小麦EMS 诱变材料的抗旱性评价

武银玉，曹亚萍，范绍强

（山西农业大学小麦研究所，山西临汾041000）

小麦（Triticum aestivum）是我国最主要的粮食作物，干旱是限制小麦产量的重要非生物胁迫因子，全球约50%小麦产区遭受干旱胁迫，直接造成小麦减产10%～50%[1]。山西是北方麦区典型的干旱省份，旱地面积占小麦种植面积的60%左右，旱地小麦生产对山西小麦生产起着至关重要的作用。小麦品种晋麦47 自1995 年审定以来，一直在旱地小麦生产中占主导地位，目前仍为国家黄淮中部麦区和山西省南部麦区旱地小麦区域试验对照品种，没有替代品种，小麦抗旱育种进程缓慢[2-3]。同时，由于小麦属内遗传基础狭窄，基因变异有限，使小麦抗旱育种难以取得突破性进展。

利用化学物质诱发产生基因突变，对作物的某种性状进行改良，是目前种质创新和培育新品种的途径之一[4]。烷化剂甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate，EMS）诱变因为点突变频率较高、染色体畸变较少、易于突变体选择、基因纯合周期短等诸多优点，是目前应用最广、效果最好的化学诱变技术。相关学者利用EMS 诱变在抗旱种质创新上取得了一些成果。谭义川等[5]对19 份玉米EMS 诱变系材料进行干旱胁迫，运用模糊隶属函数法对抗旱相关指标进行综合评价，筛选出4 份抗旱性较好的玉米变异系。董文科等[6]用EMS 处理多年生黑麦草种子，并对其诱变材料进行抗旱性筛选，成功获得15 株耐旱变异株；王瑾等[7]曾用EMS 处理小麦品种温麦6 号和周麦17 的花药愈伤组织和幼胚愈伤组织，后经抗旱鉴定筛选出13 株抗旱植株，平均变异率为5.8%。

本研究拟用全生育期鉴定法，以产量三要素有效穗数、穗粒数、千粒质量以及株高、产量为考核指标，对晋麦47 EMS 诱变材料进行抗旱性评价，旨在了解其抗旱水平，明确EMS 诱变技术在抗旱育种方面的应用潜力，充分挖掘诱变材料的抗旱、耐旱能力，为拓宽小麦抗旱基因资源、创新抗旱新种质、实现旱作良种可持续发展提供材料基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

用0.8%EMS 处理晋麦47 小麦种子，于M2选择具表型变异的突变体，随后经6 代系选得到遗传稳定诱变品系33 份，编号分别为47-1、47-2、47-3、……、47-33，以晋麦47 为对照品种。

1.2 试验方法

试验于2018—2019 年度在山西省农业科学院小麦研究所科研用地进行。该年度小麦全生育期内降水104.5 mm，仅占小麦需水量的20%，属于中度干旱年份。试验参照国家标准《小麦抗旱性鉴定评价技术规范》（GB/T 21127—2007），设雨养旱作和补充灌溉2 种处理，其土壤养分含量和质地一致，采用随机区组设计，3 次重复，4 行区，行长2 m，行距0.25 m，株距5 cm，小区面积2 m2。雨养旱作处理全生育期不灌水；补充灌溉处理分别在越冬前、拔节期、灌浆期各补水一次。所有材料于2018 年10 月2 日播种，2019 年 6 月 10 日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状测定 以株高、有效穗数、穗粒数、千粒质量、产量为考核指标。其中，株高：从地面至穗的顶端，不连芒，以厘米计；穗粒数：随机选取10 穗脱粒计算平均值；有效穗数：以每穗实粒数多于5 粒为有效穗，数其总穗数，折合成公顷穗数；千粒质量：每千粒种子称质量2 次，以误差不超过0.15 g 的2 次平均值为准；产量：称量小区总质量，计算其平均值。

