EMS处理对无芒雀麦种子萌发的研究

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(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，呼和浩特 010019；2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010)

诱变育种是指在人为的条件下，利用物理、化学等因素诱发生物体产生遗传性的变异，并通过人工选择、鉴定，进而培育成新品种或新种质的途径[1-2]。其中化学诱变育种方法简单、成本低廉、突变性状稳定，可以有效地解决种质资源匮乏的问题，在创造植物新种质方面具有重要的作用[3-6]。在众多的化学诱变剂中，甲基磺酸乙酯(EMS)由于具有诱变效率高、频率高、范围广等优点，被广泛用于植物育种[7]。目前EMS诱变育种技术已经在大豆、油菜、花生、番茄、蒺藜苜蓿、缘毛雀麦等许多植物的突变体库构建及新品种选育研究中取得一定进展[8-9]。

无芒雀麦(BromusinermisLeyss.)是禾本科雀麦属多年生优良牧草，营养价值高、适口性好、产量高、抗逆性强[10-12]。原产地为欧洲，在我国北方干旱半干旱地区具有重要的栽培应用价值，是天然草地补播和人工草场建植的重要草种[13-14]。目前，我国培育的雀麦属牧草品种仅有11个，需要进一步扩大其遗传变异率，不断推陈出新，培育出新品种。本试验通过对无芒雀麦种子进行不同浓度的EMS处理，研究了EMS诱变对无芒雀麦种子萌发的影响，旨在确定EMS对无芒雀麦种子的最佳诱变处理条件，为进一步开展无芒雀麦化学诱变育种工作提供理论依据和基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为无芒雀麦，2013年8月采集于中国农业科学院草原研究所沙尔沁试验基地。甲基磺酸乙酯(EMS)由美国 SIGMA公司生产，为无色油状透明液体。

1.2 试验方法

1.2.1 EMS处理方法

参照云娜等[15]的方法，用pH=7.0的0.1 mol/L磷酸缓冲液配制0.1%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%和2.0%的EMS溶液，0%处理为磷酸缓冲液对照。选取饱满的无芒雀麦种子2 400粒，室温下充分吸胀后，将吸胀种子浸泡在装有不同浓度EMS溶液的锥形瓶中，置于摇床上轻摇15 h，处理完成后，种子分装于小纱袋中用流水冲洗4 h，之后吸干种子表面水分，分别置于铺有2层滤纸的培养皿中，每个处理3次重复，置于温度为25 ℃、湿度为60%的人工智能温室中进行发芽试验，培养期间保证水分供给一致。

1.2.2 测定指标和方法

记录起始发芽时间，逐日统计发芽种子数，并测量根长和芽长。此后每天按时统计各处理发芽状况，并计算以下各指标。

相对发芽率(%)=(处理的发芽率/对照发芽率)×100%[16]；

发芽指数=∑Gt/Dt，(式中：Gt为t天的发芽数，Dt为发芽日数)；

相对发芽指数=各处理的发芽指数/对照的发芽指数；

活力指数=发芽指数×苗鲜重；

相对活力指数=各处理的活力指数/对照的活力指数[17]。

1.2.3 数据处理

采用Excel软件作图，SAS数据处理系统(9.0)软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度EMS处理对无芒雀麦种子发芽率的影响

由表1可知，不同浓度EMS处理无芒雀麦种子的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数均呈现规律性变化，由低浓度到高浓度呈现递减趋势。当浓度达到0.6%以上时，其各项发芽指标出现显著降低，其中的抑制作用表现两方面，不仅相对发芽指数显著降低，同时发芽滞后;在1.2%～1.5%EMS浓度处理后其发芽率下降幅度较大，达到半致死剂量。2.0%EMS处理后无芒雀麦种子不能萌发，全部致死。

