60Co-γ輻射對不同紫薇品種種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

鄭紹宇，徐 梁，申 星，黃玉苗，顧翠花

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；2. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023）

紫薇屬LagerstroemiaL.為千屈菜科Lythraceae落葉或常綠的喬木或者灌木，分布于亞洲東部、東南部和南部熱帶和亞熱帶地區(qū)、馬來西亞、菲律賓以及澳大利亞等地。該屬種類花大色艷，具有較高的觀賞價值，在園林造景中應(yīng)用廣泛，萌發(fā)性較強，其中部分種類于石灰?guī)r山區(qū)生長良好，是用于石灰?guī)r地區(qū)綠化的良好樹種。國外利用中國紫薇屬豐富的種質(zhì)資源[1]，在紫薇屬育種方面獲得良好的發(fā)展，但紫薇種子播種發(fā)芽率較低，成活率不高。輻射處理種子能有效提高種子變異頻率，從而影響種子的發(fā)芽率及幼苗成長。近年來，通過輻射誘變育種改良植物性狀，已經(jīng)成為植物育種的重要手段，植物輻射育種在農(nóng)作物生產(chǎn)、果樹園藝作物上應(yīng)用廣泛[2-3]，γ射線輻射通過影響細(xì)胞或器官、生理、形態(tài)等方面從而影響植物生長發(fā)育[4]，適宜劑量的γ射線輻照能誘發(fā)植物遺傳性變異，從而達到選育新品種的目的[5-7]，近年在園林觀賞植物中應(yīng)用逐漸增多并取得一定進展，如君子蘭Clivia miniata[8]，梔子Gardenia jasminoides[9]等。不同劑量60Co-γ輻射處理五葉地錦Parthenocissus quinquefolia種子影響較為顯著[10]。本研究以4個紫薇品種為材料，利用60Co-γ輻射紫薇種子，觀察60Co-γ射線不同劑量對4個紫薇品種種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為紫薇輻射誘變育種適宜劑量選擇提供依據(jù)，對提高紫薇種子發(fā)芽率、培育觀賞價值更高的新品種，豐富紫薇屬植物種類提供理論基礎(chǔ)[11]。

1 材料與方法

1.1 材料

2015年6月，在浙江海寧森城實業(yè)有限公司苗木基地，30°30′ N，120°36′ E，選取生長良好，長勢一致，可正常開花結(jié)實的‘堇薇’L. indica‘Jin Wei’，‘嵊州紅’L.indica‘ShengZhouHong’，‘比利時’L.indica‘BiLiShi’，‘紅霞’L. indica‘HongXia’。為減小試驗差異，每個品種選取一株掛牌，取種。標(biāo)牌標(biāo)注品種名稱和掛牌日期。2015年9月上旬，采集4個品種紫薇種子，經(jīng)晾曬后置于紙質(zhì)信封中陰干保存。

1.2 實驗儀器方法

1.2.1 種子輻射 2016年4月5日，從收集到的4個紫薇品種種子中選取飽滿，無病蟲害感染的種子送至浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院核能所，分別利用150，200，250 Gy 3種劑量的60Co-γ射線對4個紫薇品種的種子進行輻射處理[4-7]，劑量率為2 Gy·min-1，設(shè)置3個重復(fù)，以每個紫薇品種未經(jīng)輻射處理的種子為對照，將輻射后的種子貯藏在4℃冰箱中備用，輻射處理情況見表1。

表1 4個紫薇品種種子輻射處理情況Table 1 Irradiation treatments on 4 cultivars of L. indica

1.2.2 催芽 播種前2天（2016年4月8日），對輻射種子及對照種子進行催芽。將60Co-γ輻射后的種子用單層吸水濾布包好浸泡于50℃的水中15 min后取出，用紗布將種子多余水分吸除，將種子用次氯酸鈉消毒10 min，消毒后將處理好的種子放置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，置于37℃，光照12 h的培養(yǎng)箱中催芽，期間定時撒水保持種子和濾紙濕潤，無多余水分溢出，催芽48 h。

1.2.3 播種 2016年4月10日，將處理后的輻射種子及對照種子分別均勻播到42 cm×42 cm×5 cm統(tǒng)一規(guī)格的穴盤中，每個品種重復(fù)3次，播種深度為0.5 ～ 2.0 cm，基質(zhì)為泥炭土：蛭石按7:3混合,播種完成后充分澆水，之后每天澆水1次。播種實驗和后期觀察在溫室與實驗室進行。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 統(tǒng)計種子發(fā)芽率和生長情況，以連續(xù)3 d每天的發(fā)芽率不超過供試種子總數(shù)的1%為發(fā)芽結(jié)束時間[12]，在播種的穴盤中將已經(jīng)發(fā)芽的幼苗取出樣品，并用游標(biāo)卡尺，測量根的長度和植株高度，重復(fù)3次取平均值，分別在播種第30，40，50，60天統(tǒng)計種子發(fā)芽率及幼苗生長情況，胚根突破種皮有露白現(xiàn)象即為發(fā)芽，幼苗生長莖干出現(xiàn)分裂，植株畸形，葉片出現(xiàn)皺短、黃斑、發(fā)育不良等現(xiàn)象的視為異常發(fā)育幼苗。

