全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(4): 565−573 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由北京市教委人才强教-杰出人才引进计划项目(PXM2007-014207-04453), 北京市教委拔尖创新人才项目(PXM2007-014207-44560)和
北京农学院引进人才项目(9997116025)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 万平, E-mail: pingwan3@yahoo.com.cn
第一作者联系方式: E-mail: tongxing1983@126.com
Received(收稿日期): 2009-09-27; Accepted(接受日期): 2010-01-09.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00565
理化诱变小豆京农 6号突变体的鉴定
佟 星 1 赵 波 1 金文林 1 曾潮武 1,2 刘红霞 1,2 吴宝美 1 濮绍京 1
陈学珍 1 潘金豹 1 万 平 1,*
1 北京农学院植物科学技术系, 北京 102206; 2 甘肃农业大学农学院, 甘肃兰州 730070
摘 要: 选用小豆品种京农 6号种子, 分别采用甲基磺酸乙酯(EMS) (0.5%、0.9%和 1.4%处理 12 h和 24 h)、电子束
(100、300、600 Gy)、60Co-γ (400 Gy)诱变处理, 将处理后的种子种于大田, 鉴定后代植株性状的变异。观察表明, EMS
诱变的变异类型最丰富、60Co-γ 射线次之、电子束产生的变异类型较单一。EMS 处理小豆以浓度 0.5%和 0.9%处理
24 h为宜; 0.5%EMS处理的粒色和荚色变异突出, 有鲜红、黄白、绿白粒色和黑荚、褐荚、黑褐荚变异; 0.9%处理的
叶形变异突出, 有鸡爪叶、剑叶、肾形叶、小密叶等突变类型; 电子束诱变后, M2变异率分别为 4.09%、3.64%和 2.22%。
400 Gy 60Co-γ射线处理种子, 后代变异率为 7.23%。通过两年的鉴定筛选, 获得 937个 EMS诱变 M3代株系, 934个
60Co-γ射线和电子束诱变 M2代株系, 已得到株高、叶形、叶色、粒形、粒色、荚色、无分枝、多分枝、叶簇生、分
枝簇生、光叶、蔓生、有限结荚习性、株型松散、育性、成熟特性等突变体材料 1 490份。本研究为小豆基因遗传分析、
基因定位与克隆及其进一步的基因功能分析奠定了基础, 为小豆育种提供了重要的材料。
关键词: 小豆; 理化诱变; 突变体; 突变体鉴定
Identification of Mutants from Azuki Bean (Vigna angularisi) Jingnong 6 Seed
Induced by Physical and Chemical Agents
TONG Xing1, ZHAO Bo1, JIN Wen-Lin1, ZENG Chao-Wu1,2, LIU Hong-Xia1,2, WU Bao-Mei1, PU
Shao-Jing1, CHEN Xue-Zhen1, PAN Jin-Bao1, and WAN Ping1,*
1 College of Plant Science and Technology, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China; 2 College of Agronomy, Gansu Agricultural
University, Lanzhou 730070, China
Abstract: Mutational approaches have been widely exploited in breeding, genetics and gene function researches. We firstly de-
veloped a large collection of mutants from azuki bean (Vigna angularisi) cultivar Jingnong 6 treated by 0.5%, 0.9%, and 1.4%
EMS for 12 h and 24 h, 400 Gy 60Co-γ ray and 100 Gy, 300 Gy, and 600 Gy electron beam. The results indicated that the maxi-
mum mutations were induced by 0.5% or 0.9% EMS for 24 h. More seed color mutants including cream-colored and light red
seeds, pod color mutants such as brown, dark brown and black pods were produced by 0.5% EMS. Needle leaf, sword, kid-
ney-shaped and small heart-shaped leaf mutants were obtained by 0.9% EMS treatment. The percentage of mutants with 100, 300,
and 600 Gy electron beam treatment were 4.09%, 3.64%, and 2.22% respectively. The percentage of mutants treated by 400 Gy
60Co-γ ray was 7.23%. Nine hundred thirty-seven EMS-induced M3 lines and nine hundred thirty-four M2 lines radiated by 60Co-γ
ray and electron beam were generated. A total of 1 490 mutants were collected. Mutations included in plant height, plant architec-
ture, leaf shape and color, leaf size, seed shape and color, seed size, pod color, branching type and number, bushy leaf or branch,
sprawl, definite growth, sterile, early and late mature, flowering time. The mutant populations are very useful to genetic analysis
of gene, gene mapping and cloning, and further the research on functional genomics. These mutants will be useful to serve the
azuki bean improvement.
Keywords: Azuki bean (Vigna angularisi); EMS and irradiation mutagenesis; Mutants; Mutant identification
566 作 物 学 报 第 36卷

