60Co-γ 輻照對美麗異木棉種子發(fā)芽及幼苗生長的影響

覃藍熳，周海將，覃泳智，蒙興寧

（柳州市園林科學研究所，廣西柳州 545000）

美麗異木棉Ceiba speciosa，別名酒瓶木棉、美麗吉貝、青皮木棉等，屬于木棉科吉貝屬植物，是熱帶地區(qū)栽培的觀賞喬木，原產(chǎn)于南美洲的阿根廷東北部、玻利維亞東部、巴拉圭、烏拉圭和巴西南部等地[1-2]。美麗異木棉為多年生落葉喬木，樹干筆直，下部膨大，側(cè)枝輪生，枝條平展，樹冠傘形；秋季是其盛花期，花期較長，能持續(xù)半年；美麗異木棉開花時滿樹鮮艷的花朵，絢麗耀目，異常美麗[3-4]。美麗異木棉具有花期長、花色美麗、生長迅速、抗性強等優(yōu)點，深受人們喜愛；在園林應(yīng)用中可孤植，也可列植作為行道樹，而群植觀賞效果更佳，是道路、公園、庭院、風景區(qū)及居住區(qū)優(yōu)良的行道樹和風景樹種[5-6]。

輻照育種是一種安全、簡單、突變率高的育種手段，與傳統(tǒng)育種方法相比，輻照誘變具有擴大變異和選育優(yōu)質(zhì)新品種的優(yōu)點，運用輻照誘變可以獲得傳統(tǒng)育種方法難以獲得的美麗異木棉新基因、新性狀[7]。目前，國內(nèi)外研究主要以γ 射線、紫外線和激光等為輻照源，其中60Co-γ 是輻照誘變最常用的方法之一[8]。通過60Co-γ 輻照手段誘發(fā)突變，對創(chuàng)新美麗異木棉種質(zhì)以及品種選育具有重要意義。利用60Co-γ 輻照進行育種研究已有較多報道，楊秀蓮等[9]研究發(fā)現(xiàn)60Co-γ 輻照能夠?qū)χ参矬w內(nèi)葉綠體含量，超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等抗氧化酶，丙二醛含量，可溶性蛋白質(zhì)含量具有顯著影響；袁帥等[10]在扁穗雀麥60Co-γ輻照研究中發(fā)現(xiàn)，扁穗雀麥幼苗脯氨酸、丙二醛和葉綠素含量以及過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性等生理生化指標均受60Co-γ 輻照的影響，并隨著輻照劑量的上升呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。鄭丹箐等[11]對洋紫荊種子的60Co-γ 輻照研究表明，不同γ 射線輻照后獲得的誘變幼苗株高、地徑生理指標和相對葉綠素含量具有顯著性差異，尤其是225Gy 的輻照劑量可以明顯增加洋紫荊地徑和相對葉綠素含量。閆鋒等[12]對糜子種子的60Co-γ 輻照研究表明，與CK 組相比，60Co-γ 輻照對糜子種子出苗率、株高、葉長以及苗鮮重具有顯著抑制作用，尤其是300Gy 和350Gy 輻照對種子損傷較大，嚴重抑制其出苗及幼苗生長；60Co-γ輻照能促進糜子種子萌發(fā)，增加葉片中可溶性糖、Pro含量、可溶性蛋白和MDA 含量等。

近年來，對美麗異木棉的研究主要集中在觀賞評價、繁殖技術(shù)、栽培技術(shù)、生理研究等方面[6]，尚未見到60Co-γ 輻照的生理響應(yīng)研究。本研究通過不同劑量的60Co-γ 輻照，對處理后的美麗異木棉萌發(fā)出苗和幼苗生長過程的形態(tài)和生理變化等展開研究，旨在得出美麗異木棉種子輻照的適合劑量范圍及幼苗變異效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2021 年5 月在柳州市區(qū)采集美麗異木棉果實，經(jīng)過人工破除果皮，篩選飽滿、大小均勻的種子作為試驗材料，并置于通風陰涼處備用。60Co-γ 輻照源由廣西桂林正翰輻照中心有限責任公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.160Co-γ 輻照處理試驗設(shè)計。以60Co-γ 輻照為輻照源，設(shè)置50、100、200、300、500Gy 5 個處理水平，以未輻照（0 Gy）作為空白對照，將美麗異木棉種子置于不同劑量下進行輻照；每處理90 粒種子，重復3 次。

