60Co-γ射線輻照對(duì)西紅花種球誘變效應(yīng)的影響

陸中華，盧江杰，毛碧增，姜娟萍

(1.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020； 2.杭州師范大學(xué)，浙江 杭州 310018； 3.浙江大學(xué) 生物與技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310005)

西紅花(CrocussativusL．)別名番紅花、泊夫蘭和撒馥蘭等，系鳶尾科番紅花屬多年生球莖草本植物。原產(chǎn)地在希臘、西班牙和伊朗等南歐、小亞細(xì)亞一帶，商品最初經(jīng)印度傳入我國(guó)西藏，故又名藏紅花[1-2]，自唐代起傳入我國(guó)，元朝時(shí)有較廣泛的應(yīng)用，明朝起正式收錄于各本草著作中[3]。我國(guó)自1965年開(kāi)始從德國(guó)引進(jìn)少量西紅花種球進(jìn)行栽培研究。1971—1984年又?jǐn)?shù)次從日本購(gòu)買(mǎi)球莖進(jìn)行栽培試驗(yàn)，取得了成功[4]?，F(xiàn)主要在浙江、上海等地種植，面積、產(chǎn)量約占全國(guó)的90%。

西紅花的藥用部位是柱頭，主要藥用成分為西紅花苷I和西紅花苷Ⅱ等，2015版《中國(guó)藥典》記載，西紅花具有活血化瘀、涼血解毒、解郁安神的作用。西紅花自古便是活血化瘀的良藥，是一種聞名中外的傳統(tǒng)婦科與傷科良藥，近年來(lái)還用于治療惡性腫瘤和抑郁癥等病癥[5-8]。最新研究發(fā)現(xiàn)，西紅花具有廣譜抗癌活性，對(duì)白血病、卵巢癌、結(jié)腸癌、橫紋肌肉瘤、乳頭肉瘤、扁平細(xì)胞瘤和軟組織肉瘤等都具有較強(qiáng)的抑制作用，而且毒性小。另外，藏紅花還具有治療冠心病，抑制肝炎病毒，增強(qiáng)免疫力，治療抑郁癥等藥效[9]。同時(shí)，西紅花又是一種名貴的天然色素和香料，大量用于日用化工、食品、染料工業(yè)等方面，是美容化妝品和香料制品的重要寶貴原料。由于西紅花集多種用途于一身，“醫(yī)者取其藥用，染者擷其色澤，食者悅其芳香”，市場(chǎng)需求量較大，經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高，被國(guó)家中醫(yī)藥管理局列為重點(diǎn)發(fā)展的中藥材品種，近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。但由于西紅花引進(jìn)后長(zhǎng)期種植，缺乏提純復(fù)壯，致使原引進(jìn)品種退化加劇，種莖腐爛嚴(yán)重，球莖和花絲產(chǎn)量下降，不僅降低了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益，還影響了該產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，加快西紅花新品種選育是產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

西紅花為三倍體，雌雄配子發(fā)育不良，花粉管不能完全萌發(fā)，罕見(jiàn)結(jié)實(shí)，只能通過(guò)球莖無(wú)性繁殖擴(kuò)大種源。這不僅容易導(dǎo)致土傳病害發(fā)生，球莖變小，種質(zhì)退化，而且極大限制了雜交育種等成熟技術(shù)在西紅花種質(zhì)改良和保存等方面的應(yīng)用[10]。加上西紅花是國(guó)外引入品種，國(guó)內(nèi)缺乏優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，這嚴(yán)重影響了西紅花新品種(系)的選育。為創(chuàng)制西紅花種質(zhì)資源，作者擬從輻射誘變著手，研究不同劑量60Co-γ輻射對(duì)西紅花生長(zhǎng)發(fā)育的誘變效應(yīng)，以期為西紅花運(yùn)用60Co-γ輻射開(kāi)展誘變育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西紅花品種為番紅1號(hào)，選單莖20 g左右、大小比較一致、無(wú)病害、無(wú)傷疤的球莖進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 方法