突变对于生命科学研究有重要的意义, 科学发
展的进程中, 许多重大的发现和突破都是从获得突
变体开始的, 如光合作用、各种代谢途径等。近年
来, 随着拟南芥、水稻、大豆、百脉根和苜蓿基因组
计划的完成以及玉米、豌豆和豇豆基因组计划的开展,
植物功能基因组的研究日益受到重视并迅速发展[1-4]
(http://www.phytozome.net/soybean, http://www.gl-ttp.
com/pea_ecotilling_platform)。基因功能研究最有效
的方法就是构建饱和的基因突变群体, 通过突变体
分析鉴定基因功能[5-7]。运用物理因素和化学诱变是
获得突变体的重要方法, 易在短时间内获得广泛的
突变谱以及稳定的遗传变异。国外采用化学诱变和辐
射诱变的方法构建了百脉根等突变体库 [8-10] (http://
www.Arabidopsis.org/, http://www.lotusjaponicus. org/)。
IRRI用快中子、60Co-γ射线、EMS等理化方法建立
了表型突变和生物及非生物抗性突变类型丰富的水
稻突变体库, 并通过正反向遗传学方法克隆了一些
基因进行功能分析[11-12]。孙加焱等[13]利用 γ 射线与
EMS溶液复合处理构建了包括叶片、株型、花器、
子叶、根系及部分生理性状变异类型的甘蓝型油菜
突变体库。叶俊等[14]利用 γ射线和 EMS溶液诱变处
理籼稻“9311”种子, 获得 675份叶、茎、穗和根等性
状变异的突变体。韩锁义等 [15]应用 60Co-γ 射线和
EMS 诱变“南农 86-4”大豆种子, 在 M3代分别获得
40份和 145份叶、茎、花、种子、子叶等性状变异
的材料, 同时获得 47份蛋白质含量比对照高 5个百
分点以上的材料, 5份蛋白质和油总含量比对照高 5
个百分点以上的材料。这些突变体的获得为基因克
隆及其功能分析提供了极为重要的材料, 也为种质
创新和育种提供了有价值的基础材料。通过突变体
克隆和分析的基因越来越多, 调控豆科植株发育和
环境协迫反应的转录因子有 2 000多个, 其中约 150
个已被克隆分析, 一些重要的固氮相关基因也从突
变体中克隆[16-18]。
小豆遗传及基因分析研究起步较晚, 迄今仍未
见构建大量突变体材料的报道。建立小豆饱和突变
体库, 能够以突变体为材料直接获得突变基因的序
列信息并确定其功能, 从而促进小豆功能基因的克
隆和鉴定, 这是小豆功能基因组学研究不可缺少的
重要组成部分, 是克隆和阐明小豆重要功能基因的
前提和基础。EMS 通常是诱发 GC 到 AT 转换的点
突变[19-20], 60Co-γ 射线和电子束能量高、穿透力强,
可以使原子内层电子激活释放, 使得原子离子化而
与其他原子或分子结合, 造成共价键断裂, 导致易
位、倒位和缺失等染色体结构畸变, 从而产生大约
1 000个碱基的缺失或点突变[21-23]。本研究选用小豆
品种京农 6号构建突变体库, 该品种适宜华北小豆主
产区夏播, 已在生产上大面积推广应用, 其愈伤组
织再生能力较强, 杂交亲和力较好。新构建的小豆
突变体库应该包括从点突变到较大片段的碱基缺失
或突变, 为小豆分子遗传学研究、基因功能分析和
种质资源创新提供有价值的材料。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试小豆品种京农 6 号由北京农学院通过杂交
育种培育而成。正常年份生育期 90~95 d, 株型直立,
株高 40~60 cm, 产量 3 000 kg hm−2, 百粒重为 16 g
左右, 蛋白质含量达 25%以上。
1.2 诱变处理
1.2.1 化学诱变 2006年, 参照魏玉昌等[24]的试
验剂量, 用 0.5%、0.9%、1.4%的 EMS处理 6 000粒
京农 6种子 12 h和 24 h, 同年 6月 15日播种于北京
农学院试验田。
1.2.2 物理诱变 2007年, 参考周利斌等[25]的方
法采用电子束诱变, 用剂量 100、300、600 Gy处理
2 240粒京农 6种子, 其中 300 Gy剂量处理 1 800粒;
参阅金文林等[26]方法用 60Co-γ射线 400 Gy处理 3 000
粒京农 6号种子, 均播种于北京农学院试验田。
1.3 突变体筛选
观察诱变后代出苗情况, 记录成株率、变异类
型及特征, 成熟后按单株全部收获。2007年 6月 15
日, 将 EMS 处理 M1代收获的全部种子按不同处理
浓度和时间种植。在全生育时期内, 详细记录株高、
株型、荚色、叶形、生育期等植株性状, 筛选各种
形态突变体, 记录变异材料特征并编号, 成熟后分
单株收获。
2008年 6月 13日, 播种 60Co-γ射线和电子束处
理的 M1代收获的种子全部种植。
1.4 突变体鉴定
2008 年 6 月 13 日, 将在 M2代筛选到的形态变
异的植株种子按株系播种。在植株生长期内, 根据
M2代变异株的特点, 在 M3代跟踪观察突变体性状,
记录遗传稳定性和分离状况。用日本美能达照相器
材株式会社生产的 CR-200b 色彩色差计测定粒色突
变体粒色, 包括亮度值、红度值, 黄度值。
第 4期 佟 星等: 理化诱变小豆京农 6号突变体的鉴定 567


