輻射處理對(duì)元寶楓種子出苗率和苗期形態(tài)的影響

張林 孫忠奎 張興 喬謙 程甜甜 宋勇

摘要：為探討輻射對(duì)元寶楓種子出苗的影響并創(chuàng)制元寶楓新種質(zhì)，本研究以3株豐產(chǎn)元寶楓干種子為試材，采用不同輻射劑量60Co-γ射線對(duì)其進(jìn)行照射處理。結(jié)果表明：元寶楓種子的相對(duì)出苗率隨輻射劑量的增加而降低200Gy以下的低劑量時(shí)降低較緩，大于200Gy的高劑量時(shí)急劇下降;通過擬合曲線計(jì)算所得元寶楓種子的半致死劑量在188.92～203.81Gy之間，平均為198.48Gy，初步認(rèn)為最適輻射劑量為200Gy;輻射明顯影響幼苗的葉色、葉形，這可為元寶楓新品種培育與變色機(jī)理研究提供參考。

關(guān)鍵詞：元寶楓;60Co-γ輻射;相對(duì)出苗率;半致死劑量;形態(tài)學(xué)觀測(cè)

中圖分類號(hào)：S625.5+20.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）05-0059-05

元寶楓（AcertruncatumBunge.）屬槭樹科槭樹屬落葉喬木，其葉形秀麗，嫩葉紅色，秋葉變黃、紅或紫紅色，是優(yōu)良的彩葉樹種，宜作庭蔭樹、行道樹和風(fēng)景林樹種[1]。古詩(shī)詞中以“霜葉紅于二月花”來形容楓葉的美麗。元寶楓自然分布在中國(guó)北方及西北大部分省份，多生長(zhǎng)在海拔500～1800m處[2]，生長(zhǎng)歷史悠久，特色明顯，是我國(guó)特有樹種。隨著林木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)高品質(zhì)的新奇元寶楓品種及其葉色觀賞的需求與日俱增，培育具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的中國(guó)現(xiàn)代元寶楓優(yōu)良新品種已勢(shì)在必行，也是元寶楓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本保證。

輻射育種是近些年應(yīng)用日趨廣泛的一種育種方法，常采用α射線、β射線、γ射線、Χ射線、中子等物理因素處理種子、芽尖、枝條等分生能力強(qiáng)的器官，使其遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，產(chǎn)生各種各樣的突變，然后在發(fā)生突變的個(gè)體中選擇符合人們需要的優(yōu)良植株進(jìn)行培育，從而獲得新品種。輻射誘變育種是觀賞園藝及林木繁育常用的育種方法，據(jù)資料顯示通過γ射線輻射育成的新品種在觀賞植物新品種總數(shù)中占到56.5%[3，4]。然而輻射誘變?cè)谠獙殫鞯乳蕵淇浦参锷铣晒?yīng)用的實(shí)例較少，半致死劑量難以確定，給輻射育種帶來不便，降低了輻射誘變率[5，6]。因此本試驗(yàn)采用60Co-γ射線對(duì)元寶楓種子進(jìn)行輻射誘變，初步探索元寶楓種子的半致死劑量以及幼苗的變異情況，旨在提升元寶楓種子的輻射誘變效率，豐富元寶楓特異種質(zhì)資源，從而促進(jìn)元寶楓新品種培育進(jìn)程。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

以泰山林業(yè)科學(xué)研究院元寶楓課題組早期選育的3株豐產(chǎn)元寶楓優(yōu)良單株種子為試材，于2015年11月初果實(shí)成熟期進(jìn)行采集，分別編號(hào)為F1號(hào)、F2號(hào)、F3號(hào)，每株采集重量3kg以上，將翅果裝入網(wǎng)袋內(nèi)自然陰干。

1.2試驗(yàn)處理

分別將各株凈種后的種子平均分成6份，于3月初在山東泉港輻射科技發(fā)展有限公司進(jìn)行60Co-γ輻射處理。參照相關(guān)木本樹種輻射研究結(jié)果[7-9]，設(shè)置輻射劑量分別為0（CK）、100、200、300、400、500Gy，鈷源放射劑量為1.5Gy/min。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

