玉米EMS诱变材料的抗旱性筛选

张明义 ，王 翔 ，张彦芹 ，梁改梅 ，杨丽莉 ，周小梅 ，董春林 ，孙 洁

（1.山西省农业科学院旱地农业研究中心，山西 太原 030031；2.山西大学生命科学学院，山西 太原 030006）

我国干旱、半干旱耕地面积约占全国总耕地面积的50%，干旱已成为限制作物高产、稳产的重要因素。北方地区常发生春旱，给玉米生产带来巨大损失[1]。水资源短缺、气候干旱问题具有不断加重的趋势，对粮食生产构成了严重威胁。作物的抗旱性研究越来越受到人们重视[2]。

山西地处黄土高原，降水少，蒸发量大，干旱常常导致作物严重减产。因此，选育和应用抗旱耐逆的高产稳产作物品种就显得尤为迫切[3-4]。通过诱变技术创造抗、耐旱作物新种质，是培育抗旱优良新品种的有效途径。目前，化学诱变剂甲基磺酸乙酯（EMS）在农作物诱变育种中得到了较广泛的应用，尤其在对玉米遗传诱变新种质选择方面的效果最好[5-8]。自2006年以来，山西省农业科学院旱地农业研究中心利用EMS化学诱变技术开展了玉米抗旱新种质的创新研究，对郑58、昌7-2等几个玉米骨干自交系进行了大量的EMS诱变处理和选择，先后获得了一批遗传稳定、抗逆和农艺性状优良的新种质。

本试验对以玉米自交系郑58为EMS诱变材料、经M5选择的15个新种质材料进行抗旱相关指标的测定，对其抗旱性进行综合评价，旨在为培育抗旱新品种提供新的种质。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验材料为玉米自交系郑58及其用EMS诱变选择的M5变异材料（表1）。

1.2 幼苗水分胁迫

种子萌发参照范翠丽等[1]的方法进行。待幼苗生长到3叶1心时，用5%PEG-6000溶液进行胁迫，处理1 d后，换用10%PEG-6000溶液胁迫2 d，随后测定各项与抗旱相关的生理生化指标。

表1 供试玉米材料

1.3 失水速率及丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量的测定

用叶片失水速率[9]表示保水能力的强弱。用TBA比色法测定丙二醛含量[10]；用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[10]；用磺基水杨酸法测定脯氨酸含量[10]。

1.4 诱变系的随机PCR鉴定

玉米DNA提取采用CTAB法[11]。RAPD反应在PE-480 PCR仪上进行。扩增反应溶液体积为20 μL，其中，ddH2O 13 μL，10×buffer （含 20 mmol/LMgCl2）2 μL，dNTP （2.5 mmol/L）0.5 μL，primer（10μmol/L）1μL，Taq 酶（5U/μL）0.5μL，DNA3 μL。PCR反应程序为:94℃预变性3 min；94℃变性 1 min，50℃退火 0.5 min，72℃延伸1.2 min，扩增36个循环；72℃延伸10 min，最后在4℃保存。扩增产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳进行检测。

2 结果与分析

2.1 不同诱变材料失水速率的比较

PEG胁迫后16份玉米材料幼苗的失水速率如图1所示。从图1可以看出，测试材料失水速率的变化在0.13～0.23 mg/（g·h）之间，表明各材料在抗旱性上存在差异。11号（Y1020-2）的保水力最高（失水速率最低），其次是3号（Y1002-1）、16 号（Y1027-1）、7 号（Y1010-2），从保水方面看，这几个材料的抗旱性较好。

2.2 不同诱变材料丙二醛含量的比较

植物在逆境条件下，往往会发生膜脂过氧化作用，其产物之一是丙二醛（MDA），其含量的高低可以代表细胞膜的膜脂过氧化程度和细胞膜的受损伤大小，可用于衡量植物在逆境条件下抗性的强弱。从图2可以看出，16份材料中的7号（Y1010-2）MDA含量最低，为 1.36×10 μmol/g，即在此指标下的抗旱性最好；其次是3号（Y1002-1）、16 号（Y1027-1）、9 号（Y1017-1）玉米材料，也有较好的抗旱性。

2.3 不同诱变材料可溶性糖含量的比较

植物为了抵抗干旱等不良环境造成的细胞脱水，往往会主动积累一些可溶性糖和氨基酸来降低渗透势和冰点，以适应外界环境的变化。PEG胁迫后的16个玉米材料体内的可溶性糖含量如图3所示，7号（Y1010-2）的可溶性糖含量最高，达2.78%，其次是16号（Y1027-1）、4号（Y1003-3）、8号（Y1015-1）。各供试材料的可溶性糖含量存在差异，表明它们在干旱胁迫下对细胞渗透调节能力的大小不同，进而在抗旱性上存在差异。

2.4 不同诱变材料脯氨酸含量的比较

在干旱条件下，植物体内脯氨酸的含量会显著增加。抗旱性强的品种往往会积累较多的脯氨酸，因此，植物体内脯氨酸含量在一定程度上可以反映植物的抗逆性，常作为抗旱育种的生理指标。由图4可知，供试材料中，以5号（Y1004-6）的脯氨酸含量最高，为4.3 mg/100 g；含量较高的材料还有 7号（Y1010-2）、16号（Y1027-1），表明它们的抗旱性也较好。

2.5 抗旱性的综合评价

采用抗旱性隶属函数法[12]分析比较，综合评价诱变材料的抗旱性，结果列于表2。从表2综合评价可以得出，有10个诱变系的抗旱性比对照高，处于前 4 位的是 7，16，11，5 号，它们与郑58相比，优势很明显，这一筛选结果同田间种植的玉米植株在干旱胁迫后所观察到的生长状况基本一致。

表2 不同诱变材料抗旱性综合评价

2.6 诱变材料DNA的变异

从40个随机引物中筛选出1个具有明显扩增差异的引物S38，序列为ATTGTACCGT，随机PCR 扩增结果如图 5所示，5号（Y1004-6）、7号（Y1010-2）、13 号（Y1022-4）、16 号（Y1027-1）与1号（郑58）的差异较为明显，表明经EMS诱变后玉米DNA发生了质的变化。

3 讨论

干旱对于作物的各种生理过程有着广泛而深刻的影响，作物在抗旱性方面所表现出的差异都有其相应的生理生化基础，玉米的抗旱性是多种生理生化综合作用的结果。迄今为止，已有许多学者进行了玉米抗旱性评价指标的研究，提出了一系列评价指标体系[13-15]，所得的结果表明，在干旱条件下离体叶片的抗脱水能力、丙二醛含量、外渗电导率、还原性酶活性、渗透调节能力等可作为玉米抗旱性鉴定评价的良好指标。宋凤斌等[3，15]研究表明，玉米脯氨酸含量、丙二醛含量和可溶性糖含量等生理指标与玉米抗旱性存在较好的相关性，可作为玉米抗旱性鉴定指标。

本研究对供试15个诱变材料的抗旱性综合评价结果与其田间水、旱地种植进行抗旱性鉴定的结果基本一致，说明抗旱性鉴定所采用的生理生化指标是有效的，可用于玉米抗旱种质材料的辅助选择。

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