2 结果与分析
2.1 诱变种子的出苗率
表 1表明各处理对种子损伤较大, 部分植株产生
致死突变, 因此出苗率较对照明显降低。EMS 处理
的出苗率, 随处理浓度和时间的增加而降低。在 0.5%
浓度处理 12 h接近其半致死剂量。
电子束处理京农 6号的出苗率随处理剂量的升高
而降低, 表现为高剂量抑制效应。辐射处理当代抑
制植株生长发育, 而且诱变的剂量越高, 对植株生
长的影响越大, M1代普遍出现了低结实率的材料。
2.2 诱变后代 M2和 M3的突变类型及变异率
经理化诱变后, 京农 6号产生了大量的表型变异
突变体(表 2和表 3)。EMS诱变M2代产生突变株 155
份, M3代 1 218 份, 60Co-γ 射线诱变 M2代产生 217
份, 电子束诱变 M2代产生 55 份突变株。由表 2 可
以看出, 0.5% EMS诱变 24 h变异类型最丰富, 产生
了一些重要的经济性状突变体, 如早熟、多分枝、
多荚、荚色、粒色突变体。0.9% EMS诱变 24 h产
生叶形变异丰富, 如鸡爪叶、剑叶、肾形叶、小密
叶等。由表 3可以看出, 60Co-γ射线诱变产生的突变
类型较丰富且明显多于电子束诱变。但在 60Co-γ 射
线和电子束诱变后代中 , 未发现粒色突变体 , 而
EMS诱变荚色、粒色、叶形突变尤其突出。
2.3 叶性状突变体
2.3.1 叶色突变 京农 6 号的叶色为深绿色, 在
诱变群体中发现了白化、黄化和叶脉间失绿、浅绿、
中绿突变体类型(图 1)。叶色突变体有 230个, 占总
突变群体的 15.44%。其中 3 株白化致死突变, 均在
苗期前后死亡; 98个黄化突变体, (10株心叶黄化突
变体 , 25 株老叶黄化突变体 , 其余为整株半黄化);
104株浅绿叶色突变体, 3株中绿突变体, 22株浓绿
突变体。
一部分黄化突变体在苗期或三叶期前后由于不
能进行光合作用而死亡, 还有一些突变体可在三叶
期前后逐渐转为淡绿色而继续生长, 但通常表现为
植株矮小 , 育性降低 , 其平均单株产量比对照低
31.69%, 百粒重比对照低 5.01%。
2.3.2 叶形突变 京农 6 号的叶形为卵圆形, 诱
变产生了剑叶、肾型叶、小密叶、鸡爪叶 4种变异(图
2), 叶形突变体共 310个, 占总突变群体的 20.81%。
绝大多数剑叶突变体表现有限结荚习性、黑荚
或褐荚, 同时粒色也随荚色有明显变化。与对照相
比, 剑叶突变体的株型多呈塔形, 光能利用率较高,
通常比对照早熟 10~15 d。小密叶突变株通常表现为
多分枝、多荚、长势旺、成熟后结实率高。
2.3.3 光叶突变 京农 6 号叶片表面多绒毛, 较
粗糙, 但在诱变群体中发现一些叶片, 绒毛少且短,
表面光滑, 叶脉清晰突出的变异(图 3), 生育期植株叶
片表现为浓绿色, 成熟后籽粒为深红色, 籽粒饱满,
呈现大粒突变特征, 其突变频率为 1.34%。
2.3.4 叶簇生突变 新叶在同一位置上簇生, 但
分枝数不增加, 其突变频率为 1.48%。全生育内表现
叶片丛生, 植株矮小(图 4), 平均株高为 30.81 cm, 生
育后期表现为晚花 , 晚熟 , 结实率降低为对照的
31.40%, 单株产量仅为对照的 23.10%。

