黃山欒樹種子60Co-γ射線輻射試驗(yàn)初報(bào)

蔣澤平，劉根林，張 敏，董筱昀，黃利斌，梁珍海

（江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153）

黃山欒樹種子60Co-γ射線輻射試驗(yàn)初報(bào)

蔣澤平，劉根林，張 敏，董筱昀，黃利斌，梁珍海

（江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153）

用不同劑量（100，200，400，600和800 Gy）的60Co-γ射線輻射6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株的種子，對(duì)輻射后種子的發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)情況進(jìn)行了觀測(cè)，結(jié)果表明：6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株的種子輻射半致死劑量大小依次為“優(yōu)5”（518 Gy）、“優(yōu)2”（503 Gy）、“優(yōu)3”（496 Gy）、“優(yōu)6”（485 Gy）、“優(yōu)1”（478 Gy）、“優(yōu)4”（458 Gy）。60Co-γ輻射可引起幼苗表型改變，隨著輻射劑量的增加，幼葉及莖形狀發(fā)生一些變異。

黃山欒樹；種子；60Co-γ；輻射

大量的試驗(yàn)證明，誘變技術(shù)在創(chuàng)造植物新種質(zhì)、新材料，以及解決育種中某些特殊問題、培育植物新品種等方面具有獨(dú)特的成效。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，人們不斷改進(jìn)誘變方法，探索新的誘變?cè)?。近年來離子注入、激光輻照、空間誘變等新型誘變技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)開始應(yīng)用于植物品種的改良，并且顯示出良好的應(yīng)用前景［1］。

將生物體通過高能粒子、射線的照射或置于宇宙非重力空間等手段導(dǎo)致生物體變異的手段均屬于物理誘變。誘變效應(yīng)有的是正向的，有的則是負(fù)向的。對(duì)植物的研究證明，空間條件尤其是高能粒子具有強(qiáng)烈的致變作用，可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡、突變、惡性轉(zhuǎn)化。60Co-γ射線產(chǎn)生的相對(duì)生物效應(yīng)（RBE）高，染色體畸變的有效性較大，對(duì)植物形態(tài)建成、代謝、遺傳特性及有用品種的經(jīng)濟(jì)性狀均會(huì)受到不同程度的影響［2－5］。

采用60Co-γ射線誘導(dǎo)，利用射線的高能量誘導(dǎo)生物的遺傳變異，促使遺傳基礎(chǔ)的改變和重組，從而得到有價(jià)值的突變體。我國(guó)自1957年開始進(jìn)行輻射育種工作以來，輻射育種取得重大成就。據(jù)FAO/IAEA不完全統(tǒng)計(jì)，至1989年，已有51個(gè)國(guó)家在1 330種作物育種中應(yīng)用。但目前輻射育種主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)。在林業(yè)育種中，有報(bào)道稱用60Co-γ射線處理懸鈴木種子和1年生枝條中段的芽，獲得部分枝葉變紅色的植株品系和不育植株品系［6］。

本研究采用60Co-γ射線照射了6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株的種子，初步觀察輻射后種子發(fā)芽率和苗期形態(tài)的改變，以確定其輻射誘變的適宜劑量。研究結(jié)果可為黃山欒樹輻射育種工作的進(jìn)一步開展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

來自江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院景觀樹種與花卉研究所篩選的6個(gè)黃山欒樹（Koelreuteria integrifoliaMerr.）優(yōu)株的成熟種子。

1.2 輻射處理試驗(yàn)

以江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能應(yīng)用研究所的60Co-γ射線為輻射源，采用慢輻射的方法處理。輻射劑量分別為100，200，400，600，800 Gy及0（CK），劑量率0.88 Gy/min。受輻射的每?jī)?yōu)株成熟種子數(shù)均為100粒。

1.3 相對(duì)出苗率與輻射半致死劑量的測(cè)定

3月15日，將處理種子與對(duì)照種子播于盛有黃沙的溫室苗床中，黃沙厚10 cm，采用點(diǎn)播方式，播后覆以厚1 cm細(xì)黃沙，于室溫（25～28℃）下保持濕潤(rùn)，烈日高溫天氣用遮陽(yáng)網(wǎng)遮陰，遮陰度50%。3月25日開始進(jìn)行不間斷觀察，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，直到連續(xù)3 d無種子繼續(xù)發(fā)芽時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，每組試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果數(shù)據(jù)取均值。計(jì)算各輻射劑量下的相對(duì)發(fā)芽率。發(fā)芽率（%）＝發(fā)芽的種子數(shù)/播種的種子數(shù)×100。相對(duì)發(fā)芽率（%）＝實(shí)測(cè)的發(fā)芽率/對(duì)照組發(fā)芽率×100。

