137Cs-γ 射線輻照對大麥品種發芽和幼苗生長的影響

陳金躍 張猛超 熊立東 王炳奎 劉超綱 陸艷婷

（浙江省農業科學院作物與核技術利用研究所 杭州310021）

電離輻射是指攜帶足以使物質原子或分子中的電子成為自由態， 從而使這些原子或分子發生電離現象的能量輻射。 電離輻射的特點是波長短、 頻率高、能量高。 γ 輻射是電離輻射的一種，γ 射線的特點是不帶電、 穿透力極強。 研究表明， 利用 γ 射線輻照農作物可達到改良某些或某個性狀， 選育出性狀優良的農作物新品種的目的，效果較好[1-3]。 1930 年Nilson-Ehle 和Gustafsson 利用輻射獲得了莖稈堅硬、穗型緊密、 直立型的大麥突變體，1942 年德國Feisleben 等通過對輻照大麥的篩選獲得了抗白粉病突變體種質[4-5]。 輻照誘變作為誘發突變的一種手段在大麥誘變育種上取得了一些較好的成果， 中熟大麥鹽輻矮早三是江蘇省鹽城地區農科所用早熟三號以60Co-γ 射線輻射處理后選育成的，1981 年示范田畝產達到580.6 kg， 創當年江蘇省大麥高產記錄，1984 年種植面積27.13 萬hm2，占江蘇省大麥種植面積的40.8%[6]。大麥是二倍體自花授粉作物，誘變可以打破性狀連鎖，促進基因重組，再通過選擇育成新品種或創制新種質。 但是有關大麥誘發突變及機理的研究報道很少， 至今未見137Cs-γ 射線輻射對大麥種子芽率和幼苗生長影響的報道。 本研究以大麥干種子為材料，進行了137Cs-γ 射線多種劑量的輻射處理，以了解137Cs-γ 射線對不同類型大麥種子發芽和幼苗生長的影響， 為大麥輻射誘變中提高有效誘變率提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗選用的大麥品種：皮大麥3 個，分別為浙皮9 號、浙皮 12 號、花 30；裸大麥 2 個，分別為米麥105、米麥146，均為二棱春性大麥。 各品種的基本情況見表1。

表1 供試大麥材料基本情況

1.2 輻照劑量

輻照處理在浙江省農業科學院國家水稻改良中心輻射育種研究室（浙江省輻照中心）進行，分別用150 Gy、250 Gy、350 Gy、450 Gy、600 Gy、750 Gy 的137Cs-γ 射線共6 種劑量處理上述大麥干種子， 劑量率為60 Gy/h，每次處理種子50 g，以不輻照處理為對照。

1.3 發芽試驗

發芽試驗于2021 年3 月在浙江省農業科學院作核所核技術利用研究室實驗室進行。 從不同處理的樣品中隨機抽取樣品種子各300 粒，在12 cm×12 cm試驗用種子發芽盒的底部放入3 張濾紙， 加入適量純凈水浸濕濾紙， 將各處理100 粒大麥種子均勻放至相應的發芽盒中，種子之間保持足夠的距離，以保證種子都能充分接觸水分，吸水一致，生長良好，試驗設3 次重復，隨機排列。 在試驗過程中隨時檢查，保持濾紙濕潤。 發芽盒放入恒溫培養室， 設定溫度28℃，變幅不超過±2°C。

1.4 發芽與苗高

第3 天開始統計發芽勢，第7 天統計發芽率，第11 天統計活苗率，以發芽勢、發芽率作為衡量種子發芽力的指標。 只長芽不發根或只發根不長芽的種子不計算在內并取出。 從每個發芽盒內隨機選取除四周位置外的 10 株跟蹤測量第3 天、第 7 天、第14 天苗高（苗高以“cm”為單位，保留 1 位小數）。

1.5 數據分析

用SPSS 軟件進行數據的統計分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 輻照劑量對不同品種發芽的影響

由表2 可知，所有供試品種對輻照處理均敏感，0~750 Gy 不同輻照劑量處理對大麥品種的發芽有顯著影響。 隨著輻照劑量的增加，浙皮9 號、浙皮12 號、花 30、 米麥 105、 米麥 146 的 7 d 發芽率較 3 d 發芽勢呈現明顯下降， 但品種間存在差異。 經750 Gy處理后， 各品種7 d 發芽率較對照分別下降了26.2%、41.5%、 28.2%、 17.3%、 39.0%。 在 150 Gy輻照處理后大部分供試品種處理與對照的發芽勢和發芽率沒有顯著或極顯著差異。 在450 Gy 輻照處理后大部分供試品種處理間與對照的發芽勢和發芽率存在顯著或極顯著差異， 其中存活率最低的米麥146 為 29.7%。

