邵榮峰，張 偉，張 陽，王 官，常玉卉，白文斌，趙威軍

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所，山西 晉中 030600）

0 引言

甜高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)是粒用高粱的一個變種[1]，生物產(chǎn)量高，莖稈含糖量高[2]，抗逆性強(qiáng)，耐貧瘠，飼草營養(yǎng)品質(zhì)高，是優(yōu)質(zhì)的能源和飼草作物[3]。但是當(dāng)前中國甜高粱種質(zhì)資源缺少，田間易倒伏，限制了甜高粱的育種和推廣[4-5]。秋水仙素是一種微管解聚劑，可以通過抑制正在進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞形成仿綞絲而造成染色體加倍[6-7]。已有多項研究利用秋水仙素誘變創(chuàng)制出優(yōu)異的多倍體種質(zhì)資源，主要集中于果蔬、中藥材、花卉等方面，吳玉香等[8]采用改良瓊脂涂抹法（0.2%的秋水仙堿與0.1%的瓊脂混合成半固體）處理黃芪幼苗頂芽，得到四倍體黃芪幼苗。崔廣榮等[9]用秋水仙素對文心蘭再生類原球莖進(jìn)行多倍體誘導(dǎo)，加倍產(chǎn)生了四倍體苗。張計育等[10]研究了不同濃度秋水仙素對草莓愈傷組織的誘導(dǎo)率，結(jié)果表明0.3%秋水仙素浸泡處理4天是最佳的草莓離體葉片誘導(dǎo)方法，多倍體誘導(dǎo)率為100.0%，并且誘導(dǎo)產(chǎn)生出16X的植株。在作物加倍育種方面，應(yīng)用較多的是玉米單倍體加倍育性恢復(fù)，成鍇等[11]以玉米單倍體誘導(dǎo)系誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體，研究發(fā)現(xiàn)0.06%濃度的秋水仙素浸種12 h處理加倍效果最好，加倍率為11.76%。李向永等[12]以秋水仙素為加倍劑，采用浸種法、浸芽法、滴心葉法、針刺生長點(diǎn)法4種方法加倍糯玉米單倍體，結(jié)果表明浸種法對植株傷害較嚴(yán)重，針刺生長點(diǎn)法處理效果最好，滴心葉法次之。秋水仙素誘變產(chǎn)生的多倍體，營養(yǎng)器官變大，大多表現(xiàn)為莖粗增加，葉片增厚，營養(yǎng)物質(zhì)含量提高等[13-15]，這些誘變效應(yīng)均對解決甜高粱生產(chǎn)問題有積極意義，并且可以創(chuàng)制優(yōu)異的甜高粱種質(zhì)資源。本實驗以二倍體甜高粱‘FH59’為誘變材料，觀察不同濃度和處理時間對種子變異率和存活率的影響，篩選突變體后代的變異材料，為創(chuàng)制四倍體甜高粱新種質(zhì)及優(yōu)良種質(zhì)資源選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

材料為甜高粱優(yōu)質(zhì)恢復(fù)系‘FH59’，該品系一般配合力高，是優(yōu)質(zhì)甜高粱雜交種‘晉雜1401’的父本品系，種質(zhì)材料是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所甜高粱研究室自有品系。

1.2 研究方法

1.2.1 種子處理和變異統(tǒng)計 本試驗設(shè)處理濃度X和處理時間Y兩個處理因素，處理濃度X分別為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，處理時間Y分別24、31、48 h。每個處理3次重復(fù)，每次重復(fù)100粒種子。處理前將種子用2%的次氯酸鈉浸泡消毒10 min，然后用蒸餾水清洗3次，將種子放入鋪有定性濾紙的培養(yǎng)皿中，用吸管加入沒過種子的秋水仙素水溶液，將培養(yǎng)皿置于25℃，相對濕度70%的恒溫光照培養(yǎng)箱中。秋水仙素處理結(jié)束后，用蒸餾水反復(fù)沖洗5次，更換濾紙，加入蒸餾水繼續(xù)在相同條件的培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)芽。處理結(jié)束3天后，開始觀察統(tǒng)計幼苗的形態(tài)特征，統(tǒng)計每個處理的變異種子數(shù)，7天以后停止統(tǒng)計。

1.2.2 田間試驗 將實驗室內(nèi)發(fā)生變異的種子帶芽播種于育苗盤中，在室外進(jìn)行栽培，將正常出苗成活的幼苗于3葉期移栽至山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所試驗田中，田間管理參照常規(guī)高粱大田種植，全生育期觀察植株變異情況，花期套袋自交，將發(fā)生變異的植株單穗收獲脫粒。2019年將收獲的種子每穗播種一個小區(qū)，篩選鑒定變異植株。并對變異進(jìn)行套袋自交用于后續(xù)雜交種組配。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。室內(nèi)處理誘變率計算見式(1)。

2 結(jié)果與分析

2.1 變異幼苗形態(tài)觀測

試驗觀察表明，發(fā)生變異的種子主要表現(xiàn)出胚芽和胚根增粗變短，隨著處理濃度和浸泡時間的增加，胚芽呈現(xiàn)球狀和棒狀，胚根呈現(xiàn)鼓槌狀，濃度越高胚芽胚根增粗固縮越明顯，而且部分幼芽發(fā)軟極易發(fā)生斷裂，無法正常生長（圖1）。

圖1 同處理甜高粱誘變苗

2.2 不同處理誘變效應(yīng)分析

效應(yīng)值是指雙因素實驗中，一個因素處理水平下另一個因素變異率的平均值，可以有效反映單一因素下變異率的變化規(guī)律，分析表明，不同處理時間24 h處理誘變數(shù)效應(yīng)值最大，不同處理濃度下0.15%誘變效應(yīng)數(shù)最大（表1）。方差分析表明，不同處理濃度、處理時間以及兩者的交互作用對甜高粱種子誘變效果極顯著(P＜0.01)（表2）。秋水仙素水溶液處理24、31 h，處理濃度的增加變異率逐漸增加，處理48 h，處理濃度增加誘變率降低。

