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甲基磺酸乙酯对凤仙花的诱变效应研究



全 文 :北方园艺2015(21):83~89 植物·园林花卉·
第一作者简介:张永福(1981-),男,云南弥勒人,博士,副教授,研
究方向为植物遗传育种。E-mail:123017360@qq.com.
基金项目:国家自然科学青年基金资助项目(31301665);昆明学院
引进人才科研资助项目(YJL11030,YJL12002)。
收稿日期:2015-05-19
DOI:10.11937/bfyy.201521023
甲基磺酸乙酯对凤仙花的诱变效应研究
张 永 福1,2,鲁 桂 芝1,谢 映 美1,黄 鹤 平1,2,银 立 新1,2,刘 佳 妮1,2
(1.昆明学院 农学院,云南 昆明650214;2.云南省高校都市型现代农业工程研究中心,云南 昆明650214)
  摘 要:以浅红色凤仙花地方品种为试材,研究了不同浓度(0.5、1.0、2.0、4.0mg/mL)与不
同时间(1、2、3d)的甲基磺酸乙酯(EMS)组合处理对凤仙花的诱变效应,以确定适合于凤仙花诱
变育种的最佳剂量,并筛选出观赏价值高的诱变株系。结果表明:凤仙花种子发芽率、胚根长度、
胚芽长度、幼根条数、出苗率、株高、茎粗、叶长、叶宽及叶形指数均受药剂浓度和处理时间的影响,
当浓度为40mg/mL处理时间为2d和3d时,发芽率为0。半致死剂量为2.0mg/mL处理2d,
但此剂量不能获得较多优异的突变体,而0.5~1.0mg/mL处理2~3d却能获得较多的观赏价
值较高的优良突变体。突变体的类型包括顶生花、一柄多花簇生、重瓣花、嵌合花、嵌合叶、花柄
极度缩短及无主干等类型的突变体。花色也出现了深红、淡粉、紫红、粉白、淡紫红、紫色、粉红、白
色、深紫、淡紫、粉紫、红色以及红白嵌合花色等10余种突变类型。在这些突变类型中,观赏价值
高的单株有紫红重瓣花、深红间白色嵌合重瓣花、紫色重瓣花、淡粉牡丹型重瓣花、红色茶花型重
瓣花、浅红间白色嵌合玫瑰型重瓣花、粉红蝶形重瓣花、一柄多花簇生型、花柄极度缩短重瓣嵌合
花等9个。此外,处理以后的凤仙花花瓣色素物质和营养物质均发生了不同程度的变化。经逐
代筛选,可望在其后代中获得新品种进行商品化生产,或为凤仙花育种提供理想材料。
关键词:甲基磺酸乙酯;凤仙花;诱变;花型;花色
中图分类号:S 681.1 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2015)21-0083-07
  凤仙花(Impatiens balsamina)属凤仙花科(Balsami-
naceae)凤仙花属一年生观赏及药用植物,又名指甲花、
金凤花,在园林景观中应用广泛[1]。该植物主要分布在
热带及亚热带山区,少数产于北温带,在中国主要产于
西南地区[2]。作为药用,凤仙花的茎有祛风湿、活血、止
痛之效,用于治风湿性关节痛、屈伸不利等症;种子有软
坚、消积之效,用于治噎膈、骨鲠咽喉、腹部肿块、闭经等
症[3]。但作为观赏,凤仙花具有一些不足之处,如很多
品种为单瓣花,色泽单一,观赏性较差,有逐渐被淘汰出
市场的趋势。因此有必要通过诱变手段,改良凤仙花的
花瓣及花色,提高其观赏价值。
运用诱变育种创造有利变异,是解决当前育种中种
质资源狭窄、匮乏的有效途径之一。化学诱变操作简
单、专一性强、突变性状稳定快等而被广泛用于种质创
造。在众多化学诱变剂中,甲基磺酸乙酯(EMS)是一种
高效、稳定的烷化剂,主要诱发点突变,诱发突变体与野
生种在遗传背景相似,多为单基因突变而成为研究基因
功能的理想材料。EMS诱变技术在国内外已是一项成
