核輻射對(duì)桃樹幼苗光合特性的影響

成繼東 陳雙建 趙雪輝 郭華 李智 安棟

摘 要 以不同劑量的60Co-γ射線照射“曙光”油桃的種子，研究核輻射對(duì)桃樹幼苗葉綠素含量和光合特性的影響。結(jié)果表明，低劑量的60Co-γ射線照射能夠顯著提高桃樹幼苗葉片中的葉綠素a含量，對(duì)幼苗葉片中葉綠素b的含量提高不明顯;高劑量的60Co-γ射線照射顯著降低了桃樹幼苗葉片的葉綠素a和葉綠素b含量。說明適量輻射量能夠提高桃樹幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率，且均隨輻射量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，均在100 Gy達(dá)到最大值，輻射量過大會(huì)顯著降低氣體交換參數(shù)，產(chǎn)生抑制效果。綜合表明，當(dāng)輻射量為100 Gy處理時(shí)，桃樹幼苗葉片葉綠素含量較高，光合能力比較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 桃樹;核輻射;光合特性

中圖分類號(hào)：S662.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.26.077

桃樹是薔薇科落葉喬木，在我國(guó)有悠久的栽培歷史，其中油桃是具有較高栽培價(jià)值的樹種，具有豐產(chǎn)性強(qiáng)、不落果的特點(diǎn)。光合作用是植物物質(zhì)積累的關(guān)鍵，研究油桃的光合特性是優(yōu)良品種選育、促進(jìn)植株生長(zhǎng)、提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵措施。

核輻射是指波長(zhǎng)短、頻率高、能量高的射線，是原子核從一種結(jié)構(gòu)或一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)或另一種能量狀態(tài)過程中釋放出來的微觀粒子流，可引起物質(zhì)電離或激發(fā)。核輻射具有資源消耗少、環(huán)保性高、儲(chǔ)存方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來，隨著核技術(shù)的快速發(fā)展，核輻射也廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前，核輻射研究是核農(nóng)學(xué)的重要組成部分，主要是利用放射性核元素、反應(yīng)堆、加速器等產(chǎn)生的射線（X射線、γ-射線、離子束、離子輻射等）對(duì)作物器官進(jìn)行一定劑量和輻射時(shí)間的處理，主要應(yīng)用于改良作物、生物遺傳變異、病蟲害防治等。其中，γ-射線是研究中最常見的照射方式，是一種高能的電磁波，具有波長(zhǎng)短、穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，普遍使用的放射性元素是60Co或137Cs。研究表明，輻射量和植物的生物學(xué)響應(yīng)及形態(tài)特征有密切的聯(lián)系，會(huì)影響細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和代謝變化[1-3]。申慧芳等[4]研究表明，低劑量的60Co-γ輻射處理能夠顯著提高紅小豆的葉綠素含量和光合速率，高劑量的60Co-γ輻射處理則會(huì)產(chǎn)生抑制作用。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于60Co-γ輻射處理在水稻、大麥、小麥等作物上的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但是目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有關(guān)核輻射的應(yīng)用大多是DNA合成抑制分析、成熟植株形態(tài)特征、細(xì)胞學(xué)或利用其育成品種等方面的研究，關(guān)于核輻射對(duì)植物葉綠素含量和光合特性變化影響的研究較少[5-6]。因此，本研究以不同劑量的60Co-γ照射桃樹種子，研究其幼苗的光合特性變化特征，以期尋求有利于桃樹生長(zhǎng)的適宜劑量，為桃樹種子育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用60Co-γ輻射，在鈷源輻射室內(nèi)進(jìn)行，桃樹選擇“曙光”油桃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018—2019年進(jìn)行，2018年10月進(jìn)行種子照射處理，試驗(yàn)設(shè)置空白對(duì)照組（CK）和5個(gè)輻射組，處理1輻射量為50 Gy，處理2為100 Gy、處理3為150 Gy、處理4為200 Gy、處理5為250 Gy，將顆粒飽滿、大小均勻的種子裝入小種子袋中進(jìn)行輻射處理，處理后的種子用0.1%赤霉素浸泡24 h，4 ℃低溫沙藏5個(gè)月，于2019年4月挑選萌發(fā)的桃樹種子，播種于內(nèi)徑30 cm、深度25 cm的花盆中，每盆裝混拌好的基質(zhì)土壤，每盆播種4粒種子，設(shè)3次重復(fù)，將長(zhǎng)出3片真葉、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株移至溫室中，當(dāng)幼苗長(zhǎng)到50 cm時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

