60Co-γ射線輻射對寒地粳稻種子活力的影響

劉寶海 劉晴 付立新 王明泉 聶守軍 高世偉 劉宇強 常慧林 馬成 王洪彬 薛英會 白瑞

（1黑龍江省農業科學院綏化分院，黑龍江 綏化152052；2黑龍江省農業科學院玉米研究所，哈爾濱150086；第一作者：shslbh@163.com）

黑龍江稻作區是中國最北部的寒地稻作區（北緯43°以北），也是優質粳米生態區，具有明顯生態特殊性。水稻新品種選育和應用為單產提高、總產持續增加、綜合生產能力穩定提升做出突出貢獻[1]，是糧食安全生產的戰略保障[2]，也是關系國計民生的重大戰略性課題[3]。輻射誘變育種是獲得新品種及新種質資源的一條有效途徑[4-5]，并且在水稻誘變成果方面最突出[6]。就黑龍江省來講，2000—2018年育成常規水稻品種290個，其中，通過有性雜交育成273個、系統選育11個、輻射誘變育成2個、外引品種4個[7]，輻射誘變育成水稻品種所占比例極少，這與浙江[8]、湖南[9]等省份存在極大差距。輻射誘變技術中60Co-γ射線是最常用的輻射誘變源[10]，對水稻種子活力及幼苗質量輻射誘變影響多見于單季中熟常規晚粳稻、恢復系、早秈稻等[11-13]，而對寒地粳稻種子活力的影響研究鮮有報道。因此，本試驗應用60Co-γ射線輻射誘變6個寒地粳稻品種種子，分析各品種種子活力的變化，以為今后寒地水稻輻射誘變育種研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以黑龍江省第一積溫帶主栽粳稻品種龍稻18（V1）、松粳28（V2），第二積溫帶主栽粳稻品種墾稻12（V3）、綏粳18（V4）和第三積溫帶主栽粳稻品種龍粳31（V5）、龍粳46（V6）為供試材料，種子由選育單位提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子輻射

以黑龍江省農業科學院玉米研究所輻射研究室的60Co-γ射線為輻射源，于2019年2月27日對V1、V2、V3、V4、V5、V6的干種子進行輻射處理，輻照劑量分別為220 Gy、250 Gy和280 Gy，劑量率為1.1 Gy/min，以0 Gy劑量處理為對照（CK），每個處理200 g種子。

1.2.2 發芽試驗

選取對照及輻射后15 d的種子各500粒，進行種子活力測定試驗，3次重復。設置V（6）×劑量（4）共24個處理。每個處理均用蒸餾水浸泡供試材料種子1 d，后取出種子放入鋪有一層濾紙的發芽皿中，置于25℃恒溫培養箱中培養，光照12 h/黑暗12 h。胚芽長度大于1 mm即視為發芽，每天觀察其發芽數，計算發芽勢和發芽率，共觀測6 d。以培養箱中3 d發芽種子數計算發芽勢，以6 d發芽種子數計算發芽率。隨機選取發芽后第6 d芽苗30株，用游標卡尺分別測量其芽長、根長，重復3次。發芽勢（GP）（%）=3 d發芽種子數/試驗種子數×100%；發芽率（GR）（%）=6 d發芽種子數/試驗種子數×100%；發芽指數（GI）=ΣGt/Dt（Gt指時間t發芽數，Dt指相應發芽日數）；根活力指數（RAI）=S×ΣGt/Dt（S指發芽苗根長）。

表1 影響種子活力因素的方差分析

1.3 數據分析

使用SPSS 25.0軟件進行方差分析和多重比較，運用Origin 2018數據分析軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 影響種子活力的因素效應分析

從表1可知，品種、劑量二因素對粳稻種子發芽勢、發芽率、芽長、根活力指數主效應和互作效應P值均為0.000，均達極顯著差異水平。由偏Et平方η2值大小[14]可知不同因素對各指標影響效應大小次序為：劑量處理芽長（η2=0.974）＞劑量處理根活力指數（η2=0.966）＞品種處理發芽勢（η2=0.946）＞品種×劑量處理發芽勢（η2=0.924）＞品種×劑量處理發芽率（η2=0.811）。說明品種、劑量二因素對種子活力產生顯著影響，且劑量主效應對種子芽長影響最大，其次是劑量對根活力指數的影響，第三是品種對發芽勢的影響，第四是品種×劑量處理對發芽勢的影響，第五是品種×劑量處理對發芽率的影響。