熟的技术,广泛应用于水稻[4]、小麦[5]、玉米[6]、大豆[7]、
花生[8]、油菜[9]等作物上。通过EMS诱变获得了油菜
的高油酸突变性状[10],开花期提早和花器官突变的菊花
类型[11],具有较高皂苷含量的党参初选植株[12]。在凤
仙花上,有通过航天诱变[13]和离子注入诱变[14]育种的
报道,但有关EMS诱变育种的研究尚鲜见报道。该研
究利用不同浓度EMS溶液处理凤仙花种子,确定EMS
诱变的适宜浓度和处理时间,创建凤仙花突变类型,并
重点对花瓣形态和花色突变体进行筛选,旨在改良当前
凤仙花品种普遍存在的缺陷,选育出重瓣、花朵直径大、
色泽丰富、花姿优美的新品种。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为云南省弥勒市普通的凤仙花种子,花瓣
浅红色、单瓣,为地方品种。
1.2 试验方法
EMS处理浓度为0(CK)、0.5、1.0、2.0、4.0mg/mL,
用0.01mol/L磷酸缓冲液(pH 7.0)配制。挑选健壮、圆
润、饱满的凤仙花种子,放入垫有滤纸的培养皿中,每个
培养皿中放入50粒种子,然后在培养皿中各自加入上
38
·园林花卉·植物 北方园艺2015(21):83~89
述不同浓度的EMS溶液10mL,放入温度为25℃、湿度
为60%的生化培养箱中,设置正交实验,处理时间分别
为1、2、3d,各处理分别重复3次。处理结束后用去离子
水把药剂冲洗干净,继续放入生化培养箱中培养6d,然
后测定种子发芽率、胚芽和胚根长度、幼根条数等。测
完以后分别种入长100cm、宽30cm、高40cm的长条盆
中,每盆种20株,统一水肥管理,计算出苗率,并观察植
株的生长情况及变异情况,统计株型、叶片、花色、花型
等的变异分离情况,采集花瓣测定各种色素及营养
物质。
1.3 项目测定
胚芽和胚根长度于播种前用直尺测定,幼根条数于
播种前清数,株高于植株开花后不再生长时用卷尺测
量,叶长和叶宽于植株长成后挑选植株中部的叶片用直尺
测量,茎粗于植株长成后用游标卡尺测定离地面1cm处。
发芽率(%)=发芽种子数/该处理供试种子总数×
100;出苗率(%)=出苗总数/该处理供试种子总数×
100。各种变异性状出现的百分率(%)=各种变异性状
出现的植株数/该处理的植株总数×100。
分别采集各种颜色的花瓣测定色素和营养物质含
量,花色苷含量测定采用pH示差法[15],总酚含量测定
采用福林-酚显色法[16],总黄酮含量测定采用NaNO2-Al
(NO3)3显色法[17];类胡萝卜素含量测定采用酒精提取
法,可滴定酸含量测定采用NaOH滴定法,淀粉含量测定
采用酸解法,可溶性糖含量测定采用苯酚-H2SO4显色法,
可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝 G250显
色法[18]。
2 结果与分析
2.1 不同EMS处理组合对凤仙花种子发芽率及 M1 植
株生长的影响
从表1可以看出,在处理时间不变的情况下,随着
EMS浓度的增大,发芽率逐渐降低;在处理浓度不变的
情况下,随着处理时间的延长,发芽率亦降低。EMS浓度
在0~1.0mg/mL时,发芽率为100.0%或接近100.0%,
且各处理间无差异显著性,EMS浓度从1.0mg/mL增
到4.0mg/mL时,发芽率有所降低,其中,4.0mg/mL
处理2d和3d种子发芽率均为0。在药剂浓度为0~
4.0mg/mL时,胚芽和胚根长度随药剂浓度的增加而降
低,幼根条数随处理时间的延长而减少,特别是从1.0~
4.0mg/mL时下降幅度最大,如2.0mg/mL处理3d后
胚芽和胚根的生长速度非常缓慢。出苗率也随处理浓
度的增大和处理时间的增长而下降,如在处理2d的情况