表 1 小豆理化诱变 M1代出苗率
Table 1 M1 germination percentage of azuki bean seed induced by physical and chemical agents
处理
Treatment
剂量(Gy)/浓度
Dose(Gy)/concentration
种子数
Number of seeds
出苗数
Number of seedlings
出苗率
Seedling percentage
(%)
相对出苗率
Relative seedling
percentage (%)
对照 CK 0 360 311 86.4 100.0
0.5% 24 h 1000 271 27.1 31.4
0.9% 24 h 1000 163 16.3 18.9
1.4% 24 h 1000 53 5.3 6.1
0.5% 12 h 1000 512 51.2 59.3
0.9% 12 h 1000 323 32.3 37.4
EMS
1.4% 12 h 1000 67 6.7 7.8
100 220 43 19.6 22.6
300 220 19 8.6 10.0
电子束
Electron beam
600 1800 81 4.5 5.2
60Co-γ 400 3000 339 11.3 13.1
相对出苗率=出苗率/对照出苗率×100%
Relative seedling percentage = seedlings from seeds induced by physical and chemical agents/seedlings from CK seeds×100%
568 作 物 学 报 第 36卷

表 2 EMS处理小豆后代 M2和 M3部分性状的变异率
Table 2 Frequency of mutant traits in M2 and M3 progenies from azuki bean seeds induced by EMS (%)
0.5% 24 h 0.9% 24 h 1.4% 24 h 0.5% 12 h 0.9% 12 h 1.4% 12 h 突变性状
Mutant trait M2 M3 M2 M3 M2 M3 M2 M3 M2 M3 M2 M3
矮化 Dwarf 12.50 0.90 — 3.50 — 2.58 — — 6.25 8.79 25.00 —
早熟 Early maturity 9.38 11.71 7.84 2.72 11.11 2.29 — 0.54 — 9.89 — 0.49
晚熟 Late maturity 3.13 7.21 1.96 1.95 11.11 1.15 — 1.08 — 7.69 — 2.46
紫茎 Purple stem — — 1.96 — — — — — — — — —
蔓生 Sprawl — — — 1.56 7.78 0.86 — — — — — 0.49
感花叶病毒病
Susceptible to mosaic virus
1.56 0.90 — 1.17 — 0.57 — — — 1.10 — —
感霜霉病
Susceptible to downy mildew
3.13 1.80 — 4.67 — 1.72 — 0.54 — 15.38 — —
新叶黄化 New leaf yellowing 3.13 — — 1.17 — — — — — 10.99 — 0.49
褐荚 Brown pod 3.13 1.80 13.73 3.50 — 0.29 36.36 — — 5.49 — —
黑褐荚 Black brown pod 3.13 13.51 1.96 4.67 — — — — — — 25.00 —
黑荚 Black pod 1.56 11.71 5.88 2.72 — — — — 12.50 16.48 — —
粒色浅红 Light-red seed 10.94 6.31 3.92 1.56 — 1.72 54.55 1.88 6.25 1.10 — 0.99
粒色黄白 Yellow-white seed 1.56 2.70 — 0.78 — — — 2.15 — 7.69 — 5.42
粒色绿白 Green-white seed 1.56 0.90 1.96 — — — — — — — — —
鸡爪叶 Needle leaf — — 1.96 4.00 — — — — — — — —
剑形叶 Sword leaf 3.13 27.93 7.84 8.95 — 1.72 — — — 9.89 — —