種子萌發(fā)率計算公式如下：

萌發(fā)率＝（規(guī)定時間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

并在播種30 d時統(tǒng)計各個品種中發(fā)育異常幼苗在幼苗總數(shù)中占的比例。計算公式如下：

異常發(fā)育幼苗比率＝（異常發(fā)育幼苗數(shù)/幼苗總數(shù)）×100%

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用origin 7.5，SPSS 19.0，CS 6.0等軟件進行圖表處理和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻射處理對4個紫薇品種種子發(fā)芽率的影響

如圖1所示，4個紫薇品種種子經(jīng)輻射處理后，發(fā)芽率受影響程度不同，多數(shù)處理在播種后1個月左右完成發(fā)芽。4個品種在輻射處理后種子萌發(fā)表現(xiàn)出較大差異，輻射后種子的發(fā)芽率，明顯高于或低于同組未輻射種子。對照組中‘嵊州紅’、‘紅霞’的發(fā)芽率相較于輻射種子更低，‘堇薇’對照組種子的發(fā)芽率高于其他3個品種對照組的發(fā)芽率。種子輻射劑量為150 ～ 200 Gy時‘嵊州紅’、‘紅霞’2個品種種子發(fā)芽率隨著輻射劑量的增加呈上升趨勢，在輻射劑量為200 Gy時，種子發(fā)芽率達到最高，輻射劑量為200 ～ 250 Gy時，種子發(fā)芽率開始下降。輻射顯著提升了‘堇薇’種子發(fā)芽率；輻射劑量為150 Gy時，發(fā)芽率最高，之后隨著輻射劑量的增加，種子發(fā)芽率開始降低，輻射劑量為250 Gy時，種子發(fā)芽率降至最低，降至10%以下。當(dāng)輻射劑量為150 Gy時，‘比利時’紫薇種子發(fā)芽率降至同組最低，隨著輻射劑量的增加，種子發(fā)芽率上升，輻射劑量為200 Gy時發(fā)芽率達到最高，隨后輻射劑量調(diào)整為250 Gy時，種子發(fā)芽率開始下降。研究結(jié)果表明，輻射不同程度的促進或抑制了4個紫薇品種的種子發(fā)芽率；‘堇薇’、‘嵊州紅’、‘紅霞’、‘比利時’經(jīng)過輻射后種子發(fā)芽率均呈現(xiàn)由低到高再降低的過程；輻射對‘堇薇’種子發(fā)芽率的影響最大，‘堇薇’種子最適宜的輻射劑量為150 Gy。當(dāng)輻射劑量為200 Gy，能有效提高‘嵊州紅’、‘紅霞’、‘比利時’3個品種種子的發(fā)芽率。

圖1 不同輻射劑量對4個紫薇品種種子發(fā)芽率的影響Figure 1 Effect of various irradiation dosage on seed germination rate

2.2 輻射對4個紫薇品種幼苗生長的影響

不同輻射劑量對4個紫薇品種種子生長影響差異明顯，在播種60 d后種子根長及株高情況見表2。由表2可知，從4個紫薇品種對照組相比較來看，不同輻射劑量對4個紫薇品種種子幼苗生長影響差異不同；150 Gy劑量的輻射對‘堇薇’種子生長影響最為顯著，相比較同組中對照，根長和株高生長明顯，達到同組中最高。經(jīng)過150 Gy劑量的輻射處理后促進了‘嵊州紅’種子株高和根長的生長，分別增長了0.66 cm和0.05 cm?！壤麜r’、‘紅霞’、‘嵊州紅’3個品種的種子發(fā)芽及生長與‘堇薇’相比較有明顯差異；‘比利時’、‘紅霞’、‘嵊州紅’3個品種的種子經(jīng)過200 Gy輻射劑量處理后，促進了種子發(fā)芽和生長，但在250 Gy劑量輻射后，4個紫薇品種種子發(fā)芽和生長都受到明顯抑制，從結(jié)果來看，輻射不同程度的促進或抑制了4個紫薇品種種子的發(fā)芽和生長，‘堇薇’最適宜的輻射劑量為150 Gy，‘比利時’、‘紅霞’、‘嵊州紅’3個品種的最適宜劑量為150 ～ 200 Gy。

表2 不同輻射劑量對4個紫薇品種幼苗生長的影響Table 2 Effect of different irradiation doses on growth seedlings