1.3.2 计算抗旱系数和抗旱指数[8-9]抗旱系数和抗旱指数计算公式如下。

式中，DRC为抗旱系数；Ya为该品系雨养旱作处理下性状值；Ym为补充灌溉处理下性状值。

式中，DI为抗旱指数；GYS.T为待测材料雨养旱作处理籽粒产量；GYS.W为待测材料补充灌溉处理籽粒产量；GYCK.W为对照品种补充灌溉处理籽粒产量；GYCK.T为对照品种雨养旱作处理籽粒产量。

1.4 抗旱性评价

小麦抗旱性评价及分级标准如表1 所示。

表1 小麦抗旱性评价及分级标准

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2007、SPSS 24.0 进行数据整理及分析。

2 结果与分析

2.1 晋麦47 EMS 诱变材料主要农艺性状表现

EMS 诱变具有不确定性，可以诱导控制不同性状的基因发生突变。由表2 可以看出，EMS 诱变造成不同突变材料农艺性状差异较大，其中，变异系数最大的是有效穗数，其次是小区产量，千粒质量变异幅度最小。将雨养旱作处理与补充灌溉处理相比较可以看出，晋麦47 突变材料的农艺性状均因干旱胁迫受到一定程度的影响。

表2 33 份诱变材料主要农艺性状表现

2.2 干旱胁迫对晋麦47 EMS 诱变材料小区产量的影响

由表2、3 可知，受干旱胁迫影响，雨养旱作处理小麦小区产量较补充灌溉处理减产39.7%，说明干旱对小麦产量具有很大影响。以晋麦47 为对照，有3 份突变材料抗旱指数大于1，其中，47-17 在雨养旱作条件下小区产量0.96 kg，在所有参试品种中最高，其抗旱指数为1.14，达到较强抗旱水平，同时达到较强抗旱水平的还有47-14；另外，47-11、47-26、47-16、47-9、47-32 抗旱 指 数 分 别 为 1.07、1.00、0.98、0.96、0.92，具有中等抗旱水平。47-30、47-19 在补充灌溉处理下产量最高，但在雨养旱作处理下产量较对照有较大幅度下降，其抗旱等级为4 级，抗旱性处于较弱水平。另有9 份诱变材料抗旱指数小于0.699，处于极弱水平。将处于强和中等抗旱水平的7 份材料进行多重比较，47-17 抗旱性较对照极显著增强，47-14 抗旱性较对照显著增强，47-11、47-26、47-16、47-9、47-32 与对照无明显差异。

表3 干旱胁迫对晋麦47 诱变材料小区产量的影响

抗旱系数是抗旱指数的补充，能反映不同小麦品种（系）对干旱的敏感程度以及产量的稳定性，产量抗旱系数高，则抗旱性强，稳产性好。如抗旱水平较高的47-17、47-14、47-11 雨养旱作较补充灌溉产量下降幅度较小，产量抗旱系数在所有参试品种中也达到最高，表明其在干旱胁迫下产量相对比较稳定。但是对于水、旱地种植条件下产量都低的品种同样可以拥有较高的抗旱系数，如47-3、47-2，不能真实反映该品系的产量水平，这也是抗旱系数的局限性所在。

2.3 干旱胁迫对晋麦47 EMS 诱变材料产量三要素及株高的影响

表4 干旱胁迫对EMS 诱变材料产量三要素及株高的影响

有效穗数、穗粒数、千粒质量是构成小麦产量的三要素，三者相辅相成、相互制约，对小麦籽粒产量起着决定性作用。根据小麦结实器官建成与物候期、生育期的对应关系，可把有效穗数、穗粒数和千粒质量的性状抗旱系数分别作为小麦拔节期、孕穗期和灌浆期的抗旱性鉴定指标[10]。

从表4 可以看出，千粒质量的抗旱系数平均值为0.86，因其抗旱系数是该性状旱地与水地的比值，所以，受干旱胁迫影响，雨养旱作处理千粒质量较补充灌溉处理下降14%，是受干旱胁迫影响最小的因子。其中，有7 份材料千粒质量抗旱系数在0.9以上，占21.2%，25 份抗旱系数在0.8～0.9，占75.8%，1 份材料抗旱系数在0.7～0.8，占3%。