下,出苗率由1.0mg/mL时的76.4%下降到4.0mg/mL
时的0,在处理3d的情况下,出苗率由1.0mg/mL时的
73.2%下降到4.0mg/mL时的0。在确定EMS诱变处
理浓度和时间时,出苗率是重要的考察指标,因为出苗
率直接影响后期突变体的成功筛选。如果以处理后
50%出苗率为临界剂量,则凤仙花的最适诱变浓度为
2.0%,最适处理时间为2d。
  表1 不同EMS处理组合对凤仙花种子发芽率及M1植株生长的影响
  Table 1 Efect of diferent EMS combinations on seed germination and M1plant growth of Impatiens balsamina
处理组合
Treatment
combination
发芽率
Germination rate
/%
胚芽长度
Length of germ
/cm
胚根长度
Length of radicle
/cm
幼根条数
The number of
roots
出苗率
Emergence rate
/%
株高
Plant height
/cm
茎粗
Stem diameter
/cm
叶长
Leaf length
/cm
叶宽
Leaf width
/cm
叶形指数
Leaf
index
CK  100.0a 2.2a 1.5a 5.5ab  87.8a 23.4b 2.8ab  15.0b 2.4c 6.25
0.5mg/mL-1d 100.0a 2.4a 1.1ab  5.0b 80.2ab  22.3b 2.6ab  14.6b 2.4c 6.08
1.0mg/mL-1d 97.1a 2.0a 1.2a 4.7bc  76.3ab  21.7b 2.1b 15.7a  2.6bc  6.04
2.0mg/mL-1d 92.7ab  1.0bc  0.6bc  3.3e 70.1bc  23.2b 2.3b 15.5a 2.8ab  5.54
4.0mg/mL-1d 91.3ab  0.6c 0.4c 3.4e 64.2c 18.4bc  2.3b 15.0b  2.9a 5.17
0.5mg/mL-2d 98.3a 2.0a 1.2a 5.5ab  80.1ab  31.2a 3.1a 15.5a  2.7b 5.74
1.0mg/mL-2d 97.5a 1.3b 0.9b 5.0b 76.4ab  25.1b 3.3a 15.0b 2.7b 5.56
2.0mg/mL-2d 87.3b 0.6cd  0.4c 3.7de  47.9d 34.9a 3.1a 16.0a  2.9b 5.52
4.0mg/mL-2d 0d - - - - - - - - -
0.5mg/mL-3d 99.6a 1.3b 0.9b 4.9bc  76.3ab  25.1b 2.6ab  15.5a 2.6bc  5.96
1.0mg/mL-3d 99.0a 0.6c 0.5c 4.1d 73.2b 25.3b 2.4c 15.6a 2.8ab  5.57
2.0mg/mL-3d 73.5c 0.2d 0.2d 1.0f 21.3e 11.3c 0.9d 10.2c 2.6bc  3.92
4.0mg/mL-3d 0d - - - - - - - - -
  注:表中同一列数字旁不同小写字母表示通过Duncan氏新复级差检验差异显著(P<0.05)。
Note:Diferent lowercase letters in the same column show significant diferences among means according to Duncan’s multiple range test(P<0.05).
