60Co-γ輻射對蘿卜種子萌發和幼苗生長的影響

熊秋芳，陳玉霞，張雪清，張小康

(1．湖北省武漢市蔬菜科學研究所，湖北武漢 430345;2．湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北武漢 430064)

蘿卜 (Raphanus sativusL．)又名萊菔、蘆菔，為十字花科蘿卜屬的一、二生生草本植物。蘿卜富含碳水化合物、維生素和磷、鐵、硫等無機鹽、淀粉酶和氧化酶等酶類以及芥子油。常吃蘿卜有促進胃腸蠕動、消食除脹、增強免疫功能、預防癌癥的作用，故而栽培歷史悠久。蘿卜是我國第2大蔬菜種植作物，品種繁多，在栽培上一般依收獲季節分為冬蘿卜、春蘿卜、夏秋蘿卜和四季蘿卜等4類。采用60CO-γ射線輻射處理植物的種子、花粉、枝條、植株等，誘使遺傳物質發生改變或重新組合，導致有關性狀的變異，具有較高的突變率。據聯合國糧食及農業組織和國際原子能機構不完全統計，至1989年已有51個國家將輻射技術應用于1 330種作物的育種中，并選出了大批優良品種，這些新品種在當前農業生產上發揮了很大作用［1－4］。但目前輻射技術在蘿卜上的應用僅有少量報道。王天龍等［5］用60CO-γ射線照射蘿卜種子，結果顯示劑量在20～60 Gy有利于蘿卜種子發芽，60～150 Gy有利于蘿卜幼苗生長。聶啟軍［6］在用60CO-γ射線照射蘿卜種子篩選抗黑斑病突變體中，篩選出了幾個抗性株系。本試驗利用60CO-γ射線對短葉13蘿卜種子進行不同劑量輻照處理，對種子發芽率、種子細胞膜、種子活力、幼苗生長量等進行了研究，探明了蘿卜種子有效的輻射誘變劑量，旨在為今后進一步篩選耐熱型蘿卜突變體提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為短葉13蘿卜，為武漢市蔬菜科學研究所十字花科研究室自留高代自交系。種子凈度≥98.0%。處理時凈種子平均含水量為8.0%。

1.2 處理設計

將蘿卜種子裝入牛皮紙袋內，于2011年9月在湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所輻照中心進行輻射處理，共設18個輻照劑量處理，處理1為0 Gy未輻射種子為對照 (CK)，處理2為900 Gy，處理3為1 100 Gy，處理4為1 300 Gy，處理5為1 500 Gy，處理6為1 700 Gy，處理7為1 900 Gy，處理8為2 500 Gy，處理9為3 000 Gy，處理10為3 500 Gy，處理11為4 000 Gy，處理12為5 000 Gy，處理13為6 000 Gy，處理14為7 000 Gy，處理15為8 000 Gy，處理16為9 000 Gy，處理17為10 000 Gy和處理18為20 000 Gy。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 發芽率及生長量測定

參照國家農作物種子檢驗規程發芽試驗標準，將濾紙置于培養皿中作為發芽床，25℃恒溫培養箱內發芽。每處理100粒種子，3次重復。種子萌發后以上下胚軸達到或超過種子長度為標準記載發芽數。培養24 h開始計算發芽率，72 h調查發芽勢，統計144 h發芽率，測胚根長、幼株生長量，分別計算不同處理種子的發芽率、發芽勢、發芽指數等相關指標。

發芽勢/%=規定天數內發芽種子數/試驗種子總數×100;發芽率/%=發芽總粒數/試驗總粒數×100;發芽指數=Σ種子發芽數/相對應的種子發芽天數。

1.3.2 種子活力測定

不同處理的50粒種子完全吸漲后，切開露胚，取帶胚的一半種子放入培養皿，加入濃度為0.5%的2，3，5-氯化三苯四氮唑 (TTC)溶液，完全淹沒種子，加蓋并在35℃恒溫培養箱內黑暗條件染色3 h，用清水沖洗并在解剖鏡下觀察，判斷種子生活力。胚全部或大部分被染成紅色的即為有活力的種子，胚不被染色的為死種子，胚中非關鍵性部位 (如子葉的一部分)被染色，而胚根或胚芽的尖端不染色，屬于不能正常發芽無活力的種子。

