全 文 ：核 农 学 报 2010，24(6):1132 ～ 1140
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2010)06-1132-09
甘蓝型油菜 EMS诱变二代农艺与籽粒品质性状的
变异与 TILLING库的构建
石从广 孟华兵 姜宇晓 朱亚娜 陈明训 郭万里 蒋立希
(浙江大学农业与生物技术学院 作物研究所，浙江 杭州 310029)
摘 要:利用甲基磺酸乙酯(EMS)溶液处理甘蓝型油菜双低品种浙双 72 种子，经田间 M1 代观察和 M2
代筛选及部分 M3 代验证，筛选到叶色、叶形、株高、茎色、花色、花瓣(数目与颜色)、雄性不育及开花期
等性状发生明显变异的 M2 突变株。经统计，突变株占 M2 群体植株总数的 8. 46%。对 M3 种子的主要
脂肪酸组分之间以及脂肪酸组分与种子含油量进行了相关与回归分析，同时详尽描述各种脂肪酸组分
和含油量的变异幅度与变异分布，构建了包括主要农艺性状、雄性不育及籽粒品质性状变异的突变体
库，提取了 2558 份包含突变性状的 M2 植株叶片的 DNA。该诱变二代 DNA 库及其相应的突变体种质
资源为进一步深入研究控制油菜农艺性状、育性与籽粒品质性状的主效基因的等位多态性打下基础，并
可为油菜品种的遗传改良提供许多特异的育种材料。
关键词:甘蓝型油菜;EMS 诱变;农艺性状;籽粒品质性状;性状变异
PHENOTYPIC VARIATION OF AGRONOMIC AND GRAIN QUALITY TRAITS IN
AN EMS-INDUCED M2 POPULATION AND THE CONSTRUCTION
OF THE DNA POOL FOR TILLING ANALYSIS
SHI Cong-guang MENG Hua-bing JIANG Yu-xiao ZHU Ya-na CHEN Ming-xun GUO Wan-li JIANG Li-xi
(Institute of Crop Science，College of Agriculture ＆ Biotechnology，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang 310029)
Abstract:The ethyl methane sulfonate (EMS)was applied to treat the pure seeds of the‘double low’cultivar“Zhe-
shuang 72”(Brassca napus L.). Mutants with abnormal appearance of leaf color，branch number，plant height，stem
or flower color，floral fertility and life cycle were observed in M1 population，screened in the M2 population and partly
verified in the M3 population. In general，the mutants accounts for 8. 46% of the total population in the M2 generation.
Correlation analysis among the fatty acids and between the fatty acids and total seed oil had been conducted in the M3
seeds. The variation degrees of the fatty acid components and seed oil content of the M3 seeds were described. A DNA
pool from 2558 individual M2 plants were constructed for the analysis of the allelic variations of the major genetic loci
regulating agronomic，floral fertility and grain quality traits. Materials with particular mutated traits are available for
breeding projects aiming for the genetic improvement of oilseed rape.
Key words:Brassica napus L.;EMS mutagenesis;agronomic trait;seed quality traits;mutated traits
收稿日期:2010-03-30 接受日期:2010-05-28
基金项目:国家“863”计划(2006A10A113)。
作者简介:石从广(1981-)，男，湖北阳新县人，硕士研究生，专业方向为作物逆境分子生理。E － mail:scgstone988@ yahoo. com. cn
孟华兵(1981-)，男，安徽太湖县人，博士研究生，专业方向为作物逆境分子生理。E － mail:mhb828@ 163. com
通讯作者:蒋立希(1964-)，男，浙江杭州人，教授，研究方向为作物基因组学与分子生理学。E-mail:jianglx@ zju. edu. cn
油菜是世界上最重要的油料作物之一，是十字花
科芸苔属植物遗传研究的理想材料。诱变可以产生丰
富的突变体，已广泛应用于植物遗传育种和生物学研
