EMS诱变对酒用糯高粱出苗及产量相关农艺性状的影响

李辉 段明禹 张小微 舒中兵 陈浪 陈小翠

(遵义市农业科学研究院/遵义市作物基因资源与种质创制重点实验室，贵州 遵义 563000)

高粱(Sorghum bicolor)是世界上第5大谷类作物，居大米、玉米、小麦和大麦之后[l]。99个国家超过4200hm2土地上种植着高粱，其种植历史悠久，种质资源丰富，种类较多，用途广泛[2,3]。在籽粒高粱中，将支链淀粉含量在80%以上的称为糯高粱。糯高粱不仅是一种营养价值极高的谷物食材，更是我国各大白酒企业的重要酿酒原料[4]。红缨子系列高粱粒小、皮厚、单宁含量适中，是酱香型白酒的关键酿酒原料[5]。近年来，随着酒业进一步快速发展，酱香型酒用糯高粱供需矛盾更加突出。在不影响品质的前提下，培育产量较高的新品种已迫在眉睫。

诱变育种是目前育种中解决遗传资源狭窄、种质资源匮乏的有效方法之一[6,7]。其中，采用甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变剂诱变作物的方法具有诱变率高、专一性强、成本低、操作简单等优点，已被广泛应用于各作物优良品种的选育[8,9]。到目前为止，虽然已有EMS诱变高粱的相关报道，但从产量相关农艺性状方面开展讨论的研究却极少。因此，本研究以酱香型白酒主要糯高粱品种红缨子和红珍珠为供试材料，研究EMS不同浓度对其出苗的影响，进一步探索了EMS对产量相关农艺性状的影响，为酱香型酒用糯高粱优质高产新品种选育提供基础材料和理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

试验以贵州地区主推糯高粱品种红缨子和红珍珠为材料，种子购自贵州红缨子农业科技发展有限公司，所用甲基磺酸乙酯(EMS)化学诱变剂购自美国Sigma公司，0.5%硫代硫酸钠溶液购自北京绿泽森生物技术有限公司。试验于2020年在遵义市作物基因资源与种质创制重点实验室和遵义市农科院旱作试验基地(遵义市汇川区高坪街道大桥村)进行。

1.2 试验方法

1.2.1 EMS诱变处理对糯高粱种子出苗的影响

用超纯水配制0.0%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的EMS诱变剂溶液。选取籽粒饱满的红缨子和红珍珠种子各9000粒，设置5个处理，3次重复。利用所设不同浓度的EMS诱变剂溶液进行8h、12h和16h的室温浸种处理；处理完毕后，加入已配制好的0.5%硫代硫酸钠溶液后对废液进行解毒处理。处理后的种子采用流水不间断冲洗8h。将处理好的种子播种于穴盘中，14d后统计出苗率。

1.2.2 EMS诱变处理对高粱产量相关农艺性状的影响

采用半致死量的EMS浓度进行糯高粱产量相关农艺性状诱变率的研究，配制0.3%的EMS诱变剂溶液。选取籽粒饱满的红缨子和红珍珠种子各60000粒，设置3次重复，每个重复红缨子和红珍珠处理种子数各20000粒，用配制好的0.3% EMS诱变剂溶液进行12h的浸种处理；处理完毕后，加入已配制好的0.5%硫代硫酸钠溶液后对废液进行解毒处理。处理后的种子用同样的方式流水不间断冲洗8h。将处理好的种子撒播于遵义市农科院旱作试验基地进行育苗移栽，每穴2粒，株距20cm，行距50cm，5m开厢，每个品种播种面积约0.3hm2。

1.3 测定方法

统计全部植株的株高、茎粗、穗长、一级枝梗长、主穗柄长、千粒重等产量相关农艺性状的表型变异情况。整理数据并计算出苗率和各表型变异率。计算公式：

出苗率(%)=(出苗总数/供试种子数)×100

变异率(%)=(变异株数/成苗株数)×100

1.4 数据处理分析

采用Microsoft Excel 2019进行数据处理，SPSS 19.0软件进行统计分析。采用单因素(One-way ANOVA)和Duncan法进行差异显著性分析(α=0.05)。以3次重复分析的平均值作为实验最终结果。

2 结果与分析

2.1 不同浓度EMS处理对种子出苗的影响

如图1～3所示，不同浓度EMS诱变处理8h、12h和16h对糯高粱红缨子和红珍珠出苗率均有一定的抑制作用，即降低高粱种子的出苗率。不同浓度EMS处理8h、12h和16h对2个品种出苗率的影响总趋势一致，均随着EMS处理浓度增加和处理时间增长抑制作用增强，即种子出苗率逐渐降低。且不同浓度EMS处理16h后，种子出苗率下降幅度最大。