  从表1还可以看出,不同浓度和时间的EMS处理
后对凤仙花M1 的株高、茎粗、叶长、叶宽及叶形指数具
有一定的影响,其中各浓度处理2d后株高、茎粗、叶长
和叶宽均大于CK,表现出较强的生长势,叶形指数变
小,叶片由窄披针形变为宽披针形;2.0mg/mL处理3d
时,植株生长受到严重抑制,株高、茎粗、叶长、叶宽和叶
形指数均显著低于其它处理,植株完全畸形,无利用价
值,表现为劣变。
2.2 不同EMS处理组合对凤仙花M1花朵及植株特征
的影响
经EMS处理后,凤仙花 M1 群体花朵及植株特征
发生了明显的变异,出现了顶生花、一柄多花簇生型、重
瓣花、嵌合花瓣等突变体,植株特征上出现了畸形苗、无
顶芽植株、无主干植株等变异类型(图1和表2)。
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北方园艺2015(21):83~89 植物·园林花卉·
  注:a.亲本花型;b.紫红重瓣花(1.0mg/L-3d);c.深红间白色嵌合重瓣花(1.0mg/L-3d);d.紫色重瓣花(1.0mg/L-3d);e.淡粉牡丹型重瓣花
(0.5mg/L-2d);f.红色茶花型重瓣花(0.5mg/L-2d);g.浅红间白色嵌合玫瑰型重瓣花(1.0mg/L-3d);h.粉红色蝶状重瓣花(0.5mg/L-3d);i.一柄双花
(0.5mg/L-1d);j.一柄多花簇生(1.0mg/L-3d);k.顶生花(2.0mg/L-2d);l.黄绿嵌合叶(2.0mg/L-2d);m.CK植株;n.花柄极度缩短的重瓣嵌合花
(2.0mg/L-2d);o.无明显主干株型(1.0mg/L-3d);p.畸形植株(2.0mg/L-3d)。
Note:a.Parents spend type;b.Purple red double flower;c.The crimson white chimeric double flower;d.Purple double flower;e.The pale pink peony type
double flower;f.Red camelia type double flower;g.Light red and white roses type chimeric double flower;h.Pink papilionaceous double flower;i.A flower stalk
two flower;j.A handle to spend clustered type;k.Terminal flower;l.Yelow green chimeric leaf;m.CK plants;n.Pedicel in extremely short double chimeric
flowers;o.No obvious main plant type;p.Abnormal plants.
图1 花朵和植株的变异
Fig.1 Variation of flowers and plants
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·园林花卉·植物 北方园艺2015(21):83~89
  由表2可知,在花朵的变异特征中,以顶生花的发
生率最高,1.0、4.0mg/mL处理1d,0.5、1.0、2.0mg/mL
处理2d,0.5、1.0mg/mL处理3d均出现了顶生花,其
中以4.0mg/mL处理1d出现的概率最大,达13.3%;
0.5mg/mL处理1d,0.5、1.0mg/mL处理3d均出现了
一柄多花簇生现象,其中以0.5mg/mL处理1d出现
的概率最大,为6.3%;0.5、2.0mg/mL处理2d,0.5、
1.0mg/mL处理3d均出现了重瓣花,其中以1.0mg/mL
处理3d出现的概率最大,为4.2%;2.0、4.0mg/mL处
理1d,1.0mg/mL处理2d及1.0mg/mL处理3d均
出现了嵌合花瓣,其中以4.0mg/mL处理1d出现的概
率最大,为4.1%。
从表2还可以看出,在各处理组合中4.0mg/mL
处理1d,2.0mg/mL处理2d,1.0、2.0mg/mL处理3d
均出现了畸形苗,其中2.0mg/mL处理3d的畸形苗
率为100.0%;在4.0mg/mL处理1d和2.0mg/mL
处理2d的组合中,还出现了少量的绿黄嵌合叶植株;
2.0mg/mL处理1d和2d,1.0mg/mL处理3d均出现
了无顶芽植株,其中2.0mg/mL处理2d出现的概率最
大,为13.8%;1.0、2.0、4.0mg/mL处理1d,2.0mg/mL
处理2d,0.5、1.0mg/mL处理3d均出现了无主干植
株,其中2.0mg/mL处理2d出现的概率最高,达
37.9%。凤仙花茎干有暗红色和绿色2种颜色,通过
计算发现,基部暗红色植株与基部绿色植株的比例为
3.3∶1,考虑到茎干基部绿色的植株生活力较弱造成
早期夭折植株比例大和试验误差,得出凤仙花基部色
泽是由一对主基因控制的质量性状,暗红色对绿色为
显性。
  表2 不同EMS处理组合对凤仙花M1花朵及植株突变特征概率的影响