將輻射后的種子進(jìn)行沙藏，待露白后點(diǎn)播于穴盤中，每盤50粒。每處理4盤，采用隨機(jī)區(qū)組放置，3次重復(fù)，待長(zhǎng)出兩片真葉時(shí)統(tǒng)計(jì)出苗率。

參照王兆玉等[10]的回歸分析方法，以對(duì)照組（CK）3次重復(fù)的平均值為100%，分別計(jì)算各處理組的相對(duì)出苗率。對(duì)相對(duì)出苗率與輻射劑量進(jìn)行相關(guān)回歸分析，以種子相對(duì)出苗率為對(duì)照的50%時(shí)的輻射劑量作為半致死劑量（LD50）。

將后期經(jīng)輻射存活的植株移栽到大田中進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀測(cè)，并就產(chǎn)生特異性變異的植株進(jìn)行保護(hù)與繁殖。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

利用MicrosoftExcel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS22.0進(jìn)行相關(guān)回歸分析、方差分析與多重比較分析，數(shù)據(jù)為3次重復(fù)平均值。

2結(jié)果與分析

2.1輻射處理對(duì)元寶楓種子出苗率的影響

元寶楓自然播種出苗率一般在80%左右，本次試驗(yàn)CK組種子平均出苗率達(dá)到82.28%，F(xiàn)2號(hào)單株出苗率稍高于F1號(hào)、F3號(hào)，但差異不大。由表1可知，輻射使元寶楓相對(duì)出苗率降低，3個(gè)單株均表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，且均隨輻射劑量的增加急劇下降。其中F2號(hào)的整體相對(duì)出苗率稍高于F1號(hào)、F3號(hào)，但無(wú)顯著性差異。6個(gè)處理間的相對(duì)出苗率表現(xiàn)出極顯著差異，當(dāng)輻射劑量為100Gy時(shí)，種子受到輻射脅迫相對(duì)出苗率明顯下降，介于61.03%～63.37%;輻射劑量增加到200Gy時(shí)，相對(duì)出苗率約為50%;而當(dāng)輻射劑量繼續(xù)增加到300Gy時(shí)，相對(duì)出苗率急劇下降，介于18.52%～20.98%;輻射劑量持續(xù)增加至400、500Gy時(shí)，種子受到極度破壞，僅有幾株成活。

2.2半致死劑量的確定

以輻射劑量（x）作為自變量，相對(duì)出苗率（y）作為因變量，采用曲線回歸分析，認(rèn)為y=ax2+bx+c擬合曲線最為貼合。由圖1可知，3個(gè)單株擬合曲線趨勢(shì)基本相同，分別為y（F1號(hào)）=99.188-0.344x+0.0005x2（R2=0.988），y（F2號(hào)）=99.599-0.357x+0.0005x2（R2=0.986），y（F3號(hào)）=98.118-0.338x+0.0005x2（R2=0.986）。對(duì)各式中y賦值為50%，可得3個(gè)單株的半致死劑量分別為202.72（F1號(hào)）、188.92（F2號(hào)）、203.81Gy（F3號(hào)）。3個(gè)數(shù)值間稍有差異，但未達(dá)顯著水平，經(jīng)計(jì)算，平均半致死劑量為198.48Gy。由此可知元寶楓種子輻射的半致死劑量約為200Gy，該劑量可促使元寶楓產(chǎn)生最大的變異率。

2.3種子輻射苗期形態(tài)學(xué)變化

當(dāng)輻射成活植株成長(zhǎng)到一定高度時(shí)，將其移栽到大田中進(jìn)行觀察。其中輻射植株整體長(zhǎng)勢(shì)較弱，不斷出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，截止到2018年6月，輻射量為100Gy的植株存活量可達(dá)300株，200Gy的則不足100株，300Gy以上的全部死亡。存活的植株中最直觀的差異表現(xiàn)在葉色與葉形（圖2）上，其中，A、C葉色分別出現(xiàn)白色鑲邊和黃色鑲邊，且兩者葉片內(nèi)部均不同程度呈現(xiàn)色斑;對(duì)葉形進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，葉片大小、葉裂深度、葉裂片形態(tài)存在差異：輻射后植株葉片面積與對(duì)照相比明顯縮小，葉裂加深、幾達(dá)基部，葉裂片明顯狹窄，而葉片長(zhǎng)寬、葉裂數(shù)并沒有表現(xiàn)出明顯差異。