图1 不同浓度EMS处理8h后出苗率的影响

图2 不同浓度EMS处理12h后出苗率的影响

图3 不同浓度EMS处理16h后出苗率的影响

表1 不同浓度EMS处理对红缨子和红珍珠出苗的影响

如表1所示，随着EMS处理浓度的增大处理时间增长，种子出苗率逐渐降低，当EMS处理浓度为0.5%，处理时间为16h时，糯高粱红珍珠种子出苗率仅为6.5%。本试验结果表明，当EMS处理浓度为0.3%，处理时间12h时，接近半致死剂量，说明该浓度和时间下适宜糯高粱突变体的筛选。此外，从表1可以看出，0.2%～0.5% EMS浸种处理8h、12h及16h时，红珍珠种子出苗率明显低于红缨子种子的出苗率。以上结果表明，高粱对EMS处理敏感，这种敏感性在不同品种间存在显著差异，红珍珠对EMS处理的敏感性显著高于红缨子。

2.2 EMS诱变处理对糯高粱产量相关农艺性状的影响

经过0.3% EMS诱变剂溶液进行12h的室温浸种处理，田间调查发现，2个品种部分植株的株高、穗长、一级枝梗长、主穗柄长、千粒重、茎粗等产量相关农艺性状的表型均产生了一定程度的变化，各性状具体表型变异率如图4所示，结果表明，EMS 处理对红缨子、红珍珠2个品种高粱的穗长和株高产生的影响极大，穗长的变异率分别为77%、82.5%，株高的变异率分别为72.5%、80.0%；茎粗和千粒重所受影响较小，产生的变异率相对较低，千粒重的变异率分别为37%、46%，茎粗的变异率分别为36.0%、45%；而一级枝梗长和主穗柄长所产生的变异率接近成苗株数的1/2，在48.0%～60.0%。同时，从图4还可以看出，红珍珠所有性状产生的变异率较红缨子更高，表明红珍珠对EMS诱变剂的敏感性更高，即EMS对红珍珠产量相关农艺性状的影响更大。

图4 EMS处理对糯高粱株高、茎粗、穗长、一级枝梗长、主穗柄长、千粒重的影响

3 讨论

3.1 糯高粱突变体库构建的最佳EMS处理条件

EMS诱变效率高、范围广及专一性强，已被广泛用于多种作物的诱变育种[10]。化学诱变育种中，诱变剂浓度过高对种子生理损伤严重，容易导致多数种子死亡；诱变剂浓度过低其诱变效果也会降低，产生的变异会大幅度减少，因此，一般采用半致死浓度为化学诱变育种的最适浓度。

本试验分析结果表明，随着EMS处理浓度增加和处理时间增长，种子出苗率逐渐降低，高浓度的EMS诱变会导致高粱种子死亡或幼苗畸形等现象，与前人研究基本一致；当EMS处理浓度为0.3%，处理时间12h时，最适宜酒用糯高粱突变体的筛选。丁延庆等提出的红缨子EMS处理最适浓度为0.4%，处理时间为16h[11]；王春语提出的20h加EMS0.2%为最佳的诱变处理时间和浓度[12]；刘言龙等提出的0.1%诱变效果最好[13]；笔者认为，可能由于高粱品种不同及EMS药品来源渠道不同而结果存在差异。

3.2 EMS诱变处理对糯高粱产量相关农艺性状的影响

EMS诱变处理后，在高粱诱变M1代中观察到了丰富的表型变异类型，如株高、穗长、一级枝梗长、主穗柄长、千粒重、茎粗等，这些都是影响糯高粱产量的重要农艺性状。Xin等用不同浓度EMS处理高粱Tx623后获得了矮化、叶色和叶形等不同的突变体[14]。范昕琦等研究报道，EMS诱变处理后，少数高粱穗型发生了变异，主要表现为穗长变短或穗缺失、穗型变散等[15]。本研究发现，利用EMS诱变酒用糯高粱红缨子和红珍珠后穗长产生的变异率极高，可达77%、82.5%，一级枝梗长变异率为52%、60%，主穗柄长度变异率为48%、55%，千粒重变异率为37%、46%，对比范昕琦等的研究变异率大幅度提高。

EMS诱变对高粱株型也会有一定的影响，常作为矮杆材料创制的方式之一。本研究发现，利用EMS诱变酒用糯高粱红缨子和红珍珠后株高的变异率为72.5%、80.0%，茎粗的变异率为36%、45%，对比前人研究也属大幅度提高。此外，不同的基因型对EMS诱变处理的敏感度不同，本研究发现，红珍珠产量相关性状产生变异率对EMS处理比红缨子更为敏感，这与前人研究结果相一致。

4 结论

本研究利用不同浓度的EMS对贵州地区主推高粱品种红缨子和红珍珠种子进行不同时间处理，发现随着EMS处理浓度增加和处理时间增长，种子出苗率逐渐降低，当EMS处理浓度为0.3%，处理时间12h时，最适宜酒用糯高粱突变体库的建立及筛选。EMS诱变剂对高粱产量相关农艺性状均产生较大影响，相关农艺性状的影响大小为穗长>株高>一级枝梗长>主穗柄长>千粒重>茎粗。同时，本研究发现，红珍珠对EMS诱变剂处理敏感性比红缨子更高，即EMS对红珍珠产量相关农艺性状变异率影响更大。