表1 不同秋水仙素處理組合甜高粱的變異率 %

表2 方差分析結(jié)果

2.3 田間變異植株鑒定

‘FH59’野生品系株高為2.5 m，穗長為21 cm，莖粗16.9 mm，錘度為15.67 Brix，籽粒顏色為白色，無芒，有較強(qiáng)的配合力，是優(yōu)異的甜高粱父本品系。田間觀察發(fā)現(xiàn)M1代植株存在大量不育植株，未發(fā)現(xiàn)其他性狀變異。田間M2代發(fā)現(xiàn)大量的矮化變異植株，發(fā)現(xiàn)株高90 cm以下變異株系一株，90～150 cm變異株17株，150～250 cm變異株16株（圖2-A）；大量變異株穗長發(fā)生變化，穗長最短變異為11 cm（圖2-B），最長為29.5 cm（圖2-C）；莖粗也發(fā)生明顯變化，最細(xì)的植株莖粗為10.65 mm，最粗的變異株為29.42 mm；錘度變異明顯，部分變異品系已不屬于甜高粱，錘度增大的變異系較少，錘度最大變異為17.6 Brix（表3）；部分變異株籽粒顏色白色增強(qiáng)或變異為淡紫色，無芒變異為有芒（圖3）。野生型植株花期為8月17日，屬于偏晚熟品系，田間發(fā)現(xiàn)部分早熟變異植株。

圖3 籽粒顏色和芒性變異

表3 變異植株農(nóng)藝性狀

3 討論

3.1 芽期誘變效應(yīng)

許興澤等[16]利用秋水仙素誘變燕麥種子，誘變結(jié)果表明種苗胚芽和胚根的直徑明顯增大，長度急劇縮短，隨著秋水仙素濃度和處理時間的延長種苗存活率急劇下降。胡瑞陽等[17]利用秋水仙素誘變杉木種子也有相同的發(fā)現(xiàn)。本試驗誘變觀察表明，芽期甜高粱秋水仙素誘變效應(yīng)主要表現(xiàn)在胚根和胚芽固縮變粗，隨著誘變時間和濃度的增加，致死率增加，雖然變異效果更加顯著，但是變異苗的死亡率也在逐漸增加，而且田間移栽成活率受到覆土厚度和澆水量的影響，成活更加困難。

3.2 誘變時間和濃度

化學(xué)誘變在種質(zhì)資源創(chuàng)制中有積極意義，可以用于改良高配合力親本性狀。秋水仙素可以在有絲分裂過程中抑制紡錘絲分離而造成植物染色體加倍，處理時間和濃度對加倍作用的效果影響顯著。周亞星等[18]研究表明甜高粱×白殼蘇丹草和散穗高粱×白殼蘇丹草雜交F1適宜的秋水仙素的濃度與處理的時間分別為0.05%、40 h和0.10%、24 h。房永雨等[19]研究表明散穗高粱×紅殼蘇丹草雜種F1和散穗高粱×黑殼蘇丹草雜種F1的適宜秋水仙素濃度和時間處理組合分別為0.1%、24 h和0.05%、36 h。本試驗分析表明甜高粱在24 h，0.15%誘變條件下變異數(shù)最高，且變異苗固縮適中，田間成活率相對較高，這一處理為最適誘變條件，這與前人研究結(jié)果相似。誘變數(shù)主要反映變異苗的數(shù)量，但是隨著濃度和處理時間的增加，種子致死未能發(fā)芽數(shù)增多，而且有多變異幼苗也由于固縮過于明顯而無法成活。因此本試驗篩選出的誘變時間和濃度既可以保證誘變率，又能保證變異苗成活率。

3.3 田間變異株鑒定

當(dāng)前化學(xué)誘變創(chuàng)制突變體主要是利用EMS，秋水仙素主要是作為加倍藥劑使用，但是多數(shù)的誘變試驗，芽期加倍效果顯著，成熟期倍性鑒定困難，而且絕大部分為嵌合體，無法穩(wěn)定遺傳，當(dāng)前試驗對于秋水仙素誘變后代變異的篩選較少，主要集中于室內(nèi)誘變。吳杰等[20]以不同濃度秋水仙素處理黃花酢漿草腋芽外植體，變異成株出現(xiàn)莖膨大、矮化等突變體。本研究發(fā)現(xiàn)秋水仙素誘變后代性狀變異明顯，可以作為一種誘變藥劑使用，而且性狀變異主要表現(xiàn)在M2代，許多性狀變異符合育種改良目標(biāo)。‘FH59’生育期較晚，對于雜交種的組配限制明顯，本次誘變后代發(fā)現(xiàn)的早熟突變株對后期的育種作用明顯?！瓼H59’作為恢復(fù)系一般配合力高，是優(yōu)異的甜高粱父本品系，本次誘變發(fā)現(xiàn)大量的矮化變異株，其中株高低于150 cm的均可以轉(zhuǎn)為A3型不育系，若是轉(zhuǎn)育成的不育系依舊能保持優(yōu)良的一般配合力，這可以對甜高粱育種產(chǎn)生積極意義。

4 結(jié)論

秋水仙素誘變效果受到誘變時間、藥劑濃度以及二者交互作用的影響，在24 h，0.15%誘變條件下誘變效果最佳。秋水仙素苗期加倍效應(yīng)明顯，成熟期M2變異效果也十分顯著，可以產(chǎn)生大量的突變體。