  Table 2 Efect of diferent EMS combinations on the probability of M1flowers and plants mutation characteristics of Impatiens balsamina %
处理组合
Treatment
combination
顶生花
Terminal
flower
一柄多花
A handle to
spend
重瓣花
Double
flower
嵌合花瓣
Chimeric
petals
畸形苗
Abnormal
seedlings
嵌合叶
Chimeric
leaf
无顶芽
No terminal
bud
无主干
No
branch
茎基部暗红色
Stem base dark
red
茎基部绿色
Stem base of
green
CK  0  0  0  0  0  0  0  0  80.0  20.0
0.5mg/mL-1d 0  6.3  0  0  0  0  0  0  62.5  37.5
1.0mg/mL-1d 11.8  0  0  0  0  0  0  11.8  64.7  35.3
2.0mg/mL-1d 0  0  0  3.5  0  0  8.9  14.3  82.6  17.4
4.0mg/mL-1d 13.3  0  0  4.1  13.5  1.6  0  16.7  73.3  26.7
0.5mg/mL-2d 10.4  0  2.1  0  0  0  0  0  87.5  12.5
1.0mg/mL-2d 2.6  0  0  2.5  0  0  0  0  76.3  23.7
2.0mg/mL-2d 10.5  0  0.4  0  12.3  2.3  13.8  37.9  79.3  20.7
0.5mg/mL-3d 7.4  1.5  1.5  0  0  0  0  16.2  76.8  23.2
1.0mg/mL-3d 2.1  2.1  4.2  3.2  18.1  0  2.1  4.2  81.2  18.8
2.0mg/mL-3d 0  0  0  0  100.0  0  0  0  0  0
2.3 不同EMS处理组合对凤仙花M1花瓣色泽的影响
不同EMS处理后,凤仙花 M1 花瓣出现了从白色、
红色到深紫色等13种不同的颜色(图1和表3)。由表3
可知,CK植株M1花瓣只出现深红和浅红2种颜色,其
中浅红色花瓣出现的频率达94.2%;0.5mg/mL处理
1d的M1花瓣出现了浅红、淡粉、粉白、淡紫红、紫色和
淡紫6种颜色,其中淡紫红出现的概率最大,达46.7%;
1.0mg/mL处理1d的 M1 花瓣出现了深红、浅红、紫
    
色、粉红和淡紫5种颜色,其中以深红出现的概率最大;
2.0mg/mL处理1d的 M1 花瓣出现了浅红、紫红、粉
白、淡紫红、紫色和粉红6种颜色;4.0mg/mL处理1d
的M1花瓣出现了深红、浅红、粉白和淡紫红4种颜色,
其中淡紫红出现的概率最大;0.5mg/mL处理2d的M1
共有浅红、淡粉、淡紫红、紫色、粉红、白色和深紫7种颜
色的花瓣,其中出现概率最大的是淡紫红色,达46.7%;
1.0mg/mL处理2d的 M1 共有深红、淡粉、淡紫红、紫
   表3 不同EMS处理组合对凤仙花M1花瓣色泽突变概率的影响
  Table 3 Efect of diferent EMS combinations on the mutation probability of M1petals color of Impatiens balsamina %
处理组合
Treatment combination
深红
Deep red
浅红
Light red
淡粉
Pale pink
紫红
Amaranth
粉白
White powder
淡紫红
Pale purplish red
紫色
Purple
粉红
Pink
白色
White
深紫
Modena
粉紫
Lilac
淡紫
The purple powder
红色
Red
CK  5.8  94.2  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
0.5mg/mL-1d 0  3.3  13.3  0  6.7  46.7  13.3  0  0  0  0  16.7  0
1.0mg/mL-1d 33.3  16.7  0  0  0  0  11.1  16.7  0  0  0  22.2  0
2.0mg/mL-1d 0  14.6  0  20.0  6.0  26.7  6.0  26.7  0  0  0  0  0
4.0mg/mL-1d 23.1  23.0  0  0  15.4  38.5  0  0  0  0  0  0  0
0.5mg/mL-2d 0  3.4  3.0  0  0  46.7  23.3  10.3  3.3  10.0  0  0  0
1.0mg/mL-2d 16.1  0  12.9  0  0  35.5  9.7  3.2  0  0  0  6.5  16.1