輻射處理在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所進(jìn)行，射線源為60Co-γ，輻射劑量分別為10、20和30 Gy。每個(gè)劑量輻射總時(shí)間100 min，劑量率分別為0.1、0.2和0.3 Gy·min-1。每個(gè)劑量又分為芽分化前(簡(jiǎn)稱芽前)1次、采花后1次(簡(jiǎn)稱花后)、芽分化前和采花后各1次(簡(jiǎn)稱2次)等3種類(lèi)別進(jìn)行整球莖處理，共9種輻射類(lèi)型處理，以不輻射球莖為對(duì)照，每個(gè)處理各350個(gè)球莖。其中，芽前輻射于8月28日球莖上架時(shí)進(jìn)行，花后輻射于11月29日采花結(jié)束后進(jìn)行。輻射后于12月1日移植大田，大田栽培按常規(guī)管理，觀察田間植株生長(zhǎng)情況，次年球莖收獲后統(tǒng)計(jì)球莖產(chǎn)量和抽芽、開(kāi)花情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)植株生長(zhǎng)的影響

表1可以看出，在9種輻射類(lèi)型處理中，對(duì)同一輻射劑量而言，花后輻射比芽前輻射影響小，輻射1次比輻射2次的影響小。對(duì)不同輻射劑量而言，低劑量比高劑量影響小。當(dāng)輻射劑量為30 Gy時(shí)，3種輻射類(lèi)型處理中，僅花后輻射的球莖長(zhǎng)出葉子，且葉片短小，長(zhǎng)度為未輻射(對(duì)照)的30%左右，葉片偏硬，畸形，而另外2種輻射類(lèi)型處理的球莖均未長(zhǎng)出葉片。當(dāng)輻射劑量為20 Gy時(shí)，每種輻射類(lèi)型處理的球莖都長(zhǎng)出葉片，但與對(duì)照植株生長(zhǎng)狀況相比表現(xiàn)均不旺盛，且植株生長(zhǎng)健壯程度與輻射類(lèi)型有關(guān)，其中，花后輻射的生長(zhǎng)最好，芽前輻射的其次，輻射2次的植株最差。當(dāng)輻射劑量為10 Gy時(shí)，花后及芽前輻射的與對(duì)照相比無(wú)明顯差異，僅輻射2次的與對(duì)照相比表現(xiàn)稍差。

表1 各處理西紅花田間葉片生長(zhǎng)和球莖收獲的情況

2.2 對(duì)球莖產(chǎn)量的影響

表1可以看出，9種輻射類(lèi)型處理中，30 Gy 3種輻射類(lèi)型處理和20 Gy 2次輻射處理的球莖均導(dǎo)致絕收。10 Gy 3種輻射類(lèi)型處理與20 Gy花后及芽前2種輻射處理的球莖通過(guò)田間種植后能收到球莖，但產(chǎn)量有所下降。表2表明，輻射后經(jīng)田間種植所收獲的球莖偏小，球莖重量主要分布在<7 g及7～<15 g級(jí)別。10 Gy芽前輻射比花后輻射影響大，因此，在同輻射劑量條件下，芽前輻射比花后輻射的球莖減產(chǎn)幅度大，且球莖更小。主要原因可能是因?yàn)檠壳拜椛湔登蚯o芽點(diǎn)分化與形成期，輻射可導(dǎo)致葉原基形成受阻，植株不能長(zhǎng)出葉片或葉片偏小，畸形，光合作用積累的有機(jī)物少，而花后輻射時(shí)葉片已經(jīng)形成。

