60Co-γ射線輻射對西瓜著花及果實性狀的影響

陳 亮，李玉明，楊世梅，陳年來

西瓜［Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum.&Nakai］是葫蘆科西瓜屬一年生蔓性草本植物，瓜瓤脆嫩，味甜多汁，含有豐富的礦物鹽和多種維生素，是夏季主要的消暑果品[1]。隨著人們對西瓜品種的品質和類型提出更高和更多樣化的要求，遺傳基礎狹窄的現有西瓜材料難以滿足育種工作的需要[2]，急需利用新技術、新方法創新和豐富西瓜種質資源。60Co-γ射線輻射具有誘變頻率高、變異范圍廣、育種周期短、使用方法簡單等特點而成為最重要、最常見的誘變育種方法之一[3-5]，到20世紀80年代，60Co-γ射線輻射誘變技術逐漸發展成為一種成熟的綜合性育種技術，被廣泛地應用于各種作物育種實踐[6-11]。采用適宜的輻射劑量是輻射育種中的重點，適宜輻射劑量因作物種屬、類型、品種、器官、組織、細胞和狀態的不同而存在著明顯的差異[12]，適宜劑量的選擇與品種間的輻射敏感性有極大的關系，不同種類或同一種類的不同品種對60Co-γ射線的輻射敏感性不同[13]，只有準確把握各品種間的輻射敏感性，才能正確選擇該品種的適宜輻射劑量，進而引發基因突變創新種質資源。然而采用60Co-γ射線輻射西瓜干種子來研究西瓜品種間輻射敏感性的相關報道很少。

筆者以種子質量不同的12個西瓜品種為材料，應用7個劑量的60Co-γ射線輻射西瓜干種子，通過測定分析輻射后西瓜植株著花和果實性狀等指標的變化，探討西瓜干種子的適宜輻射劑量、不同質量西瓜種子的輻射敏感性，以期為西瓜輻射誘變育種工作中適宜輻射劑量的選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種12個（表1），由國家蔬菜工程技術中心和甘肅農業大學瓜類研究所提供。

表1 供試西瓜材料性狀

1.2 輻射處理

將12個品種的西瓜干種子裝入自封袋內，每個處理（品種—劑量組合）選取健康飽滿的種子300粒（3個重復，每個100粒）。于2012年在甘肅省天辰輻射公司進行60Co-γ輻射，設7個輻照劑量，分別為 50、200、350、500、650、800 和 950 Gy，劑量率為1.5 Gy·min-1，以未進行輻射處理的種子為對照組0（CK）。處理后進行種子田間生產試驗。

1.3 田間試驗

輻射材料的性狀表現通過大田試驗觀察，試驗于2013年5月在甘肅省民勤縣薛百鄉農技中心試驗站（101°30′E，38°30′N，海拔 1 400 m）的大田進行。被輻射種子于2013年5月4日播種，深溝雙壟覆膜栽培，無整枝，每處理3次重復，每次重復播種25穴，每穴播2粒種子，行株距為1.2 m×0.5 m。肥水管理與當地商品瓜田間管理相同。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 西瓜著花節位 50%植株出現第1朵雌花后，每處理隨機選取10株統計其第1雄花、雌花著花節位。

1.4.2 果實性狀測定 采收期每處理隨機摘取西瓜果實10個，用電子天平測量果實單果質量，直尺測量果實縱橫徑及果皮厚度，用手持式測糖儀（WYT型）測定果實中心部位可溶性固形物含量。

西瓜著花節位和果實性狀測定的試驗結果均取10株的平均值，然后按照種子大小分組取平均值。

1.5 數據處理

試驗數據采用SPSS 19.0數據處理系統進行差異顯著性分析（P≤0.05），利用 Microsoft Excel 2007進行數據記錄和分析。

2 結果與分析

2.1 60Co-γ輻射對西瓜雄花著花節位的影響

隨著60Co-γ射線輻射劑量增加，西瓜植株第1雄花節位呈上升趨勢（表2），除小種子品種外，各輻射劑量對大種子、中等種子品種的第1雄花節位均沒有顯著影響。小種子品種經350 Gy和500 Gy輻照后，西瓜植株第1雄花節位顯著高于對照，第1雄花節位較對照分別升高了1.2、1.8節。說明對于小種子品種而言，輻射劑量越大，所產生的輻射效應越強。小種子品種輻射敏感性最強，而大種子品種和中等種子品種第1雄花節位對60Co-γ射線輻照不敏感。

表2 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜材料第1雄花著花節位的影響

2.2 60Co-γ輻射對西瓜雌花著花節位的影響

隨著60Co-γ射線輻射劑量增加，西瓜植株第1雌花節位呈降低趨勢，但各劑量對大種子品種的第1雌花節位均沒有顯著影響，350 Gy及以上劑量顯著降低中等種子和小種子品種的第1雌花節位（表3）。在200 Gy條件下，中、小種子品種第1雌花平均著生節位分別較對照降低了1.5、2.4節，但差異未達顯著水平。在350、650 Gy條件下，中、小種子品種第1雌花平均著生節位分別降低了3.1、3.0節和4.9、3.1節，說明隨輻射劑量的增加，輻射效應逐漸增強，小種子品種敏感性強于中等種子品種，大種子品種第1雌花節位對60Co-γ射線輻照不敏感。