取正常染色的胚30個，蒸餾水沖洗3次，用濾紙吸干胚表面水分并移入50 mL離心管中，加10 mL無水酒精，加塞置35℃培養箱黑暗浸提24 h，在485和490 nm處分別測提取液的D值，重復3次。計算TTC還原強度。

1.3.3 細胞膜透性測定

取不同輻射處理的凈種子，用自來水洗凈種子表面，蒸餾水和超純水各沖洗2遍，將60粒種子放入潔凈的100 mL燒杯中，加入60 mL超純水，于25℃下浸泡24 h，用 HANNA instruments HI 98304型精密電導儀測定浸出液的電導值，再將種子及浸出液沸水浴30 min，冷卻至25℃后測定總電導值，重復3次。相對電導率/%=24 h浸泡液電導值÷總電導值×100。

1.4 統計方法

用SPSS19.0統計軟件進行數據統計及相關分析。

2 結果與分析

2.1 種子萌發

不同的輻照劑量不同程度地影響了蘿卜種子的萌發 (圖1)。萌發24 h內，不同處理的種子受抑制作用明顯，隨著輻照劑量的增大，種子發芽進程明顯延遲，發芽率急劇下降，1 500 Gy(處理5)發芽率只有對照的50%，3 500 Gy(處理10)發芽率接近0;發芽時間增加，48和72 h發芽率逐漸提高;萌發時間達到144 h，3 500～4 000 Gy的輻照劑量處理對種子的最終發芽率沒有影響。隨著劑量的繼續加大，發芽率開始急劇下降，到20 000 Gy(處理18)種子萌發完全受到抑制，發芽率為0。

圖1 輻照處理對蘿卜種子發芽進程的影響

2.2 種子細胞膜

輻照處理不僅能引起細胞核中DNA產生變異，同時還會引起膜損傷，膜透性會明顯改變，表現出種子浸出液電導率增加。對輻照處理后蘿卜種子24 h浸出液電導率及相對電導率測定結果見圖2。輻照劑量低于1 300 Gy(處理4)，2種電導率變化均小，說明細胞膜透性變化小，細胞膜損傷不嚴重;當劑量超過1 500 Gy，細胞滲出液濃度隨著輻照劑量的加大而增加。電導率越大，膜透性越大，細胞受損傷程度越大。蘿卜種子的24 h電導率和相對電導率變化趨勢一致。

2.3 種子活力

圖3和1表明，隨著輻照劑量的增加，蘿卜種子各種活力指標均表現下降的趨勢。其中，24 h發芽率和72 h發芽指數的變化臨界點在3 500(處理10)～4 000 Gy(處理11);當輻照劑量超過20 000 Gy，24 h發芽率、72 h發芽勢、72 h發芽指數指標均為0，種子活力完全喪失。

圖2 輻照處理對蘿卜種子細胞膜透性的影響

圖3 輻照處理對蘿卜種子活力 (72 h)的影響

四唑測定技術 (TTC)是《國際種子檢驗規程》中用于測定發芽緩慢或有休眠種子的生活力、快速判斷種子潛在發芽能力的一種有效方法，應用廣泛。圖4顯示，與發芽法144 h測定的結果基本一致。當輻照劑量達到3 500 Gy，有生活力的種子高達80%以上，蘿卜種子的生活力仍很強，隨著劑量的增加，種子生活力開始降低，到10 000 Gy(處理17)，種子生活力降到50%以下，到20 000 Gy，生活力最終喪失，說明該劑量的輻照對種子已經產生了極強的抑制效應。

圖4 輻照處理對蘿卜種子生活力的影響

2.4 幼苗根系生長

蘿卜幼苗根系對輻照極為敏感 (圖5)。受輻照種子的胚根生長較慢，毛狀細根發生明顯受到抑制，隨著劑量的增大，細根的發生從濃密到幾乎不發生。測定144 h幼苗的根長，表明輻射對根系生長產生不同程度的抑制，劑量越大，抑制效果越明顯，達到10 000 Gy時，幾乎沒有胚根生成。

