γ射線輻照對劍麻H.11648種子發(fā)芽及幼苗生長的影響

李俊峰，周文釗*，陸軍迎，張燕梅，徐宏，黃志勇，黃燕萍

(1. 中國熱帶農業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；2. 海南省熱帶作物營養(yǎng)重點實驗室，廣東 湛江 524091；3. 江西省農業(yè)科學院原子能應用研究所，南昌 330200)

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γ射線輻照對劍麻H.11648種子發(fā)芽及幼苗生長的影響

李俊峰1,2，周文釗1,2*，陸軍迎1,2，張燕梅1,2，徐宏3，黃志勇3，黃燕萍3

(1. 中國熱帶農業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；2. 海南省熱帶作物營養(yǎng)重點實驗室，廣東 湛江 524091；3. 江西省農業(yè)科學院原子能應用研究所，南昌 330200)

摘要：為研究γ射線輻照對劍麻的生理生化變化的影響，用6個不同劑量的60Coγ射線輻照處理劍麻H.11648的干種子，測定處理后種子的萌芽率，以及種子萌芽后幼苗葉片的超氧化歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量，觀測輻照對幼苗生長的影響。結果表明：30 Gy的輻照對劍麻H.11648種子萌發(fā)具有促進作用，較高劑量的輻照對種子萌發(fā)有抑制作用，且隨著劑量的增大，抑制作用增強；幼苗葉片SOD酶的活性和MDA含量均隨著輻照劑量的增加先升高后降低；輻照對幼苗的生長有抑制作用，劑量越高抑制作用越強。

關鍵詞：60Coγ射線；劍麻H.11648；種子萌芽；SOD酶；MDA含量

劍麻(AgavesisalanaPerr.exEngelm.)是一種龍舌蘭屬的葉纖維植物，主要分布在美洲、非洲、大洋洲等熱帶亞熱帶高溫干旱地帶，其中墨西哥資源最豐富，是公認的龍舌蘭屬植物的起源中心[1]。劍麻纖維是國際上最重要的一種硬質纖維，具有強度高、韌性好、耐酸堿、不帶靜電等優(yōu)點，在國際市場供不應求[2]。然而我國不是劍麻原產地，其劍麻種質主要從墨西哥、肯尼亞等國引進。目前我國劍麻生產僅有一個當家品種-劍麻H.11648，上世紀50年代由東非坦桑尼亞劍麻試驗站育成，于上世紀六十年代引進我國[3]。自引進試種以來，劍麻H.11648表現出產量高，纖維質量良好等優(yōu)點。但由于幾十年來的單一種植，品種退化嚴重，容易感染斑馬紋病[4]，一旦感病便發(fā)病嚴重，難于恢復生長，以致給麻農造成巨大損失。因此，生產上亟需增設新的劍麻栽培品種。然而，劍麻是多年生一稔作物，生命周期通常達到八到十年，利用常規(guī)方法育成一個品種一般需要二三十年乃至更長時間。輻射育種是生物育種的一種方法，具有安全可靠、變異性穩(wěn)定，可以在短時間內完成新品種培育等優(yōu)點[5]。60Coγ輻射是一種重要的輻射手段，在許多農作物育種中得到廣泛的應用[6-7]。目前，關于劍麻常規(guī)育種有一些研究報道[8]，但有關輻射誘變育種的研究鮮見報道。本試驗利用不同劑量的60Coγ射線處理劍麻H.11648種子，研究不同劑量輻照對其種子發(fā)芽及幼苗生理生化指標的影響，為劍麻輻射育種提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料

供試劍麻H.11648種子為2012年11月下旬收獲的新種子，種子采集地點為廣西國有農墾山圩農場。采后通風干燥，置于陰涼處塑料袋封存。種子凈度約為57.1%，千粒重約為19.9 g。處理時凈種子平均含水量為9.13%。

1.2試驗方法

1.2.1輻照處理

將劍麻H.11648種子裝入牛皮紙袋內，于2012年12月上旬在江西省農業(yè)科學院原子能應用研究所鈷源室進行輻照處理，輻照劑量分別為30 Gy、60 Gy、90 Gy、120 Gy和150 Gy，劑量率為0.44 Gy/min。以未輻照種子為對照，每個處理種子重量約為200 g。

1.2.2種子發(fā)芽試驗

處理后的一部分種子用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡20 min消毒，接著用蒸餾水清洗三遍，然后平鋪在鋪有濕濾紙的培養(yǎng)皿內，置于生化培養(yǎng)箱內26℃恒溫培養(yǎng)。每處理200粒種子，3次重復。種子萌發(fā)后以胚加上下胚軸達到或超過種子長度為標準記載發(fā)芽數。統(tǒng)計完后將萌發(fā)種子種入育苗盆中，置于溫室大棚培養(yǎng)，常規(guī)管理。

