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作物杂志, 2025, 41(5): 155-164 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.05.021

遗传育种·种质资源·生物技术

化学诱变对胡麻“定亚23号”种子萌发和M1代主要农艺性状的影响

李瑛,, 赵永伟, 陈英, 马伟明,, 李文珍, 张海杰

定西市农业科学研究院， 743000， 甘肃定西

Effects of Chemical Mutagens on Seed Germination and Main Agronomic Traits of M1 Generation of Flax ʻDingya 23ʼ

Li Ying,, Zhao Yongwei, Chen Ying, Ma Weiming,, Li Wenzhen, Zhang Haijie

Dingxi Academy of Agricultural Sciences, Dingxi 743000, Gansu, China

通讯作者: 马伟明，主要从事胡麻育种及栽培技术研究，E-mail：719774470@qq.com

收稿日期: 2025-03-24   修回日期: 2025-05-15   网络出版日期: 2025-08-18

基金资助: 国家特色油料产业技术体系项目(CARS-14-2-25)
甘肃省科技计划项目(23CXNJ0003)
甘肃省科技计划项目(24YFNJ001)

Received: 2025-03-24   Revised: 2025-05-15   Online: 2025-08-18

作者简介 About authors

李瑛，主要从事胡麻遗传育种及栽培研究，E-mail：liy9461613@163.com

摘要

为了进一步提高胡麻种子发芽率，改善农艺性状，选育出含油率和亚麻酸等含量较高，且更适宜不同生态环境的优异种质。试验分析了2种化学诱变剂（EMS和NaN3）的浓度和浸种时间对胡麻种子发芽率、发芽势、相对致死率及M1代主要农艺性状的影响。结果表明，化学诱变剂显著抑制胡麻种子萌发，降低发芽势和发芽率，影响M1代主要农艺性状。EMS诱变剂最优的半致死剂量为1.40%/12 h，种子的致死率为51.89%，NaN3诱变剂最优的半致死剂量为4.0%/16 h和8.0%/8 h，种子的半致死率为54.69%和48.09%。不同化学诱变剂对M1代主要农艺性状的影响随浸种时间和浓度的变化而不同。EMS处理下，除蒴果直径随浓度增大及浸种时间延长变异系数降低外，其余各指标的变异程度总体随EMS浓度升高及处理时间延长而逐渐增大。NaN3处理下，除单株粒重和单株有效果数外，其余各指标的变异程度在一定浓度（时间）随浸种时间（浓度）增大而逐渐增加。本研究筛选出了适宜浓度×时间互作的相对致死处理和M1花色、株型以及子叶性状发生诱变的材料，同时为胡麻化学诱变育种提供了基础研究数据。

关键词： 化学诱变剂; 胡麻; 种子萌发; 相对致死率; 农艺性状

Abstract

To enhance flax seed germination, improve agronomic traits, and breed superior germplasms with high oil and α-linolenic acid content, this study analyzed the effects of concentrations and soaking time of two chemical mutagens, EMS and NaN3 on flax seeds. The experiment focused on the effects of mutagen concentration and soaking time on germination rate, germination potential, relative mortality, and key agronomic traits of the M1 generation. The results showed that both chemical mutagens significantly inhibited seed germination and reduced germination potential and germination rate, negatively impacted the main agronomic traits of M1 generation. The optimal semi-lethal dose for EMS was found to be a 1.4% concentration for 12 h, which resulted in a relative lethal rate of 51.89%. For NaN3, optimal semi-lethal doses were 4.0% for 16 h and 8.0% for 8 h, with relative mortality of 54.69% and 48.09%, respectively. The agronomic traits of the M1 generation varied depending on the mutagen concentration and soaking time. Under EMS treatment, the variation in most traits increased with higher concentrations and longer treatment times, except for capsule diameter. Under NaN3 treatment, the variability of most traits (excluding seed weight per plant and capsule numbers per plant) also increased with longer soaking times at a given concentration. This study successfully identified effective relative-lethal treatments and materials with mutations in flower color, plant type, and cotyledon traits, and provided essential data for chemical mutagenesis breeding in flax.

