137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆種子誘變效應(yīng)及適宜誘變劑量探討

申慧芳，郭 鋒

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)部，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

綠豆作為主要的雜糧作物之一，是一種醫(yī)食同源作物，也可糧菜兼用，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高。而且綠豆生育期短、適播期長(zhǎng)、抗旱、耐瘠薄，種植方式比較粗放[1-2]，在我國(guó)南方和北方地區(qū)廣泛種植，深受人們的喜愛(ài)。隨著人們生活水平的不斷提高以及膳食結(jié)構(gòu)的改善，對(duì)綠豆的需求越來(lái)越多。為了滿(mǎn)足這一要求，急需培育出更多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的綠豆新品種。

大量研究和實(shí)踐證明，輻射誘變技術(shù)在新種質(zhì)資源的創(chuàng)制及農(nóng)作物品種改良方面作出了突出貢獻(xiàn)，已為世界許多國(guó)家?guī)?lái)數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)收益[3]。作為自花授粉作物，綠豆的性狀可以通過(guò)輻射誘變技術(shù)進(jìn)行有效改良，選育出優(yōu)良品種供生產(chǎn)應(yīng)用。目前，研究報(bào)道的綠豆誘變育種所用射線(xiàn)主要是60Co γ 射線(xiàn)[4-5]，而利用137Cs γ 射線(xiàn)作為誘變因子在別的作物上雖然已有報(bào)道[6-14]，但137Cs 衰變所釋放的γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆的誘變效應(yīng)鮮見(jiàn)報(bào)道。由于60Co γ射線(xiàn)和137Cs γ 射線(xiàn)能量不同，在實(shí)際的育種實(shí)踐中不能完全照搬60Co γ 射線(xiàn)誘變的研究結(jié)果，因此，研究137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆種子的誘變效應(yīng)，確定適宜的誘變劑量具有重要的意義。

本研究采用不同劑量的137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)6 個(gè)不同品種的綠豆干種子進(jìn)行輻射誘變處理，研究不同劑量137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆幼苗的輻射效應(yīng)，估算適宜綠豆輻射誘變的劑量范圍，旨在為開(kāi)展綠豆輻射誘變育種與性狀改良奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

所選用的供試材料分別為晉綠豆2 號(hào)、晉綠豆3 號(hào)（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)部雜糧輻射育種組提供）、蘇綠5 號(hào)（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供）、黃綠豆（張家口農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供）、冀黑綠0506 和冀綠13 號(hào)（河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所提供）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1137Cs γ 射線(xiàn)輻照處理 將6 個(gè)品種綠豆干種子裝入信封內(nèi)，在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物和核技術(shù)利用研究所浙江輻照中心進(jìn)行137Cs γ 射線(xiàn)輻照處理，輻照劑量分別為 200、300、400、500、700、900 Gy；同時(shí)以未輻照（輻照劑量為0）作為對(duì)照。

1.2.2 室內(nèi)幼苗試驗(yàn) 挑選經(jīng)輻照處理后籽粒飽滿(mǎn)的種子，均勻擺放在鋪有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中（直徑15 cm），每皿50 粒種子，每個(gè)劑量重復(fù)3 次，以未輻照干種子作為對(duì)照；發(fā)芽培養(yǎng)于恒溫（（25±1）℃）培養(yǎng)箱中進(jìn)行，于第2 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽情況，第6 天測(cè)量苗高和根長(zhǎng)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 25.0 軟件對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；多重比較采用新復(fù)極差法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量137 Cs γ射線(xiàn)對(duì)綠豆種子發(fā)芽率的影響

從表1 可以看出，與CK 相比，隨著劑量的增加，6 個(gè)品種綠豆種子發(fā)芽率整體均呈下降趨勢(shì)，而且在低劑量處理情況下，大部分品種綠豆種子發(fā)芽率大于CK。這與用137Cs γ 射線(xiàn)處理毛竹種子的誘變效應(yīng)相似[10-11]。

表1 不同劑量的137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)6 個(gè)綠豆品種種子發(fā)芽率的影響