1.2.3幼苗生理生化指標及生長指標測定

取在育苗盆中培育20 d的幼苗葉片進行生理生化指標測定，每個處理隨機取3株幼苗，3個重復。采用氮藍四唑(NBT)顯色法測定超氧化歧化酶(SOD)活性[9]，硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛(MDA)含量[10]。溫室大棚培育第20天開始測量幼苗株高、葉片長和葉片寬，每個處理隨機取10株，3個重復共30株，每5天測量一次，共測定6次，計算其平均值。

1.2.4數據分析

對以上所獲得的數據采用Excel 2007繪制圖表，用SAS 9.0處理軟件進行統(tǒng)計分析。

2結果與分析

2.1不同輻照處理對劍麻H.11648種子萌發(fā)的影響

由圖1可以看出，30 Gy輻照處理劍麻H.11648種子的發(fā)芽率隨著天數增加而快速增大，輻照后第5天其發(fā)芽率達到21.3%，第6天達到54.6%，第8天達到81.6%，第8天之后萌發(fā)速度明顯放緩；對照第7天才開始萌芽(36.2%)，之后快速萌發(fā)，第9天發(fā)芽率達到82.6%，第9天之后種子沒有進一步發(fā)芽；60 Gy輻照處理種子發(fā)芽率呈穩(wěn)步上升趨勢，第8天之后萌發(fā)速度也明顯放緩；當輻照劑量超過90 Gy時種子發(fā)芽延遲，150 Gy處理的種子直至第9天才開始發(fā)芽；輻照后第12天之后所有種子沒有進一步發(fā)芽。

圖1　不同劑量γ射線輻照對劍麻H.11648種子發(fā)芽率的影響(平均值±標準誤)

2.2不同輻照處理對劍麻H.11648幼苗SOD酶活性和MDA含量的影響

如圖2所示，劍麻H.11648幼苗的SOD酶活性和MDA含量均隨著輻照劑量的增加先升高后降低，在90 Gy時出現峰值。

A)SOD酶活性的變化趨勢；B)MDA含量的變化趨勢

圖2輻照對劍麻H.11648幼苗SOD酶和MDA含量的影響

Fig.2The effects of irradiation on SOD activity and MDA content ofAgaveH. 11648 seedlings

2.3不同輻照處理對劍麻H.11648幼苗株高、葉長和葉寬的影響

如表1所示，γ射線輻照處理對劍麻H.11648幼苗的生長有顯著影響。其株高、葉長和葉寬均隨著輻照劑量的增加而減小，不同處理劑量間有極顯著差異。其葉形指數也是隨著輻照劑量的加大而逐漸減小。

表1輻照對劍麻H.11648幼苗生長的影響

Tab.1Effects of irradiation on the growth ofAgaveH.11648 seedlings

劑量(Gy)株高(cm)葉長(cm)葉寬(cm)葉形指數09.22±0.08aA7.31±0.12aA1.51±0.02aA4.67±0.05aA308.80±0.07bB7.02±0.06bB1.43±0.01bB4.75±0.02bAB607.89±0.02cC6.28±0.01cC1.32±0.01cC4.60±0.03cB907.01±0.05dD5.47±0.01dD1.22±0.01dD4.37±0.03dC1205.94±0.10eE4.47±0.04eE1.12±0.01eE3.93±0.03eD1505.66±0.02fF4.16±0.03fF1.06±0.01fF3.89±0.03eD

注：(1)表中數據為劍麻H.11648幼苗生長指標測定數據的6次測定平均值±標準差；(2)同列數據后小寫英文字母不同者表示經Duncan法檢驗差異顯著，大寫英文字母不同者表示差異極顯著。

如圖3所示，隨著定植時間的增加，劍麻H.11648幼苗在不斷地生長(株高、葉長、葉寬逐漸增大)。其幼苗的生長受到γ射線輻照的抑制，劑量越高抑制作用越強。在定植30天內，低劑量(30 Gy)處理對幼苗生長的影響與對照相比沒有顯著差異；定植25天內，90 Gy劑量處理與60 Gy處理對幼苗生長的影響沒有顯著差異；而150 Gy與120 Gy劑量處理對其幼苗生長的影響在定植35天內均無顯著差異。在定植35天后不同劑量之間對其幼苗的生長開始有顯著的差異。幼苗葉片葉形指數隨著定植天數的增加而逐漸增大，而輻照劑量越大其葉形指數越小，并隨著定植天數的增加不同劑量之間葉形指數的差異越來越顯著。

