范昕琦 王海燕 陳靜 張曉娟 郭琦 梁篤 周福平 聶萌恩張一中 柳青山

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所 高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，晉中 030600；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)社會(huì)服務(wù)部，太原 030031）

高粱是世界第五大禾谷物類作物之一。不僅是重要糧食作物，還是中國(guó)傳統(tǒng)釀造業(yè)、畜牧業(yè)、新型再生能源產(chǎn)業(yè)、功能保健食品行業(yè)主要或極具潛力的原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要位置［1-2］。新形勢(shì)下，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的改變、高粱用途的變化以及我國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以單純高產(chǎn)為主的高粱育種目標(biāo)已不能滿足市場(chǎng)多元化需求，因此，培育適應(yīng)市場(chǎng)多元化需求的新材料是我國(guó)高粱育種工作者的新目標(biāo)。

優(yōu)異的育種材料是育種工作的關(guān)鍵因素，而我國(guó)高粱育種一直以傳統(tǒng)育種方法為主，創(chuàng)制新材料的能力嚴(yán)重不足。隨著世界各國(guó)育種家不斷的研究，發(fā)現(xiàn)一種高效的新種質(zhì)資源創(chuàng)制方法——誘變育種法。誘變育種法中的甲基磺酸乙酯（ethylmethane sulfonate，EMS）化學(xué)誘變育種技術(shù)因其成本低、操作簡(jiǎn)單、突變率高、染色體畸變異少、多為單基因突變，突變范圍廣、突變性狀穩(wěn)定且易于篩選等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于各種作物突變體庫(kù)的構(gòu)建、優(yōu)異資源的創(chuàng)制和基因功能研究［3-14］。近幾年，EMS誘變技術(shù)作為一種有效的突變育種技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外高粱育種家的青睞，育種家們利用該技術(shù)為高粱的定性和定量性狀創(chuàng)造各種遺傳變異性。國(guó)內(nèi)主要研究EMS單誘變對(duì)各種高粱種質(zhì)的誘變效果和效率，以及EMS突變體庫(kù)的構(gòu)建，種質(zhì)涉及粒用高粱和甜高粱，有恢復(fù)系10125和晉粱5號(hào)，保持系Tx623、2055B、V4B、11494B、11476B［15-23］。國(guó)外主要研究γ輻射和EMS組合處理對(duì)高粱的誘變效果和效率［24-26］。如Surashe等［24］用伽馬射線（100-400 Gy）、EMS（0.1%-0.4%）及其組合照射Parbhani Moti高粱品種，在各種誘變處理的M2中篩選出了早花（63 d）、中高（90 cm）和長(zhǎng)圓錐花序（21 cm）突變體。Kalpande等［25］認(rèn)為300 Gy伽馬射線和0.2%EMS及其組合（200 Gy+0.2% EMS）對(duì)印度296B和Parbhani moti兩個(gè)高粱品種的遺傳變異性較廣，有效性和效率更高。Wanga等［26］利用伽馬輻射和EMS處理，確定單次和聯(lián)合使用伽馬輻射和EMS在6個(gè)印度高粱中有效突變育種的最佳劑量，但是其認(rèn)為由于幼苗出苗不良且幼苗成活率低于LD50，不建議使用伽馬輻射和EMS的組合應(yīng)用劑量，EMS單誘變的有效性更高，6個(gè)印度高粱種質(zhì)的EMS最佳劑量范圍不同。

近幾年，EMS誘變技術(shù)在高粱育種中的應(yīng)用研究有較少報(bào)道，且報(bào)道的種質(zhì)較少，未見(jiàn)其他優(yōu)良種質(zhì)的相關(guān)研究，種質(zhì)創(chuàng)新較局限。