1.2.2 種子萌發(fā)育苗試驗。將輻照處理以后的種子用0.5%高錳酸鉀溶液消毒15min 后，以20cm×20cm 的間距條播在苗圃中，表面覆蓋1cm 厚的泥土進行育苗試驗，遇晴天在上方架設(shè)遮陽網(wǎng)。待一個處理有種子萌發(fā)以后開始記錄每個處理的種子萌發(fā)數(shù)量，直至不再有種子萌發(fā)，計算種子出苗率、發(fā)芽勢、發(fā)芽率。后期進行正常的苗圃管理，1 個月后測量成活苗的苗高和地徑，此后連續(xù)測量3 個月；在第3 個月后測量不同處理的葉綠素含量。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 種子萌發(fā)指標。以種子萌發(fā)破土視為種子發(fā)芽，種子萌發(fā)指標按以下公式計算：種子發(fā)芽率（%）=（萌發(fā)結(jié)束時的發(fā)芽種子數(shù)/播種的種子數(shù)）×100；種子發(fā)芽勢（%）=（萌發(fā)高峰時的萌發(fā)種子數(shù)/播種的種子數(shù)）×100

1.3.2 幼苗生理指標。在種子萌發(fā)結(jié)束后第1 個月統(tǒng)計每個處理的成活苗數(shù)量，計算成苗率和相對出苗率。種子成苗率（%）=（成活苗數(shù)/播種的種子數(shù)）×100；出苗率（%）＝萌發(fā)出苗的種子數(shù)/播種的種子數(shù)×100

在種子萌發(fā)結(jié)束后，每個月測量幼苗的苗高和地徑，連續(xù)測量3 個月；用卷尺測量苗高，用游標卡尺測量地徑。

1.3.3 半致死劑量。采用直線回歸方程的方法[13]，將美麗異木棉種子的出苗率與輻照劑量進行相關(guān)性分析，將輻照劑量X 作為自變量，不同處理下的出苗率Y 作為因變量，利用直線回歸方程Y＝A+BX 計算美麗異木棉種子的半致死劑量。

美麗異木棉種子出苗率與輻照劑量相關(guān)系數(shù)（R2）的計算公式如下：

式中X 為輻照劑量，y 為不同劑量下相對出苗率。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 初步處理試驗數(shù)據(jù)，使用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行方差分析得到各項指標顯著性分析結(jié)果，在Excel 中繪制各項指標變化圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量60Co-γ 射線輻照處理對美麗異木棉種子萌發(fā)的影響

由表1 可知，對照組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率最高；隨著輻照劑量的增加，美麗異木棉種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率逐漸降低。其中50Gy 輻照處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率雖然低于對照組（0Gy），但差異不顯著（P＞0.05），輻照劑量在100～500Gy 之間時，隨著輻照劑量的增加，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率均顯著低于對照組和50Gy（P＜0.05）。綜上分析，大于50Gy 的輻照處理對美麗異木棉種子萌發(fā)具有抑制作用，且隨著輻照劑量的增加，抑制作用逐漸增強，當輻照劑量達到500Gy 時，抑制作用最強，接近致死劑量。

表1 不同劑量60Co-γ 射線輻照處理對美麗異木棉種子萌發(fā)的影響

2.2 不同劑量60Co-γ 射線輻照處理對美麗異木棉幼苗生長的影響

在2021 年7 月中旬進行輻照并播種后，分別在9月、10 月、11 月記錄美麗異木棉幼苗的苗高和地徑的變化特征。由表2 可知，對照組在9、10 和11 月的苗高和地徑最高，輻照處理組隨著輻照劑量的增大，美麗異木棉幼苗的苗高和地徑大致呈下降趨勢，與對照組相比，50Gy 處理差異沒有達到顯著性水平（P＞0.05）。但大于50Gy 輻照劑量的處理對美麗異木棉幼苗苗高和地徑的影響具有顯著差異。當輻照劑量為300Gy 時，美麗異木棉的苗高和地徑高于200Gy 輻照處理，且在10 月、11 月時達到顯著性差異（P＜0.05）。當輻照劑量為500Gy 時，美麗異木棉幼苗的苗高和地徑最低，且顯著低于其他處理。

