137Cs-γ 輻射對秀麗槭種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

黃 艾,祝志勇,林 立,林樂靜,葉國慶

(寧波城市職業(yè)技術學院， 浙江 寧波 315000)

槭樹科植物是世界上重要的觀賞樹種，分布范圍廣，應用廣泛，其五彩繽紛的園藝品種可為景區(qū)、道路、公園、庭院等造景。目前，國內(nèi)槭樹科中已知授權園藝品種多為從芽、單株等自然變異選育獲得，少見槭樹科雜交育種或輻射育種成功的研究報道。已知自然變異選育的品種一般具有不耐熱等特點，為創(chuàng)制更豐富的變異種質(zhì)，提高槭樹品種的適應性，本文以秀麗槭(AcerelegantulumFang)種子為對象，研究不同劑量137Cs-γ射線輻照處理對發(fā)芽率、幼苗生長、葉形變異等的影響，為人工創(chuàng)制槭樹科園藝新品種種質(zhì)積累經(jīng)驗。輻射育種既需要采用較大的輻射劑量提高基因突變的幾率，又需要獲得較大數(shù)量的實生苗增加可選擇材料，根據(jù)前人經(jīng)驗[1-2]，一般采用50%致死率(半致死)時的劑量輻射處理。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2016年10月初秀麗槭種子采集自浙江奉化市溪口鎮(zhèn)苗圃。采下后，晾曬，及時輕搓，經(jīng)風選去除雜質(zhì)和空癟種子，將純凈種子置于通風陰涼處貯藏，種子千粒重為39.07 g。

1.2 預備試驗

目的是探明秀麗槭經(jīng)137Cs-γ射線輻照處理50%致死量(半致死)時的輻射強度。2017年2月28日，在浙江省農(nóng)業(yè)科學研究院，采用劑量率為1 Gy/min的137Cs-γ射線進行外照射輻射處理，共設處理5個：即處理1為對照未輻照，處理2到處理5輻照劑量分別為50,100,200,300 Gy，每個處理種子數(shù)量均為600粒，處理后種子放置通風陰涼處短暫保存。

2017年3月7日用溫度40 ℃水浸泡種子24 h至次日播種。播種基質(zhì)為黃泥土+泥炭+河沙按照容積6∶3∶1比例混合配制。在玻璃溫室采用穴盤播種，每處理播種600粒，播種后覆蓋少許蛭石,防止水濺種子，澆透水。播種后每隔3 d觀察1次，適時補水。

播種后第12天種子開始發(fā)芽，以后每天觀察并記錄各處理種子發(fā)芽數(shù)，直至種子不再發(fā)芽。發(fā)芽過程為：處理3(100 Gy強度)于3月20日首先萌發(fā)，處理2(50 Gy強度)于6月4日最后1粒種子萌發(fā)，萌發(fā)期前后持續(xù)105 d。自第1粒種子發(fā)芽后，15 d內(nèi)各處理累計發(fā)芽種子數(shù)量及發(fā)芽率見表1，總發(fā)芽率見表2。

表1 第1粒種子發(fā)芽后15 d內(nèi)各處理累計發(fā)芽種子數(shù)及發(fā)芽率

表2 秀麗槭各處理總發(fā)芽率

可見，隨著輻射劑量增加15 d內(nèi)發(fā)芽率以及總發(fā)芽率逐漸降低；前3個處理總發(fā)芽率超過50%，后2個處理發(fā)芽種子少，種子受到較大傷害。隨著輻射劑量的增加，秀麗槭發(fā)芽率迅速降低。輻射劑量100 Gy處理下，發(fā)芽率為51.17%，接近50%，據(jù)此可確定秀麗槭種子半致死輻射劑量應在100—200 Gy范圍內(nèi)。

1.3 輻射處理與播種育苗

根據(jù)預備試驗結果，在半致死劑量100—200 Gy之間增加150 Gy 強度處理梯度，舍棄50 Gy和300 Gy，共設4個處理，劑量率為1 Gy/min,以不輻射處理為處理1(對照)，處理2到處理4的輻照劑量依次為100,150，200 Gy，每個處理種子量均為1.5 kg。

2017年10月采集種子，種子來源及處理方法相同，測得千粒重為39.01 g。2018年2月14日，在浙江省農(nóng)業(yè)科學研究院采用137Cs γ射線進行外照射輻射處理后，2月16日用40 ℃溫水浸泡種子24 h至次日播種。播種地點位于浙江省寧?？h力洋鎮(zhèn)野村。按照林業(yè)行業(yè)標準《秀麗槭育苗技術規(guī)程》(標準號：LY/T 2913-2017)中露地播種方式及管理措施執(zhí)行[3]。

1.4 苗木生長數(shù)據(jù)觀測與處理

播種15 d后(3月3日)開始出苗，7月31日開始從每個處理播種苗中隨機選取30株樣本進行第1次苗高測量，4個處理合計選取樣本120株，并給每株樣本做標記，后續(xù)每月月底測量1次，其中2018年跟蹤觀測時間為7—10月(6月苗雖基本出齊，但部分幼苗高度很小)，2019年觀測了4—10月。統(tǒng)計分析各處理、各階段的苗木生長及其差異。

