60Co-γ 輻射對柳葉馬鞭草種子萌發(fā)及生長的影響

柳葉馬鞭草（Verbena bonariensis L.）原產(chǎn)于美洲，馬鞭草科馬鞭草屬多年生草本植物[1]。因其適應(yīng)能力強，顏色鮮艷，群體壯觀，被廣泛運用于景觀花海設(shè)計。輻射誘變育種是區(qū)別于傳統(tǒng)雜交育種的種質(zhì)資源創(chuàng)新和新品種選育技術(shù)，具有高效、便捷、變異高、性狀穩(wěn)定快等優(yōu)點，可以作用于植物的種子、幼苗、花粉等不同部位，導(dǎo)致基因或染色體產(chǎn)生定向變異[2-4]。60Co-γ 射線是當(dāng)前輻射誘變育種的主要誘變源，在水稻、蘋果、朝天椒、西瓜、油茶、糜子等植物上均有研究[5-11]。除作物、果樹、蔬菜外，輻射誘變育種在景觀花卉新品種選育中也取得了突出的成績：北京林業(yè)大學(xué)[12]利用輻照培育出抗寒且周年開花的菊花新品種；李樹發(fā)等人[13]通過輻照接芽，選育出5 個具有觀賞價值的月季新品系；江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所[14]利用60Co-γ 輻照選育出3 個荷花及2 個君子蘭變異新品種；高健等[15]通過60Co-γ 輻照培育出濃香型水仙。該試驗以國產(chǎn)柳葉馬鞭草‘訣竅’干種子為試驗材料，設(shè)計不同的60Co-γ 輻照劑量，探究輻照對柳葉馬鞭草種子發(fā)芽率、幼苗生長等的影響，以期選擇合適的輻照劑量，為柳葉馬鞭草誘變育種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

柳葉馬鞭草‘訣竅’種子保存于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所。

1.2 方法

1.2.1 處理設(shè)計。試驗所用的60Co-γ 輻射源來自于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鈷源輻照中心。試驗以未經(jīng)輻射的種子作為對照組，分別設(shè)置 100 Gy、200 Gy、300 Gy、600 Gy 4 個梯度，每個處理約為400 粒種子，3 次重復(fù)。

1.2.2 調(diào)查項目及方法。將經(jīng)不同劑量60Co-γ 輻射后種子分為兩等份，一份置于濕潤的培養(yǎng)皿，28℃恒溫保存，14 d 后觀察種子的發(fā)芽情況，胚芽大于1 mm 則視為發(fā)芽，發(fā)芽率=（萌發(fā)種子數(shù)量/試驗種子數(shù)量）×100%；另一份播種于裝有育苗基質(zhì)的穴盤中，適量澆水，室溫，期間觀察幼苗生長情況。幼苗生長期間觀察處理組及對照組的出苗情況。幼苗生長50 d 后，每個處理隨機選取10 株苗進行株高、莖粗、葉片形態(tài)、地上鮮重及地下鮮重的測定，其中葉片長規(guī)定為第3 片葉且不含葉柄的長度。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010，數(shù)據(jù)分析采用DPSv7.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量的輻射對柳葉馬鞭草發(fā)芽的影響

利用不同的輻射劑量對柳葉馬鞭草種子進行輻照，將14 d 后的種子發(fā)芽率進行統(tǒng)計（表1）。結(jié)果表明柳葉馬鞭草種子發(fā)芽率與輻照劑量呈負相關(guān)，即隨著輻照劑量的增加，發(fā)芽率越來越低。當(dāng)輻照劑量達到100 Gy 時即會抑制柳葉馬鞭草種子的發(fā)芽，且當(dāng)輻射劑量為600 Gy時，種子發(fā)芽率為0。

表1 γ 射線輻照量對柳葉馬鞭草發(fā)芽的影響

2.2 柳葉馬鞭草‘訣竅’半致死劑量的推定

種子的相對發(fā)芽率是確定半致死劑量（LD50）的重要指標(biāo)[16]，該研究利用不同的輻射劑量與柳葉馬鞭草的相對發(fā)芽率關(guān)系進行線性回歸分析。由表2 可知，線性回歸方程為：y=0.639 4-0.001 3x（R2=0.595 9），其中回歸系數(shù)b=-0.001 3，常數(shù)項a=0.639 4。通過線性回歸方程可知，當(dāng)相對發(fā)芽率y=50%時，輻照劑量x=107.231，即柳葉馬鞭草‘訣竅’的半致死劑量LD50為107，且輻射劑量與相對發(fā)芽率之間存在極顯著的線性關(guān)系。