但是從表1 還可以看出，本研究所用不同劑量的137Cs γ 射線(xiàn)輻照處理對(duì)6 個(gè)綠豆品種種子的發(fā)芽沒(méi)有明顯的影響。有研究報(bào)道，500 Gy 以下劑量的60Co γ 射線(xiàn)輻照處理對(duì)綠豆的發(fā)芽率沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響[15-16]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，劑量小于1 000 Gy的137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆發(fā)芽影響不明顯，這可能是由于137Cs γ射線(xiàn)的能量小于60Co γ 射線(xiàn)，137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆種子的損傷能力小于同劑量的60Co γ 射線(xiàn)。137Cs γ射線(xiàn)對(duì)水稻生物學(xué)效應(yīng)的研究表明，137Cs γ 射線(xiàn)產(chǎn)生的生物效能低于60Co γ 射線(xiàn)[14]，本研究結(jié)果與該結(jié)論相似。

2.2 不同劑量137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆幼苗生長(zhǎng)的影響

從圖1 可以看出，不同劑量137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)6 個(gè)品種綠豆幼苗生長(zhǎng)均產(chǎn)生一定的輻射效應(yīng)，總體表現(xiàn)為隨著劑量的升高，苗高和根長(zhǎng)均逐漸降低（劑量為200 Gy 時(shí)，黃綠豆的苗高和蘇綠5 號(hào)的根長(zhǎng)除外）；高劑量137Cs γ 射線(xiàn)輻照處理對(duì)不同品種綠豆幼苗苗高和根長(zhǎng)的影響程度各不相同，900 Gy 劑量處理情況下，與CK 相比，晉綠豆2 號(hào)、晉綠豆3 號(hào)、蘇綠5 號(hào)、黃綠豆、冀黑綠0506 和冀綠13 號(hào)幼苗的苗高分別減少了66.84%、56.54%、67.32%、23.28%、49.39%和56.48%，根長(zhǎng)分別減少了50.0%、65.93%、58.43%、53.33%、64.18%和36.54%；不同種皮顏色的綠豆品種其影響程度不同，137Cs γ射線(xiàn)對(duì)黃綠豆苗高的影響小于其他2 種種皮的綠豆，表明黃綠豆對(duì)137Cs γ 射線(xiàn)的敏感性較弱。

2.3 綠豆適宜誘變劑量分析

適宜誘變劑量的選擇是植物輻射誘變育種成功的關(guān)鍵因素之一，適宜誘變劑量既要求有M1足夠的植株成活率，同時(shí)子代中又能產(chǎn)生較高的突變頻率和較多的突變類(lèi)型，其確定一般采用半致死劑量（LD50）、半致矮劑量（HD50）和活力指數(shù)下降 50%的劑量（VID50）等[17-19]。本研究以不同品種綠豆輻照處理后幼苗苗高降為CK 的1/2 時(shí)劑量（HD50（半致矮劑量））作為適宜誘變劑量。對(duì)不同品種綠豆幼苗苗高與輻照劑量之間的關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性回歸，結(jié)果如表2 所示，由于不同品種綠豆的輻射敏感性不同，導(dǎo)致其半致矮劑量也不同，敏感性大小順序依次為晉綠豆 3 號(hào)、蘇綠 5 號(hào)、冀綠 13 號(hào)、晉綠豆 2 號(hào)、冀黑綠0506 和黃綠豆，可以看出，種皮為綠色的4 個(gè)品種（晉綠豆2 號(hào)、晉綠豆3 號(hào)、蘇綠5 號(hào)和冀綠13 號(hào)）的半致矮劑量差別不大，對(duì)137Cs γ 射線(xiàn)較為敏感；種皮為黃色的綠豆對(duì)137Cs γ 射線(xiàn)的敏感性最??；種皮為黑色的冀黑綠0506 對(duì)137Cs γ 射線(xiàn)的敏感性介于綠綠豆和黃綠豆之間。

表2 6 個(gè)綠豆品種苗高與輻照劑量的線(xiàn)性回歸方程

有研究報(bào)道，為了產(chǎn)生更多有益突變，適宜誘變劑量選取范圍應(yīng)在估算所得劑量基礎(chǔ)上上、下相差20%范圍內(nèi)[17-18]。本研究中，4 個(gè)種皮為綠色的品種（晉綠 3 號(hào)、晉綠 2 號(hào)、蘇綠 5 號(hào)和冀綠 13 號(hào)）適宜誘變劑量分別為 590～885、691～1 036、593～890、634～951 Gy，黃綠豆和黑綠豆（冀黑綠 0506）的適宜誘變劑量分別為1 257～1 886 Gy 和719～1 078 Gy。本研究通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室采用137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)6 個(gè)品種綠豆的輻射效應(yīng)分析可以得出，所選4 個(gè)綠皮綠豆干種子的適宜誘變劑量范圍為593～1 036 Gy，但考慮實(shí)驗(yàn)中的一些誤差因素，確定本研究所用不同品種綠豆的適宜誘變劑量范圍為600～1 000 Gy，平均劑量為784 Gy，黃綠豆和黑綠豆適宜誘變劑量要大于綠色種皮綠豆。

