EMS誘變對酒用糯高粱出苗及產量相關農藝性狀的影響

李輝 段明禹 張小微 舒中兵 陳浪 陳小翠

(遵義市農業科學研究院/遵義市作物基因資源與種質創制重點實驗室，貴州 遵義 563000)

高粱(Sorghum bicolor)是世界上第5大谷類作物，居大米、玉米、小麥和大麥之后[l]。99個國家超過4200hm2土地上種植著高粱，其種植歷史悠久，種質資源豐富，種類較多，用途廣泛[2,3]。在籽粒高粱中，將支鏈淀粉含量在80%以上的稱為糯高粱。糯高粱不僅是一種營養價值極高的谷物食材，更是我國各大白酒企業的重要釀酒原料[4]。紅纓子系列高粱粒小、皮厚、單寧含量適中，是醬香型白酒的關鍵釀酒原料[5]。近年來，隨著酒業進一步快速發展，醬香型酒用糯高粱供需矛盾更加突出。在不影響品質的前提下，培育產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)化學誘變劑誘變作物的方法具有誘變率高、專一性強、成本低、操作簡單等優點，已被廣泛應用于各作物優良品種的選育[8,9]。到目前為止，雖然已有EMS誘變高粱的相關報道，但從產量相關農藝性狀方面開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不同濃度對其出苗的影響，進一步探索了EMS對產量相關農藝性狀的影響，為醬香型酒用糯高粱優質高產新品種選育提供基礎材料和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

試驗以貴州地區主推糯高粱品種紅纓子和紅珍珠為材料，種子購自貴州紅纓子農業科技發展有限公司，所用甲基磺酸乙酯(EMS)化學誘變劑購自美國Sigma公司，0.5%硫代硫酸鈉溶液購自北京綠澤森生物技術有限公司。試驗于2020年在遵義市作物基因資源與種質創制重點實驗室和遵義市農科院旱作試驗基地(遵義市匯川區高坪街道大橋村)進行。

1.2 試驗方法

1.2.1 EMS誘變處理對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。選取籽粒飽滿的紅纓子和紅珍珠種子各9000粒，設置5個處理，3次重復。利用所設不同濃度的EMS誘變劑溶液進行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廢液進行解毒處理。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中，14d后統計出苗率。

1.2.2 EMS誘變處理對高粱產量相關農藝性狀的影響

采用半致死量的EMS濃度進行糯高粱產量相關農藝性狀誘變率的研究，配制0.3%的EMS誘變劑溶液。選取籽粒飽滿的紅纓子和紅珍珠種子各60000粒，設置3次重復，每個重復紅纓子和紅珍珠處理種子數各20000粒，用配制好的0.3% EMS誘變劑溶液進行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廢液進行解毒處理。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科院旱作試驗基地進行育苗移栽，每穴2粒，株距20cm，行距50cm，5m開廂，每個品種播種面積約0.3hm2。

1.3 測定方法

統計全部植株的株高、莖粗、穗長、一級枝梗長、主穗柄長、千粒重等產量相關農藝性狀的表型變異情況。整理數據并計算出苗率和各表型變異率。計算公式：

出苗率(%)=(出苗總數/供試種子數)×100

變異率(%)=(變異株數/成苗株數)×100

1.4 數據處理分析

采用Microsoft Excel 2019進行數據處理，SPSS 19.0軟件進行統計分析。采用單因素(One-way ANOVA)和Duncan法進行差異顯著性分析(α=0.05)。以3次重復分析的平均值作為實驗最終結果。

2 結果與分析

2.1 不同濃度EMS處理對種子出苗的影響

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2個品種出苗率的影響總趨勢一致，均隨著EMS處理濃度增加和處理時間增長抑制作用增強，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間增長，種子出苗率逐漸降低，當EMS處理濃度為0.5%，處理時間為16h時，糯高粱紅珍珠種子出苗率僅為6.5%。本試驗結果表明，當EMS處理濃度為0.3%，處理時間12h時，接近半致死劑量，說明該濃度和時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，紅珍珠種子出苗率明顯低于紅纓子種子的出苗率。以上結果表明，高粱對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EMS處理的敏感性顯著高于紅纓子。