2.2 影響種子發芽勢的因素比較

品種間發芽勢多重比較表明，V3、V4發芽勢達92%以上，顯著高于其它品種，V6發芽勢最小為82.3%（圖1A）。輻射劑量間發芽勢多重比較表明，250 Gy時品種發芽勢為85.2%，顯著低于其它處理；220 Gy、280 Gy時發芽勢分別為89.0%、88.3%，均高于0 Gy時的發芽勢88.2%，但差異不顯著（圖1B）。在劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應發芽勢多重比較表明，V1、V5變化趨勢相似，即220 Gy、250 Gy、280 Gy時發芽勢顯著高于0 Gy時的發芽勢；V2、V3變化趨勢相似，220 Gy、250 Gy、280 Gy時發芽勢顯著低于0 Gy時發芽勢；V4在250 Gy、280 Gy時發芽勢達93.0%、94.0%，顯著高于220 Gy、0 Gy時發芽勢，V6在0 Gy、220 Gy、280 Gy時發芽勢差異不顯著，但顯著高于250 Gy時發芽勢（圖1C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應發芽勢多重比較表明，0 Gy處理品種間發芽勢存在顯著差異，V2、V3發芽勢均為95.0%，達到最高；220 Gy時V3、V5顯著高于其它品種；250 Gy和280 Gy處理時V4最高（圖1D）。結果說明，發芽勢受品種類型影響較大，V3、V4發芽勢較大，V6發芽勢最小；發芽勢受輻射影響也存在顯著差異，輻射對V1、V5、V4發芽勢有顯著促進作用，對V2、V3發芽勢有顯著抑制作用，V6發芽勢顯著抑制與促進作用并存。

2.3 影響種子發芽率的因素比較

品種間發芽率多重比較表明，V4發芽率達97.9%，顯著高于其它品種；V3發芽率93.8%、V6發芽率93.5%，兩品種間差異不顯著，但顯著低于其它品種（圖2A）。輻射劑量間發芽率多重比較表明，0 Gy時品種發芽率達98.4%，顯著高于其它輻射處理；250 Gy、280 Gy時品種發芽率分別達93.8%、94.2%，顯著低于220 Gy時的發芽率，250 Gy與280 Gy間的品種發芽率差異不顯著（圖2B）。在劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應發芽率多重比較表明，各品種0 Gy時發芽率高于其它輻射處理；V1在250 Gy時發芽率為97.0%，顯著高于220 Gy、280 Gy時發芽率，0 Gy時發芽率高于250 Gy時的發芽率，但差異不顯著；V2不同輻射劑量間發芽率差異顯著，且250 Gy時發芽率最小；V3在280 Gy時發芽率顯著低于其它輻射劑量時的發芽率；V4在250 Gy時發芽率為95.0%，顯著低于其它輻射處理，但0 Gy、220 Gy和280 Gy時發芽率均為99.0%，差異不顯著；V5在0 Gy、220 Gy時發芽率均為98.0%，顯著高于250 Gy、280 Gy時的發芽率，250 Gy、280 Gy時的發芽率分別為95.0%、94.0%，兩者差異不顯著；V6在250 Gy時發芽率最小，顯著低于其它輻射劑量發芽率；計算0 Gy與不同輻射劑量時各品種發芽率最大值與最小值的減少率，V1至V6減少率分別為4.1%、9.1%、7.2%、4.0%、4.1%、6.1%，說明V2、V3、V6受輻射抑制作用較大（圖2C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應發芽率多重比較表明，0 Gy時發芽率在品種間無顯著差異；220 Gy時V4發芽率達99.0%，高于其它品種；250 Gy時V1發芽率最高，達97.0%，V2為90.0%，顯著低于其它品種；280 Gy時V4發芽率最高，達99.0%，V3為90.0%，顯著低于其它品種（圖2 D）。結果表明，輻射對品種發芽率影響有顯著差異，各品種呈現隨劑量增加而抑制作用增強的趨勢；V4發芽率最大，在280 Gy時顯著高于其它品種；V6發芽率最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用結果；V2發芽率受輻射抑制作用最大。

圖1 影響種子發芽勢因素多重比較

2.4 影響種子芽長的因素比較

品種間芽長差異比較顯示，V3芽長最長為21.8 mm，顯著長于其它品種；V6芽長最短為16.4 mm，顯著短于其它品種（圖3A）。不同輻射劑量間芽長差異比較顯示，0 Gy時芽長為33.0 mm，顯著高于其它輻射處理；280 Gy時芽長為13.3 mm，顯著短于220 Gy、250 Gy時的芽長；220 Gy、250 Gy時芽長分別為15.2 mm、14.5 mm，差異不顯著（圖3B）。劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應比較顯示，V1至V6在0 Gy時芽長分別為36.5 mm、34.5 mm、36.4 mm、33.0 mm、35.2 mm、22.9 mm，顯著長于其它輻射處理芽長；V1、V5各輻射劑量間芽長差異不顯著；V3、V4芽長隨輻射劑量增加而呈縮短趨勢；V2在250 Gy時芽長13.5 mm，顯著長于280 Gy時芽長；V6在280 Gy芽長16.0 mm，顯著長于250 Gy時芽長；計算0 Gy與不同輻射劑量時各品種芽長最大值與最小值的減少率，V1至V6減少率分別為59.8%、68.7%、63.1%、61.9%、68.2%、41.8%，說明V2、V5受輻射抑制作用較大（圖3C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應比較顯示，0 Gy時V6芽長為22.9 mm，顯著短于其它品種；220 Gy時V3、V4芽長分別達19.2 mm、20.4 mm，顯著長于其它品種；250 Gy時V3芽長達18.3 mm，顯著長于其它品種；280 Gy時V1、V6芽長分別為15.5 mm、16.0 mm，明顯長于其它品種（圖3D）。上述結果說明，芽長受品種類型影響而存在顯著差異，輻射對芽長均有顯著抑制作用；V3芽長最大且在250 Gy時顯著高于其它品種，其次是V1，第三是V4；V6芽長最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用的結果；V2、V5受輻射抑制作用影響較大。

