床上以28 ℃、100 r·min-1分别振荡处理12、16、24 h；EMS 处理结束后，在通风橱中先将EMS 诱变液倒入废液桶中，然后每个处理分别加入1 mol·L-1硫代硫酸钠10 mL（终止反应），混匀后倒掉溶液；再加入100 mmol·L-1硫代硫酸钠20 mL，轻摇5 min，倒掉溶液，之后用100 mmol·L-1硫代硫酸钠清洗3 遍；最后加入20 mL 去离子水，轻摇5 min，倒掉溶液，清洗3 遍。每处理100 粒种子，3次重复。

1.2.2 田间种植 在直径6 cm 的培养皿中铺一层湿纱布，将洗好的种子均匀摆好，再盖一层湿纱布，放置在28 ℃的暗培养箱内催芽。每隔24 h 清洗1 次种子，观察并记录种子发芽数。发芽以种子露白2 mm 为标准，催芽7 d 后统计发芽率。

随后将出芽的种子播于50 孔穴盘中，在连栋大棚内进行基质育苗。播种后每天观察出苗情况，种子萌发标准为子叶顶出土层1.5 cm，播种10 d 后统计出苗率。

待幼苗长至2～3 片真叶时，定植于安徽省农业科学院园艺研究所试验地，采用吊蔓栽培，每畦3 行，株距40 cm，田间常规管理。

1.3 项目测定

发芽率＝（发芽种子数/供试种子总数）×100%

出苗率＝（出苗种子数/发芽种子数）×100%

参照《西瓜种质资源描述规范和数据标准》（http：//www.cgris.net）的方法和标准，每处理随机选取3 株，在植株生长期调查各项农艺性状，包括始花节位、节间长、茎粗、最大叶长、最大叶宽；在果实成熟期测定中心糖含量、边糖含量、果实纵径、果实横径、瓜柄长、瓜柄宽、单果质量等果实性状。

筛选出最适宜诱变剂量与处理时间后，再对1 000 粒种子进行诱变处理，在苗期对子叶，盛花期对茎、叶片和花器官及采收期对果实观察变异情况。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 软件处理试验数据，利用SPSS 23.0 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同EMS 处理对W-17-FGFB 种子发芽率和出苗率的影响

EMS 诱变效果受处理时间、浓度条件等的影响。由表1 可知，EMS 浓度为0.5%、1.0%、1.5%时，3 个处理时间的W-17-FGFB 种子发芽率都在68%以上，表明低浓度EMS 处理对西瓜种子的伤害较小；在EMS 浓度为2.0%时，所有处理时间的发芽率均为最低值，且显著低于其他浓度处理及对照。除0.5% EMS 处理16 h 外，其他诱变处理的出苗率均低于对照；经2.0% EMS 处理12、16、24 h 的出苗率分别为58.00%、46.00%、45.00%，均较接近半致死率。结合发芽率与出苗率来看，2.0% EMS 处理24 h 的致死率最接近半致死量。

表1 不同EMS 处理对W-17-FGFB 种子发芽率和出苗率的影响

2.2 不同EMS 处理对W-17-FGFB 植株农艺性状和果实性状的影响

不同EMS 处理对W-17-FGFB 始花节位、节间长、最大叶长和最大叶宽等农艺性状都有明显的影响（表2）。在始花节位方面，除0.5% EMS 处理12 h 外，其他诱变处理均出现升高或降低的变化。其中始花节位最大值处理是经0.5% EMS 处理16 h，为9.67 节；最小值处理是经2.0% EMS 处理24 h，为5.67 节。在节间长方面，EMS 处理时间为12 h 对节间长的影响最大，其最大值与最小值分别为1.0%与2.0%浓度处理，对应的节间长分别为30.50 cm 和22.70 cm。在最大叶长和最大叶宽方面，最大叶长与宽的最大值分别为1.0% EMS 处理16 h 的28.87 cm 和0.5% EMS 处理16 h 的21.93 cm，最小值均为1.5% EMS 处理24 h，对应值分别为19.60 cm 和16.10 cm。各诱变处理对茎粗的影响均不显著。

表2 不同EMS 处理对W-17-FGFB 植株农艺性状的影响

从表3可以看出，EMS诱变处理对W-17-FGFB单果质量的影响最大，1.5% EMS 处理16 h 的单果质量最大，为2 402.50 g，而2.0% EMS 处理16 h的单果质量最小，为268.33 g，前者是后者的8.95倍。在瓜柄长方面，最大值和最小值处理分别为1.0% EMS 处理16 h（14.25 cm）和2.0% EMS 处理16 h（5.33 cm）。在糖含量方面，除1.5% EMS 处理12、16 h 外，其他诱变处理的中心糖均低于对照；边糖含量也仅0.5% EMS 处理12 h 和1.5% EMS 处理12、16 h 高于对照。在果实纵横径方面，1.0%、1.5% EMS 处理16 h 的纵径和横径均显著高于对照，EMS 各浓度处理12 h 的纵径和横径均低于对照，2.0% EMS 处理12、16、24 h 的纵径和横径亦低于对照。综合来看，2.0% EMS 处理的西瓜果实各性状受抑制的程度较重，说明EMS 诱变剂浓度越高对西瓜果实发育抑制程度就越高。