穗粒数雨养旱作条件下较补充灌溉平均下降22%，受干旱胁迫影响较小。穗粒数的抗旱系数变幅在0.65～0.91，不同材料间变幅较大。

穗数代表小麦群体大小，一般认为，小麦冬前分蘖早、分蘖生长快而集中，成穗率高而整齐的的品种抗旱能力强。由表4 可知，有效穗数是受干旱影响最大的因子，平均降幅达30%，对干旱最为敏感。抗旱性表现较强的材料有效穗数下降幅度都较小，如，47-17 的有效穗数抗旱系数为0.84，47-14为 0.79，47-11 为 0.77，47-26 为 0.82，这也是其在干旱条件下产量仍表现较高的主要原因之一。

受干旱胁迫影响，株高平均下降17%，其抗旱系数变异幅度0.74～0.89。一般认为，抗旱性较强的品种株高相对较高[11]。在干旱条件下，适当选择较高的品种会提高小麦产量。

3 结论与讨论

EMS 是一种高效稳定的烷化类诱变剂，能诱发产生高密度等位基因点突变，将其应用于小麦育种，可以在较短时间内获得新性状和新基因，具有种质创新频率高、遗传变异谱宽、育种周期短[12]等特点。本研究用EMS 处理晋麦47 小麦种子，对其稳定突变体进行抗旱性鉴定，成功筛选出3 份材料（47-17、47-14、47-11）抗旱性优于基础材料晋麦47，占参试材料的9%。可见，EMS 诱变技术可作为一种有效手段应用于种质创新，加快小麦抗旱育种的进程。

抗旱系数是小麦抗旱鉴定中比较常用的指标，是干旱胁迫与非胁迫条件下某一性状值的比值，代表该品种某一时期对干旱的敏感程度，却不能全面反映其整体抗旱水平和产量水平[10]。如，47-18 穗粒数、千粒质量抗旱系数分别为0.83、0.91，在所有参试品种中均表现较高，表示其抽穗、灌浆期比较耐旱，但其有效穗数抗旱系数仅为0.69，说明该材料苗期对水分较为敏感，其分蘖成穗能力受损严重，影响了产量水平，最终抗旱水平仅为较弱（0.88）；47-16 千粒质量、穗粒数、有效穗数抗旱系数分别为0.81、0.88、0.73，千粒质量影响较大，低于平均值，表示其灌浆期受干旱胁迫影响较大，但其穗粒数和有效穗数下降较小，最终产量受影响较小，抗旱水平为中等（0.98）。根据各性状抗旱系数可以看出，在株高和产量三要素4 个性状中，千粒质量受干旱胁迫影响最小，其次是株高、穗粒数，影响最大的是有效穗数。可见，有效穗数是影响旱地小麦品种产量的关键因素。张俊玲等[13]在分析北部冬麦区旱地小麦的演变规律时曾指出，有效穗数是决定旱地小麦产量的第一大要素。张东旭等[14]对96 个不同基因型小麦品种进行抗旱性鉴定，结果显示，穗数和穗粒数受干旱影响较大，千粒质量变幅较小；袁凯等[15]相关遗传分析也表明，千粒质量受遗传力影响最大，受环境影响最小，与本研究结果一致。

兰巨生[8]提出的抗旱指数，是在兼顾抗旱系数和产量性状的基础上得到的一个综合指标，同时具有旱地产量高和抗旱系数大的双重特点，是目前最贴近生产实际、应用最广的综合性指标，常用于新品系的筛选和区域试验中。参照小麦抗旱性评价标准，本研究通过对33 份晋麦47 EMS 诱变材料进行抗旱性鉴定，筛选出2 份材料抗旱指数大于1.1，抗旱等级为2 级，抗旱性较强；5 份材料抗旱等级为3 级，抗旱性中等；17 份材料抗旱性弱，抗旱等级为4 级；9 份材料抗旱性极弱。抗旱性较强的2 个品系在补充灌溉条件下产量也较高，充分满足了旱地育种既要求品种在干旱年份具有较好的稳产性，同时达到丰水年份高产的目标，可以将其作为抗旱优异种质资源应用于小麦育种。