Keywords： Chemical mutagens; Flax; Seed germination; Relative mortality; Agronomic trait

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本文引用格式

李瑛, 赵永伟, 陈英, 马伟明, 李文珍, 张海杰. 化学诱变对胡麻“定亚23号”种子萌发和M1代主要农艺性状的影响. 作物杂志, 2025, 41(5): 155-164 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.05.021

Li Ying, Zhao Yongwei, Chen Ying, Ma Weiming, Li Wenzhen, Zhang Haijie. Effects of Chemical Mutagens on Seed Germination and Main Agronomic Traits of M1 Generation of Flax ʻDingya 23ʼ. Crops, 2025, 41(5): 155-164 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2025.05.021

胡麻（Linum usititatissimum L.），又名油用亚麻，是中国五大油料作物之一，主要分布于中国的甘肃、内蒙古、山西、宁夏和河北等干旱、半干旱地区。近年来，受全球气候变暖的影响[1]，温度胁迫频繁发生，给作物高产及稳产带来了巨大挑战。由于长期杂交组配使得现有胡麻种质资源遗传基础变窄，国内胡麻优良特异性状短缺，品种选育难以取得较大突破[2]。因此，利用快速有效的育种方法，创制类型多样的种质资源、选育不同用途的胡麻新品种迫在眉睫。近年来，国内胡麻育种主要采用常规杂交育种、轮回选择、物理诱变和分子辅助育种等方法[3-6]。与其他方法相比，化学诱变不仅操作简单、成本低且突变性状稳定，同时还可使作物形成新的基因型和性状[7-8]。目前，化学诱变剂最为有效和应用较多的是烷化剂和叠氮化物两大类。烷化剂甲基磺酸乙酯（EMS）因其突变率高、恢复突变少且对材料伤害小而被广泛用于诱变育种中[9]；叠氮化钠（NaN3）是一种安全高效的化学诱变剂[10]，对M1代的生理损伤小、毒性低。这2种常见化学诱变剂已广泛应用于水稻、小麦、大麦和玉米等诱变育种中[11-13]。曹冠男[14]发现不同品种小麦在不同浓度和时间处理下EMS的诱变差异较大，随着EMS浓度和处理时间增加相对发芽率降低。张晓勤等[15]利用0.40% EMS对‘浙农大3号’大麦种子诱变处理后，发现种子严重受损，发芽率和出苗率较低，M1代中部分植株发生致死突变。杨建胜等[16]在油菜上发现M1代农艺性状除分枝数增加外，株高、有效果数、全株有效果数、角果长、角果粒数及千粒重等均显著降低。可见，化学诱变可以显著影响作物种子的萌发和M1代植株的农艺性状。近几年，国外现代胡麻育种方法以利用基因组技术进行胡麻多样性分析为主[17-18]，国内甘肃省农业科学院研究人员对油用、纤维和野生品种进行测序、组装，通过结合遗传图谱已将‘陇亚10号’基因组组装到染色体水平[19]。刘彩月[20]利用EMS构建胡麻突变体库及高油酸突变体进行了鉴定分析。而利用化学诱变剂对胡麻种子进行诱变育种的研究报道较少[21-22]。因此，本试验用化学诱变剂EMS和NaN3对胡麻定亚23号种子进行处理，比较2种不同诱变剂对胡麻种子萌发及M1代主要农艺性状的影响，分析其对不同诱变浓度和处理时间的反应，筛选出相对致死处理；对M1代的田间主要性状进行测定，分析各指标的变化情况，为胡麻诱变育种提供材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以定亚23号为试验材料，由定西市农业科学研究院油料作物研究所选育，属于晚熟品种，籽粒褐色，千粒重7.50~8.00 g。

1.2 试验方法

1.2.1 诱变前浸种处理

选取大小一致、饱满的定亚23号胡麻种子放入清水中预浸种处理12 h，吸涨取出后用吸水纸吸干水分备用。

1.2.2 胡麻种子诱变处理

化学诱变剂甲基磺酸乙酯（EMS）和叠氮化钠（NaN3）为分析纯试剂，由美国Sanmina公司生产。

EMS处理：将清水处理后的种子浸于不同浓度的EMS诱变剂（pH 7.0，用0.01 mol/L的磷酸缓冲液配制）中，分别浸种不同时间。具体处理见表1。诱变处理后用清水反复冲洗4 h观测相关指标。每个处理采用完全随机区组设计，设3次重复。

表1   胡麻种子EMS诱变处理

Table 1  EMS mutagenesis treatment of flax seed

处理
Treatment		浓度
Concentration (%)		浸种时间
Soaking time (h)
A1T10.0(CK)4
A1T20.0(CK)8
A1T30.0(CK)12
A1T40.0(CK)16
A2T10.24
A2T20.28
A2T30.212
A2T40.216
A3T10.84
A3T20.88
A3T30.812
A3T40.816
A4T11.44
A4T21.48
A4T31.412
A4T41.416
A5T12.04
A5T22.08
A5T32.012
A5T42.016