肾叶 Kidney leaf — 16.22 — 3.11 — 0.86 — 0.54 — 19.78 — 0.49
小密叶 Small heart-shaped leaf 1.56 11.71 13.73 7.00 — — — 0.81 6.25 17.58 25.00 —
叶片皱缩 Wrinkly leaf 7.81 — 1.96 — — 1.72 9.09 — 6.25 1.10 — —
多分枝 Excessive branches 14.06 1.80 13.73 — — 0.29 — 0.27 12.50 3.30 — —
丰产性 High yield mutant 9.38 6.31 11.76 1.56 — 1.15 — 0.54 18.75 9.89 — 2.46
有限结荚 Definite growth 3.13 18.92 3.92 17.51 — 20.06 — 8.33 6.25 98.90 — 20.69

表 3 电子束和 60Co-γ处理小豆后代部分性状的变异率
Table 3 Frequency of mutant traits in progenies from azuki bean seed induced by electron beam and 60Co-γ (%)
电子束 Electron beam 60Co-γ 突变性状
Mutant trait 100 Gy 300 Gy 600 Gy

400 Gy
矮化 Dwarf — 3.23 0.58 2.56
肾型叶 Kidney leaf — — 0.58 5.64
剑叶 Sword leaf — — — 1.79
小叶 Small leaf 2.94 — 7.51 7.69
小密叶 Small heart-shaped leaf — — 0.58 0.26
披针形叶 Wide needle leaf — — — 0.26
早熟 Early maturity — — — 2.56
晚熟 Late maturity — — — 1.03
叶色浅绿 Aqua leaf — — 9.83 3.59
浓绿 Dark green leaf — — — 0.26
黄化 Yellowing — — 0.58 2.82
新叶黄化 New leaf yellowing — — — 3.08
无分枝 No branching — — — 1.03
多分枝 Excessive branches — — 1.16 1.28
有限结荚 Definite growth 5.88 — 1.73 7.18
叶簇生 Cluster leaf — — — 1.54
光叶 Smooth leaf — — — 0.51
皱粒 Wrinkly seed — — — 0.51
褐荚 Brown pod — — — 0.26
蔓生 Sprawl — — — 1.54
感花叶病毒 Susceptible to mosaic virus 5.88 — — 1.28
感霜霉病 Susceptible to downy mildew — — — 0.26
丰产性 High yield — — 1.73 1.54
第 4期 佟 星等: 理化诱变小豆京农 6号突变体的鉴定 569




图 1 叶色突变体
Fig. 1 Mutants of leaf color
a: 京农 6号(CK); b: 新叶黄化突变体(0.9 EMS 12 h); c: 黄化突变体(0.5% EMS 24 h); d: 叶色浅绿突变体(0.5% EMS 12 h)。
a: Jingnong 6 (CK); b: new leaf yellowing mutant (0.9 EMS 12 h); c: yellowing mutant (0.5% EMS 24 h); d: aqua mutant (0.5% EMS 12 h).



图 2 叶形突变体
Fig. 2 Mutants of leaf shape
a, f: 京农 6号(CK); b, g: 剑叶(0.5% EMS 12 h); c, h: 肾型叶(1.4% EMS 24 h); d, i: 小密叶(0.9% EMS 24 h); e, j: 鸡爪叶(0.5% EMS 24 h)。
a, f: Jingnong 6 (CK); b, g: sword leaf (0.5% EMS 12 h); c, h: kidney leaf (1.4% EMS 24 h); d, i: small heart-shaped leaf (0.9% EMS 24 h);
e, j: needle leaf (0.5% EMS 24 h).