A)株高變化；B)葉長變化；C)葉寬變化；D)葉形指數變化

3討論

3.1不同輻照處理對劍麻種子萌發(fā)的影響

譚美蓮等認為60Coγ輻照對蓖麻種子萌芽有延緩作用，但最終發(fā)芽率影響不明顯[11]。而本研究劍麻種子萌芽試驗表明，60Coγ輻照對劍麻H.11648種子的萌發(fā)有顯著的影響，低劑量(30 Gy)輻照對種子萌發(fā)有促進作用，其種子發(fā)芽累積數大于對照；高劑量(90 Gy以上)輻照對種子萌芽有延緩效應，隨著輻照劑量的增加延緩效應逐漸增強，最終抑制種子的萌芽，其發(fā)芽率顯著低于對照。低劑量輻照促進種子萌發(fā)與諸多因素有關[12]。Maherchandani等將促進野燕麥(AvenafatuaL.)種子萌芽的因素歸功于低劑量的γ輻照提高了細胞攝取氧的能力，導致有機和無機過氧自由基的產生，最終導致種子休眠的打破[13]。盡管劍麻種子沒有休眠期，本研究結果表明低劑量γ輻照確實促進了種子的萌發(fā)。根據前人的研究結果推測高劑量γ輻照可能造成細胞染色體的損害從而抑制了種子的萌發(fā)[14]。具體的原因有待進一步的試驗驗證。

3.2不同輻照處理對劍麻幼苗生理生化及生長的影響

前人研究表明，誘變可引起植物體內活性氧含量增加，從而導致抗氧化酶活性及MDA含量等生理指標發(fā)生變化[15]。本研究的生理生化指標測定結果表明，在90 Gy以下劑量范圍，膜脂過氧化增強，細胞內活性氧等有害物質含量增加，從而刺激劍麻幼苗SOD酶活性增強和MDA含量的增加，修復輻照對細胞產生的損傷；但隨著輻照劑量的不斷加大，有害物質積累過多，對細胞內原有正常的保護反應和原保護系統(tǒng)酶產生的干擾及破壞作用不斷加劇，導致脂膜過氧化反應和酶代謝紊亂，使得SOD酶活性和MDA含量達到一定峰值后開始逐漸下降。

有研究認為植物株高主要是由多基因控制的定量性狀，每個基因都有微量效應，這就是所謂的遺傳加性效應[16]。鑒于此，本研究認為γ輻照對劍麻株高、葉長、葉寬的影響是逐步累積的，在劍麻幼苗生長初期的抑制作用并不明顯，需要一段時間(處理47天后)才會產生顯著的影響。這一結果與易立颯等在油茶種子γ輻照試驗中的研究結論一致[17]。

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The Effects of γ-Rays Irradiation on Seeds Germination and Seedlings Growth ofAgaveH.11648

LI Junfeng1,2, ZHOU Wenzhao1,2*, LU Junying1,2, ZHANG Yanmei1,2,XU Hong3, HUANG Zhiyong3, HUANG Yanping3

(1. South Subtropical Crops Research Institute, CATAS, Zhanjiang 524091, Guangdong, China;2. Hainan Provincial Key Laboratory for Tropical Crops Nutrition, Zhanjiang 524091, Guangdong, China;3. Atomic Application Institute, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China)

Abstract:The objective of this study was to evaluate the effects of irradiation with different doses (0, 30, 60, 90, 120 and 150 Gy) of60Coγ rays on germination, the activity of superoxide dismutase (SOD) and the content of malondialdehyde (MDA). And seedlings growth of agave (Agave H.11648) were investigated. The seed germination was promoted at low-dose irradiation, but was inhibited at higher-dose. The activity of SOD and the content of MDA were gradually increased with the increase of the dose, reached to peak, and then decreased. Therefore, the growth of the seedlings were inhibited by60Coγ-rays, the dose was more, and inhibition was higher.

Key words:60Coγ-rays; Agave H.11648; seed germination; SOD activity; MDA content

中圖分類號：S563.8

文獻標識碼：A

作者簡介：李俊峰(1980-)，男，碩士，助理研究員，研究方向為劍麻育種。E-mail：317513292@qq.com。*通訊作者：周文釗(1965-)，男，學士，副研究員，研究方向為劍麻育種。E-mail：zwenzhao@163.com。

基金項目：中國熱帶農業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所基本科研業(yè)務費專項資助(1251022011010)；現代農業(yè)產業(yè)技術體系(CARS-19)

收稿日期：2015-12-29

文章編號：1671-3532(2016)02-0049-05