李輝 段明禹 張小微 舒中兵 陳浪 陳小翠

(遵義市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/遵義市作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 遵義 563000)

高粱(Sorghum bicolor)是世界上第5大谷類(lèi)作物，居大米、玉米、小麥和大麥之后[l]。99個(gè)國(guó)家超過(guò)4200hm2土地上種植著高粱，其種植歷史悠久，種質(zhì)資源豐富，種類(lèi)較多，用途廣泛[2,3]。在籽粒高粱中，將支鏈淀粉含量在80%以上的稱(chēng)為糯高粱。糯高粱不僅是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高的谷物食材，更是我國(guó)各大白酒企業(yè)的重要釀酒原料[4]。紅纓子系列高粱粒小、皮厚、單寧含量適中，是醬香型白酒的關(guān)鍵釀酒原料[5]。近年來(lái)，隨著酒業(yè)進(jìn)一步快速發(fā)展，醬香型酒用糯高粱供需矛盾更加突出。在不影響品質(zhì)的前提下，培育產(chǎn)量較高的新品種已迫在眉睫。

誘變育種是目前育種中解決遺傳資源狹窄、種質(zhì)資源匱乏的有效方法之一[6,7]。其中，采用甲基磺酸乙酯(EMS)化學(xué)誘變劑誘變作物的方法具有誘變率高、專(zhuān)一性強(qiáng)、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各作物優(yōu)良品種的選育[8,9]。到目前為止，雖然已有EMS誘變高粱的相關(guān)報(bào)道，但從產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀方面開(kāi)展討論的研究卻極少。因此，本研究以醬香型白酒主要糯高粱品種紅纓子和紅珍珠為供試材料，研究EMS不同濃度對(duì)其出苗的影響，進(jìn)一步探索了EMS對(duì)產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響，為醬香型酒用糯高粱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種選育提供基礎(chǔ)材料和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

試驗(yàn)以貴州地區(qū)主推糯高粱品種紅纓子和紅珍珠為材料，種子購(gòu)自貴州紅纓子農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，所用甲基磺酸乙酯(EMS)化學(xué)誘變劑購(gòu)自美國(guó)Sigma公司，0.5%硫代硫酸鈉溶液購(gòu)自北京綠澤森生物技術(shù)有限公司。試驗(yàn)于2020年在遵義市作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和遵義市農(nóng)科院旱作試驗(yàn)基地(遵義市匯川區(qū)高坪街道大橋村)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 EMS誘變處理對(duì)糯高粱種子出苗的影響

用超純水配制0.0%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的EMS誘變劑溶液。選取籽粒飽滿(mǎn)的紅纓子和紅珍珠種子各9000粒，設(shè)置5個(gè)處理，3次重復(fù)。利用所設(shè)不同濃度的EMS誘變劑溶液進(jìn)行8h、12h和16h的室溫浸種處理；處理完畢后，加入已配制好的0.5%硫代硫酸鈉溶液后對(duì)廢液進(jìn)行解毒處理。處理后的種子采用流水不間斷沖洗8h。將處理好的種子播種于穴盤(pán)中，14d后統(tǒng)計(jì)出苗率。

1.2.2 EMS誘變處理對(duì)高粱產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響

采用半致死量的EMS濃度進(jìn)行糯高粱產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀誘變率的研究，配制0.3%的EMS誘變劑溶液。選取籽粒飽滿(mǎn)的紅纓子和紅珍珠種子各60000粒，設(shè)置3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)紅纓子和紅珍珠處理種子數(shù)各20000粒，用配制好的0.3% EMS誘變劑溶液進(jìn)行12h的浸種處理；處理完畢后，加入已配制好的0.5%硫代硫酸鈉溶液后對(duì)廢液進(jìn)行解毒處理。處理后的種子用同樣的方式流水不間斷沖洗8h。將處理好的種子撒播于遵義市農(nóng)科院旱作試驗(yàn)基地進(jìn)行育苗移栽，每穴2粒，株距20cm，行距50cm，5m開(kāi)廂，每個(gè)品種播種面積約0.3hm2。