2.3 輻射對紫薇幼苗異常發(fā)育的影響

經(jīng)過60Co-γ的輻射處理，紫薇不同品種的出苗和成苗情況均受到不同程度的影響，在播種第 60天成苗情況基本穩(wěn)定時，各處理與對照的種子萌發(fā)、成苗情況、根長各項差異均達到了顯著水平，隨著輻射劑量的增大不同品種的根長和株高差異表現(xiàn)明顯[15]，統(tǒng)計各個品種異常發(fā)育幼苗的比例情況（圖2），4個紫薇品種幼苗成長過程中出現(xiàn)明顯變化，表現(xiàn)為幼苗生長莖干出現(xiàn)分裂，植株畸形，葉片發(fā)黃，出現(xiàn)皺短，發(fā)育不良等現(xiàn)象。由圖2可知，除‘紅霞’外其余3個品種異常發(fā)育幼苗比例隨著輻射劑量的增加而上升，輻射劑量為200 Gy時‘紅霞’異常幼苗比例最高，其次是‘比利時’和‘嵊州紅’，‘堇薇’最低，當(dāng)輻射劑量為250 Gy時‘嵊州紅’和‘堇薇’異常幼苗比例上升明顯，而‘紅霞’異常幼苗比例呈小幅下降，說明輻射對4個紫薇品種種子幼苗發(fā)育影響不同，輻射劑量為150 Gy時‘堇薇’表現(xiàn)最為敏感，異常發(fā)育幼苗比例最高，輻射劑量為200 Gy時‘紅霞’異常發(fā)育幼苗比例最高，影響其幼苗生長發(fā)育，‘嵊州紅’和‘堇薇’在輻射為200Gy時異常發(fā)育幼苗比例小于‘比利時’和‘紅霞’，而當(dāng)輻射劑量為200 Gy時異常發(fā)育幼苗比例明顯上升，說明輻射劑量為200 Gy時對‘嵊州紅’和‘堇薇’幼苗發(fā)育影響較大，當(dāng)輻射劑量達到250 Gy時，除‘紅霞’外，其余3個品種異常發(fā)育幼苗比例明顯上升。

圖 2 發(fā)育異常幼苗所占比例Figure 2 Rate of seedling with abnormal growth

3 結(jié)論與討論

輻射在植物育種中應(yīng)用廣泛，輻射處理可以有效提高變異，成為選育良種的重要手段，不同植物品種對輻射的敏感性不同，適宜的輻射劑量可以提高突變頻率[13]，但輻射劑量過高會降低發(fā)芽率、增加畸形突變的概率。本研究根據(jù)60Co-γ輻射后種子發(fā)芽率計算紫薇品種的適宜輻射劑量，不同紫薇品種間適宜的輻射劑量存在差異，‘堇薇’的適宜輻射劑量為150 ～ 200 Gy，‘嵊州紅’、‘比利時’‘紅霞’3個紫薇品種最適宜的輻射劑量為200 Gy，這與原蒙蒙[1]等的研究結(jié)果一致。同種植物不同品種間存在遺傳性差異導(dǎo)致對輻射的敏感性不同，耿興敏[14]等對桂花的研究表明，經(jīng)輻射處理后桂花種子萌發(fā)狀況存在明顯的品種間差異，隨著輻射劑量的增加種子發(fā)芽率降低。本研究結(jié)果表明，60Co-γ輻射處理提高了4個紫薇品種種子的發(fā)芽率。除‘堇薇’外，其他3個品種的種子發(fā)芽率在輻射劑量為200 Gy時達到最高，隨后發(fā)芽率明顯下降。本研究中低劑量的60Co-γ輻射處理可以有效提高種子的發(fā)芽率和生長，過高劑量的輻射處理可能破壞了種胚組織，抑制了種子萌發(fā)的生理活動，從而導(dǎo)致種子發(fā)芽率降低[15-17]，不同劑量的輻照處理種子對不同紫薇品種影響不同，隨著輻射劑量的增加，發(fā)育異常的幼苗比例明顯增加，且出現(xiàn)不同程度的黃斑，葉片皺短，莖干分裂等現(xiàn)象。本研究表明，隨著60Coγ輻射強度的增強，輻射對幼苗的根長和株高呈先促進后抑制的趨勢，在150 ～ 200 Gy輻照范圍內(nèi)，促進了紫薇品種幼苗的株高和根長的生長，輻射劑量為250 Gy時，幼苗生長明顯受到抑制，實驗結(jié)果與張玉[18]，王文恩[19]等一致，本實驗初步證實，經(jīng)過60Co-γ射線輻射后不同程度的促進或抑制了紫薇品種種子的萌發(fā)和生長，輻射處理下4個紫薇品種種子發(fā)芽和生長存在品種間差異。

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