60Co-γ 射線輻射西瓜種子對葉片光合色素含量和氣體交換參數(shù)的影響

李玉明，趙春生，喬蓬蕾，王珊珊，劉萬亮

（1.萊陽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 萊陽 265200；2.萊陽市檢驗(yàn)檢測中心，山東 萊陽 265200）

西瓜（Citrullus lanatus）在世界各地廣泛栽培且歷史悠久，種質(zhì)資源極其豐富［1］。其含糖量高、耐貯運(yùn)、適口性好，是夏季很好的解暑果品，備受消費(fèi)者青睞。中國是世界上西瓜生產(chǎn)與消費(fèi)第一大國，但品種較少［2］。輻射育種技術(shù)是利用射線誘發(fā)生物遺傳性狀發(fā)生改變，經(jīng)人工選擇培育新的優(yōu)良品種的技術(shù)，具有打破性狀連鎖、實(shí)現(xiàn)基因重組、突變頻率高、突變類型多、變異性狀穩(wěn)定和方法簡便等特點(diǎn)。60Co-γ射線輻射具有誘變頻率高、育種周期短、使用方法較簡單等特點(diǎn)，是常見的輻射育種手段［3-5］。選用適宜的輻射劑量是輻射育種工作的關(guān)鍵，適宜的輻射劑量因作物的種屬、品種、器官等的不同而存在明顯差異［6-8］。

國內(nèi)鮮見60Co-γ 射線輻射西瓜種子的輻射敏感性相關(guān)報(bào)道。本研究以不同千粒重的12 個西瓜品種種子為供試材料，采用6 個不同劑量的60Co-γ 射線進(jìn)行輻射處理，通過測定、分析輻射后西瓜開花期和果實(shí)等性狀表現(xiàn)，探討不同千粒重西瓜種子的輻射敏感性，以期為西瓜輻射誘變育種工作中選擇適宜的輻射劑量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試品種 供試西瓜品種（資源材料）12 個，由國家蔬菜工程技術(shù)中心和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)瓜類研究所提供，詳見表1。

表1 供試西瓜品種及來源

1.1.2 主要儀器 OPRON-3100 型紫外分光光度計(jì)（上海美普達(dá)公司），C I-310型光合儀（美國CID 公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 輻射處理60Co-γ 輻照處理試驗(yàn)在甘肅天辰輻照科技有限公司開展。設(shè)置6個處理，劑量分別為0（CK）、200、400、600、800、1 000 Gy，劑量率是1.5 Gy/min。每個處理3 次重復(fù)，每個重復(fù)選取飽滿種子50 粒，將不同處理裝入袋中進(jìn)行輻射。

1.2.2 性狀觀察 通過大田試驗(yàn)觀察輻射材料的性狀表現(xiàn)，試驗(yàn)在甘肅省民勤縣薛百鄉(xiāng)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行。深溝雙壟覆膜，每個處理25 穴，每穴播2 粒種子，株行距為1.2 m×0.5 m，各處理3 次重復(fù)。肥水管理與當(dāng)?shù)厣唐饭舷嗤瑹o整枝。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2003 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表制作；用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行方差分析。

1.3.1 葉片光合色素含量 在西瓜植株伸蔓期采集不同處理的西瓜植株第6、7 片葉子，6～9 片，測定不同處理的葉綠素含量，3 次重復(fù)。

光合色素的測定參照張憲政［9］的丙酮乙醇混合液法，每個品種稱取剪碎的葉片0.2 g，分別放入3 支試管中，加入25 mL 乙醇，封口，將試管移至暗處保存，直至組織液呈白色（每8 h 振蕩1 次，共24 h），分別測定波長為665（葉綠素a 的最大吸收峰）、649（葉綠素b 的最大吸收峰）、470 nm（類胡蘿卜素的最大吸收峰）處提取液的吸光值。光合色素濃度計(jì)算式如下。

式中，Ca、Cb、Cx·c分別為葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的濃度，D665、D649、D470分別為波長665、649、470 nm 處的吸光值，B為色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，C為色素的濃度，V為提取液體積，M為樣品質(zhì)量。