图3 光叶突变
Fig. 3 Smooth leaf mutant
a: 京农6号(CK); b: 光叶突变体(400 Gy 60Co-γ射线)。
a: Jingnong 6 (CK); b: smooth leaf mutant (400 Gy 60Co-γ ray).



图4 叶簇生突变
Fig. 4 Cluster leaf mutant
a: 京农6号(CK); b: 叶簇生突变体(400 Gy 60Co-γ射线)。
a: Jingnong 6 (CK); b: cluster leaf mutant (400 Gy 60Co-γ ray).
2.4 茎秆性状突变
2.4.1 株高变异 京农 6号株高为 40~60 cm, 在
EMS 诱变群体中出现了一系列不同株高的变异株
(图 5), 高株的平均株高为 60.90 cm, 矮秆变异株的
平均株高为 31.97 cm。
2.4.2 株型变异 合理的株型是高产的必备条
件。在诱变群体中筛选到一些株型紧凑、直立的变
异株, 个别变异株的结实率比对照增加近 1 倍, 单
株产量比对照增加近 1倍, 百粒重比对照增加 5.6%。
诱变群体中还有一些松散型的变异株, 分枝角度大,
一部分株型松散的变异株为匍匐茎或蔓生型植株。
2.4.3 植株分枝数目变异 主要表现为无分枝和
多分枝变异, 通常对照京农 6分枝数为 3~4个, 多分
枝变异株可以达到 5~7 个, 无分枝突变体虽没有分
枝, 但结实性正常。
2.5 育性及熟期突变
2.5.1 育性突变 在 EMS 诱变群体中出现了一
570 作 物 学 报 第 36卷

些育性突变株, 主要表现为低结实率, 有的甚至结
实率为 0。
2.5.2 成熟特性和结荚特性突变 在 M3 诱变群
体中发现 55 株早熟和 45 株晚熟突变株。正常年份
京农 6的生育期为 90~95 d, 早熟突变株较对照京农
6提前成熟 10~15 d, 结荚期提前 7~10 d, 株高略低
于对照, 但结实率、单株产量高于对照。晚熟突变
株成熟后表现为粗壮、多分枝、多荚, 结实率有所
提高。
2.6 荚色和籽粒性状突变
2.6.1 荚色突变 粒色是小豆一个重要的经济性
状, 在诱变过程中发现荚色与粒色密切相关。一般荚
色深粒色相对也深, 荚色浅粒色也浅(图 7), 可以通过
荚色来判断粒色。京农 6 号为白荚, 诱变群体中突
变为黑荚、黑褐荚、褐荚三种(图 7), 荚色突变占总
突变群体的 11.48%。


图 5 株高突变体
Fig. 5 Mutants of plant height
a: 高秆突变体(0.9% EMS 24 h); b: 京农 6号(CK); c: 矮株突变
体(300 Gy电子束); d: 超矮株突变体(0.9% EMS 24 h)。
a: high plant mutant (0.9% EMS 24 h); b: Jingnong 6 (CK); c: dwarf
mutant (300 Gy electron beam); d: super dwarf mutant (0.9% EMS 24 h).



图 6 分枝数目变异
Fig. 6 Mutant of branch numbers
a: 京农 6号(CK); b: 无分枝突变体(0.9% EMS 24 h); c: 多分枝突变体(1.4% EMS 24 h)。
a: Jingnong 6 (CK); b: no branch mutant (0.9% EMS 24 h); c: excessive branches (1.4% EMS 24 h).



