輻射處理對元寶楓種子出苗率和苗期形態的影響

張林 孫忠奎 張興 喬謙 程甜甜 宋勇

摘要：為探討輻射對元寶楓種子出苗的影響并創制元寶楓新種質，本研究以3株豐產元寶楓干種子為試材，采用不同輻射劑量60Co-γ射線對其進行照射處理。結果表明：元寶楓種子的相對出苗率隨輻射劑量的增加而降低200Gy以下的低劑量時降低較緩，大于200Gy的高劑量時急劇下降;通過擬合曲線計算所得元寶楓種子的半致死劑量在188.92～203.81Gy之間，平均為198.48Gy，初步認為最適輻射劑量為200Gy;輻射明顯影響幼苗的葉色、葉形，這可為元寶楓新品種培育與變色機理研究提供參考。

關鍵詞：元寶楓;60Co-γ輻射;相對出苗率;半致死劑量;形態學觀測

中圖分類號：S625.5+20.33文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）05-0059-05

元寶楓（AcertruncatumBunge.）屬槭樹科槭樹屬落葉喬木，其葉形秀麗，嫩葉紅色，秋葉變黃、紅或紫紅色，是優良的彩葉樹種，宜作庭蔭樹、行道樹和風景林樹種[1]。古詩詞中以“霜葉紅于二月花”來形容楓葉的美麗。元寶楓自然分布在中國北方及西北大部分省份，多生長在海拔500～1800m處[2]，生長歷史悠久，特色明顯，是我國特有樹種。隨著林木產業的發展，人們對高品質的新奇元寶楓品種及其葉色觀賞的需求與日俱增，培育具有較高經濟價值的中國現代元寶楓優良新品種已勢在必行，也是元寶楓產業發展的根本保證。

輻射育種是近些年應用日趨廣泛的一種育種方法，常采用α射線、β射線、γ射線、Χ射線、中子等物理因素處理種子、芽尖、枝條等分生能力強的器官，使其遺傳物質發生改變，產生各種各樣的突變，然后在發生突變的個體中選擇符合人們需要的優良植株進行培育，從而獲得新品種。輻射誘變育種是觀賞園藝及林木繁育常用的育種方法，據資料顯示通過γ射線輻射育成的新品種在觀賞植物新品種總數中占到56.5%[3，4]。然而輻射誘變在元寶楓等槭樹科植物上成功應用的實例較少，半致死劑量難以確定，給輻射育種帶來不便，降低了輻射誘變率[5，6]。因此本試驗采用60Co-γ射線對元寶楓種子進行輻射誘變，初步探索元寶楓種子的半致死劑量以及幼苗的變異情況，旨在提升元寶楓種子的輻射誘變效率，豐富元寶楓特異種質資源，從而促進元寶楓新品種培育進程。

1材料與方法

1.1試驗材料

以泰山林業科學研究院元寶楓課題組早期選育的3株豐產元寶楓優良單株種子為試材，于2015年11月初果實成熟期進行采集，分別編號為F1號、F2號、F3號，每株采集重量3kg以上，將翅果裝入網袋內自然陰干。

1.2試驗處理

分別將各株凈種后的種子平均分成6份，于3月初在山東泉港輻射科技發展有限公司進行60Co-γ輻射處理。參照相關木本樹種輻射研究結果[7-9]，設置輻射劑量分別為0（CK）、100、200、300、400、500Gy，鈷源放射劑量為1.5Gy/min。

1.3測定指標及方法

將輻射后的種子進行沙藏，待露白后點播于穴盤中，每盤50粒。每處理4盤，采用隨機區組放置，3次重復，待長出兩片真葉時統計出苗率。

參照王兆玉等[10]的回歸分析方法，以對照組（CK）3次重復的平均值為100%，分別計算各處理組的相對出苗率。對相對出苗率與輻射劑量進行相關回歸分析，以種子相對出苗率為對照的50%時的輻射劑量作為半致死劑量（LD50）。

將后期經輻射存活的植株移栽到大田中進行形態學觀測，并就產生特異性變異的植株進行保護與繁殖。

1.4統計分析

利用MicrosoftExcel2010軟件進行數據統計，采用SPSS22.0進行相關回歸分析、方差分析與多重比較分析，數據為3次重復平均值。

2結果與分析

2.1輻射處理對元寶楓種子出苗率的影響

元寶楓自然播種出苗率一般在80%左右，本次試驗CK組種子平均出苗率達到82.28%，F2號單株出苗率稍高于F1號、F3號，但差異不大。由表1可知，輻射使元寶楓相對出苗率降低，3個單株均表現出相似的變化趨勢，且均隨輻射劑量的增加急劇下降。其中F2號的整體相對出苗率稍高于F1號、F3號，但無顯著性差異。6個處理間的相對出苗率表現出極顯著差異，當輻射劑量為100Gy時，種子受到輻射脅迫相對出苗率明顯下降，介于61.03%～63.37%;輻射劑量增加到200Gy時，相對出苗率約為50%;而當輻射劑量繼續增加到300Gy時，相對出苗率急劇下降，介于18.52%～20.98%;輻射劑量持續增加至400、500Gy時，種子受到極度破壞，僅有幾株成活。