究［1］。诱变技术被较早地应用在油菜育种中，通过理
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6 期 甘蓝型油菜 EMS 诱变二代农艺与籽粒品质性状的变异与 TILLING 库的构建
化诱变等方法，结合离体组织培养或小孢子培养，已经
获得了生育期［2］、丰产［3］、花形态［4］、叶片黄化［5］、高
油脂品质等不同类型的特异种质资源，丰富了基因库，
并应用于品种选育之中。自从 TILLING 技术在模式
植物拟南芥上成功应用以来，EMS 作为一种有效的诱
导植物基因发生点突变的手段，使人们可以用严谨的
视角来认识未知蛋白或基因的功能以及已知基因位点
的等位多态性变化［6］。
油菜的性状包括叶色、叶形、株高、茎色、花色、花
瓣(数目与颜色)、分枝数目、开花期等，这些性状与光
合作用的效率密切相关并最终影响产量。新型的雄性
不育突变体的发现是创建新型杂种优势利用体系的前
提。对油菜脂肪酸的研究主要集中在棕榈酸(Palmitic
acid，C16 ∶ 0)、芥酸(Erucic acid，C22 ∶ 1)、油酸(Oleic
acid，C18∶ 1)、亚油酸(Linoleic acid，C18 ∶ 2 )、亚麻酸
(Linolenic acid，C18∶ 3)以及廿碳烯酸(Ecosenoic acid，
C20∶ 1)等脂肪酸组分以及种子总含油量上［8］。脂肪
酸的生物合成途径以及不同脂肪酸含量受复杂的基因
系统控制［9］，决定了油菜种子中脂肪酸含量间的相关
性。为了有目的地改良菜籽油的脂肪酸成份，提高育
种效率，许多研究者进行了油菜脂肪酸含量间的相关
性研究。Downey 研究了 5 种不同芥酸含量水平植株
种子中芥酸与油酸含量间的相关关系，发现芥酸同油
酸呈显著的负相关性［10］。Krzymanski 等研究了甘蓝
型油菜无芥酸基因型与低芥酸基因型杂种群体中脂肪
酸含量间的相关关系［11］;Woyker 研究了低芥酸油菜
群体脂肪酸含量间的相关关系［12］;周永明、刘定富分
别研究了甘蓝型油菜不同遗传群体中脂肪酸含量间的
相关与遗传［9，13］;戚存扣等研究了高芥酸和低芥酸品
种杂交后 F2 代种子中脂肪酸含量的变异及其之间的
相关性［8］;在这些群体中都报道了芥酸和廿碳烯酸呈
显著的正相关，但均与其他脂肪酸呈负相关，特别是和
油酸负相关性最为显著，而油酸与亚油酸及亚麻酸的
相关性并不高，亚油酸和亚麻酸呈显著的正相关。
本试验以甘蓝型油菜为材料，经 EMS 诱变后构建
了一个突变体库，包括 M2 和 M3 代种子、M2 植株的叶
片以及相应的 DNA。另外，我们还统计了 M2 代植株
大田农艺性状变异情况，测定了 M3 种子脂肪酸组成
和含油量，并且分析了 M3 代种子脂肪酸之间以及脂
肪酸与含油量之间的相关性，以期为下一步控制重要
农艺与品质性状关键基因的等位多态性分析打下坚实
的基础，而且有关突变特异材料可以作为后备材料用
于油菜育种。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
以浙江省推广品种浙双 72 自交 7 代以上的高纯
度原种甘蓝型油菜为材料。
1. 2 EMS 处理方法
2006 年秋用 4 个 EMS 浓度(0、0. 5%、1. 2%、
2%)处理浙双 72 种子，处理后分别播种在 4 个小区
(小区位于浙江大学华家池校区东门农场)，处理后种
子的萌发时间，存活率和发芽率见表 1。根据上年预
处理结果，2007 年采用 1. 2% 浓度 EMS 溶液在温度
20℃下浸泡处理种子 12h，然后用无菌水冲洗 5 遍，得
到的种子称为 M1 代种子。种子晾干后秧地播种，共
撒播大约 24000 粒种子，之后育苗移栽。
表 1 EMS 处理甘蓝型油菜浙双
72 原种后的萌发时间、发芽率和存活率
Table 1 Duration of germination，rate of germination
and survival plants in field after EMS treatment
EMS 浓度 EMS concentration (%)
0 (CK) 0. 5 1. 2 2. 0
萌发时间
duration of germination (d)
3 12 19 28
发芽率
rate of germination (%)
100 97. 7 78. 4 53. 9
田间存活率
survival rate(%)
100 46. 4 13. 7 4. 9
注:每个 EMS 浓度处理 500 粒种子，对照用无菌水处理种子。处理
时间 12h，温度 20℃;发芽时间指从第 1 粒种子发芽开始至不再有种子
萌发为止;发芽率指发芽的种子占种子总数百分比;存活率是成活的
M1 植株所占发芽植株的比例。
Note:Each EMS concentration was applied to 500 seeds and sterile
water was used as control;The treated time was 12h，20℃;the duration of
germination was defined from the time of first seed germinating to the last
seed germinating;the rate of germination was defined as percentage of the
germinated seeds;the rate of survival plant was defined as the percentage of
the survived plants in field to the geminated seed.