2.0mg/mL-2d 0  40.0  0  0  0  26.7  6.7  0  0  0  0  13.3  13.3
0.5mg/mL-3d 5.4  18.9  5.4  10.8  5.4  43.2  8.2  2.7  0  0  0  0  0
1.0mg/mL-3d 17.6  11.8  17.6  0  2.9  14.7  14.8  0  0  14.7  5.9  0  0
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北方园艺2015(21):83~89 植物·园林花卉·
色、粉红、淡紫和红色7种颜色的花瓣,其中淡紫红出现
的概率最大;2.0mg/mL处理2d的M1共出现了浅红、
淡紫红、紫色、淡紫和红色共5种颜色的花瓣,其中以浅
红出现的概率最大;0.5mg/mL处理3d的M1花瓣颜色
有深红、浅红、淡粉、紫红、粉白、淡紫红、紫色和粉红等8
种,其中出现概率最大的是淡紫红;1.0mg/mL处理3d
的M1花瓣的颜色有深红、浅红、淡粉、粉白、淡紫红、紫
色、深紫和粉紫共8种。可见,在新出现的12种花色
中,频率最高的是淡紫色,其次是深红色和紫色,而出
现频率最低的是白色,粉紫色倒数第二。在各处理组合
中,以0.5、1.0mg/mL处理3d出现的花色最多,而以
4.0mg/mL处理1d出现的花色最少。
2.4 不同EMS处理组合对凤仙花M1花瓣色素及营养
物质含量的影响
从表4可以看出,不同EMS处理组合对凤仙花
M1 花瓣色素及营养物质含量也有一定的影响,其中,
4.0mg/mL处理1d的花色苷含量最高,达314.85μg/g,
CK的含量最低,仅163.92μg/g,差异显著;各处理对
总酚含量也有一定影响,其中4.0mg/mL处理1d、
0.5mg/mL处理2d、0.5、1.0mg/mL处理3d的总酚含
量显著高于1.0、2.0mg/mL处理1d的含量;0.5mg/mL
处理2d的总黄酮含量最高,4.0mg/mL处理1d的总
黄酮含量最低,二者差异显著;类胡萝卜素含量最高的
是2.0mg/mL处理2d,最低的是0.5mg/mL处理1d,二
者差异显著;淀粉含量最高的是4.0mg/mL处理1d的花
瓣,最低的是0.5mg/mL处理3d的花瓣,1.0mg/mL处
理2d则居中,三者差异显著;可溶性糖含量除0.5mg/mL
处理1d和2d的植株花瓣较低外,其余几个处理间差异
均不显著;可溶性蛋白质含量最高的是2.0mg/mL处理2d
的花瓣,最低的是1.0mg/mL处理3d的花瓣,二者差异
显著;可滴定酸含量最高的是0.5mg/mL处理1d的花
瓣,最低的是1.0mg/mL处理3d的花瓣,二者差异显著。
  表4 不同EMS处理组合对凤仙花M1花瓣色素及营养物质含量的影响
  Table 4 Efect of diferent EMS combinations on M1flower petals pigment and nutrient content of Impatiens balsamina
处理组合
Treatment
combination
花色苷含量
Anthocyanins
content
/(μg·g-1)
总酚含量
Total phenolic
content
/(mg·g-1)
总黄酮含量
Total flavonoids
content
/(mg·g-1)
类胡萝卜素含量
Carotenoid
content
/(μg·g-1)
淀粉含量
Starch
content
/(mg·g-1)
可溶性糖含量
Soluble sugar
content
/(mg·g-1)
可溶性蛋白质含量
Soluble protein
content
/(mg·g-1)
可滴定酸含量
Titratable acid
content
/(mg·g-1)
CK  163.92c 3.81ab  1.65b 81.16b 0.98a 30.12ab  3.07ab  1.45b
0.5mg/mL-1d 208.30bc  3.97ab  1.51b 65.01c 1.20a 26.79b 3.11ab  2.57a
1.0mg/mL-1d 276.41ab  3.71b 1.64b 68.19c 1.07a 33.46a 3.23sb  2.19a
2.0mg/mL-1d 243.02b 3.73b 1.12c 77.06bc  1.14a 37.21a 3.67a 1.67b
4.0mg/mL-1d 314.85a 4.32a 1.06c 81.81b 1.25a 35.29a 4.08a 1.33b
0.5mg/mL-2d 247.54b 4.01a 2.83a 83.01b 1.08a 27.89b 3.67a 2.02a
1.0mg/mL-2d 278.37ab  3.90ab  1.46b 84.27b 0.67b 32.09a 3.78a 2.14a
2.0mg/mL-2d 240.86b 3.86ab  1.49b 121.86a 0.26c 37.31a 4.17a 2.35a
0.5mg/mL-3d 305.21a 4.05a 1.72b 107.71ab  0.25c 35.15a 2.18b 1.18b
