輻照劑量對棕櫚藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響

李榮生　尹光天　楊錦昌　鄒文濤　王 旭　余 紐　程林林

（中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所　廣州　510520）

輻照劑量對棕櫚藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響

李榮生尹光天楊錦昌鄒文濤王 旭余 紐程林林

（中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所廣州510520）

為確定棕櫚藤的適合輻照劑量域值，以黃藤、單葉省藤、杖藤和小鉤葉藤4種棕櫚藤為研究對象，以種子為輻照材料，以60CO-γ為輻射源，研究輻照劑量對4種棕櫚藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響。結(jié)果表明：以5 gy/min為劑量率、50 gy為輻照劑量步長上升時，在0～100 gy輻照劑量內(nèi)，黃藤、單葉省藤、杖藤、小鉤葉藤種子發(fā)芽率、莖長、根長和植株總長均隨著輻照劑量的上升而呈一般顯著、顯著或極顯著下降；當(dāng)輻照劑量超過100 gy時，4個藤種的發(fā)芽率均降為0，即種子全部失活。以輻照劑量為自變量x、發(fā)芽率為因變量y擬合的一元回歸方程計算表明，黃藤、單葉省藤、杖藤和小鉤葉藤種子的半致死劑量分別為53.94、28.01、58.34和75 gy。研究結(jié)果顯示，輻照劑量對棕櫚藤的種子萌發(fā)和苗木生長具有抑制作用，其輻照劑量范圍為50～100 gy。通過輻照培育高產(chǎn)棕櫚藤品種難度較大，輻照可能更加適合以其他性狀為目標(biāo)的棕櫚藤育種。

棕櫚藤；黃藤；單葉省藤；杖藤；小鉤葉藤；輻照劑量；種子萌發(fā)；苗木生長

輻照是指采用電離輻射技術(shù)進行處理的過程［1］，是農(nóng)林植物育種常用手段之一。通過輻照可引發(fā)植物材料的遺傳信息變化從而導(dǎo)致莖、葉、花、果等器官的表型突變，從中選擇表型突變的種質(zhì)并進行繁殖和區(qū)域栽培測試后可獲得新品種和良種。據(jù)國際原子能機構(gòu)2002年統(tǒng)計，通過輻照誘變培育形成的作物新品種超過2 000種，其中中國育成的新品種超過600種［2］。目前輻照育種在作物［2］、花卉［3］、果樹［4］、林木［5］均有涉及，而棕櫚藤植物的輻照育種工作則尚未見到。

輻照劑量是植物進行輻照時需要考慮的重要因素。輻照劑量過高可能導(dǎo)致植物材料全部死亡，篩選不到突變體；輻照劑量過低不能使植物材料產(chǎn)生變異，也達(dá)不到需要的變異。因此，確定合理輻照劑量是植物輻照育種需要考慮的重要技術(shù)指標(biāo)。植物對輻照劑量的敏感性因輻照材料類型而異，通常營養(yǎng)器官材料對輻照劑量的敏感性強于繁殖器官［2］，繁殖器官因在輻照后容易培育而廣泛采用。輻照劑量對繁殖器官的影響通常因種而異，一般會隨著輻照劑量的增加會降低種子的成活率和苗木生長，但在低輻照劑量和劑量率條件下也有可能會提高種子的成活率和苗木生長［6-7］。因此，對于具體的物種需要通過試驗確認(rèn)其適宜的輻照劑量。

棕櫚藤在狹義上是指天然分布于亞洲、非洲和大洋洲的棕櫚科藤本植物，其莖可以加工制成籃筐、桌椅、家具和工藝品，以藤莖為原材料的藤加工業(yè)已形成了一個年國際貿(mào)易額上億美元的產(chǎn)業(yè)［8］。棕櫚藤的栽培具有悠久的歷史，目前生產(chǎn)上所用的棕櫚藤種苗仍為未經(jīng)遺傳選育的繁殖材料。棕櫚藤育種雖然早在20世紀(jì)70年代就被列入研究議題，但其進度卻十分緩慢。迄今棕櫚藤育種所采用的方式有藤種篩選、種源選擇、家系選擇和無性系選擇等常規(guī)育種方式。雖然有單葉省藤家系和組培家系選擇的報道［9-10］，但這些選擇出來的優(yōu)良家系或組培家系仍為幼林選擇的結(jié)果，且側(cè)重于產(chǎn)量方面的選擇，難于滿足棕櫚藤栽培品種化和良種化的發(fā)展需要。鑒于輻照在多種農(nóng)林植物育種上的成功案例，有理由相信輻照也可在棕櫚藤種質(zhì)創(chuàng)制和育種上發(fā)揮作用，然而目前缺少實驗證據(jù)驗證。有鑒于此，本文研究了輻照劑量對4種棕櫚藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響，以期為棕櫚藤輻照育種技術(shù)的可行性提供實驗證據(jù)并為確定棕櫚藤的輻照劑量域值提供參考。

