低劑量60Co-γ輻射對(duì)胡麻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

趙東曉，孫景詩，董亞茹，王向譽(yù)，郭洪恩

（山東省蠶業(yè)研究所，山東煙臺(tái)264002）

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(wěn)定、育種周期短、增強(qiáng)抗逆性等優(yōu)點(diǎn)[1]，能在較短時(shí)間內(nèi)育成新品種，是獲得新種質(zhì)資源和選育新品種的有效途徑之一[2]。目前，利用輻射誘變已使多種作物成功地獲得了包括早熟、矮化、抗逆、優(yōu)質(zhì)在內(nèi)的突變體。60Co-γ輻射是輻射誘變育種最常用的方法之一[3]。近年來，利用60Co-γ輻射方法已在花卉、農(nóng)作物、牧草研究中取得了諸多可喜成果[4-14]，加速了我國輻照育種研究的同時(shí)也創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

胡麻（Linum usitatissimum L.）即油用亞麻，為1年生草本植物，有較強(qiáng)的耐旱、抗寒和耐瘠薄能力，是我國北方地區(qū)重要的油料作物，也是世界十大油料作物之一[15]。胡麻籽粒含油量高達(dá)36.5%～49.5%，僅次于花生，而高于向日葵、大豆、大麻等作物[16]。胡麻油是一種優(yōu)質(zhì)的食用油，含70%以上的多不飽和脂肪酸，其中，對(duì)人體非常重要的ω-3多不飽和脂肪酸含量高達(dá)47%～57%，被譽(yù)為“陸地上的魚油”，具有抗癌、預(yù)防心腦血管疾病、增強(qiáng)免疫力等醫(yī)療和保健功能[17]。同時(shí)，胡麻油是一種典型的干性油，易吸收氧氣而迅速干燥，目前已在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[18]。胡麻種皮中木酚素含量豐富，木酚素結(jié)構(gòu)與人體雌激素十分相似，具有預(yù)防腫瘤生成、防治糖尿病、抗動(dòng)脈硬化、抗病毒等多種功效，在保健食品和臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[19]。此外，胡麻籽粒中富含亞麻膠，是食品、醫(yī)藥、輕紡等行業(yè)不可缺少的重要原料之一[20]。胡麻種皮中的果膠質(zhì)占6%～10%，果膠質(zhì)是一種優(yōu)良的黏合劑，可作食品添加劑、化妝品原料、醫(yī)藥原料等[21]。目前，關(guān)于亞麻的輻射誘變育種已有不少報(bào)道[22]。但多是針對(duì)纖維用亞麻或者是用射線照射花藥、愈傷組織等[23-26]。以胡麻種子為材料進(jìn)行60Co-γ輻射誘變育種的卻鮮有報(bào)道。胡麻種子含油量高，種皮較厚，對(duì)60Co-γ輻射有較強(qiáng)的抗性，60Co-γ輻射育種往往需要比其他植物更高的劑量。

本研究以不同劑量60Co-γ射線對(duì)張亞2號(hào)胡麻種子進(jìn)行輻射處理，并進(jìn)行種子萌發(fā)和幼苗生長試驗(yàn)，旨在探索60Co-γ射線輻射對(duì)胡麻種子萌發(fā)和幼苗生長特性的影響，為后期篩選胡麻突變體提供參考，對(duì)今后新品種培育工作具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試胡麻品種為張亞2號(hào)，其種子由中國科學(xué)院麻類研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子輻照處理 選取顆粒飽滿、大小均一的胡麻種子，送往山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院輻射中心進(jìn)行60Co-γ射線輻射處理，輻射劑量率為10 Gy/min，輻射劑量分別為 0（CK），200，600，1 000，1 500 Gy，共5組。每個(gè)輻射劑量500粒種子，每個(gè)輻射劑量設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.2.2 室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn) 將不同輻射處理后的種子經(jīng)75%乙醇消毒20 min，無菌蒸餾水洗凈后用10%的次氯酸鈉溶液浸泡0.5h，無菌蒸餾水沖洗5～6次。將消毒后的種子均勻地?cái)[放于已滅菌的種子萌發(fā)袋（180 mm×125 mm）內(nèi)，加入 30 mL 1/2 Hoagland營養(yǎng)液。將種子萌發(fā)袋置于萌發(fā)架上垂直培養(yǎng)，萌發(fā)架置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)，培養(yǎng)條件為25℃，光照16 h/d，黑暗8 h/d，光照強(qiáng)度為450 μmol/（m2·s）。每個(gè)萌發(fā)袋40粒種子，每個(gè)輻照劑量設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