表1 不同浓度EMS处理下无芒雀麦种子发芽率和活力的变化

材料EMS浓度(%)相对发芽势相对发芽率(%)相对发芽指数相对活力指数无芒雀麦ck100.00a100.00a100.00a100.00a0.188.21ab92.97ab77.93b72.98b0.384.47ab87.20abc67.36b65.56b0.669.99b84.32bc51.24c43.02c0.929.11c74.90c35.92d27.93d1.28.21cd59.09d24.94de15.72e1.52.24d33.76e13.44e4.32f20.00d0.00f0.00f0.00f

注：同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

2.2 EMS处理对无芒雀麦萌发种子的芽长和根长的影响

由图1可知，无芒雀麦种子的芽长和根长随EMS

浓度的升高呈现递减规律，浓度每升高0.3%，芽长和根长下降0.5 cm左右。其中，0.6%EMS处理后其芽长显著降低；而根长在1.2%处理后显著降低。其中0.1%～0.3%的低浓度EMS处理对无芒雀麦根长和芽长的影响较小。在EMS达1.2%以上时其幼芽和幼根与对照相比均显著降低(p<0.05)，与发芽率的变化趋势一致。

图1 不同浓度EMS处理无芒雀麦吸胀种子芽长和根长的变化

3 讨 论

3.1 不同浓度EMS处理对无芒雀麦种子萌发的影响

大量研究数据表明，EMS诱变显著抑制了种子萌发和幼苗生长[18-20]。臧辉等以“吉生4号”羊草种子为材料，通过不同浓度的EMS诱变处理发现，EMS诱变处理对羊草种子萌发和幼苗生长有显著的浓度抑制效应[8]。章恺等通过不同的处理浓度和处理时间诱变无芒隐子草种子发现，EMS处理不但会影响种子的发芽势和发芽率，对幼苗的生长也有显著影响[21]。宋振君等利用不同浓度EMS诱变谷子十里香成熟种子，结果表明，EMS能够显著抑制种子的萌发，且浓度越大，抑制作用越明显[22]。本研究分析结果显示，无芒雀麦种子在不同浓度EMS诱变15 h的条件下，种子相对发芽率、芽长和根长等与对照相比均有所降低。不同剂量的EMS处理对种子发芽具有抑制作用，且浓度越高，抑制作用越显著(p<0.05)。表明EMS诱变处理能够显著抑制无芒雀麦种子萌发及幼苗的生长，这与臧辉[8]的研究结果一致。

3.2 EMS处理无芒雀麦种子半致死剂量的选择

选择适宜的诱变浓度与时间是化学诱变中提高突变频率、获得有效突变体的关键[23]。植物诱变研究中，一般认为半致死浓度为适合的处理浓度，浓度过高会导致多数种子不发芽，浓度过低会降低诱变效果。研究表明，EMS诱变缘毛雀麦的半致死剂量为0.9%，时间为18 h、直立型扁蓿豆为0.9%，时间为48 h[16]、老芒麦的适宜浓度为0.8%，时间为16 h[9]、尖叶石竹为1.0%，处理时间16 h[24]。通过EMS诱变金花菜种子得出0.7%EMS诱变处理9 h和0.9%EMS诱变处理6 h为最佳诱变条件[25]，而诱变甜菜种子最终确定10 h与2.5%和12 h与2.3%为最佳诱变组合[26]。可见，EMS处理不同材料的适宜浓度和时间是不同的[22]，无芒雀麦的半致死处理浓度高于缘毛雀麦、老芒麦等大部分植物，与羊草和紫苏的半致死浓度接近，低于甜菜和加工番茄的适宜浓度，这也说明不同种植物之间对EMS的敏感性不同[27]。本试验采用不同浓度的EMS处理无芒雀麦种子15 h，在1.2%～1.5%时相对发芽率达到半致死剂量，此数据可以作为今后EMS诱导无芒雀麦种子的重要参考指标。

4 结 论

无芒雀麦种子在不同浓度EMS处理15 h，种子发芽率、芽长和根长等均随EMS浓度升高而迅速降低，0.6%以上对该种子发芽具有显著的抑制作用(p<0.05)。

无芒雀麦种子在1.2%～1.5% EMS处理15 h时，相对发芽率为33.8%～59.1%，为建立突变体库的适宜浓度范围和处理时间。