表3 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜材料第1雌花著花節位的影響

2.3 60Co-γ輻射對西瓜果實單果質量的影響

隨著60Co-γ射線輻射劑量的增加，西瓜單果質量呈現先增加后減少的趨勢（圖1），但除950 Gy輻射條件外，其余輻射劑量均對各西瓜品種單果質量無顯著影響，在200 Gy條件下，大、中、小種子品種平均單果質量分別較對照增加了 0.05、0.06、0.05 kg，增加了 2.96%、2.58%、3.18%，350 Gy和650 Gy條件下，隨著輻射劑量的增加西瓜單果質量逐漸減少，但差異均未達到顯著水平，800 Gy輻射后，小種子品種單果質量顯著減少，較對照減少了0.9 kg，這說明低劑量輻射處理對西瓜單果質量沒有顯著影響，小種子品種對60Co-γ射線輻射敏感性最強，大種子品種西瓜果實單果質量對60Co-γ射線輻射不敏感。

圖1 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜材料單果質量的影響

2.4 60Co-γ輻射對西瓜果實縱徑橫徑的影響

隨著60Co-γ射線輻射劑量的增加，西瓜果實縱橫徑呈現先增加后減少的趨勢（圖2、圖3），這與西瓜果實單果質量的變化趨勢相一致。在50～650 Gy范圍內，各劑量對大、中、小種子品種西瓜果實縱徑均沒有顯著影響，200 Gy和350 Gy條件下，大、中、小種子品種果實縱徑分別較對照增加了1.40%、1.14%、1.42%和 0.66%、1.08%、0.12%，但差異均未達顯著水平。800 Gy條件下，大種子品種對60Co-γ射線輻射不敏感，中等種子品種次之，小種子品種最敏感，中等種子和小種子品種的果實縱徑分別較對照減少了2.49、8.36 cm，減少了13.48%、51.76%，小種子品種敏感性強于中等種子品種。

圖2 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜果實縱徑的影響

圖3 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜果實橫徑的影響

在50～800 Gy劑量范圍內，各輻射劑量對大種子品種和中等種子品種西瓜果實橫徑均沒有顯著影響。800 Gy輻射劑量顯著減少了小種子品種西瓜果實橫徑，果實橫徑較對照減少了7.74 cm，小種子品種的輻射敏感性最強，而大種子和中等種子品種對60Co-γ射線輻射不敏感。在200 Gy條件下，大種子品種和中等種子品種果實橫徑分別較對照增加了1.37%、0.98%，而小種子品種果實橫徑較對照減少了0.87%。500 Gy輻射劑量下，大、中、小種子品種果實橫徑分別較對照減少了1.45%、1.77%和2.24%，中等種子的輻射敏感性強于大種子品種的，在650 Gy條件下，大、中、小種子品種的果實橫徑分別較對照減少了2.75%、2.49%和3.97%，差異均未達顯著水平，說明輻射劑量逐漸增大，其對西瓜果實橫徑的抑制作用逐漸增強。

2.5 60Co-γ輻射對西瓜果皮厚度的影響

隨著60Co-γ射線輻射劑量的增加，在50～650Gy劑量范圍，西瓜果皮厚度呈現增加趨勢（表4），但各輻射劑量對大、中、小種子品種的果皮厚度均沒有顯著影響。200 Gy條件下，大種子品種、中等種子品種和小種子品種果皮厚度分別較對照增加了0.09、0.07、0.06 cm，差異未達顯著水平。在500 Gy條件下，大、中、小種子品種果皮厚度分別較對照增加了0.14、0.13、0.10 cm，差異也未達顯著水平。500 Gy及以上劑量輻射后對大、中、小種子品種的果皮厚度無顯著影響。說明隨著輻射劑量的增加，輻射效應逐漸加強，其輻射的損傷作用也在不斷增強，大、中、小種子品種西瓜果皮厚度對60Co-γ射線輻射不敏感。

表4 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜果皮厚度的影響cm

2.6 60Co-γ輻射對西瓜果實可溶性固形物含量的影響

隨著60Co-γ射線輻射劑量的增加，西瓜果實可溶性固形物含量呈現先升高后降低的趨勢（表5）。但在50～950 Gy劑量范圍，各輻射劑量對大種子品種的果實可溶性固形物含量均沒有顯著影響。在800 Gy條件下，小種子品種果實可溶性固形物含量較對照顯著降低了52.31%，大種子品種對60Co-γ射線輻射不敏感。200 Gy輻射后，大、中、小種子品種果實可溶性固形物含量較對照升高了6.65%、0.68%、1.75%，但差異均不顯著。350 Gy輻射后，大種子品種和小種子品種果實可溶性固形物含量較對照升高了4.25%、2.88%，中等種子品種的較對照降低了3.18%，差異不顯著。在650 Gy條件下，大、中、小種子品種果實可溶性固形物含量較對照降低了9.06%、9.74%、2.67%，說明隨著輻射劑量逐漸增加，60Co-γ輻射效應逐漸增強。小種子品種的輻射敏感性強于中等種子品種。