對(duì)相對(duì)發(fā)芽率與輻射劑量的相關(guān)性進(jìn)行分析，本試驗(yàn)采用輻射后種子相對(duì)發(fā)芽率為50%時(shí)的劑量，即半致死劑量（LD50）作為適宜的輻射劑量，并參照周小梅等［7］的回歸方程方法計(jì)算。具體做法為，將輻射劑量作為自變量x，不同劑量下的相對(duì)發(fā)芽率作為因變量y，利用直線回歸方程y＝a＋bx，計(jì)算a，b的值，再分別計(jì)算6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株種子的LD50。

式中，b為回歸系數(shù)，a為常數(shù)，N為處理種子數(shù)量。

1.4 輻射當(dāng)代出苗率與輻射劑量相關(guān)性

黃山欒樹優(yōu)株種子相對(duì)發(fā)芽率與輻射劑量間的相關(guān)系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輻射劑量對(duì)黃山欒樹種子相對(duì)發(fā)芽率的影響

利用相關(guān)系數(shù)關(guān)系式得出各黃山欒樹優(yōu)株種子2者的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)供試6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率與所接受輻射劑量整體上呈負(fù)相關(guān)，相對(duì)發(fā)芽率隨輻射劑量的增加而下降（見表1）。

當(dāng)輻射劑量為100 Gy時(shí)，黃山欒樹優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率上升了5.2%～8.3%，其中上升幅度最大的是5號(hào)優(yōu)株，其次2號(hào)優(yōu)株，上升幅度最小的是4號(hào)優(yōu)株。當(dāng)輻射劑量為400 Gy時(shí)，各黃山欒樹優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率下降了38.2%～49.2%，其中下降幅度最大的是4號(hào)優(yōu)株，下降幅度最小的是5號(hào)優(yōu)株。當(dāng)輻射劑量為600 Gy時(shí)，各黃山欒樹優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率都急劇下降，說明600 Gy可能是輻射劑量影響相對(duì)發(fā)芽率的臨界值。當(dāng)輻射劑量為100 Gy時(shí)，黃山欒樹各優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率都有不同程度的上升。上述結(jié)果與前人在日日春、毛竹等種子的輻射誘變研究中［8］，采用低劑量射線輻射使處理后的種子發(fā)芽率反而升高的現(xiàn)象類似，這可能由于輻射引起種子內(nèi)部生物自由基或有關(guān)酶的活性變化有關(guān)，從而提高了種子的新陳代謝水平，促進(jìn)了種子的萌發(fā)［8］。

表1 不同輻射劑量下優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率 %

2.2 黃山欒樹優(yōu)株種子的輻射半致死劑量

通過計(jì)算，6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株種子射線輻射的半致死劑量分別為478 Gy（優(yōu)1）、503 Gy（優(yōu)2）、496 Gy（優(yōu)3）、458 Gy（優(yōu)4）、518 Gy（優(yōu)5）、485 Gy（優(yōu)6）。當(dāng)劑量為400 Gy時(shí)，所有黃山欒樹優(yōu)株種子相對(duì)發(fā)芽率均低于61.8%；當(dāng)劑量為600 Gy時(shí)，各優(yōu)株的相對(duì)發(fā)芽率均低于15.9%；當(dāng)劑量為800 Gy時(shí)，所有種子幾乎不出芽。這些數(shù)據(jù)為選擇適宜的輻射劑量開展黃山欒樹輻射育種工作提供了依據(jù)。

2.3 不同輻射劑量處理的黃山欒樹種子后續(xù)新萌幼苗形態(tài)變化

60Co-γ射線輻射處理黃山欒樹種子可導(dǎo)致當(dāng)代新萌發(fā)幼苗的表型發(fā)生改變。試驗(yàn)結(jié)果見表2，與對(duì)照植株相比，輻射處理后的許多植株真葉葉緣出現(xiàn)2～5個(gè)缺刻，輻射劑量越大，缺刻越明顯，有些植株葉片還出現(xiàn)皺縮。而且隨著輻射劑量的增加，黃山欒樹葉片的長(zhǎng)度與寬度總體呈減小趨勢(shì)，幼莖枝條形態(tài)和顏色的畸變?cè)?00 Gy劑量非常明顯。