本研究利用EMS誘變技術(shù)對(duì)我國(guó)北方6個(gè)骨干恢復(fù)系的種子進(jìn)行EMS誘變處理，探討不同濃度EMS對(duì)不同高粱種質(zhì)的成苗及主要農(nóng)藝性狀的影響，通過(guò)田間表型的分析確定EMS誘變高粱的最佳條件，為高粱突變體庫(kù)構(gòu)建、種質(zhì)資源的創(chuàng)新以及培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的高粱新材料提供基礎(chǔ)材料和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)以6個(gè)高粱恢復(fù)系1121R、L早615·L17、低稈L17、L17、28R·吉16、LgB7B大粒高種子為研究材料。試驗(yàn)材料均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所飼料研究室提供。

1.2 方法

1.2.1 試劑配置及種子處理方法 配置5種濃度（0%、0.20%、0.25%、0.30%和0.35%）EMS誘變劑溶液。選取1121R、L早615·L17、低稈L17、L17、28R·吉16、LgB7B大粒高材料各15份大小均勻一致且飽滿的種子，置于小網(wǎng)袋中（標(biāo)明材料+EMS濃度+重復(fù)），共90份，每份種子為500粒。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。將90份種子按照EMS處理濃度分為5組，進(jìn)行EMS（0.00%、0.20%、0.25%、0.30%和0.35%）處理，確保所有種子都浸入在處理液中，室溫浸種12 h。然后用水沖洗4 h，自然晾曬。試驗(yàn)于2019年在高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，處理所用甲基磺酸乙酯（EMS）誘變劑為美國(guó)Sigma生產(chǎn)。

1.2.2 田間試驗(yàn)方法 2019年5月上旬，將EMS誘變處理后的種子穴播于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所東白試驗(yàn)基地（112°42'24.44″E，37°35'11.25″N），海拔高度為887 m，無(wú)霜期平均為158 d，年降雨量400-450 mm，＞0℃積溫3 990℃，屬大陸性半干旱季風(fēng)氣候。2019年生育期（5-10月）平均氣溫20℃，最低氣溫-2.4℃，最高氣溫33.7℃，降水總量264.6 mm，降水天數(shù)為78 d，日照時(shí)數(shù)1 354 h。該試驗(yàn)地常年以種植高粱、玉米為主，田間種植采用穴播，每穴4粒，行距40 cm，株距20 cm，共90個(gè)小區(qū)（2.5 m×4 m），設(shè)置3個(gè)平行重復(fù)。所有田間管理均采用高粱大田常規(guī)管理。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法 觀察田間誘變材料的生長(zhǎng)情況，于播種后6周計(jì)算相對(duì)成苗率，對(duì)幼苗的形態(tài)進(jìn)行定期觀察，進(jìn)入開(kāi)花期每天觀察，所有植株開(kāi)花前單株套袋，并統(tǒng)計(jì)全部植株的株高、葉片、穗型、育性及成熟期等表型變異情況。整理數(shù)據(jù)并計(jì)算各表型變異率。計(jì)算公式如下：

成苗率（%）=（成活苗總數(shù)／供試種子數(shù)）×100%

相對(duì)成苗率（%）=處理的成苗率／對(duì)照成苗率×100%

變異率（%）=變異株數(shù)／成苗株數(shù)×100%

以套袋自交結(jié)實(shí)率作為植株育性鑒定指標(biāo)。依據(jù)植株的結(jié)實(shí)率將植株育性分為4個(gè)等級(jí)：育性=0（不結(jié)實(shí)）、育性≤10%（單穗結(jié)實(shí)率≤10%）、10%＜育性≤50%（10%＜單穗結(jié)實(shí)率≤50%）和育性＞50%（單穗結(jié)實(shí)率＞50%）［21］。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel軟件整理處理數(shù)據(jù)并作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果

2.1 不同濃度EMS處理對(duì)高粱成苗率的影響

由表1可知，EMS誘變處理后，在不同濃度處理下，與對(duì)照相比，高粱的相對(duì)成苗率顯著降低（P＜0.01），隨著EMS處理濃度的增加，1121R、L早615·L17、低稈L17、L17、28R·吉16、LgB7B大粒高的相對(duì)成苗率呈由高到低的下降趨勢(shì)。

表1 不同濃度EMS處理對(duì)高粱成苗率的影響Table 1 Effects of the EMS treatments with different concentrations on the seeding emergence rate of sorghum