1　試驗材料與方法

1.1輻照劑量對黃藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響

1.1.1試驗材料

試驗材料為黃藤［Daemonorops jenkinsiana（Griffith）Martius］種子。黃藤果實采集于2011年1月，地點為廣西壯族自治區(qū)憑祥市中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實驗中心英陽工區(qū)，采種林分為人工栽培的黃藤人工林。采集的果實于2011年1月下旬通過物流送達(dá)廣州，在廣州中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所內(nèi)通過搓擦脫粒和水選獲得新鮮種子。種子經(jīng)均勻混合后隨機分成5份，每份約8 kg。

1.1.2試驗設(shè)計

以輻照劑量作為試驗因素，設(shè)置50、100、150和200 gy 4個水平，以不輻照（0 gy）為對照，共計5種處理。采用完全隨機化設(shè)計，將上述5份種子隨機分配，每份種子進行1種輻照劑量的處理。2011年1月底將需要輻照處理的種子送至廣州輻銳高能技術(shù)有限公司進行輻照處理，輻照強度為5 gy/min。

1.1.3培育方法

輻照后的種子和對照種子置于玻璃溫室內(nèi)培育。培育基質(zhì)為河沙鋪就的沙床。將沙床設(shè)置5個區(qū)域，通過抽簽法將各區(qū)域隨機分配給5種處理的種子進行播種。播種采用撒播，撒播后覆沙2～3 cm。播后常規(guī)管理，保持供水，使沙床保持濕潤。

1.1.4幼苗生長調(diào)查及處理

播后1年，每個沙床區(qū)域隨機抽取3個20 cm ×20 cm的樣方進行調(diào)查，統(tǒng)計樣方內(nèi)的苗木和種子數(shù)量，并對所有苗木的根（地下部分）、莖葉（地上部分）長度進行測量，精確到0.1 cm。在每種處理的沙床區(qū)域內(nèi)隨機抽取30株幼苗用于生物量測定，將抽取的苗木分地下部分和地上部分長度測定后，放置于烘干箱中在105℃條件下殺青1 h，然后在80℃條件下烘干至恒重。

1.1.5數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計每個樣方中種子的發(fā)芽率，發(fā)芽率=苗木數(shù)×100%/（苗木數(shù)+種子數(shù)）。每個輻照處理的發(fā)芽率取3個樣方發(fā)芽率的算術(shù)平均數(shù)。處理間差異顯著性檢驗采用方差分析法，如果方差分析法檢出結(jié)果為差異顯著則采用鄧肯式新復(fù)極差值法進行多重比較［11］。以輻照劑量為自變量x，以發(fā)芽率為因變量y，在0～100 gy范圍內(nèi)采用最小二乘估計法構(gòu)建發(fā)芽率與輻照劑量的線性回歸模型［11］，從中求解發(fā)芽率為0輻照水平發(fā)芽率一半時的輻照劑量為半致死輻照劑量。

1.2輻照劑量對單葉省藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響

1.2.1試驗材料

試驗材料為單葉省藤（Calamus simplicifolius Wei）種子。單葉省藤果實采集于2010年11月底，采種地點為廣東省惠州市紅花湖公園內(nèi)，采種林分為人工栽培的單葉省藤人工林。采集的果實于2010年12月上旬帶回廣州中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所內(nèi)通過搓擦脫粒和水選獲得新鮮種子。種子經(jīng)均勻混合后隨機分成15份，每份50粒，作為輻照材料。

1.2.2試驗設(shè)計

以輻照劑量作為試驗因素，設(shè)置50、100、150和200 gy等4個水平，以不輻照（0 gy）為對照，共計5種處理。采取完全隨機化設(shè)計，將上述15份種子隨機分成5組，每組3份種子；每組分配1種處理，即每種處理3個重復(fù)。2010年12月上旬將需要輻照處理的種子送至廣州輻銳高能技術(shù)有限公司按標(biāo)識水平進行輻照，輻照強度為5 gy/min。