2 結果與分析

2.1 秀麗槭輻射播種幼苗高生長量

2018年7月至2019年10月，秀麗槭種子經(jīng)137Cs-γ射線各處理月苗高見表3。

表3 核輻射秀麗槭幼苗按月測定的苗高 cm

從表3可見，2019年6月對照組平均苗高處于領先地位，處理4(200 Gy)最低，處理2,3介于2者之間；2019年7月后,各處理平均苗高差異趨小，且規(guī)律性不明顯。各處理月平均苗高的極差與苗平均高度的比值隨著苗木生長逐漸趨小，說明不同輻射強度對幼苗生長的影響逐漸減弱。

2.2 秀麗槭輻射播種幼苗月高生長量

將后月測得的苗高減去前月測得的苗高所得的差,作為該月的高生長量,結果見表4。將2019年10月測得的苗高減去2018年10月測得的苗高所得的株高，作為各處理組2019年全年苗高總生長量，計算出2019年各月高生長量除以全年高生長量，來反映幼苗生長階段不同月的生長速率，結果見表5。

表4 核輻射秀麗槭幼苗按月測定高生長量 cm

表5 2019年各月苗高生長量及占全年高生長量比例

可見，不同處理對幼苗月高生長量影響規(guī)律基本一致，2019年對照組4—5月高生長占全年高生長量比例為63%,100 Gy 處理組占63%,150 Gy處理組占55%,200 Gy處理組占56%，年生長季中4,5月高生長速度最快，6,7月次之，8—10月趨弱。

2.3 秀麗槭輻射播種幼苗變異情況

秀麗槭輻射種子萌發(fā)后，2個月內(nèi)幼苗形態(tài)特征與未輻射處理幼苗存在較大差別，主要表現(xiàn)在幼苗直立性弱，葉形不規(guī)則缺裂、葉緣鋸齒不對稱性變化、葉片皺褶等方面，約60%幼苗存在此類現(xiàn)象(見圖1)。但是，隨著幼苗生長時間的變化，多數(shù)幼苗變異特征不穩(wěn)定，逐漸趨于和未輻射處理幼苗特征一致，也偶有發(fā)現(xiàn)幼苗植株芽變枝條葉色變異(見圖2)。

圖1 輻射幼苗形態(tài)特征

圖2 輻射幼苗葉色變化

3 結果與討論

3.1 137Cs γ射線輻照對秀麗槭種子發(fā)芽的影響

試驗表明,當劑量率為1 Gy/min時,不同劑量137Cs -γ射線輻照處理對秀麗槭種子絕對發(fā)芽率存在顯著影響，并隨著輻射強度的增強，發(fā)芽率逐漸降低。秀麗槭種子50%致死量的輻射強度約為100 Gy。這與耿興敏等[4]研究60Co-γ輻射對桂花種子萌發(fā)規(guī)律一致，桂花6個品種種子發(fā)芽率均與輻射劑量呈負相關，隨著輻射劑量的增加，6個桂花種子的相對發(fā)芽率和出苗率明顯降低。

輻射處理強度越大，秀麗槭種子前期萌發(fā)速度越慢，表明輻射強度不僅影響秀麗槭種子萌發(fā)率，同時也抑制種子萌發(fā)速度。與對照處理組比較，不同劑量137Cs-γ射線輻照處理秀麗槭種子發(fā)芽勢、平均發(fā)芽速度存在較大差異，規(guī)律性不明顯。

3.2 137Cs γ射線輻照對秀麗槭幼苗高生長的影響

秀麗槭種子受輻射對其幼苗高生長存在影響，各輻射處理對幼苗前期高生長影響較大，這與張悅等[5]研究的輻射對五味子幼苗生長影響、李志能等[6]研究的輻射對懸鈴木幼苗生長影響規(guī)律一致，輻射對幼苗早期生長有抑制作用，隨著劑量的增加抑制作用更加明顯；隨著時間推移，影響逐漸減小，各處理幼苗高度向趨于一致發(fā)展。本試驗中，秀麗槭各輻射處理每月幼苗高度極差與平均幼苗高度的比值由29%逐漸遞減到5%—6%，表明隨著時間延長，不同處理對苗高生長的影響不斷降低，從7月開始各處理之間的幼苗總高度基本趨于一致。

3.3 137Cs- γ射線輻照對秀麗槭幼苗月度生長節(jié)律

不同劑量輻射的秀麗槭種子播種幼苗各月凈高生長節(jié)律基本一致，速生季為4—5月期間，生產(chǎn)上苗期水肥等管理措施要及時跟進，促進苗木速生期高質(zhì)量生長。

我國自然分布有世界2/3的槭樹種質(zhì)資源[7]，是槭樹資源大國，但槭樹園藝品種的開發(fā)和應用遠落后于歐美日等發(fā)達國家。植物在自然條件下發(fā)生突變是小概率事件，自發(fā)突變頻率一般為10-8—10-5[8-9]，輻射育種可將突變頻率增加到3%[10]。本研究成果是采用劑量率1 Gy/min的137Cs-γ射線不同劑量輻照秀麗槭純凈種子其發(fā)芽規(guī)律及播種育苗試驗的階段性成果，已獲取不同輻射處理播種實生苗38 000 株，其中部分種苗在葉形、葉色等生物學特性上已發(fā)生變化，說明137Cs-γ輻照對秀麗槭幼苗變異有影響，通過輻射育種創(chuàng)制變異是可行的。至于秀麗槭輻射育種種苗后期生長規(guī)律、作為砧木與槭樹科觀賞園藝品種的親和力變化關系、葉形葉色等形態(tài)變異的穩(wěn)定性及可遺傳性等，都還需要持續(xù)觀測和研究。