1.0mg/mL-3d 230.55b 4.33a 2.11ab  84.64b 0.31c 36.09a 2.09b 1.13b
3 讨论与结论
EMS作为一种化学诱变剂,具有以诱导点突变为
主、突变频率较高、突变谱较稳定等优点,而在化学诱变
中应用广泛,且效果显著。其作用机制是直接作用于
DNA的碱基和磷酸,使其发生烷化作用,造成转换或颠
换。点突变不对作物基因组进行大的调整,也不易引发
基因沉默或丢失,在保持原品种的优良性状基础上,对
作物的个别性状进行修缮[19]。然而,在化学诱变中,由
于突变的方向是随机的,既有优变亦有劣变,因此在育
种中须进行定向筛选。一个适合的处理浓度和时间的
组合既能够有效获得具有优良性状的突变体又能缩小
供选群体的规模,减少在育种过程中人力和物力的投入
量。研究发现,在诱变过程中,以对处理材料造成半致
死效应的剂量效果最佳,因此可通过设置诱变剂浓度梯
度和时间梯度来筛选最佳组合[20]。崔霞等[21]报道,
EMS诱变番茄种子的半致死浓度为0.7%~0.9%,时间
为8h。该研究发现,0~4.0mg/mL处理1d时所有凤
仙花种子均能保持90%以上的发芽率,虽然出苗率随浓
度升高而有所降低,但也均在60%以上;当处理时间为
2d和3d时,随浓度的升高发芽率和出苗率均有所降
低,当浓度由2.0mg/mL升高到4.0mg/mL时,发芽率
由70%~80%急剧降为0;通过分析得出,凤仙花出苗率
的半致死剂量为浓度2.0mg/mL,时间2d。在同一浓
度下,随着处理时间的延长发芽率和出苗率均表现出不
同程度的降低,2.0mg/mL处理3d使种子发芽率、胚芽
和胚根长度、出苗率、株高、茎粗、叶长、叶宽和叶形指数
均显著低于其它处理,且所有苗均为畸形苗,说明此时
凤仙花已经受到严重的伤害。此外还发现,药剂浓度越
大、处理时间越长,叶形指数越小。
研究表明,虽然EMS浓度过高可以获得较大的遗
传变异,但获得的突变体较少,浓度太低虽能增大突变
体的群体规模,但又会加大突变体选择的工作量[22-23]。
张娜等[24]报道,EMS浓度偏高是造成获得突变体群体
较小的主要原因,因此需要调整浓度创制新的突变体群
78
·园林花卉·植物 北方园艺2015(21):83~89
体,该研究结果也支持上述观点。综合分析发现,EMS
对凤仙花的诱变过程中,使用2.0mg/mL处理2d的半
致死剂量并不能获得较多优异的突变体,而使用较低浓
度和适当延长处理时间却能诱导出较多的观赏价值高
的突变体,因此该研究认为在凤仙花诱变育种中,EMS
的最佳浓度为0.5~1.0mg/mL,最佳处理时间为2~
3d。
虽然EMS诱变产生的不良突变较多,但通过EMS
诱发基因点突变,可对作物现有品种的缺陷进行修缮,
如提高烟草产量[25],增强草菇耐寒性[26],以及获得优良
的菊花突变体[11],高皂苷轮叶党参突变体[12],甘蓝型油
菜的高油突变体[27]和抗除草剂突变体[28]。在凤仙花
上,有关EMS诱变育种的研究鲜为报道,该研究通过不
同浓度的EMS与不同时间组合对凤仙花种子进行诱变
处理,获得了顶生花、一柄多花簇生、重瓣花、嵌合花、嵌
合叶、花柄极度缩短及无主干等类型的突变体;在花色
上由浅红色诱变出了深红、淡粉、紫红、粉白、淡紫红、紫
色、粉红、白色、深紫、淡紫、粉紫、红色以及红白嵌合花色
等10余种突变体类型;其中,观赏价值高的单株有紫红
色重瓣花、深红色间白色嵌合重瓣花、紫色重瓣花、淡粉
色牡丹型重瓣花、红色茶花型重瓣花、浅红间白色嵌合
玫瑰型重瓣花、粉红色蝶形重瓣花、一柄多花簇生型、花
柄极度缩短重瓣嵌合花等9个。此外,还发现诱变以后
凤仙花花瓣中的花色苷、总酚、总黄酮、类胡萝卜素等色
素物质以及淀粉、可溶性糖、可溶性蛋白质、可滴定酸等
营养物质的含量均发生了不同程度的变化。由于控制
凤仙花的这些优良性状的基因源于人工诱变,不同于源
于自然变异的基因,是一种新的优良基因,经过逐代筛
选后,其后代若通过特异性、一致性和稳定性鉴定,有可
能成为新品种进行商业化生产。随着研究的深入,控制
这些优良性状的基因将会不断被发现,为凤仙花育种提
供理想的材料。
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Study on Mutagenic Effects of Ethyl Methane Sulfonate on Impatiens balsamina
ZHANG Yongfu1,2,LU Guizhi 1,XIE Yingmei 1,HUANG Heping1,2,YIN Lixin1,2,LIU Jiani 1,2
88
北方园艺2015(21):90~95 植物·园林花卉·
(1.School of Agriculture,Kunming University,Kunming,Yunnan 650214;2.Engineering Research Center for Urban Modern Agriculture of
High Education in Yunnan Province,Kunming,Yunnan 650214)
