60Co-γ射線輻射對NaCl脅迫下海濱錦葵種子萌發的影響

趙東曉，董亞茹，杜建勛，顧寅鈺，陳傳杰，孫景詩

（山東省蠶業研究所，山東煙臺264002）

60Co-γ射線輻射對NaCl脅迫下海濱錦葵種子萌發的影響

趙東曉，董亞茹，杜建勛，顧寅鈺，陳傳杰，孫景詩

（山東省蠶業研究所，山東煙臺264002）

為了探尋有助于提升海濱錦葵種子耐鹽性能的輻射劑量，為發展其在鹽堿地中的種植提供建議，應用輻射誘變技術，研究經不同劑量的60Co-γ射線輻射處理的海濱錦葵種子在不同濃度NaCl脅迫條件下的萌發特性，比較不同處理下的種子在NaCl脅迫下的發芽率、發芽勢和發芽指數。結果表明，在未經NaCl脅迫下，輻照處理可以提高海濱錦葵種子發芽率，但在NaCl脅迫下，輻照處理降低了種子的發芽率；適宜劑量的輻射可以提高鹽脅迫下海濱錦葵種子的發芽勢和發芽指數，即提高海濱錦葵種子在鹽脅迫條件下的發芽速度和整齊度。

海濱錦葵；60Co-γ輻射；鹽脅迫；種子萌發

本研究以不同劑量60Co-γ射線對海濱錦葵種子進行輻射處理，并在不同濃度的NaCl環境中進行種子萌發試驗，旨在探索60Co-γ射線輻射對鹽脅迫下海濱錦葵種子萌發特性的影響，以期探尋在鹽脅迫下能顯著促進海濱錦葵種子萌發的60Co-γ射線輻射劑量，為海濱錦葵的輻射誘變育種和在鹽漬化土壤中的人工栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗所用的海濱錦葵種子由中國科學院海岸帶研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 選取顆粒飽滿、大小均一的海濱錦葵種子送往山東省農業科學院輻射中心，進行60Co-γ射線輻射處理，輻射劑量率為2.75 Gy/min，輻射劑量分別為 0，100，200，300，400 Gy，其中，0 輻射組為CK。將不同輻射處理后的種子用5%H2SO4浸泡1 h，用水清洗后，加入70%乙醇消毒20 min，然后用無菌水清洗3次，置于不同濃度的NaCl溶液中，分別用 0，100，300 mmol/L NaCl溶液（該溶液用1/4 Hoagland營養液配制）浸泡處理24 h。

1.2.2 室內發芽試驗 將經預處理后的種子均勻擺放于鋪有2層濾紙的直徑9 cm的培養皿內，加入15 mL相應濃度的鹽溶液（與預處理浸種時的鹽溶液濃度一致），將培養皿置于光照培養箱，培養條件為25℃，光照12h/d，光照強度為450μmol/（m2·s）。每個處理40粒種子，每個處理設置3個重復，用稱重法每天補充經蒸發損失的水分，以保持培養皿中鹽溶液濃度的恒定。

1.2.3 發芽情況統計 從種子置床之日開始，每隔24 h觀察種子萌發情況并統計發芽種子數（以胚根突出種皮2 mm為標準），連續統計11 d。并按公式統計發芽勢、發芽率、發芽指數、累積發芽率。

發芽勢＝（4 d正常發芽的種子數/供試種子數）×100%；發芽率＝（11 d正常萌發的種子數/供試種子數）×100% ；發芽指數（Gi）＝∑（Gt/Dt）。式中，Gt為萌發種子粒數；Dt為相應的萌發日數。

1.3 數據處理

采用Excel和SPSS20.0對數據進行統計分析。用單因素試驗統計分析方法，對海濱錦葵不同處理的試驗數據進行差異顯著性檢測。

2 結果與分析

2.1 60Co-γ輻照處理對NaCl脅迫下海濱錦葵種子發芽率的影響

由圖1可知，未經NaCl脅迫（0 mmol/L NaCl），輻照處理可促進海濱錦葵種子萌發，但在NaCl脅迫下，輻照處理抑制種子的萌發。在0 mmol/LNaCl中，300 Gy輻照對種子發芽的促進作用最明顯，為35.4%，400 Gy次之，輻照后發芽率增加25.7%。在100 mmol/L NaCl脅迫下，種子萌發受到抑制，其中，300 Gy輻照下抑制效應最大，發芽率降低42.4%。在300 mmol/L NaCl脅迫下，輻照處理對種子萌發的抑制作用更顯著；100，200 Gy輻照下發芽率比對照低75%，達到了差異顯著水平；300，400 Gy輻照下發芽率有所升高，但仍低于0輻照組。