0.20% EMS處理時(shí)，1121R的相對(duì)成苗率最高，為75.64%；其次為L(zhǎng)早615·L17，為75.34%。1121R和L早615·L17的相對(duì)出苗率無(wú)顯著差異（P＞0.05），但是這兩個(gè)材料的相對(duì)出苗率顯著高于其他4個(gè)材料（P＜0.01）。LgB7B大粒高相對(duì)成苗率最低，為52.5%，顯著低于其他材料（P＜0.01）。L17和低稈L17的相對(duì)出苗率無(wú)顯著差異（P＞0.05），LgB7B大粒高和28R·吉16的相對(duì)出苗率無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

0.25% EMS處理時(shí)，1121R相對(duì)出苗率最高，為74.36%，顯著高于其他材料（P＜0.01）。28R·吉16相對(duì)成苗率最低，為50%。28R·吉16和LgB7B大粒高無(wú)顯著差異（P＞0.05），L17和L早615·L17無(wú)顯著差異（P＞0.01）。

0.30% EMS處理時(shí)，低稈L17相對(duì)成苗率最高，為64.68%。28R·吉16的相對(duì)成苗率最低，為45.71%。6個(gè)材料中，除了1121R和L17無(wú)顯著差異（P＞0.05）外，其他材料間差異顯著（P＜0.01）。

0.35% EMS處理時(shí)，低稈L17的相對(duì)成苗率最高，為64.68%。28R·吉16相對(duì)成苗率最低，為42.86%。6個(gè)材料中除了LgB7B大粒高和28R·吉16無(wú)顯著差異（P＞0.05）外，其他材料間差異顯著（P＜0.01）。

就成苗率方面考慮，為了進(jìn)一步確認(rèn)EMS誘變濃度，進(jìn)行了半致死處理分析，結(jié)果顯示，構(gòu)建突變體庫(kù)時(shí)，EMS濃度的選擇應(yīng)因材料不同而不同。1121R最佳誘變濃度為0.30%；LgB7B大粒高和28R·吉16最佳誘變濃度為0.25%；L早615·L17和L17最佳誘變濃度為0.35%；而低稈L17則需要高于0.35%的EMS，因設(shè)置的EMS處理最高濃度為0.35%，低稈L17在此處理濃度下成苗率仍較高（61.23%），因此，低稈L17半致死具體濃度仍需進(jìn)一步試驗(yàn)明確。

不同種質(zhì)對(duì)不同濃度EMS處理的敏感性不同（表2）。在各EMS處理濃度下，28R·吉16的相對(duì)成苗率均為最低，即EMS處理后，28R·吉16對(duì)EMS處理最敏感。28R·吉16和LgB7B大粒高的相對(duì)成苗率除了在0.30% EMS濃度時(shí)差異顯著（P＜0.01），其他處理濃度時(shí)均無(wú)顯著差異（P＞0.01）。0.20%和0.25%EMS處理時(shí)，1121R的相對(duì)成苗率最高，即1121R對(duì)EMS最耐受，受EMS誘變處理的影響最小，0.30%和0.35%EMS處理時(shí)，低稈L17的相對(duì)成苗最高，即低稈L17對(duì)EMS最耐受，受EMS誘變處理影響最小。

表2 不同濃度EMS處理對(duì)高粱成苗的影響程度比較Table 2 Comparison of affecting degrees of different EMS treatments with different concentrations on the seeding emergence of sorghum

2.2 不同濃度EMS處理對(duì)高粱植株高度的影響

由表3可知，EMS誘變處理后，在不同濃度處理下，與對(duì)照相比，高粱的株高變異率顯著增加（P＜0.01），隨著EMS濃度的增加，6個(gè)供試材料的株高變異率均呈顯著上升趨勢(shì)，株高變異率最高的為0.35% EMS處理的1121R，為57.57%；最低的為0.20% EMS處理的28R·吉16，為8.33%。

表3 不同濃度EMS處理對(duì)高粱株高變異率的影響Table 3 Effects of EMS treatments with different concentrations on the plant heights of sorghum

