平阳霉素和NaN3对小麦诱变效应的比较研究

张彦波,肖磊,董策,张文娟,张希太

(1.邯郸市农业科学院,河北邯郸056001;2.邯郸市农业局,河北邯郸056002)

平阳霉素和NaN3对小麦诱变效应的比较研究

张彦波1,肖磊1,董策1,张文娟2,张希太1

(1.邯郸市农业科学院,河北邯郸056001;2.邯郸市农业局,河北邯郸056002)

利用平阳霉素和NaN3两种化学诱变剂,各设定7个质量浓度处理小麦种子,调查统计M1代出苗率、变异率、变异类型及M2代的变异类型,并分析比较两种诱变剂的诱变效果.结果表明:M1代出苗率低于50%的平阳霉素和NaN3处理质量浓度分别为60 mg/L和100 mg/L;M1代变异率与诱变剂质量浓度呈正相关;M1代与M2代都各有多种变异类型;平阳霉素的变异率高于NaN3,且变异类型丰富,可遗传变异多.

小麦;平阳霉素;NaN3;诱变效应

化学诱变育种开始于20世纪初期,我国化学诱变育种起步于20世纪50年代后期,发展至今,利用化学诱变育成的品种为我们创造了巨大的社会效益和经济效益.小麦是世界上最重要的粮食作物之一,在我国,小麦在粮食作物中的地位仅次于水稻.小麦品种的遗传改良对于小麦产量稳定持续的增长有着重要影响.通过化学方法诱发基因突变是小麦育种工作者在长期的育种实践中采用和发展的育种方法,具有成本低廉、使用方便、诱变作用专一等特点,是小麦遗传改良的重要途径之一.其中,平阳霉素和NaN3是比较常用的两种化学诱变剂.

平阳霉素(pingyangmycin)是由轮枝链霉菌平阳变种产生的一种糖肽类抗肿瘤抗生素,最初主要用于临床医疗,后来发现平阳霉素具有强烈的致染色体畸变效应,能影响细胞DNA的合成而使细胞发生变异[1].NaN3只作用于植物细胞内的半胱氨酸合成酶,使其基因组DNA发生变异,而对于细胞中不含半胱氨酸合成酶的哺乳动物无诱变作用,是易诱发植物基因的点突变并且高效低毒的诱变剂[2].这两种诱变剂曾在小麦育种上取得了一定的效果[3-7].本研究在前人工作的基础上,采用不同质量浓度的诱变剂处理小麦种子,探讨两种诱变剂的诱变效果.

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦品种为石4185,由石家庄农林科学院小麦研究所提供;平阳霉素购自医药公司,由华北制药厂生产;NaN3为天津南开大学化学试剂厂生产的分析纯产品.

1.2 试验方法

1.2.1 诱变剂的制备 用pH 7.0的磷酸缓冲液配制平阳霉素溶液,用pH3.0的磷酸缓冲液配制NaN3溶液.两种诱变剂均配制7个质量浓度,分别为0、20、40、60、80、100、120mg/L,每个质量浓度均配制300mL,分装到14个烧杯中.

1.2.2 对小麦的诱变处理 筛选籽粒饱满的小麦种子,分为15份,每份300粒,分别装入尼龙网袋中.其中1份作为对照不做处理,其余14份先用蒸馏水常温下浸种12 h,然后分别浸入7个不同质量浓度的平阳霉素溶液和NaN3溶液烧杯中,常温处理12 h.处理后的种子用水冲洗2 h,晾干后立即播种.

1.2.3 播种与后代调查选择 2012年10月开始大田试验.将15份材料分小区单穴单粒播种,小麦出苗后对M1代调查出苗数,计算出苗率.2013年4—6月对M1代进行大田调查与选择,主要调查不同质量浓度诱变剂处理的变异率、变异类型等.M1代变异率的计算方法为每个诱变组变异株数与此组出苗数的百分比.然后选择各具特色的变异单株,按株系脱粒保存M2代种子.2013年10月按株系单穴单粒播种,2014年4—6月对M2代进行大田调查与选择,统计变异类型.