1.2.3培育方法

將輻照后的種子和對照種子置于玻璃溫室內(nèi)培育。培育容器為方形塑料盆，基質(zhì)為河沙。播種采用條播，條內(nèi)每種子間隔2～3 cm，條播后覆沙2～3 cm。播后常規(guī)管理，保持供水，使盆沙保持濕潤。

1.2.4幼苗生長調(diào)查

播后1年，對每個盆進行調(diào)查，統(tǒng)計盆內(nèi)的單葉省藤苗木和種子數(shù)量，并對所有苗木的根（地下部分）、莖葉（地上部分）長度進行測量，精確到0.1 cm。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

每個重復(fù)的發(fā)芽率=苗木數(shù)×100%/（苗木數(shù)+種子數(shù)）。各處理的發(fā)芽率為3個重復(fù)發(fā)芽率的算術(shù)平均數(shù)。如果發(fā)芽率不為0的水平數(shù)為2則采用t檢驗法，如果發(fā)芽率不為0的水平數(shù)不低于3個則采用方差分析法。如果方差分析法檢出結(jié)果為差異顯著則采用鄧肯式新復(fù)極差值法進行多重比較。以輻照劑量為自變量x，以發(fā)芽率為因變量y，在發(fā)芽率不為0的輻照劑量范圍內(nèi)采用最小二乘估計法構(gòu)建發(fā)芽率與輻照劑量的線性回歸模型，從中求算發(fā)芽率為0輻照水平發(fā)芽率一半時的輻照劑量為半致死輻照劑量。

1.3輻照劑量對杖藤、小鉤葉藤種子萌發(fā)和苗木生長的影響

1.3.1試驗材料

試驗材料為杖藤（Calamus rhabdocladus Burret）和小鉤葉藤（Plectocomia microstachys Burret）種子。藤種果實采集于2010年3月下旬，采集地點為海南省尖峰嶺國家森林公園，采種植株為天然杖藤和小鉤葉藤植株。采集的果實于2010年3月下旬在廣州中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所內(nèi)通過搓擦脫粒和水選獲得新鮮種子。杖藤種子經(jīng)均勻混合后隨機分成7份，每份10粒，作為輻照試驗材料；小鉤葉藤種子經(jīng)均勻混合后隨機分成4份，每份50粒。

1.3.2試驗設(shè)計

以輻照劑量作為試驗因素，對杖藤種子設(shè)置50、100、150、200、250和300 gy等6個水平，以不輻照（0 gy）為對照，共計7種處理；采用完全隨機化設(shè)計，將7份杖藤種子隨機分配1種處理。以輻照劑量作為試驗因素，對小鉤葉藤種子設(shè)置100、200和300 gy等3個水平，以不輻照（0 gy）為對照，共計4種處理；采用完全隨機化設(shè)計，將4份小鉤葉藤種子隨機分配，每份種子分配1種處理。2010年4月上旬將需要輻照處理的杖藤和小鉤葉藤種子送至安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)按設(shè)定水平進行輻照，輻照強度為2 gy/min。

1.3.3培育方法

將輻照后的種子置于玻璃溫室內(nèi)培育。培育容器為方形塑料盆，基質(zhì)為河沙。播種采用條播，條內(nèi)種子相距2～3 cm，播后覆沙2～3 cm。播后常規(guī)管理，保持供水，使盆沙保持濕潤。

1.3.4幼苗生長調(diào)查

播后1年，對每個盆進行調(diào)查，統(tǒng)計盆內(nèi)的苗木和種子數(shù)量，并對所有苗木的根（地下部分）、莖葉（地上部分）長度進行測量，精確到0.1 cm。

1.3.5數(shù)據(jù)處理

每個處理的發(fā)芽率=苗木數(shù)×100%/（苗木數(shù)+種子數(shù)）。如果發(fā)芽率不為零的水平數(shù)為2則采用t檢驗法，如果發(fā)芽率不為零的水平數(shù)不低于3個則采用方差分析法。如果方差分析法檢出結(jié)果為差異顯著則采用鄧肯式新復(fù)極差值法進行多重比較。以輻照劑量為自變量x，以發(fā)芽率為因變量y，在發(fā)芽率不為0的輻照劑量范圍內(nèi)采用最小二乘估計法構(gòu)建發(fā)芽率與輻照劑量的線性回歸模型，從中求算發(fā)芽率為輻照強度為0時發(fā)芽率一半時的輻照劑量為半致死輻照劑量。