3討論與結(jié)論

3.1輻射處理對(duì)元寶楓出苗率的影響

本試驗(yàn)得出，采用60Co-γ輻射明顯降低元寶楓種子的出苗率，處理間差異極顯著，200Gy以下輻射劑量的出苗率降低較緩;大于200Gy，出苗率明顯降低，甚至全部失活。這與大多數(shù)木本植物種子輻射育種規(guī)律相同[10-12]。前人研究表明種子含水量不同輻射產(chǎn)生的氧自由基數(shù)量不同，對(duì)遺傳物質(zhì)的破壞性不同，不同樹種表現(xiàn)的輻射敏感性不同，因而其表現(xiàn)出的出苗率和輻射劑量有所差別，元寶楓種子表現(xiàn)出的耐受程度要高于同屬的雞爪槭種子[12]，也高于金桂[8]、小油桐子[9]、芍藥[11]、椿樹[9]、榆樹[13]、扶芳藤[14]等樹種，與紫薇[7]、懸鈴木[15]等的耐受程度相似。

3.2輻射劑量的確定

輻射劑量與所用材料以及材料的狀態(tài)具有很大的關(guān)系。敖妍等[14]對(duì)扶芳藤不同材料輻射得到枝條的半致死劑量為95.54Gy，種子為128.56Gy;王晶等[16]認(rèn)為γ射線處理菊花組培苗的半致死劑量為10Gy。相關(guān)研究表明不同照射材料對(duì)射線的敏感性依次為：愈傷組織>試管苗>田間苗>根芽>插條>種子[17]。同一樹種不同品種間也具有一定差異。耿興敏等[8]對(duì)6個(gè)桂花品種進(jìn)行輻射處理，得到不同品種間的半致死劑量介于55～267Gy;葉開玉等[18]對(duì)3個(gè)獼猴桃品種枝條進(jìn)行輻射，得到品種間半致死劑量介于50.6～71.7Gy。同一材料不同狀態(tài)所得半致死劑量也有較大差別：王孜昌等[19]在對(duì)杉木輻射時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用干種子與濕種子的最適劑量差別很大，干種子高達(dá)5000Gy，濕種子僅為500Gy。本試驗(yàn)采用3株具有豐果特性基因型的元寶楓干種子為試材，得到半致死劑量為188.92～203.81Gy，株間差異較小，未出現(xiàn)上述所述品種間較大的差異，初步確定最適輻射劑量為200Gy。但是因取樣范圍與樣本數(shù)量有所不足，還需進(jìn)一步擴(kuò)大范圍，同時(shí)對(duì)于濕種子以及其它部位間的最適輻射劑量仍待下一步進(jìn)行探究。

3.3輻射對(duì)幼苗形態(tài)的影響

輻射對(duì)于幼苗的影響不僅體現(xiàn)在出苗率上，還直觀表現(xiàn)在外部形態(tài)上。熊運(yùn)海等[20]對(duì)桂花種子進(jìn)行輻射時(shí)發(fā)現(xiàn)其出苗整齊度降低、根系發(fā)育受到抑制;李志能等[15]對(duì)懸鈴木種子進(jìn)行輻射，發(fā)現(xiàn)幼苗株高、鮮重及根長(zhǎng)隨之下降;易立颯等[21]對(duì)廣寧紅花油茶種子進(jìn)行輻射并觀測(cè)到幼苗苗高及地莖生長(zhǎng)受到一定程度地抑制;楊振等[22]認(rèn)為輻射在一定程度上引起庫(kù)爾勒香梨枝條枝葉的明顯變化。本試驗(yàn)中元寶楓幼苗出現(xiàn)葉色與葉形的變化，其中不乏一些優(yōu)質(zhì)特異性變異。這些特異種質(zhì)可為元寶楓新品種培育及其變色機(jī)理研究提供原始素材，但還需進(jìn)一步觀察與擴(kuò)繁，待輻射穩(wěn)定1、2代后形態(tài)依舊保持穩(wěn)定才能確定為有效輻射。

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