從種子置床之日開始，每隔24 h觀察種子萌發(fā)情況并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)（以胚根突出種皮1mm為標(biāo)準(zhǔn)），連續(xù)統(tǒng)計(jì)7 d。在置床后第8天，用游標(biāo)卡尺測定每個(gè)萌發(fā)袋所有幼苗的株高和根長，取平均值。用萬分之一天平秤量每個(gè)萌發(fā)袋所有幼苗地上部分和地下部分的質(zhì)量，取平均值。并計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根冠比。

式中，Gt為發(fā)芽種子粒數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)。

式中，SW為幼苗總鮮質(zhì)量，即幼苗地上部分鮮質(zhì)量＋地下部分鮮質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)胡麻不同劑量輻射處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 60Co-γ輻射處理對(duì)胡麻種子萌發(fā)的影響

從圖1可以看出，200 Gy輻射劑量可以顯著提高張亞2號(hào)種子發(fā)芽率，比CK提高了20%；輻射劑量為600～1 500 Gy時(shí)，發(fā)芽率顯著低于CK，600，1 000，1 500 Gy劑量分別比CK降低36.67%，23.33%和40.00%。

由圖2可知，60Co-γ輻射降低了胡麻種子的發(fā)芽勢，輻射劑量低于600 Gy時(shí)，發(fā)芽勢隨劑量增加而下降，200，600 Gy劑量分別比CK下降了25%和55%，且與CK相比達(dá)到顯著差異水平；當(dāng)輻射劑量為1 000 Gy時(shí)，發(fā)芽勢有所提高，但仍低于CK，與CK相比下降了10%；當(dāng)輻射劑量為1 500 Gy時(shí)，發(fā)芽勢比CK下降了50%，且差異顯著。

由圖3可知，60Co-γ輻射對(duì)胡麻種子發(fā)芽指數(shù)的影響與發(fā)芽率相似。200 Gy劑量下發(fā)芽指數(shù)比CK提高了1.69%；當(dāng)輻射劑量大于600 Gy時(shí)，發(fā)芽指數(shù)顯著低于 CK，600，1 000，1 500 Gy劑量分別較CK下降了49.46%，20.51%和41.91%。

由圖4可知，一定劑量的60Co-γ輻射可以提高胡麻種子的活力指數(shù)。200 Gy輻射下，活力指數(shù)較CK提高25.64%，且達(dá)到顯著差異水平；600 Gy輻射下，活力指數(shù)比CK顯著下降34.25%；1 000 Gy輻射下，活力指數(shù)比CK提高8.01%；1 500 Gy輻射下活力指數(shù)比CK下降27.61%，且二者差異顯著。

2.2 60Co-γ輻射處理對(duì)胡麻幼苗生長的影響

由圖5，6可知，60Co-γ輻射可以促進(jìn)胡麻幼苗的生長。當(dāng)輻射劑量小于1 000 Gy時(shí)，胡麻幼苗的株高、根長以及地上和地下部分鮮質(zhì)量隨劑量增加而逐漸增大，1 000 Gy時(shí)達(dá)到最高；1 500 Gy劑量下，株高、根長、地上和地下部分鮮質(zhì)量均有所降低，但仍高于CK。其中，胡麻株高在600，1 000 Gy劑量下，顯著高于CK，分別比CK增加38.26%和45.63%。根長在200，600，1 000，1 500 Gy劑量下分別比 CK增加10.6%，16.85%，34.35%和13.35%，且均達(dá)到顯著差異水平。地上部分鮮質(zhì)量在200～1 500 Gy輻射下均顯著高于 CK，200，600，1 000，1 500 Gy劑量分別比CK增加21.17%，25.48%，31.07%和20.68%；地下部分鮮質(zhì)量在輻射后也顯著高于CK，200，600，1 000，1 500 Gy劑量分別比CK增加了35.11%，44.35%，56.68%和41.18%。綜合以上分析可以得出，1 000 Gy以下劑量的60Co-γ輻射可以促進(jìn)胡麻幼苗的生長。

