沙米(Agriophyllum squarrosum)同步出苗与强幼苗活力优良品系的选育及其在气候适应性作物驯化中的意义

为解决沙米(Agriophyllum squarrosum)在驯化过程中因种子出苗异步性和幼苗活力不足导致的栽培难题，研究人员通过EMS（乙基甲烷磺酸酯）诱变技术，结合多源材料（包括野生型Nat/WT、突变体Mut及F2 群体等），筛选出7个同步出苗品系和54个强幼苗活力品系，其中2个精英品系兼具双重特性。该研究证实化学诱变可有效改良沙米农艺性状，为荒漠作物的从头驯化(De novo domestication)提供了实践依据。

　　

在广袤的荒漠生态系统中，沙米(Agriophyllum squarrosum)作为一种一年生苋科草本植物，凭借其独特的“风险对冲策略”(bet-hedging strategy)——即通过种子萌发和出苗的时间差异性来应对不可预测的干旱环境，成为沙漠先锋物种。然而，这种进化优势却成为其人工驯化的“双刃剑”：异步出苗和幼苗活力不足严重制约了沙米在北方干旱地区的规模化种植。更引人注目的是，沙米的营养价值可与藜麦(Chenopodium quinoa)媲美，且具有极强的气候适应性，是应对全球气候变化背景下边际土地开发的潜在战略作物。如何打破自然选择赋予的“生存智慧”，将其转化为农业生产的“可控优势”，成为研究者亟待解决的难题。

针对这一挑战，中国科学院西北生态环境资源研究所的研究团队开展了一项系统性研究。他们采用多学科交叉策略，整合了五种不同来源的材料：野生型自然种群(Nat/WT)、自发和EMS诱导的突变体(Mut)、F₂
作图群体，以及基于杜鲁伦(DLN)和奈曼(NM)种群构建的两个EMS突变体库(DLN_Mut和NM_Mut)。通过大规模表型组分析（涉及13,368粒种子、1,114个品系），结合田间试验与生物统计学方法，研究人员首次系统评估了化学诱变对沙米种子大小、出苗动态及幼苗活力的影响。

关键技术方法
研究团队在宁夏沙坡头实验站进行为期30天的田间试验，采用标准化管栽系统（5×10 cm）定量分析出苗参数。通过图像分析软件ImageJ测量种子主轴长度、下胚轴形态等指标，计算平均出苗时间(MET)、出苗率(MER)和最终出苗百分比(FEP)。突变体库构建采用0.3% EMS处理，M₂
代群体在两种生态区（沙坡站和奈曼）进行表型筛选。

研究结果

3.1 种子大小与亲本株高的特征
全样本分析显示，种子主轴长度呈现1.07-3.27 mm的显著变异（均值1.98 mm），其中NM_Mut组的种子平均尺寸(2.00 mm)显著大于野生型(1.93 mm)。值得注意的是，EMS诱变使种子大小的标准差(SD)和变异系数(CV)分别提升至0.38 mm和18.08%，远高于野生型的0.28 mm和14.44%，表明化学诱变有效拓宽了表型变异谱。

3.2 幼苗出苗动态
在6,690粒成功出苗的种子中，整体出苗率为50.04%。关键发现是：种子大小与出苗同步性呈显著正相关(r=0.42)，大种子(>2.14 mm)品系的MET比均值提前2.12天。EMS诱变使NM_Mut组的MET从野生型的9.02天缩短至8.20天，同时MER提高8.8%，证实化学干预可加速出苗进程。

3.3 EMS诱变对表型变异的影响
深度比较显示，NM_Mut组在种子大小、MET和MER的变异幅度均显著扩展。例如其MET的SD范围(0-12.02天)是野生型(0-7.75天)的1.55倍，这种“表型缓冲”效应为筛选极端性状个体创造了条件。

3.4 同步出苗精英品系的筛选
从45个100%出苗品系中，研究人员以“7天内完全出苗”为标准，锁定7个同步出苗品系（均来自NM_Mut）。这些品系的平均种子尺寸(2.14 mm)比群体均值高8.1%，MET仅6.12天，且出苗整齐度(SD<1.2天)显著优于野生型。

3.5 强幼苗活力品系的鉴定
通过三维形态计量（下胚轴长度49.68 mm、直径1.42 mm），筛选出54个强活力品系，其中43个源自NM_Mut。特别值得注意的是，品系161-3-1和884-2-2同时满足同步出苗(MET≤6.42天)和强活力双重标准，其下胚轴生物量比均值高31%。

结论与展望
该研究首次证实EMS诱变可有效瓦解沙米的“风险对冲策略”，通过扩大种子大小变异范围(提升23.6%)、缩短MET(降低9.1%)等途径，成功选育出符合农业需求的精英品系。这一发现为荒漠作物的快速驯化提供了新范式：化学诱变不仅能打破野生性状的遗传约束，还能定向强化关键农艺性状。

未来研究需重点关注两个方向：其一，对161-3-1和884-2-2进行连续多代自交，稳定其优良性状；其二，解析大种子促进同步出苗的分子机制（可能与ABA-GA激素开关或翻译相关基因表达有关）。该成果发表于《Research in Cold and Arid Regions》，为全球边际土地利用和气候变化应对提供了中国方案。