2.2半致死劑量的確定

以輻射劑量（x）作為自變量，相對出苗率（y）作為因變量，采用曲線回歸分析，認為y=ax2+bx+c擬合曲線最為貼合。由圖1可知，3個單株擬合曲線趨勢基本相同，分別為y（F1號）=99.188-0.344x+0.0005x2（R2=0.988），y（F2號）=99.599-0.357x+0.0005x2（R2=0.986），y（F3號）=98.118-0.338x+0.0005x2（R2=0.986）。對各式中y賦值為50%，可得3個單株的半致死劑量分別為202.72（F1號）、188.92（F2號）、203.81Gy（F3號）。3個數值間稍有差異，但未達顯著水平，經計算，平均半致死劑量為198.48Gy。由此可知元寶楓種子輻射的半致死劑量約為200Gy，該劑量可促使元寶楓產生最大的變異率。

2.3種子輻射苗期形態學變化

當輻射成活植株成長到一定高度時，將其移栽到大田中進行觀察。其中輻射植株整體長勢較弱，不斷出現死亡現象，截止到2018年6月，輻射量為100Gy的植株存活量可達300株，200Gy的則不足100株，300Gy以上的全部死亡。存活的植株中最直觀的差異表現在葉色與葉形（圖2）上，其中，A、C葉色分別出現白色鑲邊和黃色鑲邊，且兩者葉片內部均不同程度呈現色斑;對葉形進行分析發現，葉片大小、葉裂深度、葉裂片形態存在差異：輻射后植株葉片面積與對照相比明顯縮小，葉裂加深、幾達基部，葉裂片明顯狹窄，而葉片長寬、葉裂數并沒有表現出明顯差異。

3討論與結論

3.1輻射處理對元寶楓出苗率的影響

本試驗得出，采用60Co-γ輻射明顯降低元寶楓種子的出苗率，處理間差異極顯著，200Gy以下輻射劑量的出苗率降低較緩;大于200Gy，出苗率明顯降低，甚至全部失活。這與大多數木本植物種子輻射育種規律相同[10-12]。前人研究表明種子含水量不同輻射產生的氧自由基數量不同，對遺傳物質的破壞性不同，不同樹種表現的輻射敏感性不同，因而其表現出的出苗率和輻射劑量有所差別，元寶楓種子表現出的耐受程度要高于同屬的雞爪槭種子[12]，也高于金桂[8]、小油桐子[9]、芍藥[11]、椿樹[9]、榆樹[13]、扶芳藤[14]等樹種，與紫薇[7]、懸鈴木[15]等的耐受程度相似。

3.2輻射劑量的確定

輻射劑量與所用材料以及材料的狀態具有很大的關系。敖妍等[14]對扶芳藤不同材料輻射得到枝條的半致死劑量為95.54Gy，種子為128.56Gy;王晶等[16]認為γ射線處理菊花組培苗的半致死劑量為10Gy。相關研究表明不同照射材料對射線的敏感性依次為：愈傷組織>試管苗>田間苗>根芽>插條>種子[17]。同一樹種不同品種間也具有一定差異。耿興敏等[8]對6個桂花品種進行輻射處理，得到不同品種間的半致死劑量介于55～267Gy;葉開玉等[18]對3個獼猴桃品種枝條進行輻射，得到品種間半致死劑量介于50.6～71.7Gy。同一材料不同狀態所得半致死劑量也有較大差別：王孜昌等[19]在對杉木輻射時發現，采用干種子與濕種子的最適劑量差別很大，干種子高達5000Gy，濕種子僅為500Gy。本試驗采用3株具有豐果特性基因型的元寶楓干種子為試材，得到半致死劑量為188.92～203.81Gy，株間差異較小，未出現上述所述品種間較大的差異，初步確定最適輻射劑量為200Gy。但是因取樣范圍與樣本數量有所不足，還需進一步擴大范圍，同時對于濕種子以及其它部位間的最適輻射劑量仍待下一步進行探究。

3.3輻射對幼苗形態的影響

輻射對于幼苗的影響不僅體現在出苗率上，還直觀表現在外部形態上。熊運海等[20]對桂花種子進行輻射時發現其出苗整齊度降低、根系發育受到抑制;李志能等[15]對懸鈴木種子進行輻射，發現幼苗株高、鮮重及根長隨之下降;易立颯等[21]對廣寧紅花油茶種子進行輻射并觀測到幼苗苗高及地莖生長受到一定程度地抑制;楊振等[22]認為輻射在一定程度上引起庫爾勒香梨枝條枝葉的明顯變化。本試驗中元寶楓幼苗出現葉色與葉形的變化，其中不乏一些優質特異性變異。這些特異種質可為元寶楓新品種培育及其變色機理研究提供原始素材，但還需進一步觀察與擴繁，待輻射穩定1、2代后形態依舊保持穩定才能確定為有效輻射。

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