图 7 荚色突变体及其对应的粒色
Fig. 7 Mutant of pod color and corresponding seed color
a1: 京农 6号(CK); a2: 褐荚(0.5% EMS 24 h); a3: 黑褐荚(0.9% EMS 24 h); a4: 黑荚(0.9% EMS 24 h); b: 不同荚色及其对应粒色。
a1: Jingnong 6 (CK); a2: brown pod (0.5% EMS 24 h); a3: dark brown pod (0.5%EMS 24 h); a4: black pod (0.9% EMS 24 h);
b: different pod colors and its corresponding seed colors.
第 4期 佟 星等: 理化诱变小豆京农 6号突变体的鉴定 571


2.6.2 粒色突变 京农 6 号为深红粒, 粒色的亮
度值为 22.54, 红度值为 15.72, 黄度值为 6.44。共筛
选到 72个粒色突变体, 粒色由暗红色至黄白色呈梯
度变化(图 8)。一般蔓生或是半蔓生的植株粒色较浅,
表现为白荚薄皮、浅红粒。黑荚或褐荚突变体则粒
色较深, 平均亮度值为 19.84, 红度值为 13, 黄度值
为 4.52, 表现为暗红粒。
2.6.3 粒形突变 京农 6 号粒形为长圆形。在诱
变群体中, 共筛选到 3个皱粒突变, 5个圆粒突变, 11
个小粒突变; 3个大粒突变(图 9)。皱粒突变体和小粒
突变体的百粒重明显降低, 分别为对照的 76.23%和
63.95%, 大粒突变体百粒重较对照增加 27.28%, 而
圆粒突变体与对照相差无几。
2.7 花器官突变
正常花器官 , 龙骨瓣包在两个花瓣之内 , 而
EMS 诱变群体中发现了龙骨瓣外露的突变体, 拨开
龙骨瓣, 发现其只有雄蕊没有雌蕊(图 10)。
3 讨论
丰富的变异类型是植物遗传育种和功能基因组
学研究的重要基础, 通过理化因素诱发突变构建突
变体库的方法已成为获得突变体、创新种质和育种
的有效手段。番茄、水稻、拟南芥等植物饱和突变
体库已构建 [27-29], 欧洲籽粒豆综合计划(The Grain
Legumes Integrated Project)中正在构建豌豆、菜豆、
豇豆等EMS和快中子突变库, 建立TILLING平台和
突变体表型数据库(http://www.eugrainlegumes.org/)。
小豆类似其他豆科植物, 农杆菌转化较为困难,
不易构建插入突变体库。本研究利用 EMS、电子束、
60Co-γ射线 3种方法处理小豆品种京农 6号, 共获得
1 490份突变体材料, 为小豆功能基因研究和育种提
供了丰富的材料。虽然突变体的变异类型丰富, 有
叶形、株型、株高、荚色、粒形、粒色, 及早熟、
抗病、多花多荚、丰产性好的变异, 但构建小豆饱
和点突变体库仍需要用 0.5%和 0.9%的 EMS处理更
多的小豆种子。EMS诱变的粒色、荚色、叶色突变
体较多, Carroll等[30]在大豆诱变研究中发现 EMS可
诱发较多叶色突变体, 并从中筛选鉴定了根瘤突变
体。由于种植年份不同, 电子束和 60Co-γ 射线诱变
后代处于 M2代, EMS 诱变后代处于 M3代, 通过对
EMS诱变后代连续 3年的观察, 对于蔓生、早熟、感
霜霉病、褐荚、黑荚、黑褐荚、黄白粒色、绿白粒
色、鸡爪叶、剑叶、肾叶、小密叶、叶簇生、光叶、
高株、分枝数目、大小粒等性状均获得了可稳定遗
传的突变体。但是对于晚熟、矮株、感花叶病毒、
叶色和叶皱缩突变体目前仍然处于分离中。一些突
变性状在M3代发生了回复突变, 且回复的程度各不
相同, 还有一些突变性状受多基因控制, 同时受环
境条件影响, 因此在后代未能稳定表现。实验还获
得了一些复合突变体, 表现出一因多效作用。另外,
一些 M2代没有出现的性状, 在 M3代表现出来, 原
因可能是诱变的过程中产生了一些隐性突变, 直到
M3代才表现出来。
通过正反向遗传学分析突变体的基因功能, 特
别是近年来高通量 TILLING 技术的使用,可以大量
快速地筛选和鉴定点突变基因。Wu等[31]用 EMS诱
变水稻 IR24品种, 构建突变体库, 结合 TILLING技
术从 2 000个 EMS诱变 M2代系中筛选鉴定了 10个
基因, 其中 pp2A4编码苏-丝氨酸蛋白磷酸酶酶触反
应亚基, ca17编码胼胝质合成酶。Dalmais等[10]等构
建了豌豆 EMS诱变饱和突变体库, 初步用 TILLING
筛选 19 个基因, 共鉴定出 371 点突变, 其中豌豆甲
基转移酶(methyl transferase)基因 PsMet1具 96个突
变体, 专化引物扩增序列分析表明 6 个是基因内突变,
37个基因沉默, 50个错义突变, 3个无意突变。本研
究仍有待于结合 TILLING技术对诱变后代做进一步
的筛选鉴定。
叶色变异是比较常见的突变性状, 一般在苗期
表达, 少数突变体到生育后期才发生叶色突变。本
实验筛选到一些黄化突变体, 表现出新叶黄化或叶