2.2 EMS誘變處理對糯高粱產量相關農藝性狀的影響

經過0.3% EMS誘變劑溶液進行12h的室溫浸種處理，田間調查發現，2個品種部分植株的株高、穗長、一級枝梗長、主穗柄長、千粒重、莖粗等產量相關農藝性狀的表型均產生了一定程度的變化，各性狀具體表型變異率如圖4所示，結果表明，EMS 處理對紅纓子、紅珍珠2個品種高粱的穗長和株高產生的影響極大，穗長的變異率分別為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，產生的變異率相對較低，千粒重的變異率分別為37%、46%，莖粗的變異率分別為36.0%、45%；而一級枝梗長和主穗柄長所產生的變異率接近成苗株數的1/2，在48.0%～60.0%。同時，從圖4還可以看出，紅珍珠所有性狀產生的變異率較紅纓子更高，表明紅珍珠對EMS誘變劑的敏感性更高，即EMS對紅珍珠產量相關農藝性狀的影響更大。

圖4 EMS處理對糯高粱株高、莖粗、穗長、一級枝梗長、主穗柄長、千粒重的影響

3 討論

3.1 糯高粱突變體庫構建的最佳EMS處理條件

EMS誘變效率高、范圍廣及專一性強，已被廣泛用于多種作物的誘變育種[10]。化學誘變育種中，誘變劑濃度過高對種子生理損傷嚴重，容易導致多數種子死亡；誘變劑濃度過低其誘變效果也會降低，產生的變異會大幅度減少，因此，一般采用半致死濃度為化學誘變育種的最適濃度。

本試驗分析結果表明，隨著EMS處理濃度增加和處理時間增長，種子出苗率逐漸降低，高濃度的EMS誘變會導致高粱種子死亡或幼苗畸形等現象，與前人研究基本一致；當EMS處理濃度為0.3%，處理時間12h時，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%，處理時間為16h[11]；王春語提出的20h加EMS0.2%為最佳的誘變處理時間和濃度[12]；劉言龍等提出的0.1%誘變效果最好[13]；筆者認為，可能由于高粱品種不同及EMS藥品來源渠道不同而結果存在差異。

3.2 EMS誘變處理對糯高粱產量相關農藝性狀的影響

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型，如株高、穗長、一級枝梗長、主穗柄長、千粒重、莖粗等，這些都是影響糯高粱產量的重要農藝性狀。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]。范昕琦等研究報道，EMS誘變處理后，少數高粱穗型發生了變異，主要表現為穗長變短或穗缺失、穗型變散等[15]。本研究發現，利用EMS誘變酒用糯高粱紅纓子和紅珍珠后穗長產生的變異率極高，可達77%、82.5%，一級枝梗長變異率為52%、60%，主穗柄長度變異率為48%、55%，千粒重變異率為37%、46%，對比范昕琦等的研究變異率大幅度提高。

EMS誘變對高粱株型也會有一定的影響，常作為矮桿材料創制的方式之一。本研究發現，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%，對比前人研究也屬大幅度提高。此外，不同的基因型對EMS誘變處理的敏感度不同，本研究發現，紅珍珠產量相關性狀產生變異率對EMS處理比紅纓子更為敏感，這與前人研究結果相一致。

4 結論

本研究利用不同濃度的EMS對貴州地區主推高粱品種紅纓子和紅珍珠種子進行不同時間處理，發現隨著EMS處理濃度增加和處理時間增長，種子出苗率逐漸降低，當EMS處理濃度為0.3%，處理時間12h時，最適宜酒用糯高粱突變體庫的建立及篩選。EMS誘變劑對高粱產量相關農藝性狀均產生較大影響，相關農藝性狀的影響大小為穗長>株高>一級枝梗長>主穗柄長>千粒重>莖粗。同時，本研究發現，紅珍珠對EMS誘變劑處理敏感性比紅纓子更高，即EMS對紅珍珠產量相關農藝性狀變異率影響更大。