0.20% EMS時(shí)，變異率最高的材料是LgB7B大粒高，最低的是L早615·L17。L早615·L17和28R·吉16的株高變異率顯著低于其余4個(gè)材料（P＜0.01），且其余4個(gè)材料間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

0.25% EMS處理時(shí)，變異率最高的材料是低稈L17，最低的是L早615·L17。1121R、LgB7B大粒高、低稈L17、L17材料間無(wú)顯著差異（P＞0.05），L早615·L17、28R·吉16、1121R材料間無(wú)顯著差異（P＞0.05），但是28R·吉16或1121R與LgB7B大粒高或低稈L17或L17材料間差異顯著（P＜0.01）。

0.30% EMS處理時(shí)，變異率最高的材料是L17，最低的是L早615·L17，6個(gè)材料中，除了1121R和LgB7B大粒高材料間無(wú)顯著差異外（P＞0.05），其他材料間差異顯著（P＜0.01）。

0.35% EMS處理時(shí)，變異率最高的材料是1121R，最低的是L早615·L17，除了LgB7B大粒高和低稈L17材料間無(wú)顯著差異外（P＞0.05），其他材料間差異顯著（P＜0.01）。

值得注意的是，EMS處理后，高粱材料L早615·L17在各個(gè)處理濃度時(shí)的株高變異率均顯著低于其他材料。結(jié)果表明，在株高變異方面，EMS處理對(duì)L早615·L17的影響最小。

2.3 不同濃度EMS誘變對(duì)高粱植株育性的影響

如圖1和表4所示，EMS處理顯著抑制了當(dāng)代高粱植株的結(jié)實(shí)。EMS處理后，6個(gè)高粱材料的育性為0%的變異率變化總趨勢(shì)一致，均隨著EMS濃度的增加而升高。同一EMS處理水平下，各材料間育性突變率差異顯著（P≤0.01）。0.35% EMS處理時(shí)，28R·吉16的完全不育突變率最高，為93.55%，低稈L17最低，僅為17.24%，1121R和L早615·L17的完全不育突變率高達(dá)80%以上，LgB7B大粒高為66.67%，L17為43.65%。

圖1 不同EMS處理對(duì)高粱植株育性的影響Fig.1 Effect of different EMS treatmentson the plant fertility of sorghum

表4 不同濃度EMS處理對(duì)高粱育性的影響Table 4 Effects of different EMS treatments with different concentrations on the plant fertility of sorghum

6個(gè)高粱材料在育性≤10%的變異率的變化總趨勢(shì)一致，均隨著EMS濃度的增加先升高后降低，但不同材料達(dá)到最高變異率所需的EMS處理濃度不同，LgB7B大粒高和28R·吉16所需EMS處理濃度為0.20%，1121R、L早615·L17、低稈L17所需EMS濃度為0.25%，L17所需EMS濃度為0.30%。6個(gè)高粱材料中，除了28R·吉16外，10%＜育性≤50%的變異率的變化總趨勢(shì)是一致的，均隨著EMS濃度的增加，先升高后降低。但不同材料達(dá)到最高變異率所需的EMS處理濃度不同，1121R、L早615·L17、低稈L17、L17所需EMS濃度為0.25%，LgB7B大粒高和28R·吉16所需EMS處理濃度分別為0.30%和0.20%。1121R、L早615·L17和L17在育性＞50%的育性變異率變化總趨勢(shì)一致，均隨著EMS濃度的增加而降低。而LgB7B大粒高、低稈L17、28R·吉16的變異率變化總趨勢(shì)一致，均隨著EMS濃度的增加先降低后升高再降低。

1121R、L早615·L17、L17在0.20% EMS處理下，1121R、L早615·L17和L17育性＞50%的變異率大于50%，其他處理濃度，材料均低于50%。

就育性方面考慮，構(gòu)建突變體庫(kù)時(shí)，各材料的最佳誘變濃度因材料不同而不同。1121R、L早615·L17和28R·吉16最佳誘變濃度均為0.25%；LgB7B大粒高最佳誘變濃度為0.30%；L17的最佳誘變濃度為0.35%；0.35% EMS時(shí)，低稈L17的敗育變異率僅為17.24%，所以低稈L17可以使用高于0.35%的EMS處理濃度，因所設(shè)置最高EMS處理濃度為0.35%，所以低稈L17最高濃度仍需進(jìn)一步試驗(yàn)明確。