1.3.2 葉片氣體交換參數(shù) 在西瓜果實(shí)膨大期，選取紅籽黃肉、WW150、“238”、5 號、雙茨科5 個品種進(jìn)行氣體交換參數(shù)試驗(yàn)。每個品種選擇3 株生育期相近的西瓜植株，于上午9：00—11：00 測定植株第6～7 片葉的氣孔導(dǎo)度（Gs）、凈光合速率（Pn）及蒸騰速率（Tr）。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素a 的含量

由表2 可知，種子經(jīng)60Co-γ 射線輻射后，西瓜葉片葉綠素a 的含量總體隨著輻射劑量的增加呈先增大后減小的趨勢。其中，大種子西瓜葉片平均葉綠素a 含量小于對照，中等種子西瓜葉片在輻射劑量600 Gy 及以上、小種子西瓜葉片在輻射劑量200～800 Gy 葉綠素含量均高于對照，而小種子西瓜葉片在1 000 Gy 條件下葉綠素a 含量小于對照，減少了7.2%。輻射對不同千粒重西瓜種子育成的植株葉綠素a 含量的抑制作用由強(qiáng)到弱依次為大種子、小種子、中等種子。雜交種子品種、常規(guī)種子品種西瓜葉片平均葉綠素a 含量較對照分別減小了1.3%、0，因此輻射對不同基因型西瓜葉片葉綠素a含量的抑制作用為雜交種子品種強(qiáng)于常規(guī)種子品種。

表2 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片葉綠素a 含量的影響（單位：mg/g）

2.2 葉綠素b 的含量

由表3 可知，種子經(jīng)輻射后，大種子、中等種子西瓜葉片中葉綠素b 的平均含量均小于對照，而小種子西瓜葉片在輻射劑量200～600 Gy 內(nèi)較對照有所增加。經(jīng)輻射后大種子、中等種子、小種子西瓜葉片中的葉綠素b 平均含量較對照分別減小了7.5%、8.1%、3.3%。

表3 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片葉綠素b 含量的影響（單位：mg/g）

2.3 類胡蘿卜素的含量

由表4 可知，輻射后西瓜葉片中的類胡蘿卜素含量有所變化，但差異不顯著。中等種子西瓜經(jīng)輻射后葉片類胡蘿卜素含量均大于對照；小種子西瓜葉片在輻射劑量200～600 Gy 內(nèi)類胡蘿卜素含量較對照有所增加，800 Gy 及以上輻射劑量抑制作用明顯。不同基因型西瓜干種子經(jīng)輻射處理后類胡蘿卜素含量影響不顯著。

表4 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片類胡蘿卜素含量的影響 （單位：mg/g）

2.4 氣孔導(dǎo)度

由表5 可知，大種子、中等種子、小種子西瓜葉片的氣孔導(dǎo)度總體隨輻射劑量的增加而減小。中等種子西瓜葉片的氣孔導(dǎo)度在輻射劑量600～800 Gy下較對照均減小，且差異達(dá)顯著水平。大種子西瓜在輻射劑量為200～400 Gy、小種子西瓜在輻射劑量為200～400 Gy 內(nèi)葉片的氣孔導(dǎo)度與對照相比均不同程度增加，但差異不顯著。

表5 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片氣孔導(dǎo)度的影響［單位：mmol（/m2/s）］

2.5 凈光合速率

由表6 可知，小種子西瓜葉片的凈光合速率在輻射劑量為200～800 Gy 內(nèi)隨著劑量的增加呈先增大后減小趨勢，中等種子西瓜葉片的凈光合速率在輻射劑量為200～400 Gy 內(nèi)較對照減小，差異不顯著，600 Gy 較對照減小且差異顯著；大種子西瓜葉片在輻射劑量200～600 Gy、小種子西瓜葉片在輻射劑量200～400 Gy 內(nèi)，西瓜葉片凈光合速率與對照相比均有所增加，但差異不顯著。雜交種子西瓜在輻射劑量200、600、800 Gy 下葉片的凈光合速率較對照差異顯著；常規(guī)種子西瓜與對照相比差異均不顯著。