表5 不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜果實可溶性固形物含量的影響 ω/%

3 討論

對于輻射誘變育種而言，輻射劑量是輻射育種首先要考慮的問題，只有適宜的輻射劑量才能獲得有效的誘變[14]。有效的輻射處理可以提高果實的產量和品質。筆者用7個劑量的60Co-γ射線輻射種子質量不同的12個西瓜品種，對輻射后各西瓜品種的果實性狀進行了測定，結果發現，60Co-γ射線輻射均不同程度地影響了西瓜果實的生長。當輻射劑量較低（50～350 Gy）時，西瓜單果質量、果實可溶性固形物含量均呈現增加趨勢，當輻射劑量在500 Gy及以上時，西瓜果實單果質量、果實縱橫徑、果實可溶性固形物含量隨著60Co-γ射線輻射劑量的增加而呈現減小趨勢，這與吳海波等[15]在研究60Co-γ射線輻射厚皮甜瓜品種‘金鳳凰’‘金龍’‘雪里紅’和‘伽師瓜’后得出的結論相一致。高劑量（800～950 Gy）輻射時，果實的生長發育明顯受到抑制，且輻射劑量越高、抑制作用越強。高劑量輻射顯著降低了果實單果質量和可溶性固形物含量，這可能是由于高輻射劑量顯著影響了西瓜植株的正常生長，植株的光合效率下降，同化產物積累減少，同化物向果實的運輸受阻，導致果實單果質量和可溶性固形物含量顯著下降；而適宜的輻射劑量對植株生長有刺激效應，使光合效率增強，將更多的光合同化產物轉運至果實。陳日遠等[16]的研究證實了這一點；這也與王月華等[17]研究草地早熟禾種子的研究結果相一致。楊虹等[18]研究也發現，當輻射劑量較低（20 Gy）時，60Co-γ射線能夠促進莧菜種子種胚組織細胞的生長和分裂，輻射劑量超過100 Gy時，芽的后期生長受到抑制。因此，在西瓜輻射誘變育種研究中可使用中度輻射劑量來篩選目標性狀，本試驗中采用200～500 Gy的劑量輻射較為適宜。

不同種類作物的輻射敏感性不同，不同品種間也有差異[13]，因此實際試驗中宜根據不同品種輻射敏感性來確定適宜的輻射劑量。史燕山等[19]用60Co-γ輻射‘晚香玉’的種球，根據半致死劑量確定出小種球的適宜輻射劑量為15～20 Gy，大種球的適宜輻射劑量為25～30 Gy，小種球的輻射敏感性強于大種球。這與本試驗中小種子對輻射較大種子敏感的結論相一致。有研究發現水稻[7]、棉花[20]的適宜輻射劑量為200～400 Gy，甘藍型油菜[21]的適宜輻射劑量為800～1200 Gy，番茄種子[3]的適宜輻射劑量為400～600 Gy。以上研究結果與本試驗得出的輻射敏感性的結論不一致，這可能是試驗原材料的抗輻射能力不同造成的。輻射對不同植物以及同一植物的不同品種間所表現出的效應不一樣，而且輻射對西瓜著花習性、果實生長的影響是不定向和多方面的。本試驗在50～950 Gy輻射劑量條件下，觀察了不同劑量60Co-γ射線輻射對西瓜著花習性的影響，觀察發現不同劑量輻射僅對西瓜第1雌花著花節位產生影響，而對西瓜第1雄花著花節位無顯著影響，這可能是設置的輻射劑量梯度較小的緣故。試驗又探討了7個不同輻射劑量對西瓜果實單果質量、果實縱徑和橫徑、果皮厚度以及果實可溶性固形物含量的影響，得出800 Gy及以上劑量輻射處理對西瓜果實性狀產生顯著的抑制作用的結論。而對于不同質量西瓜干種子適宜輻射劑量的確切值以及輻射對西瓜幼苗生理生化指標和其他生物學效應還有待進一步研究。植物不同器官、組織和細胞間及不同生育期的輻射敏感性存在差異，不同指標所反映作物的適宜輻射劑量及輻射敏感性大小也會有差異，因此開展對同一作物不同品種間輻射敏感性差異研究以及輻射敏感性差異機制研究仍具有重要意義。

4 結論

用7個劑量60Co-γ射線輻射西瓜干種子，隨輻射劑量增大，60Co-γ射線對西瓜著花和果實性狀的抑制作用逐漸增強，西瓜干種子的適宜輻射劑量為200～500 Gy。不同質量西瓜干種子對60Co-γ的輻射敏感性存在顯著差異，表現為小種子材料>中等種子材料>大種子材料。