2　研究結(jié)果

2.1輻照劑量對黃藤種子發(fā)芽的影響

不同輻照劑量下黃藤種子的發(fā)芽率見圖1。由圖1可以看出，在0～100 gy輻照劑量范圍內(nèi)，黃藤種子發(fā)芽率隨著50 gy輻照劑量步長上升而呈現(xiàn)極顯著降低。對照黃藤種子發(fā)芽率為55.19%，而接受50 gy輻照劑量的黃藤種子發(fā)芽率降為34.64%；當(dāng)輻照劑量為100 gy時，黃藤種子活力幾乎全部喪失，其發(fā)芽率僅為2.17%，接近于0。當(dāng)輻照劑量為150和200 gy時，黃藤種子發(fā)芽率均為0。

圖1　不同輻射劑量下黃藤種子發(fā)芽率

發(fā)芽率y與輻照劑量x的回歸模型為y= -0.53x+57.18，據(jù)此模型計算出黃藤種子半致死輻照劑量為53.94 gy。

2.2輻照劑量對黃藤苗木生長的影響

不同輻照劑量處理的黃藤幼苗生長的調(diào)查結(jié)果見表1。由表1可以看出，在0～100 gy輻照劑量范圍內(nèi)，黃藤苗木生長隨著50 gy輻照劑量步長增加時呈現(xiàn)嚴(yán)重抑制，經(jīng)50 gy輻照劑量處理的黃藤種子萌發(fā)后其莖長、總根長、地上部生物量、根系生物量、植株總生物量均極顯著低于對照，而100 gy輻照劑量處理的黃藤種子萌發(fā)后其上述生長指標(biāo)均極顯著低于50 gy輻照劑量的處理。當(dāng)輻照劑量超過100 gy時，種子全部失活。

表1　不同輻照劑量處理的黃藤種子生長指標(biāo)

2.3輻照劑量對單葉省藤種子發(fā)芽和苗木生長的影響

不同輻照劑量處理的單葉省藤種子發(fā)芽及苗木生長情況見表2。如表2所示，單葉省藤種子對輻照敏感，在0～100 gy輻照劑量范圍內(nèi)，發(fā)芽率隨50 gy輻照強度步長遞增時呈現(xiàn)極顯著下降。輻照種子長成的苗木其莖長度和植株總長度均隨著輻照劑量的增加而顯著降低，但總根長沒有顯著下降。單葉省藤種子發(fā)芽率y與輻照劑量x的回歸模型為y= -1.44x+80.67，據(jù)此模型計算出單葉省藤種子半致死輻照劑量為28.01 gy。

表2　不同輻照劑量處理的單葉省藤種子發(fā)芽率和苗木生長指標(biāo)

2.4輻照劑量對杖藤、小鉤葉藤種子發(fā)芽和苗木生長的影響

不同輻照劑量處理的杖藤、小鉤葉藤種子發(fā)芽及苗木生長情況見表3。

如表3所示，與黃藤和單葉省藤相似，杖藤和小鉤葉藤種子對輻照敏感，經(jīng)過50 gy劑量輻照的杖藤其種子發(fā)芽率、苗木莖長、苗木根長和苗木植株總長與對照相比沒有顯著降低；經(jīng)過100 gy劑量輻照的杖藤其種子發(fā)芽率與50 gy劑量輻照相比有顯著降低，與對照相比有極顯著降低。當(dāng)輻照劑量超過100 gy時，杖藤和小鉤葉藤種子的發(fā)芽率均降為0，沒有苗木形成。

表3　不同輻照劑量處理的杖藤、小鉤葉藤種子發(fā)芽率和苗木生長指標(biāo)

杖藤種子發(fā)芽率y與輻照劑量x的一元回歸模型為y=-0.7x+81.67，據(jù)此模型計算出杖藤種子半致死輻照劑量為58.34 gy。小鉤葉藤種子發(fā)芽率y與輻照劑量x的一元回歸模型為y=-0.31x+46.5，據(jù)此模型計算出小鉤葉藤種子半致死輻照劑量為75 gy。