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NaN3处理：将清水处理后的种子浸于不同浓度的诱变剂（pH 3.0，用0.01 mol/L的磷酸缓冲液配制）中，分别浸种不同时间。具体处理见表2。诱变处理后用清水反复冲洗4 h待用。每个处理采用完全随机区组设计，设3次重复。

表2   胡麻种子NaN3诱变处理

Table 2  NaN3 mutagenesis treatment of flax seed

处理
Treatment		浓度
Concentration (%)		浸种时间
Soaking time (h)
C1T10.0(CK)4
C1T20.0(CK)8
C1T30.0(CK)12
C1T40.0(CK)16
C2T10.54
C2T20.58
C2T30.512
C2T40.516
C3T11.04
C3T21.08
C3T31.012
C3T41.016
C4T14.04
C4T24.08
C4T34.012
C4T44.016
C5T18.04
C5T28.08
C5T38.012
C5T48.016
C6T112.04
C6T212.08
C6T312.012
C6T412.016

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1.2.3 诱变后M1代材料的种植

播前搭塑料大棚，架设喷灌设施，施足底肥，整平地面，后覆3 cm厚蛭石，浇透水。设每处理为1个小区，共种植44个小区，小区行长2 m，宽0.4 m，种植2行，采用顺序排列法将处理后的材料点播至蛭石中，株距0.02 m，行距0.2 m，播深2~3 cm，每个处理水平150粒，设3次重复，精心管理。

1.3 测定项目与方法
1.3.1 种子发芽势和发芽率

将诱变处理后的150粒胡麻种子均匀摆放于培养皿滤纸上，然后在温度25 ℃、12 h光照/12 h黑暗、80%湿度的恒温培养箱中进行发芽试验，3 d后测定发芽势，7 d后测定发芽率，取平均数，计算出相对致死率。发芽势（%）=发芽试验初期（规定日期）正常发芽种子总数/供试种子总数×100；发芽率（%）=发芽试验初期（规定日期）正常发芽种子总数/供试种子总数×100；相对致死率（%）=（对照组发芽率-处理组的发芽率）/对照组发芽率×100[23]。

1.3.2 M1代植株农艺性状

胡麻成熟期调查成株率，收获时每个处理水平随机取样5株，对株高、工艺长度、单株有效果数、每果粒数、蒴果直径、茎粗、单株粒重和千粒重等项目进行考种。

1.3.3 变异系数

变异系数是一种用于衡量数据离散程度的统计量。将标准差与平均值进行比值计算，从而消除单位和（或）平均数不同对比较资料变异程度的影响。变异系数（CV，%）=（标准偏差/平均值）×100。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2010、Origin软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同诱变处理对胡麻种子萌发和M1代成株的影响

2.1.1 EMS对胡麻种子萌发和M1代成株的影响

由表3可知，EMS抑制胡麻种子萌发，浓度越高，相对致死率越高，发芽率和发芽势下降越明显，可能与DNA损伤和代谢障碍有关。与CK处理相比，A4处理平均发芽势和平均发芽率有所降低，分别为29.70%和44.63%，相对致死率有所增加，为38.93%。同一浓度，随浸种时间延长，胡麻种子发芽势和发芽率的差异明显，A1~A4处理平均发芽势降幅为30.91%~57.72%，平均发芽率降幅为19.09%~59.10%，平均相对致死率增幅为28.77%~89.59%。而当浓度增至A5时，T4处理相较于T1处理的平均发芽势、平均发芽率和平均相对致死率反而降低，分别为31.41%、51.95%和29.59%。说明EMS处理对胡麻种子萌发的影响与剂量（浓度）×时间的大小相对应，剂量×时间越小，对胡麻种子的萌发抑制越小，反之抑制越大；当浓度达到2.0%时，抑制反而减小。A4T3处理时相对致死率达51.89%，最接近50%相对致死率，因此半致死剂量（剂量×时间）为最适诱变剂量组。此外，不同处理对胡麻成株率也有明显影响。当浓度增至A4时，胡麻平均成株率增至54.49%，较对照增加8.94%。但浓度达到A5时，随着浸种时间延长，平均成株率反而降低至29.57%，较对照降低40.84%。