1.3 測(cè)定方法

統(tǒng)計(jì)全部植株的株高、莖粗、穗長(zhǎng)、一級(jí)枝梗長(zhǎng)、主穗柄長(zhǎng)、千粒重等產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的表型變異情況。整理數(shù)據(jù)并計(jì)算出苗率和各表型變異率。計(jì)算公式：

出苗率(%)=(出苗總數(shù)/供試種子數(shù))×100

變異率(%)=(變異株數(shù)/成苗株數(shù))×100

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素(One-way ANOVA)和Duncan法進(jìn)行差異顯著性分析(α=0.05)。以3次重復(fù)分析的平均值作為實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度EMS處理對(duì)種子出苗的影響

如圖1～3所示，不同濃度EMS誘變處理8h、12h和16h對(duì)糯高粱紅纓子和紅珍珠出苗率均有一定的抑制作用，即降低高粱種子的出苗率。不同濃度EMS處理8h、12h和16h對(duì)2個(gè)品種出苗率的影響總趨勢(shì)一致，均隨著EMS處理濃度增加和處理時(shí)間增長(zhǎng)抑制作用增強(qiáng)，即種子出苗率逐漸降低。且不同濃度EMS處理16h后，種子出苗率下降幅度最大。

圖1 不同濃度EMS處理8h后出苗率的影響

圖2 不同濃度EMS處理12h后出苗率的影響

圖3 不同濃度EMS處理16h后出苗率的影響

表1 不同濃度EMS處理對(duì)紅纓子和紅珍珠出苗的影響

如表1所示，隨著EMS處理濃度的增大處理時(shí)間增長(zhǎng)，種子出苗率逐漸降低，當(dāng)EMS處理濃度為0.5%，處理時(shí)間為16h時(shí)，糯高粱紅珍珠種子出苗率僅為6.5%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)EMS處理濃度為0.3%，處理時(shí)間12h時(shí)，接近半致死劑量，說(shuō)明該濃度和時(shí)間下適宜糯高粱突變體的篩選。此外，從表1可以看出，0.2%～0.5% EMS浸種處理8h、12h及16h時(shí)，紅珍珠種子出苗率明顯低于紅纓子種子的出苗率。以上結(jié)果表明，高粱對(duì)EMS處理敏感，這種敏感性在不同品種間存在顯著差異，紅珍珠對(duì)EMS處理的敏感性顯著高于紅纓子。

2.2 EMS誘變處理對(duì)糯高粱產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響

經(jīng)過(guò)0.3% EMS誘變劑溶液進(jìn)行12h的室溫浸種處理，田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2個(gè)品種部分植株的株高、穗長(zhǎng)、一級(jí)枝梗長(zhǎng)、主穗柄長(zhǎng)、千粒重、莖粗等產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的表型均產(chǎn)生了一定程度的變化，各性狀具體表型變異率如圖4所示，結(jié)果表明，EMS 處理對(duì)紅纓子、紅珍珠2個(gè)品種高粱的穗長(zhǎng)和株高產(chǎn)生的影響極大，穗長(zhǎng)的變異率分別為77%、82.5%，株高的變異率分別為72.5%、80.0%；莖粗和千粒重所受影響較小，產(chǎn)生的變異率相對(duì)較低，千粒重的變異率分別為37%、46%，莖粗的變異率分別為36.0%、45%；而一級(jí)枝梗長(zhǎng)和主穗柄長(zhǎng)所產(chǎn)生的變異率接近成苗株數(shù)的1/2，在48.0%～60.0%。同時(shí)，從圖4還可以看出，紅珍珠所有性狀產(chǎn)生的變異率較紅纓子更高，表明紅珍珠對(duì)EMS誘變劑的敏感性更高，即EMS對(duì)紅珍珠產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響更大。