2.2 60Co-γ輻照處理對NaCl脅迫下海濱錦葵種子發芽勢的影響

發芽勢反映種子發芽的快慢和整齊度，是鑒別種子發芽整齊度的主要指標，在發芽率相同時，發芽勢高的種子說明種子的生命力強[22]。從圖2可以看出，沒有NaCl脅迫時，輻照處理使得發芽勢降低，而NaCl脅迫下不同輻照劑量的處理對發芽勢的影響并無明顯規律。在0 mmol/LNaCl中，輻射劑量≤200 Gy時，發芽勢極速降低，輻射劑量≥300 Gy時，發芽勢雖然逐漸增加，但都顯著低于0輻照組；在200，300 Gy處理后，發芽勢分別降低了60%和53.3%，與0輻照組相比差異極顯著，400 Gy處理后發芽勢降低37.9%，與0輻射組間達到差異顯著水平。在 100 mmol/LNaCl中，100，400 Gy都使得種子發芽勢增加，而200，300 Gy處理后發芽勢降低。在300 mmol/LNaCl中，輻照劑量100～300 Gy時發芽勢為0，低于0輻照組，而400 Gy時發芽勢高于0輻照組，并達到了極顯著差異水平。

2.3 60Co-γ輻照處理對NaCl脅迫下海濱錦葵種子發芽指數的影響

發芽指數是衡量種子在鹽脅迫下不同天數發芽情況的重要指標，發芽指數能很好地反映種子萌發的速度和整齊程度[23]，可以反映植物芽期耐鹽性的強弱，發芽指數越大，表明植物的耐鹽性越強[24]。

由圖3可知，與發芽勢類似，在無NaCl脅迫時，輻照處理使發芽指數降低，而在NaCl脅迫下不同輻照劑量的處理對發芽指數的影響并無明顯相關性。在0 mmol/LNaCl中，輻射組發芽指數明顯低于對照組，呈極顯著差異；劑量≤200 Gy時，發芽指數快速降低，輻射劑量≥300 Gy時，發芽指數逐漸升高，但都極顯著低于0輻照組。在100 mmol/L NaCl中，與0輻照組相比，發芽指數在100，400 Gy輻照下升高，其中，在100 Gy輻照下升高64.8%，與0輻照組間差異顯著，而在200，300 Gy輻照下降低。在300 mmol/LNaCl中，對照組和輻照組的發芽指數都很低，說明高鹽脅迫嚴重影響了海濱錦葵種子的萌發；在輻照劑量100，300 Gy時，發芽指數極顯著低于0輻照組，而400 Gy時，發芽指數比0輻照組高15.1%。這表明，鹽脅迫會降低種子的發芽速度，但合適的輻射劑量可以提高種子的發芽指數，提高海濱錦葵種子在鹽脅迫條件下的發芽速度和整齊度。

3 討論與結論

種子萌發階段對環境脅迫最為敏感，在鹽漬環境中，種子能夠發芽是植株在鹽堿脅迫下能夠生長發育的前提。鹽脅迫下的種子萌發狀況是評價植物耐鹽性的一個重要指標[25-27]。本研究結果表明，在無鹽脅迫條件下，適量的60Co-γ射線輻照能夠提高海濱錦葵種子的發芽率，這與60Co-γ輻照對光果甘草和烏拉爾甘草種子萌發特性研究的結果相似[28-29]。在同一濃度NaCl下，輻照后的海濱錦葵種子發芽率低于未經輻照的海濱錦葵種子。可見輻照處理加劇了NaCl對種子的脅迫效應。但某些劑量的輻照處理可以提高海濱錦葵種子在NaCl脅迫下的發芽勢和發芽指數，提升發芽速度和整齊度。其中，在100 mmol/LNaCl中，經過100，400 Gy輻照處理的海濱錦葵種子發芽勢和發芽指數均高于0輻照組。而在300 mmol/L NaCl中，經過400 Gy輻照處理的海濱錦葵種子發芽勢和發芽指數均高于0輻照組。這可能是由于輻射引起了種子內部生物自由基或有關酶活性的變化，從而增強了種子的新陳代謝水平，提高了發芽勢和發芽指數，進而加快了種子的萌發，提升了種子的活力，使得出苗齊而壯。鑒于此，本研究認為，合適的60Co-γ輻射處理能提高鹽脅迫條件下海濱錦葵種子的萌發速度，縮短種子萌發的時間，促進種子在鹽堿環境下的快速定植。

試驗結果表明，不同劑量的60Co-γ射線輻射對海濱錦葵種子萌發能力產生的影響效果不同，種子發芽率與輻射劑量之間不存在簡單的線性關系。由于時間和試驗條件限制，本研究對海濱錦葵種子萌發適宜輻照劑量的選擇未進行探討，鹽脅迫下100，400 Gy的60Co-γ射線輻照處理提升萌發速度的機制還有待進一步研究。輻射處理對海濱錦葵幼苗耐鹽能力的影響以及經輻照處理的海濱錦葵對不同鹽分環境的耐受性能是我們下一步的研究方向。

［1］RUAN C J，QIN P，CHEN J W，et al.Analysis of nutritive compositions in the seeds of Kosteletzkya virginica[J].Acta Agronomica Sinica，2004，30（9）：901-905.

