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      60Co-γ射線輻射對烏桕生物學效應研究初報

      2017-05-17 11:59:46葛金濤王麗麗吳秋月趙統(tǒng)利劉興滿
      山東林業(yè)科技 2017年4期
      關鍵詞:葉形烏桕心形

      葛金濤 ,王麗麗 ,吳秋月 ,趙統(tǒng)利 ,劉興滿 *

      (1.連云港市農(nóng)業(yè)科學院,江蘇 連云港 222006;2.連云港市海州區(qū)農(nóng)林水利局,江蘇 連云港222000)

      烏桕(Sapium sebiferum(L.)Roxb.)是大戟科烏桕屬落葉喬木,為我國特有經(jīng)濟樹種,其果實含油率高[1],可用作食用油源、工業(yè)油源和動力油源;根皮、樹皮、葉可入藥;同時也是優(yōu)良用材樹種,在我國已有1000多年栽培歷史[2]。近年來,烏桕又因其極高的觀賞價值,在城市園林綠化等方面得到了廣泛應用。

      烏桕的廣泛栽植與應用極大推動了烏桕的新品種選育工作,近年來,在江蘇、湖北和浙江等地通過認定的烏桕良種已達12個,這些優(yōu)良品種的推廣提高了烏桕的種植效益和景觀效果。但現(xiàn)階段,烏桕的選育仍以實生選育為主,雜交育種為輔,多倍體育種和分子育種仍處于探索階段,新品種選育周期長和遺傳穩(wěn)定性差,一定程度限制了烏桕的開發(fā)與利用。誘變育種是改良烏桕的快速便捷的手段,尤其是輻射誘變育種可顯著提高基因突變頻率,縮短育種周期,獲得實生育種難以獲取的新種質(zhì),已在黃連木[3]、毛竹[4]和柑橘[5]等諸多林木樹種得到廣泛應用,但輻射誘變在烏桕育種中仍是一個薄弱環(huán)節(jié)。

      本實驗通過60Co-γ射線輻射烏桕生物學效應研究,探索烏桕種子半致死劑量和輻照育種對烏桕發(fā)芽率、葉形、葉色的影響,為烏桕輻照育種提供借鑒。

      1 材料與方法

      試驗所用烏桕種子采自連云港市桃花澗景區(qū)野生烏桕林,篩選籽粒飽滿、無破損種子在中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院進行輻照處理,試驗選用100 Gy、200 Gy、300 Gy、400 Gy 4 種60Co-γ 射線劑量,劑量率14 Gy/min,以未輻照種子作為對照,每個處理用種300粒。輻照處理后于2015年5月12日在連云港市農(nóng)科院東辛實驗基地播種試驗,實驗采用穴盤播種,每個處理3次重復,每個重復100粒種。播種前烏桕種子用清水浸種24 h,用沙擦法剝?nèi)ハ炠|(zhì)層。播種后10 d、20 d和30 d每天統(tǒng)計出苗率和株高。播種30天后,移栽至田間繼續(xù)觀察。

      2 結果與分析

      2.1 輻射劑量對烏桕種子萌發(fā)的影響

      圖1 鈷60γ射線輻照對烏桕種子萌發(fā)的影響

      圖2 鈷60γ射線輻照對烏桕幼苗株高的影響

      鈷60γ射線輻照對烏桕種子萌發(fā)的影響如圖1所示:烏桕發(fā)芽率隨著輻射劑量的增加而降低,對照和100 Gy劑量處理,種子發(fā)芽率分別為86.7%和86.3%,而200 Gy、300 Gy和400 Gy劑量烏桕種子發(fā)芽率為75.67%、1.33%和0%,變化差異顯著(P<0.05)。同時出苗時間隨輻射劑量增加而降低,對照和經(jīng)100 Gy劑量處理種子在第20天時,大部分已經(jīng)出苗,而經(jīng)200 Gy劑量處理種子在第20天時只有小部分出苗。烏桕輻照的半致死劑量在200到300 Gy之間。當輻射劑量達到300 Gy以上時,烏桕種子全部失活。

      2.2 輻射劑量對烏桕幼苗株高的影響

      鈷60γ射線輻照對烏桕幼苗株高的影響如圖2所示:烏桕幼苗株高隨輻射劑量增加整體呈下降趨勢,對照和經(jīng)100 Gy劑量處理的種苗在第30天時,平均株高分別為12.13 cm和13.16 cm,排除誤差影響,株高比對照稍有增強。經(jīng)200 Gy、300 Gy劑量處理的種苗在第30天時,株高分別為6.33cm和2.8 cm,均與對照相比變化差異達顯著水平(P<0.05),烏桕輻照的半致矮劑量在200 Gy。