表3   EMS处理对胡麻种子萌发及成株的影响

Table 3  Effects of EMS treatment on seed germination and plant growth of flax %

处理
Treatment		发芽势
Germination potential		发芽率
Germination rate		相对致死率
Relative mortality		成株率
Planting rate		成株数较对照
Plant compared with CK
A1T173.37±6.44aA78.84±11.26aA－52.39－
A1T272.67±5.03aA68.00±2.00aA－51.71-1.30
A1T364.00±12.17aA70.67±5.03aA－48.00-8.38
A1T483.25±6.34aA83.90±1.86aA－48.00-8.38
A2T172.00±3.46abcA78.67±13.61abcA0.2236.44-30.44
A2T270.50±7.40abA79.21±4.52aA15.8057.03－
A2T363.06±3.50aA81.84±6.25aA16.4963.1410.71
A2T441.09±7.26bB59.58±3.25bB28.9957.330.53
A3T172.53±9.29abA81.27±11.64abA3.0842.44-25.58
A3T258.67±5.77abcA78.67±5.77abAB15.6933.33-41.56
A3T340.00±7.21bB64.00±7.21bB9.4459.65－
A3T427.89±7.73cB51.70±7.17cB38.3860.671.71
A4T159.05±2.59bcA67.77±2.36bcA0.0864.007.29
A4T243.08±12.41bcA68.06±13.92bCB14.0440.12-32.74
A4T315.33±6.43cC34.00±12.49cC51.8931.07-47.91
A4T41.33±2.31dC8.67±8.33dC89.6782.76－
A5T158.30±11.65cA71.12±3.41cA9.8058.67-29.11
A5T236.67±14.47cA60.67±12.70cB10.7843.67-47.23
A5T329.33±3.06bcBC57.33±9.87bcBC18.878.00-90.33
A5T41.33±1.15dC18.67±5.77dC77.758.00-90.33

同列不同大、小写字母分别表示P < 0.05、P < 0.01水平差异显著。下同。

Different capital and lowercase letters in the same column represent significant difference at P < 0.05, P < 0.01 level, respectively. The same below.

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2.1.2 NaN3对胡麻种子萌发和M1代成株的影响

由表4可知，NaN3对胡麻种子萌发的影响呈现明显的浓度和时间效应。低浓度（C2、C3）短时（T1、T2、T3）处理时，NaN3对胡麻种子萌发的抑制作用不明显；而高浓度（C4、C5、C6）处理则会抑制种子萌发，导致发芽势和发芽率产生明显差异。随着NaN3浓度增大以及浸种时间的延长，胡麻种子的萌发受到明显抑制。当NaN3浓度升至C6时，与CK处理相比其平均发芽势和平均发芽率有所降低，分别为14.50%和38.67%，相对致死率则上升，为44.00%。在同一浓度，随着处理时间的延长，胡麻种子的发芽势和发芽率均明显降低。C1~C4处理平均发芽势为18.67%~31.57%，平均发芽率为14.78%~47.70%，平均相对致死率为26.99%~69.27%。当浓度增至C6时，C4处理相较于C1处理的平均发芽势、平均发芽率和平均相对致死率反而降低，分别为18.67%、28.67%和43.76%。进一步研究发现，NaN3处理对胡麻种子萌发的影响程度与剂量（浓度）×时间密切相关。剂量×时间的值越小，对胡麻种子萌发的抑制作用越弱；反之，抑制作用越强。而当浓度达到12.0%时，抑制反而减小。C4T4处理和C5T2处理的相对致死率最接近50%，分别为54.69%和48.09%，这2个处理组对应的半致死剂量（剂量×时间）为最适诱变剂量组。此外，不同处理对田间胡麻成株率同样有明显影响。随着处理浓度的不断增加，胡麻成株率大多随处理时间的延长而逐渐降低。当处理浓度达到C6时，胡麻平均成株率降至20.46%，相较于对照降低了63.81%。