Abstract:Light red Impatiens balsamina landraces was chosen as test materials to study mutagenic efects of the
combination treatment of ethyl methane sulfonate(EMS)with diferent concentrations(0.5,1.0,2.0,4.0mg/mL)and
diferent times(1,2,3days)on Impatiens balsamina,in order to determine the best dosage in Impatiens balsamina
induced mutation breeding,and screened the high ornamental value of the mutation strain.The results showed that
Impatiens balsaminaseed germination rate,root length,coleoptile length,radicle emergence rate,number,plant height,
stem diameter,leaf length,leaf width and leaf shape index were controled by chemical concentration and treatment time,
when the concentration of 40mg/mL treatment time was 2days and 3days,the germination rate was 0.Semi-lethal dose was
2mg/mL for 2days treatment,but this dose not obtained more excelent mutant,and 0.5-1.0mg/mL treated for 2-3
days was able to obtain more excelent mutants with high ornamental value.The mutant types include terminal flower,a
handle to spend fascicled,double flower,flower,flower stalk,block hinge fitting an extremely shortened and no trunk type
mutant.Color also appeared deep red,pale pink,amaranth,pale pink,white powder,pale purplish red,purple,pink,white,
modena,lilac,the purple powder,red and red and white mosaic color more than 10kinds of mutation types.In these types
of mutations,the individual plant of ornamental high value were purple red double flower,the crimson white chimeric
double flower,purple double flower,the pale pink peony type double flower,red camelia type double flower,red and
white roses type chimeric double flower,pink papilionaceous double flower,a handle to spend clustered type,pedicel in
extremely short double chimeric flowers a total of 9.In addition,after processing of Impatiens balsamina petals pigment
substances and nutrients were changed in diferent degree.The generational screening could be expected to obtain new
varieties in the progeny of commercial production,or for Impatiens balsamina breeding to provide ideal materials.
Keywords:ethyl methyl sulfonate;Impatiens balsamina;mutation;flower type;
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