137Cs-γ射線輻照對(duì)玉米自交系種子發(fā)芽和苗期生長的影響

陳金躍， 杜龍崗， 熊立東， 任夢(mèng)云， 楊文新， 王美興， 陸艷婷

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物與核技術(shù)利用研究所， 浙江 杭州 310021)

種質(zhì)資源的單一、貧乏是選育出突破性品種的限制因素。特異種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)、收集和利用可以帶來新品種培育的突破。農(nóng)作物傳統(tǒng)育種周期長，自然突變率低，有益突變少，不利于新品種培育，對(duì)優(yōu)質(zhì)、多抗和高產(chǎn)等定向育種更為不利。誘變育種是作物育種最重要的途徑之一。輻射誘變是通過不同的輻射誘變?cè)磳?duì)作物種子進(jìn)行輻照處理，誘發(fā)DNA片段的斷裂、異位、缺失或重組等來引起突變，操作方便，誘導(dǎo)獲得的突變頻率較高。目前主要輻射源有：X射線、γ射線、快中子、激光、離子束等。近年來，有關(guān)玉米種子的輻照效應(yīng)已有一些報(bào)道，通過輻射誘變[1-3]、電子束[4-5]、太空誘變[6-7]、重離子[8-9]等途徑誘發(fā)玉米種子突變，創(chuàng)造出了一批新的突變材料。利用γ射線輻射農(nóng)作物可達(dá)到改良某些或某個(gè)性狀的目的，誘變創(chuàng)制出一些特異種質(zhì)資源(突變體)，成效明顯[2]。但至今未見137Cs-γ射線輻射對(duì)玉米種子誘變效應(yīng)的相關(guān)報(bào)道。本研究以玉米自交系種子為材料，進(jìn)行了137Cs-γ射線多種劑量的輻照處理，以了解137Cs-γ射線對(duì)不同類型玉米自交系種子發(fā)芽率和苗期生長的影響，為玉米輻射誘變中提高有效誘變率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試的玉米自交系有糯玉米自交系萬母、天 932母、白2，百粒重分別為25.5、28.1、28.0 g；甜玉米自交系杭玉甜12母、D113，百粒重分別為13.7和12.6 g。均為鮮食玉米類型。

1.2 處理設(shè)計(jì)

玉米種子輻照處理在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家水稻改良中心輻射育種研究室(浙江省輻照中心)進(jìn)行，分別用150、250、350、450、600 Gy的137Cs-γ射線共5種劑量處理上述玉米干種子，每個(gè)玉米自交系種子150粒，以不輻照處理(即0 Gy)為對(duì)照。

輻照后的玉米種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。發(fā)芽試驗(yàn)于2021年3月在研究室進(jìn)行。取長寬高為40 cm×17 cm×12 cm的種植箱，放入經(jīng)洗凈滅菌的細(xì)砂，加入適量純凈水，將150粒玉米種子隨機(jī)平分3份(3次重復(fù)，隨機(jī)排列)，均勻放至種植箱中，種子之間保持足夠的距離，以保證種子都能充分接觸水分，吸水一致，生長良好。種植箱放入博迅牌生化培養(yǎng)箱(SPX-150B-Z型)培養(yǎng)發(fā)芽，設(shè)定溫度30 ℃，變幅不超過±2 ℃，共培養(yǎng)2 d。第3天開始將種植箱放入恒溫培養(yǎng)室，設(shè)定溫度28 ℃，變幅不超過±2 ℃，自然光照。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目及方法

發(fā)芽力與苗高。第3天開始統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，第15天統(tǒng)計(jì)活苗率以及每棵活苗的總根數(shù)、白根數(shù)、根長。以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率作為衡量種子發(fā)芽力的指標(biāo)。只長芽不發(fā)根或只發(fā)根不長芽的種子不計(jì)算在內(nèi)并取出。從每個(gè)種植箱內(nèi)隨機(jī)選取非四周位置的10株幼苗跟蹤測(cè)量第3、7、10、15天苗高，苗高以cm為單位，保留一位小數(shù)。

