19份玉米EMS诱变系的抗旱性评价

谭义川，柯永培，，何雪萍，余学杰，徐　敏，石海春，

(1.四川农业大学农学院， 四川 成都 611130； 2.四川农大正红生物技术责任有限公司， 四川 成都 610213)



19份玉米EMS诱变系的抗旱性评价

谭义川1，柯永培1，2，何雪萍2，余学杰1，徐敏1，石海春1，2

(1.四川农业大学农学院， 四川 成都 611130； 2.四川农大正红生物技术责任有限公司， 四川 成都 610213)

摘要：采用20% PEG-6000室内模拟干旱环境对EMS化学诱变获得的19份M4代诱变系进行干旱胁迫，选用相对发芽率、可溶性糖胁迫指数、离体叶片失水率、相对株高和丙二醛胁迫指数5个抗旱性指标，运用模糊隶属函数法进行综合评价，筛选出R08Y1427、K305Y1413、R08Y1421和K305Y1403等4个抗旱性较好的诱变系，为玉米的抗旱育种提供了物质基础。同时也证明EMS化学诱变可改良玉米自交系的抗旱性。

关键词：玉米；EMS诱变系；抗旱性；模糊隶属函数法；综合评价

我国西南玉米种植区的绝大多数玉米都种植在旱土坡地，其土壤贫瘠，灌溉条件差，播种出苗期与籽粒灌浆期常常发生季节性干旱，这对玉米危害极大[1]，因此，选育和应用抗旱耐逆的高产稳产玉米品种对西南地区玉米生产显得极为迫切[2-3]。通过诱变技术创造耐旱作物新种质，是培育耐旱优良新品种的有效手段。目前，化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)广泛用于作物新种质创造，在玉米遗传资源创造方面也取得了良好效果[4-6]。我们利用EMS化学诱变剂对玉米自交系K305和R08进行花粉诱变，获得了一批遗传稳定、农艺性状优良的玉米诱变系，本研究旨在通过对玉米诱变系抗旱性的综合评价，明确EMS和这些诱变系在玉米抗旱育种方面的应用潜力，为其后续研究和利用打下基础。

1材料与方法

1.1供试材料

实验材料为玉米自交系K305、R08及其通过EMS诱变而选育得到的19份M4诱变系，其中来源于K305的诱变系9份，代号分别为K305Y1401、K305Y1403、K305Y1405、K305Y1407、K305Y1409、K305Y1411、K305Y1413、K305Y1415、K305Y1417；来源于R08的诱变系10份，代号分别为R08Y1421、R08Y1423、R08Y1425、R08Y1427、R08Y1429、R08Y1431、R08Y1433、R08Y1435、R08Y1437、R08Y1439。以玉米自交系郑58为耐旱型对照，昌7-2为干旱敏感型对照[7-10]。

1.2萌发期水分胁迫

参照董志强等[11]的方法，选取上述供试材料均匀一致的种子各120粒，用75%酒精浸泡3 min，然后用无菌蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干表面水分。将种子均分为两份，一份置于20% PEG-6000溶液中，一份置于清水中，于28℃恒温光照培养箱中浸泡12 h。取出后各均分为3份(作为重复)即每份材料每个处理每个重复20粒种子，采用沙培法，随机区组摆放。在培养过程中，前八天每天浇清水保持基质表层湿润，之后对20%PEG-6000浸泡过的种子浇灌20% PEG-6000溶液，清水浸泡过的种子浇灌清水(作为对照)，直至浇灌20%PEG-6000溶液的幼苗全部萎焉(5天左右)，测定各指标。

1.3测定指标及方法

1.3.1种子相对发芽率发芽率是指种子发芽试验终期全部正常发芽种子数占供试种子数的百分比，相对发芽率指胁迫条件下种子发芽率与对照条件下的百分比[12]。其值越大，抗旱能力越强；值越小，抗旱能力越弱。

1.3.2相对株高表示在干旱胁迫下的株高与正常浇水条件下的株高百分比，其值越大，抗旱能力越强，其值越小，抗旱能力越弱[13-14]。

1.3.3离体叶片失水率参照赵洪亮等的测定方法[15]，于早上9∶00～11∶00取每个处理最上部展开叶3～5片，擦干叶片表面可能沾有的水分。在恒温、无风、无阳光直射的室内用万分之一电子天平迅速称取叶样(时间为t0)鲜质量m0，然后将叶片置于纱网上自然失水12 h左右(时间记为t1)，称取失水后的质量m1，将称后的叶片在烘箱内80℃条件下烘干至恒重，称取叶样干质量m2。离体叶片失水率值越大，抗旱能力越弱；值越小，抗旱能力越强。