表4   NaN3处理对胡麻种子萌发及成株的影响

Table 4  Effect of NaN3 treatment on seed germination and plant growth of flax %

处理
Treatment		发芽势
Germination potential		发芽率
Germination rate		相对致死率
Relative mortality		成株率
Planting rate		成株数较对照
Plant compared with CK
C1T161.00±15.56bA73.00±42.72aA－61.80－
C1T280.67±10.07aA68.67±12.86aAB－76.9724.55
C1T343.33±27.15bA56.00±17.78abABC－60.67-1.83
C1T478.50±8.05aA83.86±7.04aA－26.67-56.85
C2T164.69±11.33abA72.19±6.59aAB1.1033.89-45.17
C2T266.00±12.00aAB72.67±11.02aA-5.8211.33-81.66
C2T366.40±11.48aA66.44±11.35aA-18.6456.03－
C2T453.33±5.77bB68.67±8.08abAB18.1275.3334.45
C3T169.09±5.43abA69.09±8.45abAB5.3681.8546.08
C3T256.31±15.33abAB64.37±9.45abAB6.2636.67-34.56
C3T362.00±15.62aA62.00±8.33aAB-10.7116.72-70.16
C3T457.71±14.01bAB59.70±14.56bcBC28.8112.00-78.58
C4T135.42±12.67cB52.78±8.42bB27.7059.06－
C4T237.33±26.10bcBC58.00±14.42abAB15.5475.1727.28
C4T313.37±8.03cB42.23±6.53bcBCD24.5965.4010.74
C4T413.33±5.03cC38.00±3.46deCDE54.6952.08-11.81
C5T136.93±1.60cB69.81±3.31aAB4.3730.00-49.20
C5T213.48±8.32cdC35.65±10.57cC48.0919.80-66.48
C5T34.67±4.16cB36.23±5.17cCD35.3075.33－
C5T45.36±4.15cC22.11±10.30eE73.6460.35-19.88
C6T128.67±4.62cB54.00±8.00bAB26.0348.67-35.40
C6T211.33±6.11dC44.67±7.57bcBC34.9521.64-71.27
C6T38.00±3.46cB30.67±4.62cD45.249.51-87.38
C6T410.00±8.72cC25.33±9.87eDE69.792.00-97.35

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2.2 不同诱变处理对胡麻植株农艺性状的影响
2.2.1 EMS对胡麻植株农艺性状的影响

对EMS处理后胡麻M1代的各指标进行方差分析（表5）可知，茎粗受EMS的影响不大，浓度、时间和浓度×时间互作差异不显著。单株有效果数在浓度×时间互作差异显著，说明EMS对有效果数的影响是浓度与浸种时间互作的结果。单株粒重在不同浓度处理差异极显著，不同时间处理差异显著，说明EMS浓度对单株粒重的影响大于浸种时间，而千粒重在不同浓度处理间差异不显著，不同时间处理间差异极显著，说明EMS浸种时间对千粒重的影响大于浓度。除此之外，不同EMS浓度和处理时间的胡麻株高、工艺长度、蒴果直径和每果粒数性状的差异极显著。

表5   EMS处理对M1代胡麻农艺性状影响的方差分析

Table 5  Variance analysis on agronomic characteristics of flax M1 germination under EMS treatments

变异来源
Source of variation		自由度
df		株高
Plant height (cm)		工艺长度
Technical length (cm)		单株有效果数
Capsule number per plant		蒴果直径
Capsule diameter (mm)
均方MSF值F-value均方MSF值F-value均方MSF值F-value均方MSF值F-value
浓度Concentration (C)4208.103111.2358**289.877325.6463**253.91152.29770.51513.0670**
时间Time (T)3186.779710.0845**224.125519.8290**51.18640.46320.26276.6642**
浓度×时间C×T1226.86471.450542.85473.7915**264.35642.3922*0.08612.1837*
变异来源
Source of variation		茎粗
Stem diameter (mm)		每果粒数
Seeds of per capsule		单株粒重
Seed weight per plant (g)		千粒重
1000-seed weight (g)
均方MSF值F-value均方MSF值F-value均方MSF值F-value均方MSF值F-value
浓度Concentration (C)0.16032.388926.116235.6442**1.555512.3926**0.39901.1843
时间Time (T)0.02780.413712.543317.1194**0.39093.1145*4.119612.2278**
浓度×时间C×T0.06100.90861.35701.85210.17651.40640.36291.0770

“*”表示差异显著，“**”表示差异极显著。

“*”indicates significant difference,“**”indicates extremely significant difference.

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经EMS处理后，M1代胡麻的株高、工艺长度、单株有效果数、蒴果直径、茎粗、每果粒数和千粒重的平均值均低于相应对照，且随浓度的增大而降低。单株有效果数、千粒重和单株粒重的变化有所不同，其中单株有效果数在A4处理时会随着时间延长而增大，A4T4处理下增至最大，为19.38%。在A5处理时又较对照下降了12.51%。单株粒重随处理浓度增大、时间延长较对照总体呈下降趋势，在A5T4处理降幅达17.02%。千粒重在低浓度（A2、A3）短时（T2、T3）处理条件下，随EMS浓度的升高而增大，达到T4时A4、A5处理的平均值反而降低，较相应对照降幅为16.47%。这可能是因为EMS诱导的基因突变影响了胡麻体内激素的合成或信号传导等途径，进而影响了植株的生长发育。

