全 文 ：平阳霉素对水稻诱变效应的研究
夏英武　吴关庭　舒庆尧
(浙江农业大学原子核农业科学研究所　杭州　310029)
　　本试验用 0、5、10、15、20、和 25μg/ ml 的平阳霉素处理水稻种子。结果表明 ,平
阳霉素在 M1 能引起较高频率的染色体畸变 ,并对种子发芽、幼苗生长、植株结实等
产生不同程度的损伤效应 ;在 M2 能诱发频率较高的叶绿素、株高与抽穗期突变 ,三
者的总突变频率以浓度为 15μg/ ml 的最高。就诱发有益突变而言 ,平阳霉素诱导早
熟的效果不如 EMS , 但诱导矮秆突变的效果则优于 EMS。
关键词 :平阳霉素 　水稻 　诱变效应
此文于 1994 年 11 月 8 日收到。
前 　　　言
长期以来 ,突变频率不高一直是植物诱变育种亟待解决的主要问题之一。为此 ,人们不断
地积极致力于新的高效诱变源的开拓与利用。平阳霉素 ( Pingyangmycin ,简称 P YM) 是由轮
枝链霉菌平阳变种 ( S t reptom yces verticill us var. pi nyangensis) 所产生的一种新型抗菌素 ,属
糖肽类化合物[1 ] ,目前主要作为抗肿瘤药用于临床 ,对多种癌症具有较好的疗效[2 —5 ] 。80 年
代初 ,科学工作者相继在微生物[6 ] 、哺乳动物[7 ,8 ]和高等植物[9 —11 ]上研究证明 , P YM 诱发染
色体畸变的能力超过 EMS 和 EI[12 ,13 ] 。然而 ,真正将 P YM 应用于作物诱变育种研究仅仅始
于几年前。赵丽梅等[14 ]首先在大麦上进行了试验 ,结果表明 ,P YM 不但能诱发较高频率的染
色体畸变 ,而且能在 M2 产生较高频率的性状变异 ,特别是早熟和高分蘖力等有益突变。为明
确 P YM 在水稻诱变育种中的利用价值 ,本试验研究了该诱变剂对水稻的诱变效应。
材 料 与 方 法
供试品种 　遗传性稳定的早籼品种陆青早 1 号。
化学诱变剂 　平阳霉素 ( P YM ,天津市河北制药总厂生产) ,甲基磺酸乙酯 ( EMS) 。
试验方法　11 种子处理 :水稻风干种子在 30 ±2 ℃的室温下用自来水预浸 20 小时 ,临结
束前用去离子水将 P YM 配制成浓度为 5、10、15、20 和 25μg/ ml 的诱变液 , EMS 的浓度为
014 %。将预浸过的种子置于其中 ,在 30 ±2 ℃室温下处理 8 小时 ,EMS 为 6 小时 ,药液与种子
的比例为 1 粒/ ml。处理完毕用自来水冲洗 3 小时 ,然后催芽。以去离子水处理作为对照。
21 M1 细胞学观察 :待种子在室温下发芽后 ,取 1～2cm 的根用卡诺液固定 ,碱性品红染
色 ,压片并显微观察。每处理观察 6～15 个不等的根尖 ,每个根尖随机观察 600 个左右细胞 ,
统计染色体结构变异的细胞率及有丝分裂指数 (M I) 。
62 　核 农 学 报　1997 ,11 (1) :26～30Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
31M1 苗高、根长及其活力指数测定 :采用垂直发芽法 ,在 32 ±2 ℃室温下生长 ,每处理 75
粒种子 ,记载每天发芽粒数 ,7 天后测量苗高和根长 ,按发芽指数 ×生长势 (本试验以平均苗高
和根长表示)计算活力指数。
41 M1 发芽率、成苗率与结实率调查 : P YM 每处理 150 粒种子 , EMS 每处理 220 粒 ,3 次
重复 ,30 ℃恒温箱内催芽 36 小时后 ,检查发芽粒数 ,随后播于网室 ,移栽时统计成苗数。所有
秧苗全部移栽大田 ,单本插 ,密度 1617cm ×1313cm ,成熟时各处理随机取 10 株考查结实率 ,
然后抽取 100～200 穗调查叶绿素突变频率 ,最后混收余下种子 ,用于调查株高与抽穗期突变。
51M2 突变频率调查 :将上年收获的种子播于大田 ,三叶一心时调查叶绿素缺失突变 (包括
白化、黄化、浅绿、条纹和斑点等各种类型) 。35 天秧龄 ,每处理种植 1000 株左右 ,对照减半 ,
单本插 ,3 次重复 ,见穗时观察抽穗期突变 ,凡抽穗早或迟于对照群体齐穗期 10 天以上的 ,分
别定为早熟或迟熟突变株。成熟后调查株高突变 ,随机测量 500 个对照单株的株高 ,求出平均
