不同輻射劑量對(duì)2種荷花種子發(fā)芽和植株變異的影響

王 華，徐 榕，王彥杰，金奇江，徐迎春

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095)

荷花(Nulumbonucifera)屬蓮科蓮屬，是我國(guó)十大名花之一，具有極高的觀賞價(jià)值，栽培歷史悠久，品種資源豐富。近年來(lái)，隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)觀賞荷花的關(guān)注熱度不斷提升，荷花作為夏季開(kāi)花植物在花卉產(chǎn)業(yè)中也越來(lái)越受到重視[1]。荷花群體性狀的穩(wěn)定是相對(duì)的，自然界變異是絕對(duì)的。利用自然界中的優(yōu)良變異，雖然可以選育出許多優(yōu)良品種，但由于荷花自然變異頻率不高，很難滿足人們對(duì)花色、花期、香味、株型、葉色、抗性等方面的要求[2]。因此，必須廣泛利用現(xiàn)代科學(xué)手段，創(chuàng)造出更多、更新的變異類(lèi)型，擴(kuò)大選種材料的來(lái)源，以滿足人們對(duì)荷花新品種的觀賞需求[3]。

輻射育種是觀賞植物常用的育種技術(shù)之一，具有突變率高的優(yōu)點(diǎn)。目前在荷花上已有研究。陳秀蘭等[4]采用雜交手段,并利用60Co-γ射線對(duì)觀賞荷花種藕及蓮子進(jìn)行輻射誘變處理,就觀賞荷花當(dāng)代和后代的性狀變異進(jìn)行了初步研究,篩選出4個(gè)具有觀賞價(jià)值的新材料。選育的4個(gè)優(yōu)良株系,經(jīng)過(guò)2年的缸栽觀測(cè)鑒定,比較符合預(yù)期育種目標(biāo)。

但多數(shù)報(bào)道所用的試驗(yàn)材料是雜交的荷花種子，錢(qián)萍等[5]選用杭州荷花資源圃中的人工雜交和自然雜交的子代種子進(jìn)行輻射處理，以找到合適的輻射劑量范圍，并發(fā)現(xiàn)篩選變異株，以鑒定其中是否出現(xiàn)新品種。而本研究以分屬于不同生態(tài)型的野生荷花品種微山湖紅蓮(溫帶型)和黑龍江紅蓮(寒帶型)為研究對(duì)象，兩者均為野生品種，屬大型藕蓮，花艷花繁；其種子形態(tài)狹長(zhǎng)，發(fā)芽率高達(dá)100%；具有遺傳基因高度統(tǒng)一，生長(zhǎng)比較規(guī)范、整齊；抗逆性強(qiáng)，易于管理等優(yōu)點(diǎn)。本研究以不同劑量的60Co-γ射線輻射處理2種荷花的種子，通過(guò)綜合分析種子的發(fā)芽及植株生長(zhǎng)變異情況，以找到這2種荷花種子適宜的輻射劑量，并評(píng)估變異性狀的價(jià)值，為后續(xù)進(jìn)一步培育優(yōu)異的荷花新品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

微山湖紅蓮和黑龍江紅蓮當(dāng)年收獲的種子分別購(gòu)自山東微山縣微山湖荷花基地和黑龍江虎林縣荷花基地。

1.2 輻射處理

2014年10月16日于江蘇省農(nóng)科院輻照中心進(jìn)行60Co-γ射線輻射處理，設(shè)置輻射劑量分別為20、30、40、50、60 Gy，輻射劑量率為1 Gy/min。以未輻射處理的種子作為對(duì)照。每個(gè)處理組黑龍江紅蓮30粒種子，微山湖紅蓮100粒種子。

1.3 觀測(cè)的內(nèi)容和方法

2015年5月4日對(duì)蓮子進(jìn)行破殼、浸種催芽。催芽1周后，統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)[6]，統(tǒng)計(jì)未發(fā)芽的種子數(shù)，計(jì)算致死率，再根據(jù)不同輻射劑量下的致死率計(jì)算半致死劑量。半致死劑量是植株存活率為50%時(shí)的輻射劑量，這個(gè)時(shí)候的誘變效果最佳。不同的輻射劑量為自變量(X)，不同劑量下產(chǎn)生的死亡率為因變量(Y)，利用軟件得出直線回歸方程，可以得出2個(gè)荷花品種的半致死劑量[7]。

發(fā)芽率(GR)/%=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試驗(yàn)種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢(shì)(GE)/%=4天內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試驗(yàn)種子數(shù)×100%

致死率(GD)/%=7天內(nèi)未發(fā)芽種子數(shù)/供試驗(yàn)種子數(shù)×100%

將出芽的幼苗定植于填充湖塘泥的直徑20 cm的荷花缸中，每缸定植2株，定期除草、除蟲(chóng)。統(tǒng)計(jì)成活的植株數(shù)量，計(jì)算每組的成苗率。