圖5 輻射處理對蘿卜幼苗根長的影響

2.5 幼苗生長量

蘿卜幼苗受輻照后，子葉和下胚軸生長緩慢，萌發144 h后，受不同劑量輻照的蘿卜幼苗損傷差異明顯。高劑量處理中大部分植株和子葉黃化，逐漸死亡。生長量的變化同樣反映出輻照的劑量效應，隨著輻照劑量增加，生長量減少，3 500 Gy以上劑量處理的幼苗生長量比未輻射的幼苗生長量少50%以上 (圖6)。

圖6 輻射處理對蘿卜幼苗生長量的影響

2.6 種子活力指數間的相關關系

蘿卜種子活力指數間的相關關系分析結果(表1)表明，蘿卜種子5項活力指數間均表現出極顯著相關關系。其中幼苗生長量與其他4項指標相關關系都很高，發芽后幼苗的根長和生長量存在極顯著相關關系。24 h電導率與其余4項活力指標均存在極顯著關系。

表1 蘿卜種子活力指數間的相關關系

輻照處理劑量對根和生長量的影響作用均為負相關，所以根長和生長量可作為評價蘿卜種子輻射處理后種子活力和早期生長表現的直觀指標。

2.7 半致死劑量

受輻照的種子萌發后，幼苗逐漸表現出生長受到抑制，根系停止生長，子葉邊緣發黑、黃化、畸形、分叉等情形 (圖7)，畸形植株最后出現萎蔫至枯死。以發芽試驗和田間輔助播種試驗數據為基礎，由SPSS軟件計算出半致死劑量為1 494.662 Gy。

圖7 蘿卜輻照種子幼苗受害情況

3 小結與討論

60Co-γ輻射不同程度地影響了蘿卜種子萌發及幼苗生長進程。24 h電導率與其余4項活力指數均存在極顯著的相關關系，可作為快速測定蘿卜種子活力的有效指標。

隨著發芽時間的增加，較低的輻照劑量對蘿卜種子的最終發芽率沒有影響，直到輻照劑量為10 000 Gy時，蘿卜的發芽率還可以達到30%，這可能與蘿卜種子里面含有大量的芥子堿有關。芥子堿廣泛存在于十字花科植物中，是一種非常有價值的天然抗氧化劑，芥子堿在輻射和活性氧攻擊中不僅可以防止堿基損傷，而且能夠有效地減少DNA鏈的斷裂［7］，在蘿卜種子受到輻射的時候，能夠進行自身的修復，以至于在高輻射劑量下仍然能正常發芽。但24 h內，3 500 Gy是一個臨界點，因此24 h發芽率可作為輻射敏感性的指標。

根長和幼苗生長量廣泛用于植物對輻射敏感程度的度量，在蘿卜上也很好地反映了此一效應，3 500 Gy是嚴重損傷的劑量，極大地抑制了根、莖生長。從輻射對蘿卜種子萌發進程、活力變化及早期幼苗生長的影響來看，可選擇臨界劑量和半致死劑量即1 300～1 500 Gy，作為短葉13蘿卜種子誘變處理的最佳輻射劑量范圍，有望產生較多的突變體。

［1］溫賢芳．中國核農學現狀與21世紀初的發展［J］．核科學與工程，2000(3):332－338．

［2］蔡春菊，高健，牟少華．60Co-γ輻射對毛竹種子活力及早期幼苗生長的影響 ［J］．核農學報，2007，21(5):436－440．

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［5］王天龍，張繼業．60Co-γ射線對蘿卜種子發芽率及幼苗生長的影響［J］．青海農林科技，2009(1):1－3．

［6］聶啟軍．60Co-γ射線輻照蘿卜種子篩選抗黑斑病突變體［D］．武漢:華中農業大學，2003．

［7］柯木根，吳國欣，，林燕妮，等．芥子堿的研究概況［J］．中草藥，2007，38(9):8－9．