表2 不同輻照劑量對5 個大麥品種發芽情況的影響（單位：%）

2.2 輻照劑量對不同品種活苗率的影響

圖 1 為 250 Gy 及其以上輻照劑量處理后浙皮 9 號、花 30、米麥 105、米麥 146 的出苗趨勢，不同輻照劑量處理后各大麥品種隨著出苗天數的增加各品種活苗率存在差異。 隨著劑量的增加， 其活苗率在處理劑量小于150 Gy 范圍無顯著性差異， 各品種在250 Gy 以上輻照劑量處理后， 隨著天數的增加活苗率逐漸下降。 皮大麥品種浙皮9 號、 浙皮12 號、花30 經350 Gy 處理后發芽14 d 的活苗率分別為23.0%、31.0%、37.0%，經 750 Gy 處理后發芽 14 d 的活苗率分別為16.0%、29.3%、16.0%， 并出現生長停滯現象，存苗率均出現極顯著下降。 裸大麥品種米麥105、 米麥 146 經 350 Gy 處理后發芽 14 d 的活苗率分別為 19.0%、15.3%（對照活苗率分別為 46%、45.3%），經450 Gy 處理后生長14 d 的活苗率分別為0 和1%。 本試驗結果表明，皮大麥品種浙皮9 號、浙皮12 號、花30 的輻照半致死劑量在350 Gy 左右，裸大麥品種米麥105、 米麥146 的輻照半致死劑量在250～350 Gy，裸大麥品種米麥 105、米麥 146 的輻照致死劑量在450 Gy 左右。

圖1 皮大麥與裸大麥不同輻照劑量處理后活苗情況變化趨勢

2.3 輻照劑量對大麥品種幼苗生長的影響

對5 個大麥品種在0～750 Gy 輻照劑量處理后的苗高進行測量，輻照處理明顯抑制幼苗生長，且隨劑量增大抑制更加明顯。 150 Gy、250 Gy、350 Gy、450 Gy、600 Gy、750 Gy 處理浙皮 9 號第 11 天苗高分別 為 13.1 cm、11.9 cm、11.4 cm、9.8 cm、8.5 cm、7.4 cm， 較對照分別降低 10.8%、19.0%、22.2%、33.3%、41.9%、49.7%；150 Gy、250 Gy、350 Gy、450 Gy、600 Gy、750 Gy 處理米麥 105 第 11 天苗高分別為9.7 cm、9.1 cm、5.5 cm、3.6 cm、2.5 cm、1.7 cm，較對照分 別 降 低 18.0% 、22.9% 、53.7% 、69.6% 、78.5% 、85.3%。 本試驗供試大麥品種在150 Gy 以上劑量處理時，苗高較對照均極顯著降低，且裸大麥品種比皮大麥品種表現更顯著。 結果表明，150 Gy 以上劑量處理對大麥具有較大的輻射誘變效應。

圖2 為不同輻照劑量對浙皮9 號等5 個不同大麥品種發芽 3 d、7 d、11 d 時苗高的影響， 總體變化規律相似，隨輻照劑量的增大，苗高逐漸下降，裸大麥比皮大麥生長受阻更明顯， 且經450 Gy 以上輻照處理的2 個裸大麥品種均出現生長困難。

通過對供試品種的出苗情況、 存活率結合生長情況的綜合分析，認為350～750 Gy 高劑量處理后大部分的種子仍舊能發芽長根， 但隨著生長發育的進行，高劑量處理的種子逐漸死亡。

3 討論與結論

137Cs-γ 射線對大麥種子具有較強的輻照效應。低劑量輻照對大麥種子芽率沒有顯著影響， 不同遺傳背景的品種之間對輻射敏感性不一樣， 從本試驗的結果來看， 不同類型的品種輻照敏感性差異要大于同一類型品種， 皮大麥和裸大麥間存在明顯的差異。 本研究表明，皮大麥品種浙皮9 號、浙皮12 號、花 30 輻照半致死劑量在 350 Gy 左右；裸大麥品種米麥105、米麥146 的輻照半致死劑量在250～350 Gy，裸大麥品種米麥 105、米麥 146 的輻照致死劑量在450 Gy 左右。

圖2 輻照劑量對大麥品種苗高的影響

可能由于種子儲藏條件等原因， 供試的2 個裸大麥品種0 劑量處理時種子發芽率僅48%左右，明顯低于供試的皮大麥品種， 可能對不同輻照處理后的存活率等有一定的影響。 如果輻照試驗前先開展芽率試驗，確保正常芽率的種子用于試驗，可能有助于提升結果的精確度，值得進一步研究。