自葉片長(zhǎng)出開(kāi)始，定期觀察記錄植株各器官性狀的變異情況，包括葉片的形狀、葉片的顏色、葉片的數(shù)量、立葉高度、開(kāi)花的性狀包括花色、花的直徑、花枝的高度、瓣型情況(是否出現(xiàn)重瓣變異)等方面是否出現(xiàn)變異，并統(tǒng)計(jì)處理后植株的變異率。以上述性狀之一出現(xiàn)異于對(duì)照的變異即視為發(fā)生了變異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量輻射處理對(duì)荷花種子發(fā)芽、成苗的影響及輻射的半致死劑量

從表1可以看出，微山湖紅蓮種子的發(fā)芽受輻射處理影響不大，所有處理的發(fā)芽率均大于90%，且輻射處理可促進(jìn)種子的發(fā)芽，其中以輻射劑量為20 Gy時(shí)的發(fā)芽率最高。從發(fā)芽勢(shì)來(lái)看，輻射處理促進(jìn)微山湖紅蓮種子的發(fā)芽進(jìn)度，其中20 Gy處理的發(fā)芽最快。但觀察發(fā)現(xiàn)，種子雖然能發(fā)芽，但并不能全部正常出苗。與對(duì)照相比，輻射處理組微山湖紅蓮的出苗率均降低，且隨輻射劑量的增加而下降，60 Gy處理組的出苗率最低。說(shuō)明微山湖紅蓮的出苗受輻射抑制，輻射傷害主要表現(xiàn)在蓮子發(fā)芽到出苗期間，導(dǎo)致部分發(fā)芽的種子在生長(zhǎng)過(guò)程中死亡。

表1 不同輻射劑量對(duì)2個(gè)品種荷花種子的發(fā)芽率、成苗率的影響 %

輻射處理后黑龍江紅蓮種子的發(fā)芽率與對(duì)照相比稍有下降，但均大于90%；其中40 Gy輻射處理組發(fā)芽率最高。出苗率隨輻射劑量的增加而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但仍高于80%，說(shuō)明黑龍江紅蓮較微山湖紅蓮更加耐受輻射傷害。從發(fā)芽勢(shì)可以看出，輻射劑量為20 Gy時(shí)對(duì)2個(gè)品種的荷花種子發(fā)芽均有一定的促進(jìn)作用。在出芽率和成苗率2個(gè)方面，輻射對(duì)微山湖紅蓮的傷害大于黑龍江紅蓮。

通過(guò)表2和圖1可以看出，種子的致死率和輻射劑量之間表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性，由圖1的致死率和輻射劑量的回歸方程計(jì)算得出：當(dāng)致死率為50%時(shí)，微山湖紅蓮的半致死輻射劑量為125 Gy，黑龍江紅蓮的半致死劑量為160 Gy。

表2 不同輻射劑量對(duì)2個(gè)品種荷花種子致死率的影響

2.2 不同劑量輻射處理對(duì)荷花立葉數(shù)和株高的影響

輻射處理后2種荷花幼苗的新葉外觀形態(tài)發(fā)生變異，有的新葉呈現(xiàn)為棕紅色，有的則產(chǎn)生黃白斑點(diǎn)或黃白條紋。隨著新葉的生長(zhǎng)，葉面上的黃白斑點(diǎn)或條紋逐漸消失，而棕紅色葉面則變得焦枯直至死亡；且黑龍江紅蓮較微山湖紅蓮而言葉面焦枯現(xiàn)象更嚴(yán)重。微山湖紅蓮、黑龍江紅蓮種子播種第25天時(shí)新葉的變異情況見(jiàn)圖2。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)新葉外觀形態(tài)的變異率發(fā)現(xiàn)(表3)，一定范圍內(nèi)輻射劑量越高，荷花幼苗新葉的變異率就越高，且黑龍江紅蓮新葉變異率遠(yuǎn)大于微山湖紅蓮。

微山湖紅蓮荷葉后長(zhǎng)出的立葉長(zhǎng)大之后，部分荷花葉邊緣不規(guī)則(圖3-1)；葉面出現(xiàn)黃綠色扇形帶(圖3-2)；部分荷葉性狀產(chǎn)生變化，沿著葉面某一條直徑線上向內(nèi)凹進(jìn)少許，且葉面出現(xiàn)裂皮(圖3-3)。

圖1 不同輻射劑量對(duì)2個(gè)品種荷花種子致死率的線性回歸方程

A、B、C、D、E、F的60Co-γ輻射劑量分別為0(CK)、20、30、40、50、60 Gy。 G、H、I、J、K、L的60Co-γ輻射劑量分別為0(CK)、20、30、40、50、60 Gy。 圖2 微山湖紅蓮、黑龍江紅蓮種子播種第25天時(shí)新葉的變異情況

從表4可以看出，當(dāng)輻射劑量為0和20 Gy時(shí)，微山湖紅蓮的立葉數(shù)較多，且輻射劑量為20 Gy時(shí)，立葉數(shù)最多；隨著輻射劑量的增加，立葉數(shù)越來(lái)越少，最后接近于8；輻射在微山湖紅蓮生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中仍然產(chǎn)生很大影響，在輻射劑量為20 Gy時(shí)，有輕微促進(jìn)立葉的作用，隨著劑量增強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生抑制作用。