表6 60Co-γ射線輻射處理后對西瓜葉片凈光合速率的影響［單位：mmol（/m2/s）］

2.6 蒸騰速率

由表7 可知，輻射處理后西瓜葉片的蒸騰速率除大種子西瓜在200、600 Gy 處較對照增加外，其余較對照均不同程度減小，輻射劑量400 Gy 及以下對大種子、中等種子的西瓜葉片蒸騰速率沒有顯著影響，小種子西瓜在200、800 Gy 處的葉片蒸騰速率分別為對照的24.8%、3.2%，差異顯著。

表7 60Co-γ 射線輻射處理后對西瓜葉片蒸騰速率的影響［單位：mmol（/m2/s）］

3 討論

葉綠素是植物光合作用的基礎(chǔ)，葉片中葉綠素含量的高低是反映葉片光合能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。光合作用生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)，但環(huán)境因素的改變會引起光合色素含量的變化，從而引起光合性能的改變［10］。在200 Gy 條件下，大種子西瓜葉片氣孔導(dǎo)度、凈光合速率、蒸騰速率較對照增加，中等種子西瓜葉片類胡蘿卜素及小種子西瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率較對照增加，這與王文恩等［11］在研究60Co-γ 射線對日本結(jié)縷草干種子的輻射效應(yīng)的結(jié)論相一致，但與尹淑霞等［12］的結(jié)論相反。可能是不同作物、不同質(zhì)量種子對輻射的敏感性不同，有些作物種子具有損傷修復(fù)作用，從而能減輕輻射損傷，修復(fù)會引起植物的加速生長［13］。葉綠素含量降低是輻射后葉片受到傷害的主要特征，輻射對葉綠體的結(jié)構(gòu)、功能產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致葉綠素分解［14］。本研究中不同千粒重種子西瓜葉片經(jīng)輻射后，大種子西瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b 含量均小于（含等于）對照，這與何莉等［15］在研究60Co-γ 射線輻射對蠶豆M1代誘變效應(yīng)、許銀蓮等［16］在研究60Co-γ 射線輻射對粉掌鐵蘭某些生理指標(biāo)的影響中得出的輻射可以提高植物葉片中葉綠素含量，增強(qiáng)植物光合作用的結(jié)論不一致，可能是由于種子活力在不同作物種類、不同品種之間輻射敏感性存在差異［17］。丘運(yùn)蘭等［18］在研究中發(fā)現(xiàn)輻射對葉肉細(xì)胞Lw1基因有輕微損傷。本研究不同千粒重種子西瓜葉片經(jīng)60Co-γ 射線輻射后葉片氣孔導(dǎo)度、凈光合速率變化不同。大種子、小種子西瓜葉片在高劑量800、1 000 Gy 輻射下氣孔導(dǎo)度、凈光合速率均減小，可能是輻射破壞了葉片中部分酶的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光合電子的傳遞速率減緩，從而使凈光合速率減弱，這與羅南書等［19］的結(jié)論一致。UV-B 輻射增強(qiáng)導(dǎo)致PSⅡ反應(yīng)中心失活（Fo 上升），對反應(yīng)中心的破壞與強(qiáng)光下單線態(tài)氧的形成有關(guān)［20］，單線態(tài)氧破壞反應(yīng)中心的蛋白質(zhì)和色素，從而導(dǎo)致植物在光抑制過程中光合速率下降［21］。

4 小結(jié)

60Co-γ 輻射對不同千粒重西瓜干種子輻射敏感性由強(qiáng)到弱依次為大種子、小種子、中等種子。不同基因型西瓜種子輻射敏感性由強(qiáng)到弱依次為雜交種子、常規(guī)種子。本研究為西瓜輻射誘變育種與西瓜葉片光合特性建立了聯(lián)系，從而為西瓜輻射誘變育種提供一定的理論依據(jù)。