数和标准差 ,然后确定突变界限 ŠX ±3S ,将高度在该范围以外的植株定为株高突变株。
结 果 与 分 析
(一) M1 生物学效应
11 对根尖细胞染色体畸变和有丝分裂的影响 :由表 1 可见 ,水稻种子经 P YM 处理后 ,M1
根尖细胞中出现微核、桥、断片、落后染色体等染色体畸变 ,虽然类型与未处理的基本相同 ,但
数量明显增加 ,各处理的畸变细胞率均极显著高于对照 ,而各处理之间 ,以浓度为 15μg/ ml 的
最高。EMS 诱发的染色体畸变率稍低于 P YM 处理 ,但差异并不显著。同时 , P YM 处理还导
致根尖有丝分裂细胞锐减 ,使分裂指数极显著下降 ,说明 P YM 处理对幼根的生长产生严重影
响。
21 对种子发芽与幼苗生长的影响 :表 2 表明 ,较低浓度的 P YM 处理 ,对种子发芽具有一
定的刺激作用 ,当浓度达到 15μg/ ml 时 ,发芽率开始下降 ,超过 20μg/ ml 后 ,发芽率显著降低 ,
但仍高于 EMS 处理。值得注意的是 ,较低浓度 P YM 的刺激作用仅仅表现在发芽率上 ,室内
培养 7 天后测得的苗高、根长、苗高活力指数和根长活力指数以及大田成苗率 ,基本上随处理
浓度的升高而急剧下降 ,大多与对照呈显著或极显著差异 ,即 P YM 对幼苗生长有明显的抑制
作用。EMS 处理对幼苗造成的生理损伤与 25μg/ ml 左右的 P YM 相近 ,唯根长例外。从表 2
可以看出 ,P YM 对根长的抑制作用要远远高于 EMS。
31 对植株结实的影响 :不同浓度 P YM 处理对植株育性产生了明显影响 (表 2) 。在 15μg/
ml 以下 ,随着浓度的增大 ,结实率逐渐降低 ,超过该浓度后 ,结实率反而有所回升。EMS 处理
的结实率与 5μg/ ml 的 P YM 相仿 ,表明 EMS 对育性的影响比 P YM 轻。
(二) M2 诱变效应
11 叶绿素缺失突变 : P YM 诱发的叶绿素缺失突变有白化、黄化、条纹、浅绿等多种类型 ,
其中以前两种为主 ,占 75 %以上。突变频率随处理浓度的增大而提高 ,至 15μg/ ml 时达到最
高 ,此后又逐渐下降 ,按穗计和按苗计的结果完全一致 (表 3) 。在 15μg/ ml 的浓度下 ,P YM 诱
发的叶绿素突变频率按穗计几乎与 EMS 处理相同 ,按苗计则高于 EMS。由此可见 , P YM 具
有较强的诱发叶绿素突变的能力。
72　1 期 平阳霉素对水稻诱变效应的研究
表 1 　PYM 对 M1 根尖细胞染色体畸变及有丝分裂的影响
Table 1 　Effect of P YM on chromosome aberration and mitotic
division of root tip cells in M1 generation
处　理
Treatment
CK
PYM (μg/ ml)
5 10 15 20 25
EMS
0. 4 %
观察细胞数
No. of cells observed
9308 6956 7324 7267 5170 3508 5274
染色体畸变
Chromosome
微核
Micronucleus
21 182 206 212 138 98 114
aberration
　
桥
Bridge
31 38 66 80 40 40 60
断片
Fragment
9 16 22 18 18 6 14
落后染色体
Laggard
6 2 22 26 12 12 34
总畸变数
No. of total aberrations
67 238 316 336 208 156 222
畸变频率
Frequency of
chromosome aberration ( %)
0. 72 3. 42 3 3 4. 32 3 3 4. 62 3 3 4. 02 3 3 4. 45 3 3 4. 21 3 3
有丝分裂
Mitotic division
细胞数
No. of cells
843 276 243 247 205 115 192
分裂指数
Mitotic index ( %) 9. 06 3. 97
3 3 3. 32 3 3 3. 40 3 3 3. 97 3 3 3. 28 3 3 3. 64 3 3
　　3 3 　表示 1 %水平上显著。　3 3 　Significant at 1 % level.