2 结果与分析

2.1 平阳霉素和NaN3诱变小麦对M1代出苗率的影响

不同质量浓度平阳霉素和NaN3处理的小麦M1代出苗率情况见表1.

在田间调查每个处理的出苗情况时发现,对照组出苗整齐且全部出苗,各诱变处理都有不同程度的缺苗情况,且出苗时间较对照有所推迟.由表1可知,随着两种诱变剂处理质量浓度的提高,M1代出苗率有不同程度的降低.当两种诱变剂质量浓度为0 mg/L时,出现个别没有出苗的现象,说明用缓冲液处理小麦种子的过程中对种子产生了一定的伤害,但对出苗率没有形成显著的影响;平阳霉素质量浓度超过60 mg/L,NaN3质量浓度超过100 mg/L时,M1代出苗率开始低于50%;质量浓度为120 mg/L时,平阳霉素处理的M1代出苗率只有35%,NaN3处理的M1代出苗率为40.7%.说明相同质量浓度下,平阳霉素对小麦出苗率的影响要大于NaN3.

2.2平阳霉素和NaN3诱变小麦M1代的变异效应

在小麦抽穗期到成熟期之间调查每个处理的变异情况,发现对照组生长稳定,没有变异株出现,其他诱变处理组均有不同类型的变异.M1代各处理组变异株数量见表2,变异类型见表3.

表2 平阳霉素和NaN3不同质量浓度处理的小麦M1代变异率Tab.2 The mutation rate of M1by all pingyangmycin and NaN3treatments

表3 平阳霉素和NaN3处理后M1代出现的变异类型Tab.3 The new variation assortment of M1by all pingyangmycin and NaN3treatments

由表2可知,两种诱变剂处理质量浓度为0 mg/L时,没有变异发生.质量浓度为20 mg/L时,两种诱变剂处理的小麦均有不同的变异株出现.随着处理质量浓度的升高,M1代变异率增加,两者呈正相关.平阳霉素引起的变异率总体高于NaN3.

由表3可知,M1代群体的变异性状主要表现在是否有畸形叶片、有无蜡质层、是否出现黄化和白化、麦穗形状、是否不育、有无麦芒、分蘖多少、植株高低、成熟期提前或推迟等.处理质量浓度较低时,出现的变异类型较少,且同一种变异类型的数量也少;随着处理质量浓度的增加,变异幅度增加,变异类型变得丰富,并且会出现一些极端变异,如叶片失绿、整株黄化或白化以及最后死亡等.比较两种诱变剂,当平阳霉素处理质量浓度为100 mg/L以上,会出现较多的极端变异,而NaN3出现的极端变异较少,并且NaN3诱变没有出现叶片畸形和叶绿素白化的诱变.原因可能是平阳霉素对小麦染色体产生的突变要大于NaN3.

2.3 平阳霉素和NaN3诱变小麦M2代的变异类型

从不同质量浓度处理的M1代中分别选择变异单株,平阳霉素变异株135株,NaN3变异株129株,单株脱粒后即为M2代种子.每个株系播种80粒种子,小麦抽穗期到成熟期之间调查M2代的变异遗传及分离情况.M2代的变异类型见表4.

表4 平阳霉素和NaN3处理后M2代出现的变异类型Tab.4 The new variation assortment of M2by all pingyangmycin and NaN3treatments

由表4可知,NaN3诱变材料M2代的变异类型比M1代少一些,而平阳霉素诱变材料所有的变异类型在M2代都有,说明平阳霉素诱变可以产生较多的可遗传变异.在田间的多次调查发现,平阳霉素诱变材料矮杆变异多于高杆变异,早熟变异和高分蘖的变异较多,而NaN3在蜡质层的有无、穗型和株高上则有较多的变异,并且恢复原型的单株数量多于平阳霉素.出现这种情况的原因可能与两种诱变剂的诱变机制有关:平阳霉素对染色体的畸变效应比较强,产生的可遗传变异可能会多一些,而NaN3对染色体形成的点突变比较多,这些变异在有性繁殖后恢复原来性状的可能性较大.