由图1可知，不同EMS处理下M1代各指标的变异系数除蒴果大小随浓度增大及浸种时间延长降低10.67%外，其余各指标总体随浓度升高和处理时间延长而逐渐增大。与CK相比，每果粒数变异幅度最大，达150.84%。单株粒重的变幅相对较小，增幅为1.17%。但株高、工艺长度和千粒重的变异系数有所不同，EMS浓度达到1.4%时，变异幅度最高达到30.86%，当浓度增加到2.0%，变异幅度反而降低。

图1

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图1   不同EMS处理对胡麻M1代植株性状的影响

Fig.1   Effect of EMS treatments on characteristics of M1 germination of flax


2.2.2 NaN3对胡麻主要农艺性状的影响

对NaN3处理后的胡麻M1代各项指标进行方差分析（表6）发现，NaN3对胡麻株高和茎粗的影响相对较小，在浸种时间、浓度以及浓度×时间的互作方面，差异均不显著。浸种时间对工艺长度的影响差异不显著，但受浓度以及浓度×时间的互作，均呈现出显著或极显著差异。千粒重则受浓度影响极显著，受浸种时间处理影响显著，这表明NaN3对千粒重的影响，浓度因素大于浸种时间因素。而蒴果直径在浓度与时间的互作方面差异显著，说明其受处理浓度×时间相互作用的影响较大。单株粒重受浸种时间的影响差异显著，说明浸种时间影响胡麻籽粒的单株粒重。此外，NaN3浓度、浸种时间以及浓度×时间的互作均对单株有效果数和每果粒数的影响存在显著或极显著影响。

表6   NaN3对M1代胡麻农艺性状影响的方差分析

Table 6  Variance analysis on agronomic characteristics of flax M1 germination under NaN3 treatments

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经NaN3处理后，M1代胡麻的株高、工艺长度、蒴果直径、每果粒数和千粒重的平均值大多低于相应对照，且随浓度增大而降低。但单株有效果数、茎粗和单株粒重的变化有所不同，随NaN3浓度升高M1代单株有效果数增加了48.99%。茎粗和单株粒重的平均值在低浓度时无明显变化，高浓度（C6）时随时间的延长而增大，平均增幅达2.44%。当浓度达12.0%（C6）时单株粒重平均值高于相应对照，平均增幅达15.66%。这可能是因为NaN3影响了胡麻的激素平衡和营养分配，促进了分枝的生长和花芽的分化。

由不同NaN3处理下M1代各指标的变异系数（图2）可知，株高、工艺长度、蒴果直径和茎粗在各处理间的变幅不明显，说明NaN3对上述农艺性状的影响不大，其余各指标的变异程度在一定浓度（时间）随浸种时间（浓度）增大逐渐增加，其中单株粒重变异幅度最大达99.15%。单株有效果数的变幅相对较小，较相应对照增幅为4.43%。

图2

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图2   不同NaN3处理对胡麻M1代植株性状的影响

Fig.2   Effects of NaN3 treatment on characteristics of M1 germination of flax


3 讨论

3.1 不同浓度诱变剂对胡麻种子发芽、成株率的影响及诱变效果的差异

化学诱变不仅能获得丰富的种质资源，更是新品种选育的技术手段。大量研究[24-25]表明，化学诱变剂由于作用机理及诱变的作物不同，发生诱变效应的浓度和处理时间随之不同。确定适宜浓度的化学诱变剂处理难度较大，高浓度对诱导物的毒害作用加大，其M1代存活率降低；低浓度诱变效果差，有益突变的概率降低[26]。本研究结果显示，不同EMS处理对胡麻种子萌发及M1代胡麻成株有显著抑制作用。低浓度短时间浸种处理能促进种子发芽，提高发芽率和成株率；高浓度长时间浸种则抑制发芽，降低成株率。经NaN3处理后，低浓度短时间浸种对胡麻种子的发芽率影响不明显，但能提高成株率。当浓度增大到12.0%时，时间越长，抑制种子发芽越明显。

不同的处理材料、浓度、诱导时间及品种特性都会影响最终的变异效果，而同一化学诱变剂对不同作物的诱变效果具有规律性[27]。李娟宁等[28]研究发现，不同诱变剂对不同作物的半致死处理也不相同。在诱变育种上，为了选择适宜的处理浓度，通常以半致死浓度（LC50）为选择标准[29]。本研究中EMS对胡麻种子半致死剂量处理组为A4T3（浓度1.4%，时间12 h），相对致死率达51.89%，是最适诱变剂量。NaN3胡麻种子半致死剂量处理组为C4T4（浓度4.0%，时间16 h）和C5T2（浓度8.0%，时间8 h），相对致死率分别为54.69%和48.09%，是最适诱变剂量。

