張明義 ，王 翔 ，張彥芹 ，梁改梅 ，楊麗莉 ，周小梅 ，董春林 ，孫 潔

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西 太原 030031；2.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

我國干旱、半干旱耕地面積約占全國總耕地面積的50%，干旱已成為限制作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素。北方地區(qū)常發(fā)生春旱，給玉米生產(chǎn)帶來巨大損失[1]。水資源短缺、氣候干旱問題具有不斷加重的趨勢，對糧食生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。作物的抗旱性研究越來越受到人們重視[2]。

山西地處黃土高原，降水少，蒸發(fā)量大，干旱常常導(dǎo)致作物嚴(yán)重減產(chǎn)。因此，選育和應(yīng)用抗旱耐逆的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物品種就顯得尤為迫切[3-4]。通過誘變技術(shù)創(chuàng)造抗、耐旱作物新種質(zhì)，是培育抗旱優(yōu)良新品種的有效途徑。目前，化學(xué)誘變劑甲基磺酸乙酯（EMS）在農(nóng)作物誘變育種中得到了較廣泛的應(yīng)用，尤其在對玉米遺傳誘變新種質(zhì)選擇方面的效果最好[5-8]。自2006年以來，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心利用EMS化學(xué)誘變技術(shù)開展了玉米抗旱新種質(zhì)的創(chuàng)新研究，對鄭58、昌7-2等幾個玉米骨干自交系進(jìn)行了大量的EMS誘變處理和選擇，先后獲得了一批遺傳穩(wěn)定、抗逆和農(nóng)藝性狀優(yōu)良的新種質(zhì)。

本試驗對以玉米自交系鄭58為EMS誘變材料、經(jīng)M5選擇的15個新種質(zhì)材料進(jìn)行抗旱相關(guān)指標(biāo)的測定，對其抗旱性進(jìn)行綜合評價，旨在為培育抗旱新品種提供新的種質(zhì)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗材料為玉米自交系鄭58及其用EMS誘變選擇的M5變異材料（表1）。

1.2 幼苗水分脅迫

種子萌發(fā)參照范翠麗等[1]的方法進(jìn)行。待幼苗生長到3葉1心時，用5%PEG-6000溶液進(jìn)行脅迫，處理1 d后，換用10%PEG-6000溶液脅迫2 d，隨后測定各項與抗旱相關(guān)的生理生化指標(biāo)。

表1 供試玉米材料

1.3 失水速率及丙二醛、可溶性糖、脯氨酸含量的測定

用葉片失水速率[9]表示保水能力的強(qiáng)弱。用TBA比色法測定丙二醛含量[10]；用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[10]；用磺基水楊酸法測定脯氨酸含量[10]。

1.4 誘變系的隨機(jī)PCR鑒定

玉米DNA提取采用CTAB法[11]。RAPD反應(yīng)在PE-480 PCR儀上進(jìn)行。擴(kuò)增反應(yīng)溶液體積為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反應(yīng)程序為:94℃預(yù)變性3 min；94℃變性 1 min，50℃退火 0.5 min，72℃延伸1.2 min，擴(kuò)增36個循環(huán)；72℃延伸10 min，最后在4℃保存。擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同誘變材料失水速率的比較

PEG脅迫后16份玉米材料幼苗的失水速率如圖1所示。從圖1可以看出，測試材料失水速率的變化在0.13～0.23 mg/（g·h）之間，表明各材料在抗旱性上存在差異。11號（Y1020-2）的保水力最高（失水速率最低），其次是3號（Y1002-1）、16 號（Y1027-1）、7 號（Y1010-2），從保水方面看，這幾個材料的抗旱性較好。