离体叶片失水率=(m0-m1)/(t1-t0)/m2

1.3.4可溶性糖胁迫指数是指干旱胁迫环境下可溶性糖含量比正常供水环境下的增加比例[16]，采用蒽酮比色法[17]测定可溶性糖(SS)含量。可溶性糖胁迫指数值越大表明受到的胁迫越严重，抗旱性越弱，其值越小表明受到的胁迫越小，抗旱性越强。

可溶性糖胁迫指数=

1.3.5丙二醛胁迫指数是指干旱胁迫环境下丙二醛含量比正常供水环境下的增加比例，采用双组分光光度法[17]测定叶片丙二醛(MDA)含量。丙二醛胁迫指数值越大表明受到的胁迫越严重，抗旱性越弱，其值越小，表明受到的胁迫越小，抗旱性越强[18]。

丙二醛胁迫指数=

1.3.6抗旱性的综合评价选用模糊隶属函数平均(D值)法[19]，按照以下公式计算各指标抗旱系数的具体隶属值。

(1)

或者

(2)

(3)

Xi为指标测定值，Xmin，Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。相对发芽率、株高胁迫指数采用公式(1)计算，可溶性糖胁迫指数、离体叶片失水率和丙二醛胁迫指数采用公式(2)计算，D值为各材料各性状隶属值的平均值，用公式(3)计算。

1.4数据分析

将诱变系各测试指标与其对应基础材料之间进行差异性统计分析，以明确EMS诱变系抗旱性改良效果；根据模糊隶属函数值的计算公式计算各材料相应指标的隶属值，利用5个抗旱性指标的隶属函数平均值(D值)，以郑58和昌7-2为对照，对各参试材料的抗旱性进行综合评价。

2结果与分析

2.1来源于自交系K305诱变系的抗旱性

从表1可看出，与自交系K305相比较，其诱变系的抗旱性表现为：诱变系K305Y1413的相对发芽率、相对株高均显著(或极显著)增高，可溶性糖胁迫指数、离体叶片失水率和丙二醛胁迫指数均显著降低，表明诱变系K305Y1413的抗旱性显著高于自交系K305，而K305Y1403可溶性糖胁迫指数和离体叶片失水率均显著降低，其余指标差异不显著，其抗旱性优于K305。诱变系K305Y1409、K305Y1411的相对发芽率、相对株高均显著降低，可溶性糖胁迫指数、离体叶片失水率、丙二醛胁迫指数均显著增高，表明他们的抗旱性显著低于自交系K305；K305Y1417除离体叶片失水率，其余指标表现一致性高，差异显著，表明他的抗旱性也显著低于自交系K305；而K305Y1401的可溶性糖胁迫指数和丙二醛胁迫指数显著增高、K305Y1405的相对株高显著降低，丙二醛胁迫指数显著增高、K305Y1407相对发芽率显著降低，其余指标差异不显著，表明它们的抗旱性差于K305。诱变系K305Y1415各抗旱指标差异不显著，其抗旱性与K305无明显差异。

表1　玉米自交系K305EMS诱变材料与其的抗旱性

注：“*”表示P<0.05，“**”表示P<0.01。

Note: “*” meanP<0.05, “**” meanP<0.01

2.2来源于自交系R08诱变系的抗旱性

从表2中可以看出，与自交系R08相比较，其诱变系的抗旱性表现为：诱变系R08Y1427的相对发芽率、相对株高极显著(或显著)增高，可溶性糖胁迫指数、离体叶片失水率和丙二醛胁迫指数极显著(或显著)降低，表明诱变系R08Y1427的抗旱性显著优于自交系R08，而R08Y1421的相对发芽率显著增高，可溶性糖胁迫指数和丙二醛胁迫指数显著(或极显著)降低，R08Y1429的可溶性糖胁迫指数显著降低，其余指标差异不显著，说明其抗旱性优于自交系R08。诱变系R08Y1433的相对发芽率和相对株高显著(或极显著)降低，离体叶片失水率和丙二醛胁迫指数极显著增高，可溶性糖胁迫指数差异不明显，说明其抗旱性显著差于自交系R08。诱变系R08Y1439相

表2　玉米自交系R08各EMS诱变材料与其的抗旱性比较

注：“*”表示P<0.05，“**”表示P<0.01。

Note: “*” meanP<0.05, “**” meanP<0.01.