3.2 不同浓度诱变剂对胡麻农艺性状的影响

EMS是一种烷化剂，它能使修饰后的DNA分子碱基发生突变，具有较高的突变频率和相对较低的染色体畸变率，能够产生丰富的点突变。而NaN3是一种呼吸抑制剂，它主要作用于细胞的呼吸代谢过程，抑制细胞色素氧化酶的活性，使细胞内的能量代谢受阻，从而影响DNA的合成和修复。在DNA复制过程中，因能量供应不足和代谢紊乱，不仅会发生碱基错误掺入和基因突变，还能直接作用于DNA，引起碱基的损伤和突变。因此，化学诱变剂对胡麻不同农艺性状的影响是通过复杂的分子机制实现的，涉及基因表达、激素平衡和细胞代谢等多个方面。不同的诱变剂和剂量对这些机制的影响不同，从而导致诱变剂对胡麻M1代主要农艺性状的影响不同[30]。姜振峰等[31]对大豆进行室内考种发现，株高、主茎节数、分枝数、单株粒数、单株重和百粒重等经处理后的平均数和均数标准误与对照相比，变异范围均增加。本研究结果显示，不同EMS处理对胡麻8个农艺性状都有影响。其中，株高、工艺长度、蒴果直径、茎粗、每果粒数和每果粒重的平均值随浓度的增大而降低。单株有效果数低浓度时无明显变化，当浓度高于1.4%时，随浸种时间延长而增加。千粒重与浓度的关系表现为低浓度促进、高浓度抑制的趋势。NaN3处理对株高、工艺长度、蒴果直径、茎粗和每果粒数无明显影响，但对单株有效果数、千粒重和每株粒重3个性状影响明显，随NaN3浓度增加和浸种时间延长会提高单株粒重和单株有效果数，而千粒重则表现为低浓度短时处理促进、高浓度长时处理抑制的趋势。

化学诱变中的变异系数不仅能反映植物某一指标的变异程度，在一定程度上可以说明该指标的遗传变异水平[32]。彭波等[33]利用3种化学诱变剂对不同水稻品种的生物学效应研究发现，诱变剂的渗透程度会随着化学诱变剂浓度增加和诱变时间延长而逐渐加大，对植物的效应也随之加剧。本研究结果表明，随着EMS诱变剂浓度升高及处理时间延长，M1代各性状的变异幅度不断增加。NaN3处理也基本呈现出类似趋势（单株有效果和单株粒重除外），其他性状变异幅度基本随浓度和时间的增加而增加。这说明化学诱变剂的浓度和处理时间与诱变效果呈正相关，高浓度长时处理有助于增加突变频率和变异类型。

4 结论

通过农艺性状研究和田间观察比较，发现甲基磺酸乙酯（EMS）和叠氮化钠（NaN3）处理可使M1代胡麻种子的发芽和农艺性状等发生变异，诱变浓度和处理时间对胡麻的诱变育种非常重要，因此，在M1代中筛选出有利胡麻种子变异的EMS处理浓度为1.4%，处理时间为12 h；NaN3处理浓度为4.0%和8.0%，处理时间分别为16 h和8 h。

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当前全球变暖趋势不可逆转, 异常气候导致的温度胁迫频繁发生, 给农业高产及稳产带来了巨大挑战。生物钟作为内源性且可遗传的计时机制, 赋予了植物预测和快速响应环境因子周期性变化的能力, 以确保诸多生理生化途径与环境同步, 极大增强了植物的生存和繁衍能力。温度响应和补偿现象不仅涉及生物钟与环境信号“同步化”, 而且涉及农业生产中作物适应温度胁迫的实际应用。生物钟温度补偿是指在较宽范围的生理温度内, 通过转录和转录后机制, 生物钟可基本维持近日节律周期的长度不变, 确保计时机制准确运行。自然环境中, 光照、温度和湿度紧密耦联, 作为授时因子将环境信号经过输入途径传递给生物钟核心振荡器, 影响植物生长发育的全过程。该文回顾了植物生物钟温度响应和补偿机制的研究历史, 详述了最新研究进展, 展望了其在作物遗传育种和田间管理等方面的应用前景, 为解决农作物温度胁迫适应性问题提供了全新的思路和方案。