2.4 EMS誘變對(duì)高粱植株葉片的影響

EMS處理后，6個(gè)供試高粱材料的植株葉片均出現(xiàn)了變異。調(diào)查葉片的變異類型包括葉形和葉色。由表5和圖2可知，EMS誘變處理后，在不同濃度處理下，與對(duì)照相比，高粱的葉片變異率顯著增加（P＜0.01）。隨著EMS濃度的增加，6個(gè)供試材料的葉片變異率呈顯著上升趨勢(shì)。各濃度EMS處理時(shí)，葉片突變率最大值均為1121R，且顯著高于其他材料（P＜0.01）。

圖2 不同EMS處理對(duì)高粱植株葉片的影響Fig.2 Effects of different EMS treatments on the plant leaves of sorghum

表5 不同濃度EMS處理對(duì)高粱葉片變異的影響Table 5 Effects of EMS treatments with different concentrations on the plant leaf mutation rates of sorghum

0.20%和0.30% EMS處理時(shí)，葉片突變率最小值均為L(zhǎng)17。0.25%和0.35% EMS處理時(shí)，葉片突變率最小值均是低稈L17。EMS誘變處理時(shí)，L17和低稈L17的葉片突變率均顯著低于其他材料（P＜0.01），L17和低稈L17間除了0.25% EMS處理時(shí)葉片變異率差異顯著（P＜0.01）外，其他處理時(shí)無(wú)顯著差異（P＞0.05）。結(jié)果表明，EMS處理對(duì)6個(gè)供試高粱的葉片的影響程度因種質(zhì)的不同而差異顯著。EMS處理對(duì)1121R的葉片的影響最大，能顯著提高其葉片的突變率，而對(duì)L17和低稈L17的葉片影響最小。

2.5 不同濃度EMS誘變對(duì)高粱穗型影響

不同EMS濃度處理對(duì)高粱穗型有一定的影響（表6），EMS處理后，少數(shù)高粱穗型發(fā)生變異，主要表現(xiàn)為穗子變短小、變長(zhǎng)、變散3種類型。如表6和圖3所示，EMS誘變處理后，在不同濃度處理下，與對(duì)照相比，高粱的葉片變異率顯著增加（P＜0.01）。6個(gè)供試高粱材料的穗型變異率隨著EMS濃度的增加而增加。與對(duì)照相比，0.20% EMS處理的L17的穗型變異率不顯著，其他處理均呈顯著差異（P＜0.01）。與對(duì)照相比，其他5個(gè)材料的各個(gè)EMS處理均呈顯著差異（P＜0.01）。0.20% EMS處理時(shí)，穗型突變率最大值為L(zhǎng)早615·L17，為2.59%，且顯著高于除低稈L17的其他材料（P＜0.01）；0.25% EMS處理時(shí)，穗型突變率最大值為28R·吉16，為4.29%，且顯著高于除LgB7B大粒高外的其他材料（P＜0.01）；0.30% EMS處理時(shí)，穗型突變率最大值為L(zhǎng)gB7B大粒高，為7.58%，且顯著高于除低稈L17的其他材料（P＜0.01）；0.35% EMS處理時(shí)，穗型突變率最大值為L(zhǎng)早615·L17，為8.81%，顯著高于低稈L17、L17、28R·吉16（P＜0.01），與1121R和LgB7B大粒高材料無(wú)差異（P＞0.01）。各濃度EMS處理時(shí)，穗型突變率最小值均為L(zhǎng)17，其中0.20% EMS處理時(shí)L17穗型突變率為0.00%，也就是說(shuō)0.20% EMS處理不能使L17產(chǎn)生穗部突變。分析結(jié)果表明，EMS處理對(duì)6個(gè)供試高粱的穗部的影響程度因種質(zhì)的不同而差異顯著。0.20%和0.35%EMS對(duì)L早615·L17影響最大，0.25% EMS對(duì)28R·吉16影響最大，0.30% EMS對(duì)LgB7B大粒高影響最大，各濃度EMS對(duì)L17影響最小。