干物重。第15天每處理隨機(jī)取10株苗測(cè)定根部性狀和干物重。并將每處理30株的莖葉與根分開, 先放入烘箱中以105 ℃殺青30 min，再以75 ℃烘干至恒重后稱重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS軟件進(jìn)行所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)發(fā)芽率和成苗率的影響

由表1可見，0～600 Gy不同輻照劑量處理對(duì)玉米種子的發(fā)芽有顯著影響，表現(xiàn)為隨著輻照劑量的增加，種子發(fā)芽率和成苗率下降。在600 Gy大劑量輻照下，甜玉米自交系杭玉甜12母、D113的3 d發(fā)芽率分別為47.3%、44.7%，16 d的成苗率分別為0%、2.0%，達(dá)致死劑量，經(jīng)600 Gy劑量輻照處理后萌發(fā)的幼苗在之后出現(xiàn)生長停滯并死亡，成苗率比發(fā)芽率呈現(xiàn)顯著下降。糯玉米自交系萬母、天932母、白2在600 Gy大劑量輻照下的3 d發(fā)芽率分別為19.3%、24.7%、32.0%，16 d的成苗率分別為10.7%、15.3%、10.0%，表現(xiàn)出與甜玉米自交系相似的趨勢(shì)，接近致死劑量，說明糯玉米自交系的致死劑量高于甜玉米自交系。從表1可以看出在450 Gy劑量下，2個(gè)甜玉米自交系成苗率分別為42.0%、51.3%，3個(gè)糯玉米自交系成苗率分別為60.7%、63.3%、54.0%，可以推斷5個(gè)玉米自交系的半致死劑量在450 Gy左右。0、150、250 Gy等幾個(gè)劑量輻照處理后大部分玉米自交系的發(fā)芽率在處理間沒有顯著或極顯著差異。

表1 輻照劑量對(duì)玉米自交系發(fā)芽率和成苗率的影響

不同輻照劑量處理的玉米自交系隨著出苗天數(shù)的增加其成苗率存在差異。隨著劑量的增加，除天932母自交系外，其余玉米種子成苗率在處理劑量小于250 Gy范圍無顯著性差異，大于250 Gy輻照劑量處理，隨著生長天數(shù)的增加成苗率逐漸下降。表明甜玉米自交系杭玉甜12母、D113的輻照半致死劑量小于450 Gy，輻照致死劑量約600 Gy；糯玉米自交系萬母、天932母、白2的輻照半致死劑量在450 Gy左右。

2.2 對(duì)幼苗生長的影響

對(duì)5個(gè)玉米自交系在0～600 Gy輻照劑量處理的幼苗苗高進(jìn)行測(cè)量，輻照處理明顯抑制幼苗生長，且隨劑量增大，抑制作用增加。150、250、350、450、600 Gy處理甜玉米杭玉甜12母自交系的16 d苗高分別為17.0、14.9、12.2、7.4、0 cm，較對(duì)照18.1 cm分別降低6.1%、17.7%、32.6%、59.1%、100%(圖1)；糯玉米萬母自交系則分別為21.0、19.0、17.5、11.8、3.7，較對(duì)照21.7 cm分別降低3.2%、12.4%、19.4%、45.6%、82.9%。在150 Gy以上劑量處理時(shí)，5個(gè)玉米自交系苗高較對(duì)照均明顯降低，且甜玉米比糯玉米更明顯。表明150 Gy以上劑量處理對(duì)玉米自交系具有較大的輻射誘變效應(yīng)。