當(dāng)輻射劑量為0、20、30 Gy時(shí)，黑龍江紅蓮的立葉數(shù)較多，且輻射劑量為0時(shí)，立葉數(shù)最多；隨著輻射劑量的增加，立葉數(shù)開(kāi)始減少；輻射在黑龍江紅蓮生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中仍然產(chǎn)生很大影響。

表3 輻射對(duì)2個(gè)荷花品種新葉變異的影響

圖3 60 Gy輻射劑量處理微山湖紅蓮播種48 d長(zhǎng)成的荷葉變異情況

輻射在立葉數(shù)方面的影響，對(duì)黑龍江紅蓮的傷害影響大于微山湖紅蓮。

由圖4可知，微山湖紅蓮在20、30 Gy輻射劑量下的株高較高，分別為38、45.25 cm，且在20 Gy時(shí)的株高最高。隨著輻射劑量的增加，微山湖紅蓮的植株高度先上升，在20 Gy時(shí)達(dá)到最高，之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；較高劑量處理(50、60 Gy)的株高下降較明顯，說(shuō)明高劑量輻射會(huì)對(duì)株高生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。

黑龍江紅蓮在長(zhǎng)出立葉之后，由于本次試驗(yàn)自然環(huán)境原因(光照強(qiáng)、試驗(yàn)期間溫度驟降)，在立葉之后大量死亡，故未獲得株高的數(shù)據(jù)。

微山湖紅蓮開(kāi)花情況如下：輻射劑量20 Gy,最先開(kāi)花，8月16號(hào)出現(xiàn)4朵花苞，9月3日還有2朵正在盛開(kāi)；輻射劑量30 Gy,較早開(kāi)花，8月16日出現(xiàn)1朵花苞，9月3日還有5朵正在盛開(kāi)；輻射劑量60 Gy,較遲開(kāi)花，9月3日時(shí)出現(xiàn)5朵花苞(圖5)。其他輻射劑量開(kāi)花時(shí)間8月16日～9月3日之間。

表4 輻射對(duì)微山湖紅蓮立葉數(shù)的影響

圖4 各輻射處理對(duì)微山湖紅蓮株高的影響

圖5 微山湖紅蓮20 Gy輻射劑量下的開(kāi)花情況

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輻射劑量為20 Gy和30 Gy時(shí)，可以促進(jìn)微山湖紅蓮提前開(kāi)花，當(dāng)輻射劑量較高(60 Gy)，荷花開(kāi)花時(shí)間會(huì)推遲。

黑龍江紅蓮在長(zhǎng)出立葉之后，由于本次試驗(yàn)自然環(huán)境的原因(光照強(qiáng)、試驗(yàn)期間溫度驟降)，在立葉之后大量死亡，故未獲得開(kāi)花的數(shù)據(jù)。

3 討論

輻射劑量影響荷花品種的出芽率和成苗率。在一定范圍內(nèi)，隨著輻射劑量的增加，發(fā)芽率和出苗率都不斷降低。結(jié)果表明：出苗率受輻射影響更加明顯，說(shuō)明輻射在荷花種子出苗期間造成的傷害更大，甚至導(dǎo)致部分發(fā)芽蓮子在生長(zhǎng)過(guò)程中死亡[8]。20 Gy的輻射劑量處理可以促進(jìn)微山湖紅蓮種子的發(fā)芽率和出苗率。

不同輻射劑量對(duì)當(dāng)代荷花品種有很大影響。輻射極大地提高了荷葉的變異率，但輻射誘變也具有很大的隨機(jī)性。當(dāng)輻射劑量較高(50、60 Gy)時(shí)，易產(chǎn)生較大程度的變異，劑量越低產(chǎn)生變異程度越輕。同時(shí)通過(guò)與包建忠等[8]不同輻射劑量對(duì)觀賞荷花種藕和種子的結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)輻射荷花的種子較輻射萌芽的種藕，變異率和變異程度更大。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，輻射可以誘導(dǎo)觀賞荷花蓮子當(dāng)代性狀發(fā)生變異，但是變異性狀的穩(wěn)定性需要進(jìn)行多代培育觀察和分析，以確定其是否具有觀賞價(jià)值，是否可以成為新品種。在第2年將會(huì)對(duì)葉片出現(xiàn)變異的植株，當(dāng)年擴(kuò)繁出的種藕進(jìn)行重新種植，以繼續(xù)考察其開(kāi)花的情況及花的性狀。

4 結(jié)論

不同輻射劑量60Co-γ射線對(duì)同種荷花種子輻射效應(yīng)不同。相同輻射劑量60Co-γ射線對(duì)不同荷花品種的輻射效應(yīng)不同。輻射處理明顯抑制種子萌發(fā)。20 Gy劑量輻射處理可提高植株立葉數(shù)和株高。輻射劑量高時(shí)，荷葉的變異率大，開(kāi)花較遲。微山湖紅蓮種子輻射誘變半致死劑量為125 Gy，黑龍江紅蓮種子的半致死劑量為160 Gy。

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