1. 3 M1 和 M2 代植株的田间观察
2008 年春天，选择(包括具明显异常表型的)2157
个 M1 代单株用硫酸纸套袋自交，于当年 5 月下旬收
获 M2 代种子。当年秋天自交的 M2 代种子加以编号
并继续播种，育苗并移栽 1 ～ 4 株苗，构成大约 6832 株
M2 代群体，2009 年春天采集 6525 份 M2 代植物叶片，
每株取 2 ～ 3 片叶冷冻储藏。采用尿素法并稍作修
改［14］提取 2558 份单株 DNA。初花时除去已开放的花
朵，套袋自交，种子黄熟前收获 6525 份 M3 代种子。
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核 农 学 报 24 卷
M2 代植株苗期观测株型、叶色和叶形，初花期调
查生育期，盛花期调查花器颜色、形态和育性，成熟后
收获种子测量脂肪酸组成和含油量。其中 M1 代雄性
不育材料通过 M1 代不育株与正常株测交，后代进一
步分离获得 M2 代不育材料。在 M2 代植株上套袋自
交后分单株收获种子，具有特异品质性状的 M3 代种
子于 2009 年 10 月 20 日播种，各株系移栽 16 ～ 32 个
M3 代植株，进行变异性状的鉴定。种植浙双 72 原种
为对照。
1. 4 M3 代种子的脂肪酸及总含油量的测定
2009 年夏从 M2 代植株上收获 6525 份自交套袋
的 M3 代种子，种子脱粒晾干后进一步用近红外分析
光谱仪器测定其脂肪酸组成和含量［15，16］，之后将种子
放在种子柜里低温长期保存，一共测定了 4697 份 M3
代种子和 3 份野生对照的种子，包括总含油量(CE)，
各种脂肪酸含量(C16 ∶ 0，C18 ∶ 1，C18 ∶ 2，C18 ∶ 3，C20 ∶
1，C22∶ 1)，硫苷(GSL)和粗蛋白(CP)等指标，每份种
子的品质数据测定 3 ～ 6 次，取平均值进行相关性和显
著性分析。数据的处理和分析均采用 SPSS11. 0 软件，
相关分析使用 Bivariate 方法;回归分析使用一元线性
(Linear)回归方程。
2 结果
2. 1 M1 代和 M2 代群体农艺性状的观察和统计
不同浓度 EMS 处理油菜种子，苗期调查发现低浓
度(0. 5%)处理植株表型变异不太明显;高浓度(2%)
处理组虽然出现大量的白化苗与致死株，但存活率太
低，只有 4. 9%;中等浓度(1. 2%)处理发芽率高达
78. 4%，且存活率达到 13. 7%(表 1)，而且植株表型变
异比低浓度(0. 5%)处理明显，故最终采用 1. 2% EMS
处理 M0 种子，播种后的植株即为 M1 植株。
通过田间观察，在 M1 代群体中即可发现叶片、株
型、花器形态、生理等性状的变异单株，其中少量突变
株具有 2 个以上性状同时发生突变的类型。经 M1 代
套袋自交，M2 代群体中共发现 578 个变异单株，性状
突变频率为 8. 46%，其中少量株系是具有 2 个以上性
状同时发生突变的类型，在表 2 中归属于不同的突变
类型。
2. 1. 1 叶部性状 对照浙双 72 的叶片为浅裂叶(图
1-A)，正常营养水平下叶片呈灰绿色，M2 代群体中典
型的叶部性状变异包括嵌合叶(图 1-B)、黄斑叶(图 1-
C)、卷皱叶变异(图 1-D)、微卷叶变异(图 1-E)、黄花
叶(图 1-F)和宽圆叶变异等。薹叶形变异表现为剑形
无柄叶(薹叶)形，薹形完整叶变异植株与野生型相比
叶裂较小或无叶裂、叶缘平滑。微缩叶变异表现为基
叶成薹叶形、上卷且皱缩。卷叶变异的叶裂正常，整株
叶片的叶背上翻，卷成柱筒状。宽圆叶变异是由于叶
裂小，且叶形宽短而造成的。除此之外，在 M2 代群体
中还发现几株叶背上长小叶的突变现象，这可能是一
种嵌合突变叶。M2 代群体中叶型变异的频率为
2. 24%(表 2)。
图 1 EMS 诱变后代一些典型的叶部性状变异
Fig. 1 The mutants with varied leaf morphology
(A)“浙双 72”正常叶片;(B)嵌合型叶;(C)黄斑叶;(D)卷叶;(E)微缩叶;(F)黄化叶
(A)Normal leaf“Zhe-Shuang 72”; (B)Chimerical leaf; (C)Mosaic leaf; (D)Completely curled leaf; (E)Slightly curled leaf; (F)Yellowish leaf
本试验发现的叶色变异有深绿、紫边、斑点、嵌合
黄化和黄化等类型，在 M2 代群体中叶色发生变异的
植株有 101 株，为 M2 群体总植株数的 1. 48%(表 2)。
深绿色变异叶片在整个生育期内均表现深绿，其中个
别突变体同时具有裂叶和迟花期特征，大部分深绿叶
色突变体的叶面积、株高和茎粗明显大于野生型(目
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6 期 甘蓝型油菜 EMS 诱变二代农艺与籽粒品质性状的变异与 TILLING 库的构建
测)，少部分在形态上与对照无明显差别。可遗传的
幼叶黄化突变体中，大部分株系在植株抽苔后可转为
正常绿色或黄斑叶，但有些植株即使抽苔后整株仍然
黄化，株型与对照相比明显偏小，长势也较差，另有一
些株系成熟后部分叶片转为嵌合黄化。
2. 1. 2 花器性状 正常油菜花序一般是伞状花序，通
常一个花枝轮生多个花蕾，M2 群体中有极少数畸形花
序(图 2-H)，此外还有在一个花萼的节点上长出另外
的花枝(图 2-G)，这种畸形花序的突变频率很低，仅为
0. 04%(表 2)。
野生型花瓣为黄色，且平整，4 个花瓣呈侧叠排列
(图 2-A)。花瓣形态变异突变体包括无雄蕊花(图 2-
B)、白色花(图 2-D)、无花瓣花(图 2-E)、窄花瓣(图
2-I)等。窄花瓣突变体的花瓣排列松散，各瓣之间分