［2］聶小安，蔣劍春，高一葦，等.海濱錦葵油生物柴油的制備及性能分析 [J].南京林業大學學報（自然科學版），2008，32（1）：72-74.

［3］RUAN C J，LI H，GUO Y Q，et al.Kosteletzkya virginica，an agroecoengineering halophytic species for alternative agricultural production in China's east coast:Ecological adaptation and benefits，seed yield，oil content，fatty acid and biodiesel properties[J].Ecological Engineering，2008（32）：320-328.

［4］閆道良，連俊方，任燕燕，等.鹽脅迫下施氮對海濱錦葵營養生長期的影響[J].浙江農林大學學報，2012，29（6）：817-821.

［5］DEINLEIN U，STEPHAN A B，HORIE T，et al.Plant salt-tolerance mechanisms[J].Trends Plant Science，2014，19（6）：371-379.

［6］趙東曉，杜建勛，陳傳杰，等.桑樹鹽堿脅迫研究進展[J].山東農業科學，2015（5）：132-135.

［7］馮鑫煒，喬帥帥，曹丹妮，等.鹽分脅迫對白刺幼苗生長及生理指標的影響[J].山西農業科學，2015，43（8）：927-931.

［8］穆志新，李萌，秦慧彬.高粱芽期耐鹽指標篩選及耐鹽性評價[J].山西農業科學，2017，45（7）：1075-1079.

［9］韓亞楠，吳瓊，高睿，等.60Co-γ輻射對NaCl脅迫環境下烏拉爾甘草種子萌發的影響[J].種子，2014，33（12）：23-26.

［10］賈彩鳳，李艾蓮.我國藥用植物輻射誘變育種的研究進展[J].中草藥，2007，38（4）：633，附 1．

［11］高尚士.國內外輻射育種的研究 [J].鹽堿地利用，1994（1）：35-37.

［12］李秀芬，張德順，吳福蘭，等.60Co-γ輻照對木槿種子發芽及幼苗生長的影響[J]. 核農學報，2009，23（3）：450-453．

［13］楊先泉，王翠，趙勤，等.60Co-γ射線輻照馬鈴薯適宜劑量與效應研究[J].核農學報，2010，24（5）：917-921．

［14］GUIMARAES，PEREIRAJ，CORNELIO，et al.The effect of Co60 on the physical and physicochemical properties of rice[J].Ciência E Agrotecnologia，2012，36（2）：210-216．

［15］FLORES，DA SILVA，BRUCKNER，et al.Physico-chemical characterization of fruits of passion fruit obtained from gamma irradiation[J].Ciência Rural，2011，41（11）：1903-1906．

［16］ DE CAMARGO，CANNIATTI-BRAZACA，MANSI，et al.Gamma radiation effects at color，antioxidant capacity andfatty acid profile in peanut（Arachis hypogaea L.）[J].Ciência E Tecnologia De Alimentos，2011，31（1）：11-15．

［17］劉勇，柯紹英，黃小琴，等.黑麥草屬28個引進品種輻射子一代的生長性狀比較[J].草業科學，2012，29（11）：1718-1723.

［18］張彥芹，賈煒瓏，楊麗莉，等.60Co-γ輻射高羊茅性狀變異研究[J].草業學報，2005，14（4）：65-71.

［19］費永俊，吳亭謙.60Co輻射在高羊茅表型和子代上的響應[J].中國草地學報，2009，31（4）：53-55．

［20］宣繼萍，郭愛桂，劉建秀，等.狗牙根輻射誘變后代外部性狀變異分析[J].草業學報，2005，14（6）：107-111.

［21］郭愛桂，劉建秀，郭海林，等.輻射技術在國產狗牙根育種中的初步應用[J].草業科學，2000，17（1）：45-47.

［22］胡生榮，高永，武飛，等.鹽脅迫對兩種無芒雀麥種子萌發的影響[J].植物生態學報，2007，31（3）：513-520.

［23］楊帆，丁菲，杜天真.鹽脅迫對構樹種子萌發及幼苗生理特性的影響[J].種子，2008，27（8）：68-71.