对发芽率与相对株高均显著降低，R08Y1425丙二醛胁迫指数显著升高，其余指标没有显著差异，说明他们的抗旱性差于自交系R08。诱变系R08Y1423、R08Y1431和R08Y1435各指标无显著差异，其抗旱性表现与自交系R08均无差异。诱变系R08Y1437的相对发芽率显著降低，丙二醛胁迫指数和离体叶片失水率也显著降低，其余指标无显著差异，表明其抗旱性差异有待进一步研究。

2.3模糊隶属函数法对各材料的综合评价

根据模糊隶属函数值的计算公式计算各材料相应指标的隶属值，根据5个抗旱性指标的隶属函数平均值(D值)的大小(表3)，参照抗旱型自交系郑58和不抗旱型自交系昌7-2，将这19份玉米EMS诱变系及自交系K305和R08分为3类，R08Y1427、K305Y1413、R08Y1421、K305Y1403的D值均大于抗旱型对照郑58，为抗旱性较强的材料；R08Y1433、K305Y1409的D值均小于不抗旱型对照昌7-2，为抗旱性较差的材料，其余诱变系的D值在抗旱型对照郑58和不抗旱型对照昌7-2之间，为中等抗旱型材料。

表3　抗旱性隶属值

3结论与讨论

3.1EMS诱变创造抗旱材料的有效性

EMS化学诱变技术作为创造作物新种质、改良植物农艺性状的常用方法，具有产生突变频率高，染色体畸变相对较少，且多为显性突变易于筛选突变体的优点。薛守旺[20]等于1996年进行了石蜡油～EMS诱变玉米成熟花粉的研究，结果获得浅黄粒突变体、母株发芽突变体、多黄22显性核不育突变体和近等基因系SulSul型甜玉米。赵永亮[21]等研究认为，采用适当的EMS浓度诱变，在3 000～5 000株的M1群体中可能创造出所有的特用玉米类型。刘治先等[22]利用EMS—石蜡油花粉诱变法对玉米自交系B73进行诱导获得了两类高油酸、10个高耐氨酸、7个高油、4个高亚油酸、9个低棕榈酸突变体，由此可见，EMS化学诱变法是广泛运用且能有效产生突变的方法。本研究表明，通过EMS诱变选育，诱变系K305Y1413、R08Y1427的抗旱性均显著高于其基础材料自交系K305和R08，说明EMS诱变还可改良玉米自交系的抗旱性，为玉米的抗旱育种提供了一条有效途径。

3.2各诱变系的综合抗旱性表现

作物的抗旱能力是由多种因素相互作用构成的一个复杂的综合性状，其中每一个性状均与作物的抗旱性本质有着一定的联系，而究竟这些因素在作物的抗旱性能力中作用如何，目前尚无一个准确的判定，这主要是因为目前还没有发现一个性状能唯一的、准确的反映作物的抗旱能力[23-24]。运用模糊隶属函数平均(D值)法对这些抗旱指标进行综合分析，既消除了个别指标带来的片面性，又由于D值是[0，1]闭区间上的纯数，使各参试材料抗旱性差异具有可比性，是一种比较可靠的评价方法[19，25]。本研究对这19份EMS诱变材料的抗旱性综合评价发现，诱变系R08Y1427、K305Y1413、R08Y1421、K305Y1403的抗旱性优于抗旱型对照郑58，为抗旱性较好的材料；诱变系R08Y1433、K305Y1409的抗旱性差于不抗旱型对照昌7-2，为抗旱性较差的材料；其余诱变系的抗旱性在郑58和昌7-2之间，为中等抗旱性材料，为玉米的抗旱育种提供了种质资源。

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Comprehensive evaluation on draught resistance of 19 maize inbred lines by EMS mutagenesis

TAN Yi-chuan1, KE Yong-pei1,2, HE Xue-ping2, YU Xue-jie1, XU Min1, SHI Hai-chun1,2

(1.CollegeofAgronomy,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu,Sichuan611130,China;2.SichuanNongdaZhenghongBioCo.,Ltd.,Chengdu,Sichuan610213,China)

Abstract：In this study, 19 maize mutant lines of M4 generation were obtained through the treatment of EMS. Employing indoor simulation system for drought stress with 20% PEG-6000, five physiological traits in draught resistance including relative germination rate, soluble sugar stress index, water loss rate of cutting leaves, relative tall and MDA stress indexes were used to evaluate the comprehensive draught resistance through fuzzy subordination method. Four mutant lines with high drought resistance, R08Y1427, K305Y1413, R08Y1421 and K305Y1403, were screened for maize breeding of drought-resistance. Additionally, the comprehensive analysis indicated that the drought resistance of maize inbred lines could be improved by EMS chemical mutagenesis.

Keywords:maize; mutant lines by EMS; drought-resistance; fuzzy subordination method; comprehensive evaluation

中图分类号：S332.1

文献标志码：A

作者简介：谭义川(1988—)，男，四川岳池人，硕士研究生，主要从事玉米遗传育种研究。 E-mail:245148795@qq.com。通信作者：石海春(1974—),男,四川宣汉人,博士,副教授，主要从事玉米遗传育种研究。 E-mail:haichun169@163.com。

基金项目：四川省战略性新兴产业发展专项资金项目(SC2013510122023);四川省科技支撑计划项目(2011FZ0119);四川省“十二五”农作物育种攻关项目(2011-3-11);四川省教育厅自筹项目(12ZA271)

收稿日期：2015-02-19

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.25

文章编号：1000-7601(2016)02-0152-05