离排列;花瓣皱缩和反卷突变体的花瓣不能平整地展
开。花瓣颜色变异突变体中包括浅色花瓣变异和白斑
花瓣变异。也可观察到花瓣数目变异，其整株花朵的
花瓣数目不稳定，最少为无花瓣、最多可达 10 个花瓣，
而花器其他部位与对照无明显差别。在 M2 群体中花
瓣变异频率为 0. 60%(表 2)。
图 2 EMS 诱变后代一些典型的花器变异
Fig. 2 The mutants with mutated floral organs
A:正常油菜花;B;无雄蕊花;C:双柱头花;D:白色花朵;E:无花
瓣;F:早餐蕾;G:花朵异常分叉;H:花序外形异常;I:紫色紧杆、
窄花瓣;J:死雷
A:Normal flowers;B:Stamenless flowers;C:Flowers with double
stigmas;D:Flowers with colored petals;E:Apealous flowers;F:
Early opened flower buds; :G:A flower originated from calyx;H:
A abnormal inflorescence; I:purple stem and mall sized flower
petals;J:cease of floral development
所谓异常花蕾是指柱头外露突变和多雄蕊及多雌
蕊变异。柱头外露突变又可分为两类:可育型柱头外
露突变体正常可育，但花萼、花瓣和雄蕊在早期较柱头
发育慢，而且雄蕊外卷、花蕾开裂，从而导致柱头外露
(图 2-F)，在开花时花萼、花瓣和雄蕊可趋于正常;不
育型柱头外露突变体均为雄性胞质不育类型，花萼发
育与对照相似，但花瓣狭长，面积较小，分离排列，柱头
较长，在开花前即露于花蕾外，这些柱头外露突变体在
开花早期死蕾严重、雄蕊退化。
野生对照油菜的花朵为 6 个雄蕊，1 个柱头，现已
在 M2 群体中发现了多雄蕊和多柱头突变体。多雄蕊
突变体花朵雄蕊数目不稳定，多数为 7 ～ 11 个，只有少
量花朵为正常 6 个花药。多柱头突变一般有 2 ～ 3 个
柱头，可分为两种，一种是在 1 个雌蕊上长出 2 个柱头
(图 2C)，另外是 1 个雌蕊上 1 个柱头，但 2 ～ 3 个雌蕊
着生在 1 个花枝上，看起来像一朵花。多柱头突变一
般伴随多雄蕊，最多的突变有 13 个雄蕊，多柱头和多
雄蕊两突变性状相互关联，整个植株中多柱头和多雄
蕊突变都只存在于小部分花蕾中，这些花蕾最终可以
结荚结果，多柱头突变花朵的果荚与柱头数目相对应。
异常花蕾变异在 M2 群体中的频率为 0. 91%(表 2)。
2. 1. 3 株型和长势 丛生分枝突变体表现为无明显
主枝，抽薹期早，比对照提前了 8d，但抽薹后花发育较
慢，开花期和对照相同，薹梗以下节数少，节间短，分
枝间距离小，表现为丛生。而多分枝变异有明显主
枝，但侧枝较多，株型庞大，长势一般比较旺盛，花期与
对照无明显差别。M2 代群体丛生和多分枝变异频率
为 0. 53%(表 2)。
一般高秆突变体茎秆也粗，但也存在茎秆细的高
秆株，这些高秆株与野生型对照相比株高差异显著，高
秆茎粗的突变体同时具有大叶片或叶片深绿的特征，
这可能和植株根系吸收的营养水平有关。高秆粗壮株
在 M2 代群体中的突变频率为 0. 25%(表 2)。
茎秆紫色变异(图 2-I)在 M2 代群体中普遍存在，
M2 代植株中茎秆紫色变异频率为 0. 83%(表 2)，茎秆
紫色变异一般伴随着叶缘紫色，随着植株的成熟有些
紫色变异能恢复正常，但大部分都能保留到植株完全
成熟。
侏儒株也就是矮秆突变株，其株型与野生型对照
相比明显偏矮，同时叶片和茎秆也较对照的小，其中有
些矮杆突变体的节数减少、部分节间缩短，其主花序
也明显短于对照，表现为密花性状。皱缩株(图 1-D、
E)一般只存在于抽苔期前，这种变异主要存在于外围
基叶，心叶很少有卷曲的现象，皱缩株同时伴随着抽苔
晚和开花迟，但抽苔后新生的叶片都能恢复正常，M2
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代侏儒株变异频率为 0. 42%;皱缩株变异频率为
0. 10%(表 2)。
表 2 M2 代植株农艺性状变异统计
Table 2 The variation of agronomic traits
in the M2 population
形态性状 trait
植株数
number of plant
百分比
percentage (%)
株型 plant morphology
侏儒株
gnome
29 0. 42
高秆壮株
high stem
17 0. 25
多分枝丛生型
cluster
36 0. 53
紫茎杆
purple stem
57 0. 83
皱缩株
shrinks
7 0. 10
花器 flower organ
花序畸形
inflorescence deformity
3 0. 04
异常花蕾
abnormal bud
62 0. 91
异常花瓣
abnormal petal
41 0. 60
叶部性状 leaves
特异形状
abnormal morphology
153 2. 24
特异颜色
abnormal color
101 1. 48
其他 others
雄性不育(CMS)
male sterility
29 0. 42
早抽苔、开花
early bolting or flowering
149 2. 18
总计 total 681 9. 97
注:1 个植株可能包含一个以上的变异性状，具有 2 个或 2 个以上
的突变性状的植株，在本表中归于不同的突变类型
Note:A plant which had more than one mutated traits were classified
into different categories in the table.