      2.3 鈷60γ射線輻照對烏桕葉形的影響

      經(jīng)輻照后烏桕葉形的變異出現(xiàn)多種形態(tài),多數(shù)呈現(xiàn)葉形發(fā)育不良的現(xiàn)象,如圖3所示,A為正常烏桕葉片葉形為菱形,B為葉片頂部發(fā)育不良,C為葉片中部以上發(fā)育不良;D為2片葉片融合葉形,E為葉色葉色失綠型心葉片;F為心形葉。其中B、C和D形變異葉片不是整株表現(xiàn)類型或芽變類型,只為單個葉片零星出現(xiàn),初步判斷為發(fā)育不良導致,無法穩(wěn)定遺傳。E形葉片在輻射劑量為100 Gy和300 Gy時大量出現(xiàn),說明輻射導致葉片失綠,經(jīng)過統(tǒng)計,烏桕失綠葉片90%為心形葉,但經(jīng)過一段時間生長能恢復為菱形葉,說明烏桕心形葉與葉片失綠具有一定關聯(lián)性。但在變異植株中發(fā)現(xiàn)葉色濃綠植株整株葉片為心形葉,并且嫩葉顏色鮮紅,明顯區(qū)別于正常烏桕品種,判定為烏桕心形葉新品系,暫定名為“紅心1號”。

      2.4 鈷60γ射線輻照對烏桕葉色的影響

      烏桕葉色的變化是一個漸變的過程,不同烏桕植株變色期不一致,因此造就了烏桕秋季絢爛異常的景致,如圖4。圖中所示各種顏色葉片均為11月18日拍攝,反映的為每株落葉前最終葉色。由此可見烏桕單株葉色變化具有很強的不確定性,可能細微的環(huán)境差異便可導致烏桕葉色發(fā)生較大變化。因此導致選育葉色觀賞性較高的烏桕品種難度極大,本課題組在常年選育過程中也發(fā)現(xiàn),篩選出的葉色觀賞性較好的烏桕新品系,不同年份、不同栽培區(qū)塊最終葉色差異性顯著。在圖4中,1-10號葉片采自未經(jīng)輻照的烏桕植株,11-20號采自200 Gy輻照處理的烏桕植株,可見葉色變化范圍差異性不大,能注意到的是在200 Gy輻照處理的烏桕植株中,較多發(fā)現(xiàn)如14號葉色的植株,變現(xiàn)為葉脈間失綠;此外18號葉片植物葉色鮮紅,觀賞效果最佳,較為少見。

      圖3 鈷60γ射線輻照對烏桕葉形的影響(A:對照,正常葉片;B,C 和 D:變異葉片;E:失綠葉片;F:心形葉片)

      圖4 鈷60γ射線輻照對烏桕葉色的影響(1-10:采自烏桕對照株;10-20:采自烏桕輻照株)

      3 總結與討論

      輻射誘變育種通常采用半致死劑量即輻照后種子發(fā)芽率為50%的輻照劑量。在本研究中,烏桕的半致死劑量在200到300Gy之間,具體輻射劑量需要通過進一步研究確定,并且烏桕的半致矮劑量在200Gy;發(fā)現(xiàn)的變異葉片大多處在200Gy輻射劑量,因此200Gy是較為適合的烏桕誘變劑量。

      在本研究中,100Gy輻射劑量對烏桕幼苗的株高起到促進作用,這與吳茂力等[6]的研究一致。國內(nèi)外多數(shù)研究表明,低輻射劑量促進種子萌發(fā)是由于射線本身引發(fā)了植株機體修復機制[7]或是通過誘導保護性酶類活性的提高導致[8]。推測低劑量鈷60γ射線輻照激發(fā)烏桕種子抗逆性保護機制,提高了激素和酶的含量,因而形成有利于生長的條件,同時100Gy輻照對烏桕種子活性影響較小,造成100Gy輻照下,株高有所增加。但促進烏桕生長的最適低輻照劑量仍需進一步研究。

      [1]劉火安,姚波.烏桕油脂成分作為生物柴油原料的研究進展 [J]. 基因組學與應用生物學.2010,29 (2):402-408.

      [2]李東林,黃棟,王瑾,等.烏桕研究綜述[J].江蘇林業(yè)科技.2009,36(4):43-47.

      [3]安倩,張萍萍,李明浩,等.60Coγ射線輻射黃連木的生物學應用[J].核技術,2011,34(7):522-528.

      [4]蔡春菊,高健,牟少華.60Co-γ輻射對毛竹種子活力及早期幼苗生長的影響[J].核農(nóng)學報,2007,21(5):436-440.

      [5]楊亞婷.60Co輻射創(chuàng)造柑橘突變體的研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學,2009.

      [6]吳茂力,劉勇強,張子龍.60Co-γ射線輻射對水稻陳種子活力復蘇的影響 [J]. 西南農(nóng)業(yè)學報,2010,23(4):1013-1016.

      [7]祁文彩.低劑量60Co-γ輻照擬南芥的生長刺激效應及增強抗逆性的機理研究[D].鄭州:鄭州大學,2015.

      [8]傅雪琳,張志勝,何平,等.60Co-γ射線輻照對墨蘭根狀莖生長和分化的效應研究 [J].核農(nóng)學報,2000,14(6):333-336.

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