表2 柳葉馬鞭草‘訣竅’的一元一次方程回歸系數(shù)及檢驗結(jié)果

2.3 經(jīng)輻照后的柳葉馬鞭草種苗的形態(tài)學(xué)觀察

圖 1-a、圖 1-b、圖 1-c 分別表示經(jīng) 0Gy、100Gy、300Gy輻照后柳葉馬鞭草的幼苗生長情況，可見輻照抑制柳葉馬鞭草出苗。經(jīng)輻照的幼苗生長50 d 后，對幼苗株高、莖粗、葉片形態(tài)、地上鮮重及地下鮮重進行統(tǒng)計，結(jié)果如表3所示，輻射劑量的增加對株高、莖粗無顯著影響；觀察葉片數(shù)、葉片長（第3 片葉）、最寬葉片、最長葉片發(fā)現(xiàn)，雖然隨著輻照劑量的增加，葉片長寬等呈下降趨勢，但無顯著性差異。如圖1-d，從左到右依次為0 Gy、100 Gy、300 Gy輻照后生長50 d 隨機挑選的柳葉馬鞭草幼苗，肉眼無法看出有明顯差異。對不同劑量輻照下生長幼苗的地上鮮重和地下鮮重進行測量（表3），與對照相比，經(jīng)過輻射處理的幼苗地上鮮重及地下鮮重均有下降趨勢，輻射劑量為100 Gy 時幼苗鮮重與對照組數(shù)據(jù)最接近。

圖1 不同劑量輻射對柳葉馬鞭草幼苗生長的影響

表3 不同輻射劑量對柳葉馬鞭草 ‘訣竅’形態(tài)指標(biāo)的影響

4 結(jié)論與討論

采用不同劑量60Co-γ 射線輻照柳葉馬鞭草‘訣竅’種子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種子發(fā)芽率隨著輻照劑量的增加而減少，并且在輻照劑量達到600 Gy 時具有極強的抑制作用，這與蔡春菊等人[17]、李志能等人[18]對輻照劑量與發(fā)芽率關(guān)系研究結(jié)果一致。也有研究報道，輻照劑量與種子發(fā)芽率呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢[12，19]，這可能因為某些種類的植物輻照損傷后，修復(fù)系統(tǒng)過度活動，從而造成低劑量輻射時種子發(fā)芽率提高，也可能因為低劑量輻照產(chǎn)生的某種物質(zhì)可以促進種胚生長。通過對馬鞭草幼苗生長情況的觀察發(fā)現(xiàn)，600 Gy 輻射下的馬鞭草種子未出苗，100 Gy、200 Gy、300 Gy 輻照的種子出苗較CK 慢且少，如圖1-abc 所示，為播種后30 d 的幼苗生長情況。但幼苗生長50 d 時，對隨機抽取的幼苗進行株高、莖粗、葉片、鮮重測量發(fā)現(xiàn)，形態(tài)指標(biāo)有不明顯的下降趨勢。分析原因可能是植物具有較強的自我恢復(fù)能力，對營養(yǎng)和水分的吸收形態(tài)指標(biāo)會趨向于正常植株。也有研究報道[20]月季扦插苗經(jīng)過60Co-γ 射線輻照后葉片及花朵產(chǎn)生了短時間的變異，隨著植物生長，變異逐漸消失。所以由于輻射產(chǎn)生的變異穩(wěn)定性差，植株也會趨向自然生長。

自然界中植物的種類千差萬別，植物特性不同，受到脅迫刺激后反應(yīng)也不同。輻射誘變育種的原則是一定輻照劑量范圍內(nèi)，在保證植株成活率的基礎(chǔ)上增加有利突變[14]。輻照劑量過低難以獲得突變體，輻照劑量過高，會殺死植物細胞，增加植物的死亡率。該試驗中未出現(xiàn)變異植株，極有可能是輻射強度過高時產(chǎn)生的變異植株出苗受阻或直接死亡。因此，以育種材料為依托，選擇合適的輻射劑量成為了誘變育種的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[21]。適宜劑量的確定一直以來沒有定論，大多數(shù)研究結(jié)果表示半致死劑量是確定適宜劑量的主要參考值[22]。該文通過對柳葉馬鞭草種子發(fā)芽率與輻照強度做線性回歸分析，確定柳葉馬鞭草‘訣竅’的半致死劑量為107 Gy。這與張亦默等報道的柳葉馬鞭草最適輻射劑量80 Gy 基本吻合[23]。今后可選擇80～120 Gy梯度范圍對柳葉馬鞭草種子進行輻照研究，更易獲得有利突變。該研究對柳葉馬鞭草‘訣竅’種子適宜輻照劑量的初步探索為今后馬鞭草誘變育種工作提供了參考，為增加有效突變、獲得馬鞭草變異新品種奠定了基礎(chǔ)。