2.3 60Co-γ輻射處理對(duì)胡麻幼苗根冠比的影響

從圖7可以看出，1 500 Gy以下的60Co-γ輻射可以提高胡麻幼苗的根冠比；1 000 Gy以下胡麻幼苗根冠比和輻射劑量呈正相關(guān)，即隨著輻射劑量增加，幼苗根冠比逐漸增加，200，600，1 000 Gy劑量分別比CK增加11.53%，15.04%和19.56%，且600，1 000 Gy劑量下顯著高于CK；而劑量為1 500 Gy時(shí)，根冠比開始降低，但仍比對(duì)照組高16.76%，并達(dá)到顯著差異水平。

3 結(jié)論與討論

發(fā)芽勢可反映種子發(fā)芽的快慢，在發(fā)芽率相同時(shí)，發(fā)芽勢高的種子生命力強(qiáng)[27]。發(fā)芽指數(shù)是衡量種子在鹽脅迫下不同天數(shù)發(fā)芽情況的重要指標(biāo)，發(fā)芽指數(shù)能很好地反映種子萌發(fā)的整齊度[28]。活力指數(shù)則綜合體現(xiàn)種子發(fā)芽和幼苗生長情況。本研究結(jié)果表明，200 Gy60Co-γ輻射提高了胡麻種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，可以促進(jìn)胡麻種子萌發(fā)，可能是由于適當(dāng)劑量的輻射處理會(huì)引起種子內(nèi)部生物自由基或有關(guān)酶活性的變化，從而提高種子的新陳代謝水平，促進(jìn)種胚組織細(xì)胞生長和分裂，提高種子活力[29]，或者低劑量的γ射線輻射可能會(huì)增加種子萌發(fā)過程中對(duì)氧氣的吸收量，導(dǎo)致有機(jī)或無機(jī)過氧自由基的產(chǎn)生，繼而打破種子休眠，同時(shí)在種子萌發(fā)的早期階段可以活化相關(guān)RNA或蛋白質(zhì)合成，從而提高種子萌發(fā)率[30]；而高劑量輻射使種胚組織受損，影響了細(xì)胞生長和分裂，延遲了種子萌發(fā)進(jìn)程，使種子活力降低。這與在烏拉爾甘草[4]、鳶尾[12]、牧草[31]、野牛草[32]、高羊茅[33]、毛竹[34]、萬壽菊[35]、貝殼花[36]上的研究結(jié)果類似。另外，60Co-γ輻射降低了胡麻種子的發(fā)芽勢，說明一定劑量的輻射雖然可以提高胡麻種子最終的發(fā)芽率和發(fā)芽整齊度，但輻射使得胡麻種子的發(fā)芽速度下降，經(jīng)過輻射的種子發(fā)芽滯后，原因可能是由于萌發(fā)條件下種子需要一定的時(shí)間來修復(fù)輻射帶來的影響。

60Co-γ射線輻射能使植物在細(xì)胞水平上發(fā)生多種生化反應(yīng)，從而引起植株外觀形態(tài)發(fā)生變化[37]。本研究中低劑量輻射可以提高胡麻幼苗株高、根長以及鮮質(zhì)量、根冠比，可能是由于低劑量的60Co-γ射線輻射可以提高植物體內(nèi)的生長素水平，進(jìn)而刺激植物生長[38]。這與在蘿卜[38]、香茅[39]等植物上的研究結(jié)果相似。其中，1 000 Gy輻射下，胡麻幼苗的各生長指標(biāo)均達(dá)到最大，說明1 000 Gy劑量的60Co-γ輻射可以顯著改善胡麻幼苗的生長情況。

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，胡麻種子的耐輻射能力較強(qiáng)，1 500 Gy輻射下仍不能對(duì)胡麻種子產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，反而提高了其幼苗生長狀況。可能是由于胡麻作為油料作物，種皮較厚，種子較大，而且胡麻種子富含胡麻油、亞麻膠、果膠等，可能對(duì)輻射有一定的屏蔽作用，導(dǎo)致胡麻種子對(duì)輻射不敏感。這與對(duì)同樣作為油料作物的油菜種子的研究結(jié)果相似[40]。

本試驗(yàn)僅對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長進(jìn)行了初步研究，由于輻射對(duì)胡麻生長的影響是不定向和多方面的，是否能產(chǎn)生變異和能否定向選育尚無法得出結(jié)論，深入開展這些方面的后續(xù)研究對(duì)于胡麻的誘變育種具有重要的理論及實(shí)踐意義。