表3 不同EMS 处理对W-17-FGFB 果实性状的影响

从W-17-FGFB 诱变处理后植株农艺性状和果实性状的调查结果可以看出，2.0% EMS 处理24 h对植株和果实的影响较大，适宜作为西瓜种质创新的诱变剂。

2.3 2.0% EMS 处理24 h 后W-17-FGFB 的表型变异

2.3.1 子叶 表现出完全黄化且长势慢，边缘及叶脉黄化，单片子叶分裂，子叶真叶化，子叶斑点，皱缩畸形等变异性状（图1）。

图1 2.0% EMS 处理24 h 后W-17-FGFB 的子叶变异情况

2.3.2 成株 茎突变主要表现在茎粗（图2-B）上，随机选取植株的第16～19 节间进行测量，茎粗均值为1.03 cm，比对照（0.61 cm）增加了68.85%。产生变异的植株侧枝明显减少，如图2-D 仅有1 个侧枝，而对照基本上每个节位都有侧枝（图2-C）。叶片的变异主要表现在叶色、叶形上，如一半叶片呈白化（图3-B），部分叶片发黄（图3-C），叶片顶端微凹（图3-D），叶片颜色加深（图3-E），叶片颜色浅绿且叶形改变（图3-F）。

图2 2.0% EMS 处理24 h 后W-17-FGFB 的茎和植株变异情况

图3 2.0% EMS 处理24 h 后W-17-FGFB 的叶片变异情况

2.3.3 花器官 W-17-FGFB 正常花的花瓣数为5瓣，花瓣平展，颜色为黄色（图4-A）。EMS 诱变后，有的花冠变大（图4-B）；有的雄花与两性花同株（图4-C、D）；在花瓣数目上也发生了变异，3～8 瓣不等（图4-E～H）；花瓣也产生畸形（图4-I～K）；花瓣颜色变成白色（图4-L）；此外，还发现多柱头的畸形变异花（图4-M～O）。

图4 2.0% EMS 处理24 h 后W-17-FGFB 的花器官变异情况

2.3.4 果实 EMS 诱变对果实的影响主要反映在果实大小及果皮颜色上（图5）。W-17-FGFB 正常果实果皮为绿色，条纹数13～14 条，单果质量均值为988.67 g，果实纵径和横径分别为12.40 cm 和12.43 cm。诱变处理后单果质量可达到3 486.5 g，比对照增加了252.65%，纵径和横径分别为18.4 cm 和19.5 cm，条纹数增加至17 条（图5-B）；果皮颜色还出现了绿色条纹之间出现浅绿色均匀细纹的变异（图5-C）。

图5 2.0% EMS 处理24 h 后W-17-FGFB 的果实变异情况

3 讨论与结论

EMS 作为目前最有效的化学诱变方法之一，具有突变频率高、点突变多等优点，可以诱导试验材料发生植物学性状的突变（臧辉和任卫波，2018；张霞 等，2022），广泛应用于作物遗传育种及种质资源创新研究（杨建胜 等，2018）。研究表明，不同作物的EMS 最适宜诱变浓度、处理时间不同，齐晓花等（2019）利用1.5% EMS 处理黄瓜种子15 h，获得的表型突变频率为15.22%。杨建胜等（2018）对北方白菜型冬油菜进行EMS 诱变处理，最适宜的半致死剂量处理为0.6% EMS/6 h，EMS 浓度为0.3%～0.6%时会使植株产生有利变异。沙国飞等（2022）研究表明，刺梨种子EMS诱变的最适条件为浓度0.3%、浸种12 h。赵塔等（2021）研究发现，EMS 诱变处理党参种子的适宜条件为4.0%浓度处理4 h。程蛟文等（2019）最终确定苦瓜种子EMS 诱变处理的最佳条件为1.5%EMS/2 h 或1.2% EMS/2 h。同一物种的不同品种间EMS诱变处理的最适宜条件亦不同，侯艳等（2016）以西瓜品系W1-17 为试验材料，得到最适宜半致死剂量为1.0% EMS/9 h。王春霞等（2021）以西瓜种质M08 为试验材料进行EMS 诱变处理，筛选出1.5%浓度处理12 h 或1.0%浓度处理24 h 为最适宜诱变条件。本试验中，西瓜高代自交系W-17-FGFB的最适宜半致死剂量为2.0% EMS处理24 h。

本试验结果表明，不同处理时间在2.0% EMS浓度条件下，对西瓜种子萌发以及植株生长均有明显的影响。另外，W-17-FGFB 经2.0% EMS 诱变处理后，3个处理时间的单果质量均显著低于对照，说明EMS 诱变可影响西瓜果实产量，浓度越高其产量受到影响程度越大，这与黎诗艳等（2021）的研究结果是一致的。根据调查的田间性状可以看出，2.0% EMS 分别处理12、16、24 h 后，发芽率、始花节位、果实纵径、果实横径、单果质量等性状与1.5% EMS 处理12、16、24 h 后的植株存在明显差异，而EMS浓度低于1.5%的各处理间差异较小，因此本试验认为2.0% EMS 浓度条件对于诱导西瓜突变体较有益。

丰富的种质资源是西瓜遗传育种和生物学研究的重要基础。本试验结果表明，EMS 诱变处理后W-17-FGFB 的花器官、叶形、叶色等突变类型丰富，出现了叶片白化、缺刻、卷曲、畸形、黄化、叶色加深或变浅、叶形改变，花器官畸形、3～8 瓣花瓣、花瓣皱缩卷曲、花变大、花连座、花瓣颜色变白、雌花多柱头等突变，这与前人在黄瓜上的研究结果相似（何书强，2019；薛红霞 等，2019）；还获得了果皮出现浅绿色均匀细纹、果实变大、节间变粗、侧枝减少等优异突变。其中西瓜植株侧枝减少有利于节省人力，提高生产效率，适宜轻简化栽培。但要确定这些变异是否为可遗传的稳定变异，还需要进一步对M2群体进行研究。