表2 不同劑量60Co-γ 射線輻照處理對美麗異木棉幼苗生長的影響

2.3 半致死劑量的分析

確定適宜的輻照劑量對于植物輻照育種十分重要，選擇適宜的輻照劑量，可以使F1代保留足夠的植株成活率，同時能夠保證F2代產(chǎn)生較多的突變類型，保持較高的突變頻率和有足夠的幼苗可供篩選。一般適宜的輻照劑量選擇通過半致死劑量來確定[14]。將美麗異木棉種子的出苗率與輻照劑量進行相關(guān)性分析，得出直線回歸方程為：y=505.01-4.08X，R2=0.91；當y=50 時，通過直線回歸方程可以求得X=111.53 Gy；即美麗異木棉種子的60Co-γ 射線輻照半致死劑量LD50=111.53Gy，約為112Gy。當y 不等于50，需要以實際對照種子的發(fā)芽率來計算。

3 討論和結(jié)論

通過60Co-γ 輻照對植物種子進行誘變處理，研究輻照對種子萌發(fā)與小苗生長的影響，不同植物種子輻照后的結(jié)論也不相同。輻照處理后供試種子的萌發(fā)表現(xiàn)是衡量輻照損傷的重要指標，輻照處理對幼苗生長的抑制作用是衡量輻照生物學效應(yīng)的一個重要指標。有研究發(fā)現(xiàn)，種子在一定的輻照劑量范圍內(nèi)，輻照處理能促進植物種子萌發(fā)和幼苗生長，而高劑量輻照抑制種子萌發(fā)和幼苗生長，并隨著輻照劑量的增高，抑制作用越強。如王天龍等[15]對蘿卜種子輻照的研究發(fā)現(xiàn)，低劑量促進種子發(fā)芽，高劑量促進幼苗生長；陳桂松等[16]對風干黃瓜種子的研究發(fā)現(xiàn)，低劑量輻照能夠刺激黃瓜增產(chǎn)。另有研究發(fā)現(xiàn)，在一定的輻照劑量范圍內(nèi)，輻照劑量與種子萌發(fā)和幼苗生長呈負相關(guān)。如王瑞靜等[14]對楊樹種子的輻照研究認為，隨著輻照劑量的增加，對楊樹種子萌發(fā)具有抑制作用；敖妍等[15]對扶芳藤種子與枝條的輻照研究認為，扶芳藤種子與枝條的萌發(fā)與輻照劑量呈負相關(guān)。本研究結(jié)果表明，輻照處理后，隨著輻照劑量的增大，美麗異木棉種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率受抑制的強度基本呈加重趨勢；50Gy輻照處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率和幼苗的株高及地徑雖低于處理組，但差異不顯著（P＞0.05）。100～500Gy輻照劑量種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、成苗率和幼苗的株高及地徑都顯著低于對照組和50Gy 輻照處理（P＜0.05），500Gy 處理的抑制強度最大，接近致死劑量。

不同的植物品種對輻照后反應(yīng)各不相同，對于確定輻照誘變時的適宜劑量，不同植物研究的結(jié)論也有較大差異，有研究認為供試種子60%～70%致死的輻照劑量為適宜劑量[17]，另有研究人員認為供試種子50%致死的輻照劑量為適宜劑量[13]。本研究通過對出苗率和輻照劑量的回歸分析計算出美麗異木棉種子的半致死劑量為112Gy。本研究僅對美麗異木棉種子萌發(fā)和幼苗生長受輻照誘變的影響進行了初步探索，不同品種之間具有較大的差異性，本試驗結(jié)果具有一定的局限性，有必要對美麗異木棉不同品種進行輻照誘變研究，以期獲得更加全面的結(jié)論。