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Background: Flax (Linum usitatissimum L.) is an economically important fiber and oil crop that has been grown for thousands of years. The genome has been recently sequenced and transcriptomics are providing information on candidate genes potentially related to agronomically-important traits. In order to accelerate functional characterization of these genes we have generated a flax EMS mutant population that can be used as a TILLinG (Targeting Induced Local Lesions in Genomes) platform for forward and reverse genetics.;Results: A population of 4,894 M2 mutant seed families was generated using 3 different EMS concentrations (0.3%, 0.6% and 0.75%) and used to produce M2 plants for subsequent phenotyping and DNA extraction. 10,839 viable M2 plants (4,033 families) were obtained and 1,552 families (38.5%) showed a visual developmental phenotype (stem size and diameter, plant architecture, flower-related). The majority of these families showed more than one phenotype. Mutant phenotype data are organised in a database and can be accessed and searched at UTILLdb (http://urgv.evry.inra.fr/UTILLdb). Preliminary screens were also performed for atypical fiber and seed phenotypes. Genomic DNA was extracted from 3,515 M2 families and eight-fold pooled for subsequent mutant detection by ENDO1 nuclease mis-match cleavage. In order to validate the collection for reverse genetics, DNA pools were screened for two genes coding enzymes of the lignin biosynthesis pathway: Coumarate-3-Hydroxylase (C3H) and Cinnamyl Alcohol Dehydrogenase (CAD). We identified 79 and 76 mutations in the C3H and CAD genes, respectively. The average mutation rate was calculated as 1/41 Kb giving rise to approximately 9,000 mutations per genome. Thirty-five out of the 52 flax cad mutant families containing missense or codon stop mutations showed the typical orange-brown xylem phenotype observed in CAD down-regulated/mutant plants in other species.;Conclusions: We have developed a flax mutant population that can be used as an efficient forward and reverse genetics tool. The collection has an extremely high mutation rate that enables the detection of large numbers of independant mutant families by screening a comparatively low number of M2 families. The population will prove to be a valuable resource for both fundamental research and the identification of agronomically-important genes for crop improvement in flax.

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为创制花生优良新种质,以花生品种珍珠红1号的干种子为材料,采用浸泡法开展甲基磺酸乙酯(EMS)诱变研究。结果表明,以半致死剂量为选择标准,适宜诱变条件为0.8% EMS处理10 h;筛选获得9个优良M<sub>5</sub>突变系,其中4个表现出产量高、品质优、综合性状优良等特点。上述4个M<sub>5</sub>突变系干荚果产量较对照(珍珠红1号)增加10.93% ~ 26.78%,出仁率均高于对照;在品质方面,诱珍珠红1号2Ⅱ/19油酸含量为56.68%、油酸/亚油酸比值(O/L)为1.92,分别较对照提高8.44个百分点和0.57;诱珍珠红1号2Ⅲ/8亚油酸含量为39.05%,较对照提高3.28个百分点;诱珍珠红1号2Ⅲ/10粗脂肪含量为54.52%,较对照提高1.50个百分点;诱珍珠红1号3Ⅰ/8油酸含量为53.70%、O/L为1.71,分别较对照提高5.46个百分点和0.36。ISSR分子标记结果表明,9个优良M<sub>4</sub>突变系与珍珠红1号在分子水平上均存在明显差异,突变系之间在分子水平上也存在明显差异。本研究结果为花生遗传改良和功能基因研究提供了优良的新种质,为花生EMS诱变育种研究提供了参考。

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为明确叠氮化钠(NaN<sub>3</sub>)处理后燕麦(Avena sativa) M1代植株主要性状的变化，本研究以两个燕麦品种‘爱沃’(‘Everleaf’)和‘青永久709’(‘Qingyongjiu 709’)种子为材料，设置不同叠氮化钠浓度(0，5，10，15，20mM)和不同处理时间(1，2，3h)，将处理后的种子播到田间，观察M1代植株的农艺性状，并对主要性状进行测定分析。结果表明，NaN<sub>3</sub>处理后燕麦M1代的生育期较对照推迟2~5d，株高和主穗粒数明显下降且‘青永久709’的降幅更大，在15mM/3h处理下，与对照相比，其株高和主穗粒数分别下降了24.06%和76.69%。另外，两品种燕麦M1代旗叶长也低于对照，但旗叶宽却高于对照，从而对旗叶面积造成影响。其中‘青永久709’的M1代旗叶面积总体大于对照，但‘爱沃’平均减小了7.23%。NaN<sub>3</sub>处理后燕麦M1代各指标均发生了不同程度的变化，其中有效分蘖数和主穗粒重的变化最大。‘爱沃’和‘青永久709’的M1代主穗粒重最大变异系数分别为87.92%和90.80%。主成分分析表明，两品种被清晰地划分为两个彼此独立的类群，不同品种的诱变群体也分属不同的亚群，且‘青永久709’的M1代各指标的变化幅度总体大于‘爱沃’。

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