圖1 輻照劑量對(duì)玉米自交系苗高的影響

圖1表明，5個(gè)不同玉米自交系發(fā)芽3、7、10、16 d時(shí)的苗高，總體變化規(guī)律相似，隨輻照劑量的增大，苗高逐漸下降。試驗(yàn)中，供試的甜玉米和糯玉米自交系均呈現(xiàn)同樣的趨勢(shì)，甜玉米比糯玉米自交系生長受阻更明顯。通過對(duì)出苗情況、存活率結(jié)合生長情況的綜合分析，認(rèn)為450～600 Gy高劑量處理后，大部分的種子仍舊能發(fā)芽長根，但隨著生長發(fā)育的進(jìn)行，600 Gy高劑量處理的生長停滯，至第16天，甜玉米自交系全部死苗，糯玉米自交系的死苗率接近90%。也可以確認(rèn)以137Cs-γ為輻射源的600 Gy輻照劑量為供試玉米自交系的輻射致死劑量。

2.3 對(duì)生長量的影響

表2給出了發(fā)芽后16 d的30株玉米自交系幼苗的莖葉干重，600 Gy劑量處理后各玉米自交系成苗數(shù)太少未統(tǒng)計(jì)。

表2 輻照劑量對(duì)玉米自交系幼苗莖葉干重的影響

從表2可以看出，杭玉甜12母、D113、萬母、天 932母、白2經(jīng)150 Gy處理莖葉干重較對(duì)照下降34.68%、18.53%、34.75%、16.17%、7.95%，經(jīng)450 Gy處理較對(duì)照下降50.88%、54.96%、66.83%、66.63%、72.84%。表明隨著輻照劑量的增大，玉米自交系幼苗的莖葉干重隨之下降，下降程度因品種不同略有差異。

由表3可見，不同輻照劑量對(duì)玉米自交系幼苗根系生長的影響顯著。隨著輻照劑量的增加，幼苗根長顯著降低，總根數(shù)、白根數(shù)隨之減少，不同自交系間降幅略有差異。說明輻照處理明顯抑制幼苗的根系生長，且隨輻照劑量增大抑制更加明顯。600 Gy處理的所有供試玉米自交系幼苗都沒有白根，這也進(jìn)一步確認(rèn)137Cs-γ輻射源的600 Gy為供試玉米自交系的輻射致死劑量。

表3 輻照劑量對(duì)玉米自交系幼苗根系生長的影響

3 小結(jié)與討論

最近種業(yè)“卡脖子”技術(shù)受到黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人及學(xué)術(shù)界的高度重視，浙江省政府以及省內(nèi)種業(yè)和農(nóng)學(xué)界對(duì)此也高度重視[10-11]。突破種業(yè)“卡脖子”技術(shù)，需要在育種技術(shù)上積極探索，長期以來的實(shí)踐表明，輻射誘變育種是浙江省作物育種取得突破的重要途徑之一[12]，因此，有必要對(duì)各種作物種子的輻照誘變效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。

試驗(yàn)表明，137Cs-γ射線對(duì)玉米自交系種子具有較強(qiáng)的輻照效應(yīng)。低劑量輻照對(duì)玉米種子出芽率沒有明顯影響；隨著輻照劑量的增加，對(duì)玉米種子的發(fā)芽勢(shì)和幼苗生長影響逐漸加大；較高劑量下玉米自交系種子的發(fā)芽率顯著下降，苗高和根系生長量顯著降低，不同遺傳背景的品種之間對(duì)輻射敏感性表現(xiàn)出一定的差異。從本試驗(yàn)的結(jié)果來看，甜玉米與糯玉米間對(duì)輻照劑量的感應(yīng)存在差異。甜玉米自交系杭玉甜12母、D113干種子的輻照半致死劑量小于450 Gy，輻照致死劑量約600 Gy；糯玉米自交系萬母、天932母、白2干種子的輻照半致死劑量在450 Gy左右，輻照致死劑量也在600 Gy左右。這些結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步開展甜、糯玉米的輻射誘變育種，對(duì)浙江省種業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有積極意義。