3 结论与讨论

平阳霉素和NaN3是作物育种中比较常见的两种化学诱变剂,与其他诱变剂相较,具有高效低毒、便于操作等优点.利用平阳霉素和NaN3诱变小麦的研究中,科研工作者采用过多种方法,如生长点注射法、花粉管通道法及种子浸泡法等.张希太等分别试验了平阳霉素的生长点注射法和花粉管通道法诱变小麦,取得一定的诱变效果[8-9],并且在NaN3诱变小麦的研究中得出种子处理时鼓入空气优于其他诱变方法[10].朴铁夫等[3]采用种子浸泡法以平阳霉素处理小麦种子,同样取得较好的效果.本试验结合两种诱变剂的特点,综合考虑各种诱变方法,最终采用两种诱变剂都可行的种子浸泡法处理小麦,并采用相同质量浓度梯度,便于两种诱变剂诱变效果之间进行比较.

本试验结果表明,平阳霉素和NaN3对小麦都有较强的诱变效应,能够使小麦在株高、芒型、穗型、育性、蜡质层、生育期等方面发生性状变异,诱变后代的变异率与诱变剂质量浓度呈正相关,并且平阳霉素的变异率高于NaN3,变异类型丰富,可遗传变异多.进一步的试验,可将优良变异类型收集到突变体资源库,也可以同常规育种手段结合,改进育种方法,提高育种效率,为种质资源创新和选育小麦新品种奠定基础.

[1]王钦南,艾先元,周祉祯.强烈的环境诱变剂:平阳霉素[J].环境科学学报,1981,6(3):7-9.

[2]王琳清,陈秀兰,柳学余.小麦突变育种学[M].北京:中国农业科学技术出版社,2004.

[3]朴铁夫,原亚萍,李国全,等.平阳霉素(pingyangmycin)对小麦诱变效应的研究[J].核农学报,1998,12(3):139-145.

[4]孙德全,孙光祖,李忠杰,等.利用花粉管通道导入平阳霉素对小麦诱变效果的研究[J].核农学通报,1997,18(1):8-10.

[5]张秋英,叶定生,金美玉.平阳霉素诱导小麦农艺性状变异的研究[J].麦类作物学报,2002,22(4):66-69.

[6]李社荣,王琳清,施巾帼.叠氮化钠处理预辐照冬小麦适宜方法的研究[J].核农学报,1991,5(2):65-71.

[7]张超美.叠氮化钠对小麦的诱变效应[J].湖北农学院学报,1994,14(3):56-60.

[8]张希太.平阳霉素诱变豫麦66引起性状变异的研究及SSR分析[J].农业与技术,2011,31(1):32-36.

[9]张希太.平阳霉素诱变‘兰考矮早8’引起性状变异的研究及SSR分析[J].中国农学通报,2011,27(12):36-41.

[10]谢淑芹,张希太,张彦波,等.NaN3诱变“邯7086”后代变异研究及变异系的SSR分析[J].河南科技学院学报：自然科学版，2011,39(2):10-14.

（责任编辑：邓天福）

Comparative study on mutagenic effects of pingyangmycin and NaN3on wheat

ZHANG Yanbo1,XIAO Lei1,DONG Ce1,ZHANG Wenjuan2,ZHANG Xitai1
(1.Handan Academy of Agricultural Sciences,Handan 056001,China;2.Agriculture Bureau of Handan City,Handan 056002,China)

The wheat seeds were treated with pingyangmycin and NaN3of each seven concentration gradients,the emergence rate,the mutation rate,and the new variation assortment of M1and the new variation assortment of M2were investigated and counted,and the mutagenic effects of two mutagens were analyzed and compared.The results showed that the concentrations of pingyangmycin and NaN3when the emergence rate of M1was less than 50%were 60 mg/L and 100 mg/L respectively,the mutation rate of M1was positively correlated with mutagen concentration,both M1and M2had rich variation types,and the mutation rate of pingyangmycin was higher than NaN3with more variation types and more genetic variations.

wheat;pingyangmycin;NaN3;mutagenic effect

S512

：A

：1008-7516（2015）05-0006-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.05.002

2015-09-05

邯郸市科技发展计划项目(1422101027-11)

张彦波(1982―),男,河北武安人,硕士,助理研究员.主要从事农业生物技术及小麦育种研究.