圖3 不同EMS處理對(duì)高粱穗型的影響Fig.3 Effect of EMS treatments with different concentrations on the panicle types of sorghum

表6 不同濃度EMS處理對(duì)高粱穗型的影響Table 6 Effects of EMS treatments with different concentrations on the plant panicle types of sorghum

2.6 不同濃度EMS誘變對(duì)高粱成熟期的影響

EMS處理對(duì)高粱的成熟有一定的抑制作用，使高粱延后成熟。由表7和圖4可知，不同濃度EMS誘變處理后，與對(duì)照相比，6個(gè)供試高粱材料的成熟期變異率均顯著提高（P＜0.01），且隨著EMS濃度的增加而增加。其中，1121R成熟期變異率在0.25%和0.30% EMS處理間無(wú)顯著差異（P＜0.01）。L早615·L17在0.20%和0.25% EMS處理間以及0.30%和0.35% EMS處理間無(wú)顯著差異（P＜0.01）。低稈L17的成熟期突變率在0.25%、0.30%和0.35% EMS處理間無(wú)顯著差異（P＜0.01）。同一EMS處理濃度下，6個(gè)供試材料的成熟期變異率也存在明顯差異（P＜0.01）。0.2%和0.25% EMS處理時(shí)，成熟期變異率最高值均為L(zhǎng)17，分別為3.93%和6.25%，均顯著高于其他材料（P＜0.01）。0.30%和0.35% EMS處理時(shí)，成熟期變異率最高值均是LgB7B大粒高，分別為7.3%和14.33%，均顯著高于其他材料（P＜0.01）。各濃度EMS處理時(shí)，成熟期變異率最低值均為低稈L17；0.30% EMS處理時(shí)，除1121R和低稈L17成熟期變異率無(wú)顯著差異（P＜0.01）外，其他材料間差異顯著（P＜0.01）；0.25% EMS處理時(shí)，LgB7B大粒顯著（P＜0.01）。結(jié)果表明，EMS處理對(duì)各材料的成熟期的影響因種質(zhì)和處理濃度不同而不同，EMS處理對(duì)LgB7B大粒高和L17的影響較大，對(duì)L17的影響最小。高和28R·吉16成熟期變異率無(wú)顯著差異（P＜0.01），其他材料間差異顯著（P＜0.01）；0.35% EMS處理時(shí)，低稈L17與L早615·L17的變異率差異不顯著外。其他處理時(shí)，低稈L17的變異率與其他材料均差異

圖4 不同EMS處理對(duì)高粱成熟期的影響Fig.4 Effects of EMS treatments with different concentrations on the maturity stages of sorghum

表7 不同濃度EMS處理對(duì)高粱成熟期的影響Table 7 Effect of different EMS treatments with different concentrations on the plant maturity stage of sorghum