圖2 影響種子發芽率因素多重比較

圖3 影響種子芽長因素多重比較

2.5 影響種子根活力指數的因素比較

根活力指數品種間差異比較顯示，V3根活力指數達177.8，與V4根活力指數差異不顯著，但顯著高于其它品種；V6根活力指數最小，為113.4；V1、V2、V4、V5間差異不顯著（圖4A）。根活力指數不同輻射劑量間比較顯示，各劑量處理間根活力指數差異達顯著水平，其值表現為0 Gy＞220 Gy＞250 Gy＞280 Gy（圖4B）。在劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應比較顯示，V1至V6在0 Gy時根活力指數分別為306.8、388.9、338.4、406.1、410.5、269.8，顯著高于其它劑量處理；V2、V5、V6根活力指數不同劑量處理間差異不顯著；V3根活力指數各劑量處理間差異達顯著水平，其值表現為0 Gy＞220 Gy＞250 Gy＞280 Gy；V1、V4受輻射劑量影響趨勢相同；計算0Gy與不同輻射劑量時各品種根活力指數最大值與最小值的減少率，V1至V6減少率分別為74.6%、85.2%、88.8%、87.7%、90.6%、82.8%，說明V5受輻射抑制作用最大（圖4C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應比較顯示，0 Gy時品種間根活力指數存在顯著差異，V6品種為269.8，顯著小于V2、V3、V4、V5；220 Gy時V3品種根活力指數為235.7，顯著大于其它品種；250 Gy時V2品種根活力指數為46.6，顯著小于V1、V3根活力指數；280 Gy時品種間根活力指數差異不顯著（圖4D）。結果說明，各品種根活力指數存在顯著差異，輻射對根活力有顯著抑制作用，且有隨劑量增加而加強的趨勢；V3根活力指數最大且在220 Gy時顯著高于其它品種，其次是V4；V6根活力指數最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用的結果；V5受輻射抑制影響作用最大。

圖4 影響種子根活力指數因素多重比較

3 討論與結論

王彩蓮等[15]研究表明，不同類型水稻品種對輻射的敏感性有很大差異。輻射育種實踐中，輻射敏感性是誘變育種的重要研究內容[16]，水稻種子發芽率多作為輻射敏感性研究的重要指標[17-19]。本研究引入60Co-γ射線輻射源，分析其對寒地粳稻種子活力的影響，結果表明，供試品種種子活力輻射敏感性存在顯著差異，具有鮮明的品種特性差異，這與上述研究結果相同。在品種與輻射劑量二因素對種子活力的影響中，輻射劑量主效應對種子芽長影響最大，其次是劑量對根活力指數的影響，第三是品種因素對發芽勢的影響，第四是品種×劑量互作因素對發芽勢的影響，這與上述以種子發芽率作為輻射敏感性指標的研究結果不同。

張瑞勛等[17]研究發現，隨輻照劑量增加水稻發芽率逐漸下降。謝崇華等[20]研究發現，輻照對水稻種子發芽勢和發芽率影響不明顯。徐錫虎等[21]研究表明，23個不同水稻品種輻射敏感性可分為遲鈍型、中間型和敏感型3類，以中間型居多。本研究結果表明，寒地水稻種子在0~280 Gy輻射劑量下，輻射對種子發芽率、芽長和根活力指數有抑制作用，對發芽勢因品種不同而表現出抑制或促進作用，其作用程度因品種和輻射劑量因素作用不同而表現出差異。發芽勢V2、V3受輻射抑制作用顯著，V1、V5、V4發芽勢受輻射促進作用顯著，V6發芽勢受輻射影響表現為顯著抑制與促進作用并存。發芽率V4最大，V2受輻射抑制影響最大。芽長V3最大且在250 Gy時受輻射抑制作用最小，其次是V1，第三是V4；V2、V5芽長受輻射抑制作用影響較大。根活力指數V3最大且在220 Gy時顯著高于其它品種，V5根活力指受輻射抑制影響作用最大。V6發芽率、芽長、根活力指數均最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用的結果。本研究結果可為今后寒地水稻輻照誘變育種研究提供一定的技術參考。