3　結(jié)論

輻照可對棕櫚藤種子萌發(fā)和苗木生長具有抑制作用，通過輻照可以降低棕櫚藤種子發(fā)芽率和苗木生長；在5 gy/min劑量率下，棕櫚藤種子通常在輻照劑量為50～100 gy時可以達(dá)到半致死效果；當(dāng)輻照劑量超過100 gy時，會全部致死。因此，輻照對以提高棕櫚藤生長指標(biāo)為目標(biāo)的育種可能幫助不大。本研究不排除輻照誘發(fā)棕櫚藤其他性狀指標(biāo)的突變，棕櫚藤輻照育種仍有可能在生長指標(biāo)之外的性狀上獲得成功，但這需要進一步的實驗證據(jù)證實。

［1］ 國家林業(yè)局森林病蟲害防治總站.植物檢疫措施準(zhǔn)則：輻照處理：GB/T 21659-2008［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［2］王志東.我國輻射誘變育種的現(xiàn)狀分析［J］.同位素，2005，18（3）：183-185.

［3］趙利坤，強繼業(yè).60Co-γ射線輻射對花卉的影響研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（30）：11950-11951，11993.

［4］陳秋芳，王敏，何美美，等.果樹輻射誘變育種研究進展［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（1）：240-243.

［5］辛培堯，周軍，唐軍榮，等.60Co-γ輻射對華山松南方種源種子的誘變效果［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（9）：190-191.

［6］蔡春菊.60CO-γ輻射對毛竹種子活力及早期幼苗生長的影響［J］.核農(nóng)學(xué)報，2007，21（5）：436-440.

［7］王兆玉，林敬明，羅莉，等.小油桐種子的60CO-γ輻射敏感性及半致死劑量的研究［J］.南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2009，29（3）：506-508.

［8］李榮生，許煌燦，尹光天，等.世界棕櫚藤資源、產(chǎn)業(yè)及其前景展望［J］.世界竹藤通訊，2003，1（1）：1-5.

［9］李榮生，尹光天，楊錦昌，等.鄉(xiāng)土用材棕櫚藤種半同胞家系的早期選擇［J］.世界竹藤通訊，2009，7（4）：1-5.

［10］楊錦昌，許煌燦，尹光天，等.單葉省藤組培家系的生長特性分析［J］.林業(yè)科學(xué)，2006，42（2）：120-124.

［11］吳仲賢.生物統(tǒng)計［M］.北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1993.

Effects of Irradiation Dose on Seed Germination and Seedling Growth of Rattans

Li Rongsheng Yin Guangtian Yang Jinchang Zou Wentao Wang Xu Yu Niu Cheng Linlin
（Research Institute of Tropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，Guangzhou 510520，China）

To determine the appropriate irradiation dose threshold for rattan，the seeds from Daemonorops jenkinsiana，Calamus simplicifolius，C.rhabodcladus，and Plectocomia microstachys were used as material to be treated by irradiation from60Co-γ，with the view to studying the effect of irradiation dose on the seed germination and seedling growth of the four rattan species.The results showed that seed germination rate，stem length，root length and plant length of the four species of rattan present general，significant or very significant decrease along with the increase of irradiation dose if the dose rate was at 5 gy/min and increased with the dose of 50 gy and the dose was limited in the range of 0-100 gy.When the irradiation dose was beyond 100 gy，the seed germination rate of the four species would decrease to 0，i.e.，all the seeds stop growing.The linear regression equation，simulated with irradiation dose as dependent variable x，and germination rate as the independent variable y，indicated that the half-lethal irradiation doses to the four rattan species are 53.94 gy，28.01 gy，58.34 gy and 75 gy，respectively.It is concluded that seed germination and seedling growth are inhibited by irradiation when the irradiation dose is in the range of 50-100 gy. This result indicates it is probably hard to cultivate fast-growing rattan mutants by irradiation，but other targeted mutants are not exclusive.

rattan，Daemonorops jenkinsiana，Calamus simplicifolius，C.rhabodcladus，Plectocomia microstachys，irradiation dose，seed germination，seedling grouth

10.13640/j.cnki.wbr.2016.05.002

國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項目（編號：2014-LY-026）

李榮生，男，博士，副研究員，主要從事森林培育研究。E-mail：fjlrs@tom.com。