表2 黃山欒樹優(yōu)株種子輻射后植株生長(zhǎng)情況

3 討論

黃山欒樹為高大喬木，是優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種，觀賞價(jià)值較高，園林應(yīng)用十分廣泛［9］。本試驗(yàn)在篩選了大量黃山欒樹優(yōu)株的基礎(chǔ)上，選擇了6個(gè)植株的種子，希望利用輻射誘發(fā)基因突變或染色體結(jié)構(gòu)變異、倍性變異，使突變頻率提高，從而使定向地創(chuàng)造和篩選變異植株成為可能［10］。在輻射育種試驗(yàn)中，確定適宜輻射劑量十分重要，選擇適宜輻射劑量，既能使M1代有足夠的植株成活率，又能保證M2代產(chǎn)生較多的突變類型、有較高的突變頻率和足夠的可供選擇的群體。在誘變育種的實(shí)踐中，一般只觀察M1代的生理?yè)p傷程度，而對(duì)種子的誘變劑量是否合適做出評(píng)估，并用來預(yù)測(cè)突變發(fā)生頻率的大?。?1－12］。

本研究認(rèn)為，供試6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株種子的相對(duì)發(fā)芽率與所接受的輻射劑量整體上呈負(fù)相關(guān)，即相對(duì)發(fā)芽率隨輻射劑量的增加而下降，輻射劑量600 Gy可能是影響相對(duì)發(fā)芽率的臨界值；優(yōu)株1，2，3，4，5及6的半致死劑量分別為478，503，496，458，518和485 Gy；輻射后能夠萌發(fā)的種子有一部分能存活并繼續(xù)生長(zhǎng)。至于6個(gè)黃山欒樹優(yōu)株種子在各輻射劑量處理下，植株的年生長(zhǎng)量、形態(tài)、莖葉色澤變異等具體生長(zhǎng)表現(xiàn)，尚有待進(jìn)一步跟蹤研究。

［1］ 陳子元.從輻射育種的發(fā)展來展望航天育種的前景［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2002，16（2）：261-263.

［2］ 黃慧德，易克賢.60Co-γ輻射對(duì)柱花草種子發(fā)芽的影響［J］.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（4）：22-25.

［3］ 賈建航，王 斌.空間誘變育種研究進(jìn)展［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，1999，13（3）：187-192.

［4］ 劉振聲，丘泉發(fā)，黃文忠，等.加速重離子輻射對(duì)水稻的生物學(xué)效應(yīng)研究［J］.輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào)，1991，9（3）：139-144.

［5］ 鄧 紅，梅曼彤，盧永根，等.加速器氬離子在水稻育種中的應(yīng)用［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，1994，8（2）：70-74.

［6］ 李志能，劉國(guó)鋒，包滿珠.懸鈴木種子60Co-γ輻照及其苗期生物學(xué)性狀調(diào)查［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2OO6，20（4）：299-302.

［7］ 周小梅，趙運(yùn)林，蔣建雄，等.幾種冷季型草坪革輻射敏感性及其輻射育種半致死劑量的確定［J］.湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，27（1）：75-8.

［8］ 王少平.輻射育種在園林植物育種中的應(yīng)用［J］.種子，2008，27（12）：63-68.

［9］ 唐 麗.我國(guó)欒樹的種植資源［J］.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，10（3）：191-194.

［10］蔡春菊，高 健，牟少華.60Co-γ輻射對(duì)毛竹種子活力及早期幼苗生長(zhǎng)的影響［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，21（5）：436-440.

［11］馬惠平，趙永亮，楊光宇.誘變技術(shù)在作物育種中的應(yīng)用［J］.遺傳，1998，20（4）：48-50.

［12］Fairless D.Biofuel：The little shrub that could-maybe［J］.Nature，2007（449）：652-655.

Irradiation experiment by60Co-γray of the seed of Koelreuteria integrifoliola

JIANG Ze-ping，LIU Gen-lin，ZHANG Min，DONG Xiao-yun，HUANG Li-bin，LIANG Zhen-hai
（Jiangsu Academy of Forestry，Nanjing 211153，China）

The seeds of6 superior individuals of Koelreuteria integrifoliola were irradiated respectively by60Co-γray at dosages of 100，200，400，600 and 800 Gy，and also the germination of seeds and aftermath growth of seedlings were investigated.The results indicated that the rank of their half lethal dosage was listed as follows，“You 5”（518 Gy）＞“You 2”（503 Gy）＞“You 3”（496 Gy）＞“You 6”（485 Gy）＞“You 1”（478 Gy）＞“You 4”（458 Gy）.Some kinds of variation were observed in themorphology of young leaf and stem after the germination of the seeds irradiated at different dosage.

Koelreuteria integrifoliola；Seed；60Co-γray；Irradiation

S687.1；713.98

A

10.3969/j.issn.1001－7380.2015.01.007

1001－7380（2015）01－0033－03

2014-09-15；

2014-12-04

江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（BE2013450）；江蘇省林業(yè)三新工程項(xiàng)目（LYSX［2014］03）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目［CX（12）2042］

蔣澤平（1963－），男，江蘇丹陽(yáng)人，研究員，大學(xué)本科畢業(yè)，主要從事林木良種選育與植物組織培養(yǎng)技術(shù)研究。