2.2 不同誘變材料丙二醛含量的比較

植物在逆境條件下，往往會發(fā)生膜脂過氧化作用，其產(chǎn)物之一是丙二醛（MDA），其含量的高低可以代表細(xì)胞膜的膜脂過氧化程度和細(xì)胞膜的受損傷大小，可用于衡量植物在逆境條件下抗性的強(qiáng)弱。從圖2可以看出，16份材料中的7號（Y1010-2）MDA含量最低，為 1.36×10 μmol/g，即在此指標(biāo)下的抗旱性最好；其次是3號（Y1002-1）、16 號（Y1027-1）、9 號（Y1017-1）玉米材料，也有較好的抗旱性。

2.3 不同誘變材料可溶性糖含量的比較

植物為了抵抗干旱等不良環(huán)境造成的細(xì)胞脫水，往往會主動積累一些可溶性糖和氨基酸來降低滲透勢和冰點(diǎn)，以適應(yīng)外界環(huán)境的變化。PEG脅迫后的16個玉米材料體內(nèi)的可溶性糖含量如圖3所示，7號（Y1010-2）的可溶性糖含量最高，達(dá)2.78%，其次是16號（Y1027-1）、4號（Y1003-3）、8號（Y1015-1）。各供試材料的可溶性糖含量存在差異，表明它們在干旱脅迫下對細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力的大小不同，進(jìn)而在抗旱性上存在差異。

2.4 不同誘變材料脯氨酸含量的比較

在干旱條件下，植物體內(nèi)脯氨酸的含量會顯著增加?？购敌詮?qiáng)的品種往往會積累較多的脯氨酸，因此，植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上可以反映植物的抗逆性，常作為抗旱育種的生理指標(biāo)。由圖4可知，供試材料中，以5號（Y1004-6）的脯氨酸含量最高，為4.3 mg/100 g；含量較高的材料還有 7號（Y1010-2）、16號（Y1027-1），表明它們的抗旱性也較好。

2.5 抗旱性的綜合評價

采用抗旱性隸屬函數(shù)法[12]分析比較，綜合評價誘變材料的抗旱性，結(jié)果列于表2。從表2綜合評價可以得出，有10個誘變系的抗旱性比對照高，處于前 4 位的是 7，16，11，5 號，它們與鄭58相比，優(yōu)勢很明顯，這一篩選結(jié)果同田間種植的玉米植株在干旱脅迫后所觀察到的生長狀況基本一致。

表2 不同誘變材料抗旱性綜合評價

2.6 誘變材料DNA的變異

從40個隨機(jī)引物中篩選出1個具有明顯擴(kuò)增差異的引物S38，序列為ATTGTACCGT，隨機(jī)PCR 擴(kuò)增結(jié)果如圖 5所示，5號（Y1004-6）、7號（Y1010-2）、13 號（Y1022-4）、16 號（Y1027-1）與1號（鄭58）的差異較為明顯，表明經(jīng)EMS誘變后玉米DNA發(fā)生了質(zhì)的變化。

3 討論

干旱對于作物的各種生理過程有著廣泛而深刻的影響，作物在抗旱性方面所表現(xiàn)出的差異都有其相應(yīng)的生理生化基礎(chǔ)，玉米的抗旱性是多種生理生化綜合作用的結(jié)果。迄今為止，已有許多學(xué)者進(jìn)行了玉米抗旱性評價指標(biāo)的研究，提出了一系列評價指標(biāo)體系[13-15]，所得的結(jié)果表明，在干旱條件下離體葉片的抗脫水能力、丙二醛含量、外滲電導(dǎo)率、還原性酶活性、滲透調(diào)節(jié)能力等可作為玉米抗旱性鑒定評價的良好指標(biāo)。宋鳳斌等[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標(biāo)與玉米抗旱性存在較好的相關(guān)性，可作為玉米抗旱性鑒定指標(biāo)。

本研究對供試15個誘變材料的抗旱性綜合評價結(jié)果與其田間水、旱地種植進(jìn)行抗旱性鑒定的結(jié)果基本一致，說明抗旱性鑒定所采用的生理生化指標(biāo)是有效的，可用于玉米抗旱種質(zhì)材料的輔助選擇。

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