3 討論

3.1 高粱EMS誘變處理的條件

EMS誘變育種是目前進(jìn)行新種質(zhì)創(chuàng)制、材料改良以及功能基因研究的高效且安全的一種途徑。大量研究表明，不同植物對(duì)EMS的選擇濃度是不同的，白菜對(duì)EMS處理的最適濃度范圍為0.60%［27］，黃花苜蓿對(duì)EMS處理的最適濃度為1.40%［28］，小麥的最適濃度為0.30%［13］，苦蕎的最適濃度為1.20%和1.70%［29］。研究證明EMS誘變處理對(duì)高粱性狀突變的影響因種質(zhì)和農(nóng)藝性狀的不同而不同，這與前期的研究結(jié)果以及前人的研究結(jié)果一致［20,22-23］。建議高粱晉粱5號(hào)和V4B構(gòu)建突變體庫(kù)的EMS最適濃度分別為0.25%和不超過(guò)0.20%［22］，0.35%和0.30%的EMS可分別作為11494B和11476B構(gòu)建突變體庫(kù)和篩選株高突變體的最適濃度［23］；0.35%的EMS可作為11494B和11476B篩選葉形、穗型和成熟期突變體的最適濃度［23］。李輝等［20］建議的酒用糯高粱突變體的篩選EMS處理最適濃度為0.30%。丁延慶等［21］建議紅纓子的EMS處理最適濃度為0.40%；王春語(yǔ)等［15］建議TX623的EMS處理最適濃度為0.20%；劉言龍等［16］則認(rèn)為Tx623在0.10%誘變濃度下突變率最高；于淼等［19］建議保持系2055B的最佳誘變處理時(shí)間和濃度為14 h和0.25%，恢復(fù)系10125的最佳誘變處理?xiàng)l件是0.30%+14 h。王煒等［17］建議甜高粱自交系甜94適宜的EMS誘變條件為0.20%+16 h；張偉等［18］用0.25%+24 h的EMS處理?xiàng)l件對(duì)甜高粱甜C-1進(jìn)行了突變體創(chuàng)制；Wanga等［26］報(bào)道Parbhani Shakti、ICSV 15013、Parbhani Moti和Macia的EMS最佳劑量范圍分別為0.41%-0.60%、0.48%-0.58%、0.46%-0.51%、0.36%-0.45%。

構(gòu)建突變體庫(kù)是快速獲得豐富的農(nóng)藝性狀的一條高效途徑。構(gòu)建突變體庫(kù)的前提是EMS誘變條件的選擇，EMS處理濃度不能太小，處理時(shí)間不能太短，不然會(huì)導(dǎo)致突變少；構(gòu)建飽和突變體庫(kù)所需要的群體太大，不僅會(huì)增加成本，而且篩選效率也低；EMS濃度不能太大，處理時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)因群體太小而導(dǎo)致突變體飽和度不夠。所以，首先種子的成苗率應(yīng)控制在50%左右為宜。構(gòu)建飽和突變體庫(kù)，除了要考慮成苗率，育性也應(yīng)被重視，本研究表明，EMS誘變處理會(huì)導(dǎo)致植株發(fā)生敗育突變，而且隨著EMS處理濃度的增加，高粱植株敗育變異率呈增加趨勢(shì)。因此，構(gòu)建突變體庫(kù)時(shí)，植株的敗育突變率應(yīng)低于50%，這樣不會(huì)因可結(jié)實(shí)突變體少而影響突變的飽和性。綜合成苗率和育性兩方面考慮，構(gòu)建突變體庫(kù)時(shí)，6個(gè)供試材料的最佳EMS誘變濃度應(yīng)為：1121R、LgB7B大粒高、L早615·L17、28R·吉16最佳誘變濃度均為0.25%，L17最佳誘變濃度應(yīng)為0.35%，而低稈L17則需要高于0.35%的EMS。

綜上分析，可以證明，EMS處理對(duì)各高粱種質(zhì)影響不同，供試6個(gè)材料中，EMS處理對(duì)低稈L17的影響最小，其次是L17。EMS對(duì)高粱的影響不是單因素作用的結(jié)果，而是EMS濃度、處理時(shí)間、種質(zhì)以及種植環(huán)境等多種因素共同作用的結(jié)果，成功構(gòu)建一個(gè)飽和突變體庫(kù)，需要一定的大田預(yù)試驗(yàn)。

3.2 EMS誘變對(duì)高粱農(nóng)藝性狀的影響

EMS誘變處理后，在當(dāng)代誘變?nèi)后w就可觀察到影響高粱產(chǎn)量重要農(nóng)藝性狀的豐富表型變異類型，如株高、葉型、穗型、育性、成熟期等。但是，EMS誘變處理后在當(dāng)代表現(xiàn)的突變絕大多數(shù)不能穩(wěn)定遺傳給后代［30］，而且EMS誘變劑在處理過(guò)程中會(huì)對(duì)種子造成不同程度的損傷，很多植株在誘變當(dāng)代會(huì)表現(xiàn)出生理?yè)p傷。因此，在當(dāng)代不建議進(jìn)行突變體篩選，從M2代開(kāi)始進(jìn)行篩選和鑒定。