葉綠素含量的測(cè)定采用丙酮-乙醇提取比色法。凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率選擇晴朗的上午用光合儀（LI-6400型，美國(guó)）測(cè)定，選取3株桃樹幼苗同一部位葉片進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

記錄所有測(cè)量數(shù)據(jù)，用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理，用SPSS 24.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 核輻射對(duì)桃樹幼苗葉片葉綠素含量的影響

葉綠素含量是反映植物光合能力的重要指標(biāo)。由圖1可知，桃樹幼苗葉片葉綠素a含量隨輻射量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，在處理2（輻射量100 Gy）時(shí)達(dá)到最大值。各處理中，處理1、處理4、處理5和CK差異不顯著，處理2和處理3顯著高于CK，分別高出28.03%和12.88%，處理5顯著低于CK，低13.79%。

葉綠素b含量變化趨勢(shì)和葉綠素a相似，輻射處理和CK差異均不顯著，處理3、處理4和處理5顯著低于處理2，分別低0.69%、12.19%和17.95%。

2.2 核輻射對(duì)桃樹幼苗葉片氣體交換參數(shù)的影響

由表1可以看出，桃樹幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率均隨輻射量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)。處理1和處理5的凈光合速率和CK差異不顯著，處理2、處理3和處理4顯著高于CK，分別高出20.77%、15.30%和11.48%;處理1和處理3處理氣孔導(dǎo)度和CK差異不顯著，處理2顯著高于CK，高出15.38%，處理4和處理5處理顯著低于CK;各輻射處理胞間二氧化碳濃度和CK差異不顯著，輻射處理間處理2顯著高于處理5;處理2的蒸騰速率顯著高于CK，其他處理和CK差異不顯著。適當(dāng)輻射能夠顯著提高桃樹幼苗凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，劑量過大則產(chǎn)生抑制效果。

3 結(jié)論與討論

葉片葉綠素含量是反映植物光合能力的重要指標(biāo)，參與植物光合作用的主要是葉綠素a和葉綠素b。大量研究發(fā)現(xiàn)，外界環(huán)境因子能夠改變植物葉片光合色素含量，從而影響植物光合性能，于虹漫等[7]研究表明，60Co-γ射線照射仙客來顯著提高了葉綠素a、葉綠素b含量。本研究結(jié)果表明，葉綠素a和葉綠素b含量隨輻射量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，在100 Gy處理時(shí)達(dá)到最大值，250 Gy顯著低于CK說明適量的輻射能夠提高葉綠素含量，過量則會(huì)產(chǎn)生抑制作用。丘運(yùn)蘭等[8]研究發(fā)現(xiàn)輻射會(huì)導(dǎo)致葉肉細(xì)胞Lwl基因有輕微的損傷。許銀蓮等[9]通過對(duì)60Co-y射線輻射對(duì)粉掌鐵蘭輻射效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，輻射可提高植物中葉片的葉綠素含量，增強(qiáng)植物的光合作用。與本試驗(yàn)結(jié)果一致，適量輻射能夠提高光合色素可能是由于輻射處理使得基因發(fā)生變化，植物基因能夠充分表達(dá)。而過量的Co-y射線輻射對(duì)種子造成了傷害，使得葉綠體結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，會(huì)使葉片中的光和色素含量發(fā)生變化，甚至分解，所以輻射處理的適宜范圍內(nèi)，應(yīng)選擇盡量小劑量。

本研究結(jié)果表明，60Co-γ處理下，隨處理劑量的增加，凈光合光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率均呈先上升后下降的趨勢(shì)，且在處理2達(dá)到最大值，顯著高于CK，而在處理5，氣孔導(dǎo)度顯著低于CK，說明低劑量具有促進(jìn)光合作用的效果，高劑量則產(chǎn)生抑制作用。此結(jié)果一方面可能和光合色素的含量有關(guān)，另一方面可能是輻射處理影響和光合電子傳遞，低劑量時(shí)，加速光系統(tǒng)間電子傳遞，高劑量時(shí)對(duì)電子傳遞阻礙，從而影響光合作用。因此，在進(jìn)行桃樹幼苗的輻射育種時(shí)，應(yīng)適當(dāng)采用低劑量，由于本試驗(yàn)品種單一，因此還需進(jìn)一步深入研究。

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（責(zé)任編輯：趙中正）