图 8 粒色梯度突变
Fig. 8 Gradient pod colour mutants
a: 京农 6号(CK); b, h, i: 0.5% EMS 24 h; c, f: 0.9% EMS 12 h; d: 1.4% EMS 12 h; e: 0.9% EMS 24 h; g: 1.4% EMS 24 h。
a: Jingnong 6 (CK); b, h, i : 0.5%EMS 24h; c, f: 0.9%EMS 12 h; d: 1.4%EMS 12h; e: 0.9%EMS 24h; g: 1.4%EMS 24 h.
572 作 物 学 报 第 36卷



图 9 粒形突变体
Fig. 9 Mutants of seed shape
a: CK和小粒突变体(1.4% EMS 24 h); b: CK和大粒突变体(400
Gy 60Co-γ射线); c: CK和皱粒突变体(400 Gy 60Co-γ射线);
d: CK和圆粒突变体(0.9% EMS 12 h)。
a: CK and small seeds (1.4% EMS 24 h); b: CK and big seeds (400
Gy 60Co-γ ray); c: CK and wrinkly seeds (400 Gy 60Co-γ ray);
d: CK and round seeds (0.9% EMS 12 h).



图 10 花器官变异
Fig. 10 Mutant of flower
a: 京农 6号(CK); b: 柱头外露突变体(0.9% EMS 24 h); c: 京农 6
号(CK)和无雌蕊突变体(0.9% EMS 24 h)。
a: Jingnong 6 (CK); b: stigma showing mutant (0.9% EMS 24 h);
c: Jingnong 6 (CK) and no pistil mutant (0.9%) EMS 24 h.

脉间失绿的缺 Fe典型症状, 铁吸收突变体的理化分
析和筛选鉴定工作正在进行中。铁吸收相关基因
Fe(III)还原酶基因、Fe(II)转运蛋白基因、Fe吸收调
控基因已经被克隆[33-37], 为小豆的相关研究提供了
借鉴。目前, 诱变后代超根瘤和无根瘤突变体的筛
选鉴定、品质性状分析仍在进行中, 鸡爪叶、粒色、
荚色等部分性状的遗传分析作图群体在构建中, 获
得的突变体材料有待于用正向和反向遗传学方法做
进一步的研究分析。已从早熟突变体中, 筛选出 2
个有限结荚习性、黑荚、光能利用率高的株系, 其
单株产量和百粒重分别较对照提高 17.39%和 7.53%,
这给小豆育种提供了好材料。
4 结论
构建了小豆 EMS、电子束和 60Co-γ射线理化诱
变突变体库, 获得 1 490份突变体材料。EMS诱变小
豆的变异丰富, 共获得 1 218份突变体材料; 其中叶
形突变体最多, 共 310个, 占总突变体的 20.81%; 叶
色突变体次之, 有 230个, 占总突变体的 15.44%; 荚
色突变占总突变体的 11.48%。EMS诱变以浓度 0.5%
和 0.9%处理 24 h为宜; 0.5% EMS处理的粒色和荚
色变异突出, 0.9% EMS处理的叶形变异明显。已获
得蔓生、早熟、褐荚、黑荚、黑褐荚、黄白粒色、绿
白粒色、鸡爪叶、剑叶、肾叶、小密叶、叶簇生、光
叶、高株、无分枝等性状可稳定遗传的突变体。
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