表 3 M3 代种子中各脂肪酸和含油量的均值及标准差
Table 3 The mean and SD value of fatty acids and oil contents in the M3 seeds
脂肪酸
fatty acids
棕榈酸
C16∶ 0 (%)
油酸
C18∶ 1 (%)
亚油酸
C18∶ 2 (%)
亚麻酸
C18∶ 3 (%)
廿碳烯酸
C20∶ 1 (%)
芥酸
C22∶ 1 (%)
含油量
CE (%)
M3 seeds (N = 4697) 4. 45 ± 0. 47 52. 1 ± 16. 08 19. 4 ± 3. 07 10. 9 ± 1. 25 3. 9 ± 4. 4 10. 0 ± 10. 83 40. 2 ± 3. 42
CK (N = 27) 4. 55 ± 0. 14 59. 22 ± 7. 08 21. 76 ± 1. 29 11. 74 ± 0. 66 3. 61 ± 3. 51 1. 55 ± 1. 22 43. 03 ± 2. 72
2. 1. 4 雄性不育 在 M2 代群体中得到 29 个具有雄
性不育变异的株系，突变频率为 0. 42%，其中有些属
于核不育类型，有些为质核互作不育类型，M2 代群体
中的这些不育系大部分来自 M1 代不育性的保持，另
有少部分来自 M1 自交后的性状分离。雄性核不育类
型中有些株系全部雄性不育，育性稳定，且叶裂深、叶
色深绿，开花期迟，早期死蕾严重(图 2-J);胞质核互
作不育类型在整个株系均为雄性不育，且具有柱头外
露和花瓣分离排列变异，早期出现了少量散粉现象。
死蕾现象也是不育性状的一种表现，一般在现蕾早期
死蕾严重，死蕾伴随着雄性不育，平均花期较对照提
前。
2. 1. 5 开花期变异 大田观察发现经 EMS 处理过的
油菜长势普遍较对照的弱，开花期也普遍较对照的延
迟，但也有少部分(M2 代植株中发现 149 株)具有早
抽苔或早花现象，早花突变体的开花期为播种后 149
～ 153d，较对照开花期(平均 160d 左右)提前 7 ～
11d，其变异植株数占 M2 代群体植株总数的 2. 18%
(表 2)。
2. 2 M3 代 籽粒品质性状分析
2. 2. 1 M3 代种子各脂肪酸和总含油量的分布和变异
从表 3 可以看出，经 EMS 处理后，油菜 M2 代植株的
M3 代种子主要脂肪酸含量及含油量均值与对照相比，
除了廿碳烯酸和芥酸平均含量有所上升，其余均出现
不同程度下降，说明 EMS 处理对 M3 代籽粒油脂品质
总体有不利影响。另外，处理后变异幅度(SD /Mean)
最大的是廿碳烯酸(112. 8%)，其次是芥酸(108. 3%)
和油酸 (30. 9%)，说明 EMS 诱变处理对这三者影响
较大。从图 3 可以看出，棕榈酸和亚油酸的分布(图
3-A、C)较为相似，棕榈酸的含量跨度从 3. 0% 到
6. 3%左右，亚油酸的含量范围为 9. 0% ～ 29. 0%，跨
越较大;亚麻酸和总含油量近似遵循正态分布(图 3-
D、F)，但亚麻酸的含量跨度较大，从 2. 0%到 21. 0%，
总含油量跨度较小，从 27. 0% 到 55. 0%;油酸和芥酸
的分布(图 3-B、E)比较特别，呈不规则分布，两者的含
量跨度也很大，油酸的跨度从 0%到 95. 0%，芥酸的跨
度从 0%到 48. 0%。
2. 2. 2 M3 代种子各主要脂肪酸间以及与含油量的相
关性 从表 4 可以看出，除了亚麻酸和油酸在 p =
0. 01 水平下相关性(r = 0. 032)并不显著外，其他脂肪
酸间均存在显著的相关关系。从表 4 均可以看出，芥
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图 3 M3 代油菜种子中脂肪酸和含油量相对含量比较的分布区间
Fig. 3 Distribution of the fatty acids content and total seed oil content in various percentage catalogues
of the M3 seeds
A:棕榈酸(C16:0);B:油酸(C18:1);C:亚油酸(C18:2);D:亚麻酸(C18:3);E:芥酸(C22:1);F:含油量
A:Palmitic acid;B:Oleic acid;C:Linoleic acid;D:Linolenic acid;E:Erucic acid;F:Total seed oil
酸与棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸均呈负相关关系，