表8 高粱EMS誘變處理最佳濃度Table 8 Optimal concentrations of sorghum treated with EMS

矮化育種是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要育種目標(biāo)，利用EMS誘變產(chǎn)生高粱矮稈資源對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。本研究表明EMS具有矮化效果，易導(dǎo)致后代植株矮化。不同高粱材料經(jīng)EMS誘變劑處理后，其各個(gè)材料誘變?nèi)后w中均產(chǎn)生了株高降低的變異植株，株高變異統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，EMS處理能降低高粱植株的高度，EMS浸種一定程度上能夠提高植株的株高變異率，且隨著EMS濃度的增加，高粱株高變異率顯著增加。但EMS處理對(duì)不同高粱材料株高變異的影響存在較大差異。這與前人研究結(jié)果一致［21-23］。但是在0.30% EMS處理后，本研究6個(gè)材料株高變異率范圍為23.92%-34.13%，而李輝等［20］研究顯示EMS誘變處理紅纓子和紅珍珠后株高的變異率為72.5%和80.0%，兩者差異較大。在株高突變方面，EMS對(duì)株高較高的高粱影響較大，突變效果更好。紅纓子株高為245 cm左右，紅珍珠是紅纓子的姐妹系，株高為240 cm左右，本研究中6個(gè)材料株高均較低，1121R、L早615·L17、低稈L17、L17、28R·吉16、LgB7B大粒高株高分別為142.0、106.7、179.7、141.7、108.0和127.3 cm。前人已報(bào)道，高粱株高主要由4對(duì)非連鎖遺傳的等位基因Dw1、Dw2、Dw3和Dw4調(diào)控，株高矮化是這4個(gè)基因和其他未知基因共同作用的結(jié)果［31-33］，因此，可以通過(guò)分析這4個(gè)基因在不同種質(zhì)的分布頻率和突變情況來(lái)明確該差異產(chǎn)生的原因。

高粱植株的穗型、育性也是決定高粱產(chǎn)量的重要指標(biāo)。EMS誘變處理后，大多數(shù)高粱穗子變得散而小，穗子變大、變緊的變異極少觀察到。李輝等［20］認(rèn)為EMS處理更易導(dǎo)致一級(jí)枝梗長(zhǎng)度和數(shù)量的變異，使得一級(jí)枝梗變短、變少。穗子變散也未必是有害變異，不同的生態(tài)環(huán)境對(duì)穗型的要求不同，如北方由于氣候干燥少雨，適合緊穗，而南方由于氣候濕潤(rùn)多雨，更適合散穗型高粱，緊穗型高粱容易發(fā)生大面積螟蟲(chóng)蟲(chóng)害導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)。

EMS處理對(duì)高粱植株的雄蕊的發(fā)育具有抑制作用，隨著EMS濃度的增加，這種抑制作用越強(qiáng)，誘變后代的結(jié)實(shí)率越低，即育性越低。植株育性降低的變異主要是雄蕊發(fā)育不正常只能產(chǎn)生少量或不能產(chǎn)生正常有功能的花粉而導(dǎo)致的，一般變異株的柱頭育性正常，這與前人以及團(tuán)隊(duì)前期的研究結(jié)果都一致［22,15］。王春語(yǔ)等［15］認(rèn)為這些突變的植株主要是由于自身花粉育性降低而不能正常結(jié)實(shí)，但這些突變植株柱頭發(fā)育正常，可以接受外來(lái)花粉。

4 結(jié)論

EMS誘變處理對(duì)不同高粱材料的成苗率和主要農(nóng)藝性狀影響程度不同。種子成苗率隨著EMS處理濃度增加而逐漸降低，處理后代植株的株高、葉片、穗型、育性以及成熟期變異率隨著EMS濃度的增加而增加。構(gòu)建突變體庫(kù)時(shí)，1121R、 LgB7B大粒高、L早615·L17、28R·吉16最佳誘變濃度均為0.25%，L17最佳誘變濃度為0.35%，而低稈L17則需要高于0.35%的EMS。