3 結(jié)論與討論

不同種類(lèi)植物種子經(jīng)γ 射線(xiàn)輻照處理后所表現(xiàn)出的輻射效應(yīng)不一樣，研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)植物種子輻照后其發(fā)芽率與輻照劑量呈負(fù)相關(guān)[8]。本研究采用不同劑量的137Cs γ 射線(xiàn)輻照處理6 個(gè)綠豆品種干種子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與CK 相比，所用不同劑量的137Cs γ 射線(xiàn)進(jìn)行輻照處理對(duì)6 個(gè)綠豆品種種子的發(fā)芽率沒(méi)有明顯的影響，該結(jié)論與趙孔南等[20]在水稻上的研究結(jié)果相似。但是有研究表明，隨著劑量的增加，137Cs-γ 射線(xiàn)輻照處理對(duì)秀麗槭、葡萄、毛竹、威靈仙等種子發(fā)芽率存在顯著影響[6-11]。這可能與研究處理所用的材料不同有關(guān)。有研究表明，500 Gy 以下劑量的60Co γ 射線(xiàn)輻照處理對(duì)綠豆的發(fā)芽率沒(méi)有顯著影響[15-16]，但本研究發(fā)現(xiàn)，即使劑量高達(dá)900 Gy 的137Cs γ 射線(xiàn)對(duì)綠豆的發(fā)芽率影響也不顯著。進(jìn)一步證明，137Cs 衰變產(chǎn)生的γ 射線(xiàn)的生物效能低于60Co γ 射線(xiàn)[14]。

農(nóng)作物種子經(jīng)γ 射線(xiàn)輻照處理后最重要和最直觀的表現(xiàn)之一是生長(zhǎng)受到抑制，幼苗高度降低和根長(zhǎng)變短是其生長(zhǎng)受抑制的重要表現(xiàn)[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著137Cs γ 射線(xiàn)輻照劑量的增加，不同綠豆品種幼苗高度和根長(zhǎng)呈逐漸降低的趨勢(shì)，較高劑量的輻射處理影響明顯。這與137Cs γ 射線(xiàn)輻照處理其他植物種子的結(jié)論相近[6-11，20]。

適宜的劑量是輻射選育新品種及性狀改良成功的關(guān)鍵因素之一，而適宜誘變劑量的大小與試材的輻射敏感性有很大關(guān)系，敏感性的強(qiáng)弱可以通過(guò)輻射效應(yīng)進(jìn)行判別，故通過(guò)對(duì)所選試驗(yàn)材料輻射效應(yīng)的研究可以準(zhǔn)確地確定適宜誘變劑量。輻射誘變育種中適宜劑量的參考值一般采用半致死劑量作為參考值[19]，但目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定半致死劑量，大多采用發(fā)芽率、出苗率、植株成活率、生長(zhǎng)抑制程度和植株不育程度等作為研究指標(biāo)[8]。本研究結(jié)果表明，利用半致矮劑量估算所得的4 個(gè)綠皮綠豆干種子的適宜誘變劑量范圍為600～1 000 Gy，與文獻(xiàn)[19]利用相同指標(biāo)推薦的650～1 000 Gy 的值相近。

作物品種的輻射敏感性強(qiáng)弱的研究對(duì)正確選擇誘變親本材料、提高誘變效率具有重要意義，輻射敏感性品種后代誘發(fā)突變頻率高，輻射遲鈍型品種后代誘發(fā)突變頻率低，中間型品種居二者之間[19]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，半致矮劑量與種皮的顏色有關(guān)，黃種皮綠豆半致矮劑量最大，為遲鈍型品種；綠種皮綠豆最小，為敏感性品種；黑種皮綠豆居中，為中間型品種。綠豆輻射敏感性不同的原因可能與不同種皮顏色有關(guān)，可能是由于黃色、黑色和綠色種皮中含有抗輻射成分不同而致，具體原因還有待進(jìn)一步研究。在綠豆輻射誘變育種中，選用綠種皮綠豆能產(chǎn)生更高的突變頻率，選擇出更多的優(yōu)異突變材料。