相关系数 r 依次为 － 0. 853，－ 0. 928，－ 0. 814 和 －
0. 262(p 均 < 0. 01)，与含油量呈极小的正相关(r =
0. 039)，其中芥酸和油酸负相关性最大 (r = －
0. 928)，其回归系数达 － 1. 378;芥酸和亚麻酸负相关
性最小(r = － 0. 262)，回归系数仅为 0. 03;表明在甘
蓝型油菜低芥酸品种浙双 72 经诱导后得到的 M3 代
种子中，主要脂肪酸含量均随芥酸含量的变化而有所
变化，其中芥酸含量的变化显著影响油酸含量，即芥酸
含量每下降 1%，油酸含量可增加 1. 38%，但对棕榈
酸、亚油酸、亚麻酸含量和含油量影响不大。从表 4 同
样可看出，廿碳烯酸与棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸
均呈负相关关系，相关系数 r 依次为 － 0. 671、－
0. 807、－ 0. 536 和 － 0. 057，与含油量呈极小的正相关
(r = 0. 176)，说明在油菜 M3 代种子中，主要脂肪酸含
量均随廿碳烯酸含量的变化而变化，其中廿碳烯酸含
量的变化显著影响油酸含量，两者的回归系数达
－ 2. 954，即廿碳烯酸含量每下降 1%，油酸含量可增
加 2. 95%。与芥酸一样，廿碳烯酸含量的变化对棕榈
酸、亚油酸、亚麻酸含量和总含油量影响不大。芥酸与
廿碳烯酸存在显著的正相关关系，相关系数达 0. 733
(p < 0. 01)，回归系数为 0. 297，相关和回归分析的结
果表明芥酸含量的变化受廿碳烯酸含量的影响，这符
合后者是前者合成所需底物的观点。廿碳烯酸与上述
4 种脂肪酸含量和含油量的相关回归关系跟芥酸与这
5 种指标间的关系结果趋势一致。由于芥酸与廿碳烯
酸含量呈极显著正相关，而且后者是前者合成所需的
底物，因此芥酸与这 4 种脂肪酸及总含油量的相关关
系实质上是由廿碳烯酸决定的。同时也表明，芥酸、廿
碳烯酸和油酸含量可能受同一基因系统控制［10］。
油酸与亚油酸呈显著正相关关系，相关系数 r =
0. 661，p < 0. 01(表 4)，油酸对亚油酸的回归系数 b 为
0. 289，表明在 EMS 诱导的油菜 M3 代种子中，因基因
突变引起的油酸含量的变化对亚油酸含量影响不大;
油酸与亚麻酸及含油量间的相关系数(r1 = 0. 032，p >
0. 01;r2 = 0. 063，p < 0. 01)与回归系数(b1 = 0. 407;b2
= 0. 032)均很小(表 4)，表明油酸含量变化对亚麻酸
含量和含油量的影响甚微，亚油酸与亚麻酸呈正相关
关系(r = 0. 479，p < 0. 01)，且亚麻酸含量随亚油酸含
量的增加而显著增加(b = 0. 850，见表 4)，说明亚麻酸
含量变化对亚油酸含量有一定的影响。除了棕榈酸和
亚麻酸与含油量呈负相关，其他 4 种脂肪酸，与含油量
7311
核 农 学 报 24 卷
相关性都很小，表明含油量的变化对这 4 种脂肪酸的
相对含量几无影响。有意思的是，亚麻酸和含油量呈
一定的负相关关系(r = － 0. 319，p < 0. 01)，而且含油
量对亚麻酸的回归系数为 － 0. 291，说明含油量的变化
对亚麻酸含量存在着负的影响，提高油菜种子的含油
量可以适当降低亚麻酸的含量。这也为油菜高含油量
育种提供了理论依据，即高含油量育种会导致亚麻酸
和棕榈酸含量适当降低，但对油酸和亚油酸含量几乎
没有影响。
表 4 油菜 M3 代种子中各脂肪酸相关性及其对应的线性回归方程
Table 4 The correlation and responding linear regression equation of the main fatty acids in the M3 seeds
X
Y
棕榈酸
C16∶ 0 (%)
油酸
C18∶ 1 (%)
亚油酸
C18∶ 2 (%)
亚麻酸
C18∶ 3 (%)
廿碳烯酸
C20∶ 1 (%)
芥酸
C22∶ 1 (%)
含油量
CE (%)
棕榈酸
C16∶ 0
相关系数
pearson correlation
1
回归方程
regression equation
Y = X
油酸
C18∶ 1
相关系数
pearson correlation 0. 774
*
回归方程
regression equation
Y = 3. 277 +
0. 023X
Y = X
亚油酸
C18∶ 2
相关系数
pearson correlation 0. 777
* 0. 661 *
回归方程
pegression equation