表 2 　PYM 对种子发芽、幼苗生长及植株育性的影响
Table 2 　Effect of P YM on seed germination ,
seedling growth and spikelet fertility in M1 generation
处　理
Treatment
CK
PYM (μg/ ml)
5 10 15 20 25
EMS
0. 4 %
发芽率
Germination percentage ( %) 76. 5 80. 4 83. 9 73. 8 62. 6
3 52. 9 3 3 45. 8 3 3
成苗率
Seedling survival rate ( %) 72. 9 69. 9 61. 4
3 46. 7 3 3 38. 1 3 3 29. 7 3 3 32. 6 3 3
苗高
Seedling height (cm) 9. 56 8. 50 7. 79 5. 67
3 5. 83 3 5. 04 3 3 5. 23 3 3
根长
Root length (cm) 11. 03 8. 45 6. 35
3 4. 19 3 3 4. 81 3 3 3. 93 3 3 6. 35 3
苗高活力指数
Vigorous index of seedling height
459. 64 340. 00 3 3 244. 61 3 3 156. 10 3 3 137. 01 3 3 117. 18 3 3 89. 85 3 3
根长活力指数
Vigorous index of root length
530. 32 338. 00 3 3 199. 39 3 3 115. 35 3 3 113. 04 3 3 91. 37 3 3 109. 09 3 3
结实率
Seed setting rate ( %) 80. 81 66. 05
3 56. 30 3 3 49. 20 3 3 55. 11 3 3 50. 45 3 3 66. 63 3 3
　　3 , 3 3 　分别表示 5 %和 1 %水平上显著。3 , 3 3 　Significant at 5 % and 1 % level respectively.
82 核　农　学　报 11 卷
表 3 　PYM 诱发的叶绿素缺失突变频率
Table 3 　Frequency of chlorophyll2deficient mutation induced by P YM treatment
处　理
Treatment
CK
PYM (μg/ ml)
5 10 15 20 25
EMS
0. 4 %
调查穗数
No. of spikes planted
662 647 602 525 486 350 605
突变穗数
No. of mutation spikes
3 52 77 76 62 39 86
调查苗数
No. of seedlings observed
31931 29394 26404 23892 21700 16925 29117
突变苗数
No. of mutants
7 241 434 456 374 251 490
以穗计突变频率
Mutation frequency of spike ( %) 0. 45 8. 04 12. 79 14. 48 12. 76 11. 14 14. 22
以苗计突变频率
Mutation frequency of seedling ( %) 0. 022 0. 820 1. 644 1. 909 1. 724 1. 483 1. 683
　　21 株高与抽穗期突变 :从表 4 可看出 ,不同浓度 P YM 诱发的株高突变 ,其趋势同于叶绿
素缺失突变 ,也是随浓度的升高而增加 ,至 15μg/ ml 时最多 ,此后又逐渐减少。在诱发的株高
突变中 ,矮秆突变多于高秆突变 ,这显然对育种实践十分有利。与 EMS 处理相比 ,P YM 诱发
的株高突变频率明显增高 ,即 P YM 诱导株高突变 ,尤其是矮秆突变的效果优于 EMS。
表 4 　PYM 诱发的株高与抽穗期突变频率
Table 4 　Mutation ferquency for plant height and
heading date after P YM treatment
处理
Treatment
调查株数
No. of plants
observed
株高突变
Mutation in plant height
矮秆 高秆 合计
Dwarf Tall Total
No. % No. % ( %)
抽穗期突变
Mutation in heading date
早熟 迟熟 合计
Early Late Total
No. % No. % ( %)
合计
Total
( %)
CK 1240 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
PYM 5μg/ ml 2596 12 0. 462 10 0. 385 0. 847 6 0. 231 11 0. 424 0. 655 1. 502
PYM 10μg/ ml 2607 20 0. 767 12 0. 460 1. 227 7 0. 269 19 0. 279 0. 998 2. 225
PYM 15μg/ ml 2724 25 0. 918 13 0. 477 1. 395 8 0. 294 17 0. 624 0. 918 2. 313
PYM 20μg/ ml 2660 21 0. 790 9 0. 338 1. 128 8 0. 301 15 0. 564 0. 865 1. 993
PYM 25μg/ ml 2660 16 0. 602 3 0. 113 0. 715 9 0. 338 13 0. 489 0. 827 1. 542
EMS 0. 4 % 2700 13 0. 482 7 0. 259 0. 741 17 0. 630 14 0. 519 1. 149 1. 890