圖4 EMS處理對(duì)糯高粱株高、莖粗、穗長(zhǎng)、一級(jí)枝梗長(zhǎng)、主穗柄長(zhǎng)、千粒重的影響

3 討論

3.1 糯高粱突變體庫(kù)構(gòu)建的最佳EMS處理?xiàng)l件

EMS誘變效率高、范圍廣及專(zhuān)一性強(qiáng)，已被廣泛用于多種作物的誘變育種[10]?；瘜W(xué)誘變育種中，誘變劑濃度過(guò)高對(duì)種子生理?yè)p傷嚴(yán)重，容易導(dǎo)致多數(shù)種子死亡；誘變劑濃度過(guò)低其誘變效果也會(huì)降低，產(chǎn)生的變異會(huì)大幅度減少，因此，一般采用半致死濃度為化學(xué)誘變育種的最適濃度。

本試驗(yàn)分析結(jié)果表明，隨著EMS處理濃度增加和處理時(shí)間增長(zhǎng)，種子出苗率逐漸降低，高濃度的EMS誘變會(huì)導(dǎo)致高粱種子死亡或幼苗畸形等現(xiàn)象，與前人研究基本一致；當(dāng)EMS處理濃度為0.3%，處理時(shí)間12h時(shí)，最適宜酒用糯高粱突變體的篩選。丁延慶等提出的紅纓子EMS處理最適濃度為0.4%，處理時(shí)間為16h[11]；王春語(yǔ)提出的20h加EMS0.2%為最佳的誘變處理時(shí)間和濃度[12]；劉言龍等提出的0.1%誘變效果最好[13]；筆者認(rèn)為，可能由于高粱品種不同及EMS藥品來(lái)源渠道不同而結(jié)果存在差異。

3.2 EMS誘變處理對(duì)糯高粱產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響

EMS誘變處理后，在高粱誘變M1代中觀察到了豐富的表型變異類(lèi)型，如株高、穗長(zhǎng)、一級(jí)枝梗長(zhǎng)、主穗柄長(zhǎng)、千粒重、莖粗等，這些都是影響糯高粱產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀。Xin等用不同濃度EMS處理高粱Tx623后獲得了矮化、葉色和葉形等不同的突變體[14]。范昕琦等研究報(bào)道，EMS誘變處理后，少數(shù)高粱穗型發(fā)生了變異，主要表現(xiàn)為穗長(zhǎng)變短或穗缺失、穗型變散等[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，利用EMS誘變酒用糯高粱紅纓子和紅珍珠后穗長(zhǎng)產(chǎn)生的變異率極高，可達(dá)77%、82.5%，一級(jí)枝梗長(zhǎng)變異率為52%、60%，主穗柄長(zhǎng)度變異率為48%、55%，千粒重變異率為37%、46%，對(duì)比范昕琦等的研究變異率大幅度提高。

EMS誘變對(duì)高粱株型也會(huì)有一定的影響，常作為矮桿材料創(chuàng)制的方式之一。本研究發(fā)現(xiàn)，利用EMS誘變酒用糯高粱紅纓子和紅珍珠后株高的變異率為72.5%、80.0%，莖粗的變異率為36%、45%，對(duì)比前人研究也屬大幅度提高。此外，不同的基因型對(duì)EMS誘變處理的敏感度不同，本研究發(fā)現(xiàn)，紅珍珠產(chǎn)量相關(guān)性狀產(chǎn)生變異率對(duì)EMS處理比紅纓子更為敏感，這與前人研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

本研究利用不同濃度的EMS對(duì)貴州地區(qū)主推高粱品種紅纓子和紅珍珠種子進(jìn)行不同時(shí)間處理，發(fā)現(xiàn)隨著EMS處理濃度增加和處理時(shí)間增長(zhǎng)，種子出苗率逐漸降低，當(dāng)EMS處理濃度為0.3%，處理時(shí)間12h時(shí)，最適宜酒用糯高粱突變體庫(kù)的建立及篩選。EMS誘變劑對(duì)高粱產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀均產(chǎn)生較大影響，相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響大小為穗長(zhǎng)>株高>一級(jí)枝梗長(zhǎng)>主穗柄長(zhǎng)>千粒重>莖粗。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)，紅珍珠對(duì)EMS誘變劑處理敏感性比紅纓子更高，即EMS對(duì)紅珍珠產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀變異率影響更大。