Y = 2. 156 +
0. 118X
Y = － 14. 983 +
3. 458X
Y = X
亚麻酸
C18∶ 3
相关系数
pearson correlation 0. 485
* 0. 032 0. 479 * 1
回归方程
regression equation
Y = 2. 474 +
0. 181X
Y = 47. 652 +
0. 407X
Y = 6. 577 +
1. 176X
Y = X
廿碳烯酸
C20∶ 1
相关系数
pearson correlation － 0. 671
* － 0. 807 * － 0. 536 * － 0. 057 * 1
回归方程
regression equation
Y = 4. 730 －
0. 071X
Y = 63. 659 －
2. 954X
Y = 20. 864 －
0. 375X
Y = 10. 961 －
0. 016X
Y = X
芥酸
C22∶ 1
相关系数
pearson Correlation － 0. 853
* － 0. 928 * － 0. 814 * － 0. 262 * 0. 733 * 1
回归方程
regression equation
Y = 4. 817 －
0. 037X
Y = 65. 811 －
1. 378X
Y = 21. 698 －
0. 231X
Y = 11. 199 －
0. 030X
Y = 0. 957 +
0. 297X
Y = X
含油量
CE
相关系数
pearson correlation － 0. 365
* 0. 063 * － 0. 195 * － 0. 319 * 0. 176 * 0. 039 * 1
回归方程
regression equation
y = － 0. 046 －
0. 339x
y = 0. 150 +
0. 032x
y = － 0. 185 －
0. 205x
y = － 0. 106 －
0. 291x
y = 0. 246 +
0. 018x
y = 0. 147 +
0. 046x
Y = X
2. 2. 3 M2 代群体用于 SNP 分析的 DNA 库构建 本
试验用改良的尿素法提取了 2558 份 M2 代植株的
DNA 和 若 干 对 照 的 DNA，提 取 后 的 DNA 均 经
NanoDrop2000 (Thermo scientific spectrophotometer，
Gene company Limited)测定 OD 值并用 1. 5% 的琼脂
糖凝胶电泳检测质量，结果显示所提取的 DNA，质量
和浓度均有保证，A260 /A280值保持在 1. 8 左右，大部分
(62. 7%)浓度在 500 ～ 1000 ng /μl 之间，合格率(浓度
大于 100ng /μl)达到了 95. 6%，说明该方法适合大规
模提取油菜叶片组织的 DNA。这些 DNA 与其对应种
子的脂肪酸组成和含油量提供了一个研究油脂相关基
因的 TILLING 平台或其他基因等位多态性研究的平
台。
3 讨论
3. 1 诱变育种在油菜遗传改良方面的意义
丰富的种质资源是植物遗传育种和功能基因组学
研究的重要基础，育种进程在很大程度上依赖于可利
用的植物材料资源中遗传变异的有效使用。物理和化
学因素诱发突变具有操作简便、变异率高等特点。目
前，通过理化因素诱发构建突变体库的方法已成为创
8311
6 期 甘蓝型油菜 EMS 诱变二代农艺与籽粒品质性状的变异与 TILLING 库的构建
建新型种质资源的一种有效手段［1］。本试验利用不
同浓度的 EMS(0. 5%、1. 2% 和 2. 0%)处理大粒、黑
色种皮的冬油菜品系，处理后的油菜分别种于大田和
温室进行性状考察。从表 1 可知，随着 EMS 浓度增
加，种子萌发时间延长，发芽率下降，幼苗存活率降低，
植株结实率降低，并出现大量的表型变异，高浓度
EMS(2. 0%)处理与 CK 萌发时间相差达到 25d，表明
高剂量 EMS 对油菜的萌发和生长具有强烈抑制作用，
而且对单粒种子抑制效果不一致导致了萌发的匀齐度
很差。就本次试验而言，1. 2% EMS 浓度对诱导大量
突变最为有利。由于油菜双二倍体具有保护功能紊乱
基因的特性，因此，诱变剂的使用量要明显高于二倍体
基因组，以增加突变检测的效率［17］。甘蓝型油菜品种
浙双 72 诱变处理后经 M2 代田间筛选及鉴定，在叶
片、植株、花器或生理等方面获得了一些不同性状的突
变体，M2 代群体变异频率达到 8. 46% (1 个突变单株
可同时兼有几种突变类型，表 2 包含了重叠的突变，故