［24］張瑞富，王云，喬宏偉，等.鹽脅迫對不同品種小麥發芽的影響[J].內蒙古民族大學學報，2007，22（3）：297-301.

［25］張一中，周福平，張曉娟，等.鹽脅迫對3個高粱保持系種子萌發及幼苗生長的影響 [J].山西農業科學，2013，41（9）：914-918.

［26］薛曉強，張一中.不同高粱雜交種萌發期耐鹽性評價[J].山西農業科學，2016，44（3）：300-302，340.

［27］楊彬，張一中，張桂香.不同高粱恢復系種子萌芽期的耐鹽性[J].山西農業科學，2013，41（10）：1050-1053.

［28］高睿，馬淼，趙紅艷，等.60Co-γ輻射對光果甘草種子耐鹽性影響的研究[J].農學學報，2016，6（7）：77-82.

［29］韓亞楠，吳瓊，高睿，等.60Co-γ輻照對Na2SO4脅迫下烏拉爾甘草種子發芽特性的影響[J].草業科學，2015，32（3）：421-426.

Effect of60Co-γ Radiation on Seeds Germination of Kosteletzkya virginica L.under NaCl Stress

ZHAO Dongxiao，DONG Yaru，DU Jianxun，GU Yinyu，CHEN Chuanjie，SUN Jingshi
（Sericultural Research Institute of Shandong Province，Yantai 264002，China）

The purpose of the study was to select the optimal radiation dosage,which was important to improve the salt resistance of Kosteletzkya virginica L.seed,and to provide guidance for the development of artificial cultivation of licorice in saline-alkali desert soil.Radiation induced mutation technology was used to investigate the germination pattern of Kosteletzkya virginica L.seed under different concentration of NaCl stress after60Co-γ radiation with different doses.The seed germination rate,germination potential and germination index under different concentration of NaCl stress were compared.The results showed that under the condition of no NaCl stress,the germination rate of the Kosteletzkya virginica L.seeds was improved by irradiation,but under NaCl stress,the germination rate of seeds was decreased by irradiation.The appropriate radiation dose could increase the germination potential and germination index and improve the germination speed and uniformity of the Kosteletzkya virginica L.seeds under salt stress.

Kosteletzkya virginica L.;60Co-γ radiation;salt stress;seed germination

Q945.78

A

1002-2481（2017）10-1602-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.10.06

海濱錦葵（Kosteletzkya virginica L.）是一種多年生宿根植物，原產于美國東南部和中部沿海潮汐沼澤地，耐鹽水澆灌，在2.5%鹽水灌溉下生長的海濱錦葵種子產量仍可達到0.8～1.5 t/hm2[1]。海濱錦葵種子中含有豐富的營養成分，其蛋白含量高達32%，油脂含量達22%，具有較高的營養價值，是把沿海灘涂“鹽田”變為“油田”的生物柴油原料植物[2]。且其宿根的更新周期長，地下塊根特別發達，莖干可用于生產環保板材[3]。海濱錦葵花期長，花大而艷麗，是海濱沿海城市景觀大道的優選綠化植物[4]。1992年南京鹽生植物生物技術研究中心將其作為極具開發潛能的物種引入我國，并作為高抗鹽的油料作物開始在江蘇省沿海地區推廣種植。

土壤鹽堿化是世界農業生產中主要的非生物脅迫之一，已成為全球范圍內嚴峻的環境問題[5]。我國的鹽堿地約占耕地面積的10%左右，鹽堿地生物多樣性差，生態系統較脆弱，直接影響農林業、畜牧業等生產活動[6]。常用的鹽堿土改良方法有物理改良、化學改良和生物改良[7]。其中，生物改良因其投資小且可持續發展而受到廣泛關注[8]。因此，選育耐鹽植物品種以適應鹽漬環境是改良利用鹽堿地的重要措施[9]。

與傳統育種相比，輻射誘變育種具有方法簡單、安全、突變率高、突變譜寬、后代性狀穩定、育種周期短、增強抗逆性等優點，能在較短時間內育成新品種，是作物品種改良的重要途徑之一[10]。目前在植物育種中被廣泛應用[11]。其中，60Co-γ輻射是輻射誘變育種最常用的方法之一[12]。近年來，利用60Co-γ輻射方法已在花卉、農作物、牧草中育出了多個新品種[13-21]。但以海濱錦葵種子為輻射材料的研究尚未見報道。

2017-05-03

山東省農業科學院農業科技創新工程項目（CXGC2016B10）；山東省農業重大應用技術創新項目（201706）

趙東曉（1985-），女，山東臨沂人，助理研究員，碩士，主要從事植物逆境生理生化及分子生物學研究工作。孫景詩為通信作者。