　　P YM 处理引起的抽穗期突变 ,除 25μg/ ml 浓度外 ,在数量上均不及株高突变 ,且以迟熟突
变占多数。抽穗期突变频率以 10μg/ ml 浓度最高 ,但低于 EMS 处理 ,特别是早熟突变频率 ,
P YM 处理虽然随浓度的增大略有上升 ,但与 EMS 相比 ,差异较大。
讨 　　　论
11 P YM 的育种利用价值。从本试验结果看 ,P YM 处理不但能引起较高频率的染色体畸
变 ,降低有丝分裂指数 ,并对 M1 幼苗生长和植株结实产生较重的生理损伤 ,而且还能在 M2 诱
92　1 期 平阳霉素对水稻诱变效应的研究
发高于 EMS 处理的叶绿素与株高突变 ,尤其是矮秆突变。由此得出初步结论 : P YM 是一种有
效的诱变剂。
21 P YM 对水稻的适宜诱变浓度。本试验结果表明 ,M1 染色体畸变率、M2 叶绿素缺失突
变频率、株高突变频率以及总突变频率 ,均以 15μg/ ml 处理最高 ,超过该浓度 ,诱变效果逐渐
降低。由此表明 , P YM 浓度不宜过高 ,否则会加重 M1 生理损伤 ,并降低突变频率和诱变效
率。在本试验条件下 ,P YM 对水稻的诱变浓度以 15μg/ ml 较为适宜。
本试验得到浙江省农业科学院原子能利用研究所王贤裕等同志的支持 ,慎玫同志在细胞学观察上给予帮助 ,在此一并
致谢。
参 考 文 献
1 　张　瑞等 1 争光霉素的研究 , Ⅱ1 争光霉素的分离、纯化、理化性质及鉴定 1 微生物学报 ,1980 ,20 (1)∶76～81
2 　甄永苏等 1 争光霉素 A5 和争光霉素 A2 的抗肿瘤作用与毒性研究 1 药学学报 ,1979 ,14 (2)∶83～89
3 　林赴田等 1 平阳霉素的抗肿瘤作用与临床前药理研究 1 中华肿瘤杂志 ,1979 ,1 (3)∶161～166
4 　冼美生等 1 平阳霉素对鳞癌选择性治疗作用的病理形态学分析 1 中华肿瘤杂志 ,1979 ,1 (3)∶167～171
5 　争光霉素协作组 1 平阳霉素治疗恶性肿瘤的临床疗效评价 1 中华肿瘤杂志 ,1979 ,1 (3)∶172～175
6 　陈玲爱等 1 平阳霉素诱发枯草杆菌基因回复突变 1 科学通报 ,1981 ,26 (14) :884～885
7 　王钦南等 1 平阳霉素诱发中国地鼠细胞株染色体畸变和姊妹染色单体交换 1 环境科学学报 ,1983 ,3 (1)∶78～84
8 　王钦南等 1 平阳霉素三种成份对 CHO 细胞染色体畸变和 SCE 的影响 1 遗传 ,1986 ,8 (2)∶28～30
9 　王英彦等 1 60Coγ射线和平阳霉素诱发蚕豆根尖细胞微核与染色体畸变的剂量效应. 环境科学 ,1984 ,5 (4)∶20～22
10 　沈光平等 1 平阳霉素三种成份诱发染色体畸变的研究 1 遗传学报 ,1984 ,11 (2)∶109～112
11 　沈光平等 1 微核与染色体畸变的相关性 1 遗传 ,1985 ,7 (1)∶15～17
12 　谷爱秋等 1 平阳霉素诱发蚕豆染色体畸变 1 科学通报 ,1981 ,26 (15)∶941～943
13 　王钦南等 1 强烈的环境诱变剂———平阳霉素 1 环境科学学报 ,1981 ,1 (3)∶265～269
14 　赵丽梅等 1 平阳霉素 Pingyangmycin 对大麦的诱变效应 1 核农学报 ,1990 ,4 (4)∶199～205
MUTAGENIC EFFECTS OF PINGYANGMYCIN
ON RICE ( O ryz a sativa L . )
Xia Yingwu 　Wu Guanting 　Shu Qingyao
( Instit ute of N uclear A gricult ural Sciences , Zhejiang
A gricult ural U niversity , Hangz hou 310029)
ABSTRACT
　　The mutagenic effets of Pingyangmycin ( PYM) on rice were studied by means of seed treat2
ment with 5 , 10 , 15 , 20 and 25μg/ ml of PYM. The results showed that PYM could induce high
frequency of chromosome aberrations , produce physiological damages of various degrees in
terms of seed germination , seedl ing growth and spikelet fertil ity in M1 generation , and induce
high frequency of chlorophyll2def icient mutation and mutation in plant height and heading date
in M2 generation. With 15μg/ ml of treatment , the highest total mutation frequency , higher
than that of the widely used chemical mutagen EMS , was reached. As induction of benef icial
mutations was concerned , PYM was inferior to EMS in inducing early heading mutation , but
superior to EMS in inducing short stra w mutation.
Key word :Pingyangmycin , rice , mutagenic effects
03 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1997 ,11 (1) :26～30