突变频率为 9. 97%)。与其他类似试验相比，某些不
能用肉眼量化的突变性状并没有统计在其中，如叶片
大小、株高、茎秆粗细、分枝数等，如果算上这些突变性
状，实际突变频率比统计的要高。
3. 2 M3 代种子中不饱和脂肪酸和含油量相对比率
的分布
考虑到廿碳烯酸和芥酸含量的标准差较大。虽然
野生对照群体中油酸的变异幅度很小(SD /Mean =
11. 9%)，但 M3 代种子中油酸的变异幅度较大(SD /
Mean = 30. 9%)，这表明 EMS 试剂的诱导对油酸的变
异影响很大，通过化学试剂诱导也是提高油酸含量和
改良油脂品质的有效手段之一。从图 3 可知，在 M2
代植株收获的 M3 代种子脂肪酸组成中，棕榈酸、亚油
酸的分布相似，呈不规则分布，表明控制这些脂肪酸的
基因位点较少，容易受到化学诱变试剂的诱导而出现
较大的变异;油酸和芥酸的分布图比较特别，近似两极
分布，之所以两者的极低值出现负值，是因为两者的变
异幅度大，近红外光谱分析仪测量有误差所致。亚麻
酸和总含油量的分布近似遵循正态分布，表明两者都
受多基因的调控，现有的研究表明，拟南芥中控制亚麻
酸合成的基因位点有 3 个，分别是 FAD3、FAD7 和
FAD8，FAD3 位于内质网膜上，负责除质体膜内膜膜脂
之外三烯不饱和脂肪酸的合成，而 FAD7 和 FAD8 均分
布于质体膜上，负责质体膜内膜膜脂的进一步去饱
和［18］;由于含油量的组分比较复杂，控制含油量的基
因有多个，包括脂肪酸碳链延长酶、脱饱和酶、甘油酰
磷酸合成酶和转移酶、硫脂酶等，其中任何一种酶类的
表达或调控异常都会使油脂合成受到影响，这也是油
脂含量遗传表现复杂的原因［19，20］。
3. 3 不饱和脂肪酸之间及与含油量的相关性
本试验采用 M3 代种子群体来分析油菜种子中各
主要脂肪酸之间的相关性，发现脂肪酸相关性规律与
其他相关具有一致性，但 M3 种子脂肪酸组分变异与
对应的 M2 代植株农艺性状突变并不存在某种相关
性，至少在发现的具有极值含油量或各脂肪酸组分的
M3 代种子中，其对应的 M2 代植株的农艺性状并没有
规律可遵循，这表明油菜叶片花器和种子等主要器官
存在不同的基因表达模式。廿碳烯酸和芥酸与其他脂
肪酸之间的负相关性这一规律在其他群体中也有过报
道，但在经 EMS 诱导的 M2 代植株的 M3 代种子中还
是第一次。另外，本试验的统计结果表明，在 EMS 诱
导的油菜 M3 代种子中，亚油酸含量的变异对亚麻酸
含量存在着较大影响(r = 0. 479，b = 0. 850)，但油酸
含量的变异对亚油酸含量的影响并不大(r = 0. 661，b
= 0. 289)，油酸和亚麻酸之间更是几无直接相关(r =
0. 032，b = 0. 407)。这与其他群体中报道［8 ～ 12］的油酸
含量变化对亚油酸和亚麻酸含量影响相当小的结论几
乎一致。除了油酸与亚油酸的相关系数较大(r =
0. 661)之外，一个可能的原因是 M2 代群体只有 1 个
亲本，不存在母本遗传效应，又由于油酸是合成亚油酸
的唯一底物，而油酸含量变异的幅度很大，这影响着亚
油酸合成所需的底物从而影响到亚油酸的含量。
3. 4 油菜诱变育种目标
理想的株型、叶型及籽粒性状有利于提高植株光
合速率，加速光合产物从源向库的积累，从而增加单
位面积的经济产量。矮杆、粗壮、叶片挺直、裂形叶片、
叶色深绿、叶表蜡质、角果多籽、大籽等是油菜育种可
以利用的性状。本试验所选用的品种浙双 72 具有产
量高、含油量高、油酸和亚油酸含量较高、芥酸和硫苷
含量低及抗霉菌强等优点，在此基础上通过诱变技术
获得的一些突变体在株高、茎粗、叶色、含油量、脂肪酸
组成等性状方面表现优良，在油菜改良育种中可以加
以应用。由于时间所限，本试验 EMS 诱变的油菜种质
资源只验证到 M3 代植株，但 M2 代和 M3 代种子以及
M2 代植株对应的 DNA 已得到保存，通过进一步的世
代筛选和鉴定，并结合分子标记辅助选择，可以选育获
得长势好、油脂品质高的油菜新品系。这个诱变二代
DNA 库及其相应的突变体种质资源为进一步深入研
究控制油菜农艺性状、育性与籽粒品质性状的主效基
因的等位多态性打下基础，并可为油菜品种的遗传改
良提供许多特异的育种材料。
9311
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
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(责任编辑 王媛媛)
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