表2 各處理對(duì)西紅花球莖產(chǎn)量的影響

2.3 對(duì)收獲球莖開(kāi)花的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，輻射后對(duì)通過(guò)田間種植再收獲的球莖抽芽、開(kāi)花有不同程度的影響，輻射后的球莖主芽數(shù)增多，芽細(xì)長(zhǎng)(圖1)，開(kāi)花少，甚至不能開(kāi)花(表3)。對(duì)同一輻射劑量而言，芽前輻射比花后輻射對(duì)開(kāi)花的影響小，這與輻射對(duì)球莖產(chǎn)量的影響相反。當(dāng)球莖重量為7～<15 g時(shí)，10 Gy芽前1次的平均每個(gè)球莖開(kāi)花0.17朵，10 Gy花后1次的平均每個(gè)球莖開(kāi)花0.11朵，而對(duì)照為0.28朵。當(dāng)球莖重量為15～<25 g時(shí)，10 Gy芽前1次的平均每個(gè)球莖開(kāi)花1.58朵，10 Gy花后1次的平均每個(gè)球莖開(kāi)花0.98朵，而對(duì)照為1.56朵。因此，10 Gy 2種類(lèi)型的輻射均對(duì)7～<15 g的小球莖開(kāi)花具有一定的抑制作用，10 Gy花后1次對(duì)15～<25 g球莖開(kāi)花也存在抑制作用，而10 Gy芽前1次對(duì)其有一定的促進(jìn)作用。當(dāng)輻射劑量為20 Gy時(shí)，2種類(lèi)型的輻射對(duì)7～<15 g及15～<25 g的球莖開(kāi)花均有明顯的抑制作用。

圖1 輻射處理對(duì)收獲西紅花球莖芽生長(zhǎng)的影響

表3 輻射處理對(duì)收獲西紅花球莖開(kāi)花的影響

3 小結(jié)與討論

從輻射對(duì)西紅花植株田間發(fā)芽生長(zhǎng)來(lái)看，10、20 Gy 3種處理及30 Gy花后1次處理均能發(fā)芽長(zhǎng)出葉片，但20 Gy芽前1次、20 Gy 2次和30 Gy花后1次處理葉片小，有畸形葉。這與張巧生等[10]的研究結(jié)果相似，與趙軍等[11-13]的結(jié)果不一致，這可能與球莖大小、輻射劑量率的不同有關(guān)。

從輻射對(duì)西紅花球莖產(chǎn)量的影響來(lái)看，9種輻射類(lèi)型處理中，30 Gy 3種輻射類(lèi)型處理和20 Gy 2次輻射處理的球莖均導(dǎo)致絕收。10 Gy 3種輻射類(lèi)型處理與20 Gy花后及芽前2種輻射處理的球莖通過(guò)田間種植后能收到球莖，但球莖偏小，球莖重量主要分布在<15 g。這表明10、20 Gy處理可以誘變西紅花，并收獲球莖。

從輻射對(duì)收獲球莖抽芽、開(kāi)花的影響來(lái)看，輻射后的球莖主芽數(shù)增多，芽細(xì)長(zhǎng)，開(kāi)花少甚至不能開(kāi)花。對(duì)同一輻射劑量而言，芽前輻射比花后輻射對(duì)開(kāi)花的影響小，這與輻射對(duì)球莖產(chǎn)量的影響相反，這可能與花后輻射對(duì)葉片的損傷有關(guān)。當(dāng)輻射劑量為20 Gy時(shí)，芽前、花后2種類(lèi)型的輻射其球莖開(kāi)花數(shù)分別只有0.11和0.02，表明從西紅花開(kāi)花看10 Gy優(yōu)于20 Gy。

綜上所述，從西紅花田間生長(zhǎng)、球莖產(chǎn)量、抽芽方面看，60Co-γ射線對(duì)西紅花的誘變影響，花前輻射大于花后輻射。輻射能增加西紅花球莖的主芽數(shù)，從而導(dǎo)致小球莖的比例增高。60Co-γ射線對(duì)西紅花球莖輻射的極限劑量為30 Gy，適宜誘變劑量為10～20 Gy。因此，西紅花育種中可利用60Co-γ射線在花前輻射誘變，以控制主芽數(shù)量的辦法來(lái)創(chuàng)制新種質(zhì)。