3種不同誘變方式對普那菊苣種子的刺激生長效應

王曾珍,白史且,2

（1.四川農業大學草業科學系,四川雅安 625014；2.四川省草原科學研究院,成都犀浦 611731）

普那菊苣Cichorium intybuscv.Puna為菊科菊苣屬多年生草本植物,直根系,莖有條棱,葉披針形,花序頭狀,呈藍紫色。種子楔形,千粒重1.2～1.5 g[1]。喜溫暖濕潤氣候,對溫度較敏感,但根水分含量較低時能耐受較低的溫度[2]。耐熱,在夏季高溫季節只要水肥充足,仍具有較強的再生能力；對土壤要求不嚴,耐鹽堿,對氮肥敏感[3-4]；抗旱性較強；但根頸易因過牧或踐踏而暴露損傷,在較濕土壤中也易受各種病蟲害侵染,從而影響其壽命[5]。具有生態幅度廣、產草量高、營養豐富、適口性好、利用價值高、用途多等優良特性,適應于南方地區種植,是一個具有重要經濟價值和開發潛力的新型優質飼料作物,在南方草食畜禽養殖中利用廣泛[6]。

試驗通過分析3種不同人工誘變對普那菊苣的影響,以期尋找出最佳的誘變方法,為培育具有優質飼草性狀和抗逆性狀的菊苣新品種提供參考和育種的中間材料。

1 材料與方法

1.1 材料普那菊苣種子,由四川省草原科學研究院提供。

1.2 方法

1.2.1處理

輻射誘變：將供試材料的種子于2008年9月22日在四川省農科院生物技術核技術研究所輻照場用60Co-γ射線輻射,設置了4個處理,輻射劑量分別為 100、150、200、300 Gy,劑量率為 2.4 Gy/min,每劑量處理種子數量為600粒。

化學誘變：將清選后的普那菊苣種子用清水預浸種處理16 h,分別裝入紗布網袋中,利用NaN3（0.000 5、0.001 0、0.001 5、0.002 0 mol/L）的不同濃度（均以磷酸緩沖液為載體）,對普那菊苣的種子進行了浸種誘變處理,處理時間為12 h（置于26℃的培養箱中進行）,每劑量處理種子數量為600粒；不同化學誘變劑處理后的種子分別再用清水反復沖洗4 h。并以清水浸種處理的為對照。

航天誘變：普那菊苣種子經返回式科學與技術試驗衛星搭載,于2008年10月15日17：10在中國酒泉衛星發射中心由長征二號丙運載火箭發射升空,經過17 d的軌道運行,于2008年11月2日10：20在四川省中部回收著陸。軌道高度距地面在200～300 km,艙內溫度為 10～30℃,真空度為10-9～10-5Pa,微重力為10-3～10-5g,2份材料分別命名為SAG0001和SAG0002,處理種子數量均為600粒。

1.2.2室內試驗

1.2.2.1觀察不同誘變處理對菊苣M1代和SP1代的發芽勢和發芽率的影響：將誘變種子及對照播種于直徑為80 mm的培養皿內,以雙層濾紙為發芽床,放置于25℃的恒溫恒濕培養箱內進行發芽,且每天通氣并注意保濕。5 d計算發芽數（以子葉外露長度超過種子大小的一半以上為發芽）,10 d發芽結束,統計發芽率,各處理分別統計了100余粒種子的發芽數和發芽率,重復3次,結果以其平均值表示[7]。種子發芽指數（GI）按下列公式計算：

式中,Gt為在t日內的發芽數,Dt為相應的發芽天數。

1.2.2.2觀察不同誘變處理對菊苣M1代和SP1代幼苗根系生長的影響：在統計發芽率的過程中,每天記錄根長變化、根的生長速度以及比較根的形態變化,直至發芽試驗的第12天為止[8]。

1.2.2.3觀察不同誘變處理對菊苣M1代和SP1代幼苗莖葉和根系鮮質量的影響：在發芽試驗的第12天,對每處理隨機抽取30株幼苗,剪下幼苗的莖葉和根系,用濾紙吸干表面水分后稱鮮質量。

1.3 數據分析采用Excel和SPSS等分析軟件對觀測性狀和試驗數據進行統計和處理。

2 結果與分析

2.1 3種不同誘變方式對菊苣種子發芽情況的影響

2.1.1輻射誘變對種子發芽情況的影響 由表1不難看出,各輻射劑量的平均發芽率均低于對照,但發芽指數除300 Gy外,其余劑量均高于對照。尤其是150 Gy能顯著提高菊苣種子的發芽指數。

從圖1中可以看出,對照種子在發芽試驗的第3天到達發芽高峰,而后迅速下降。而100與150 Gy則是在第4天達到發芽高峰,200與300 Gy輻射劑量在發芽第3天后則是逐步回落,表明其在后續時間里仍然保持著一定的發芽力。

表1 輻射誘變對種子發芽的影響

圖1 輻射劑量對種子發芽的影響

2.1.2化學誘變對種子發芽情況的影響 如表2所示,化學誘變后的種子發芽率都接近對照,但發芽指數都較對照高,尤其是0.001 5 mol/L能顯著提高菊苣種子的發芽指數,比對照高出1.24倍。

表2 化學誘變對種子發芽的影響

圖2反應了各不同化學劑量處理的菊苣種子在發芽試驗的第3天均達到發芽高峰,且0.001 5 mol/L的日平均發芽數明顯高于對照,并且各不同化學劑量的種子后續發芽能力都普遍高于對照。

2.1.3航天誘變對種子發芽情況的影響 從表3看出,航天材料SAG0001發芽率很低,僅為CK材料發芽率的1/10,而航天材料SAG0002的發芽指數明顯高于對照,并且其發芽指數是航天材料SAG0001的10倍。

圖2 化學劑量對種子發芽的影響

表3 航天誘變對種子發芽的影響

圖3表明上述3份材料都在發芽試驗第3天迎來發芽高峰,而后迅速下降,航天材料SAG0002的發芽數高于對照,但其持續發芽能力較對照略低,而航天材料SAG0001則一直處于相當低的發芽狀態。

最后對所有處理材料進行方差分析,得到結果如表4。

圖3 航天誘變對種子發芽的影響

表4 菊苣種子發芽情況的方差分析

在方差分析表中,處理間的顯著水平P＜0.05,說明處理間存在顯著差異。但對本試驗而言,方差分析的目的不僅在于了解一組處理間總體上有無實質性差異,更在于了解哪些處理間存在真實差異,故需進一步做處理平均數間的比較,本試驗選擇新復極差法進行多重比較（表5）。

從結果可知,150 Gy、0.002 mol/L與0.001 5 、0.000 5 、0.001 mol/L,100 、200 Gy 之間差異不顯著,0.001 5、0.000 5、0.001 mol/L,100、200 Gy與 300 Gy、SAG0002、CK之間差異不顯著,而 150 Gy、0.002mol/L 與 300Gy、SAG0002、CK之間差異顯著,并且上述所有處理都與SAG0001差異顯著；在1%的極顯著水平上,150 Gy與CK之間差異極顯著,而SAG0001與其他所有的處理間差異極顯著。

表5 不同處理間方差分析結果

2.2 3種不同誘變方式對菊苣幼苗根系生長的影響

2.2.1輻射誘變對幼苗根系生長的影響 圖4表明,各輻射劑量處理過的種子根系生長較對照緩慢,但150和200 Gy處理的種子根系生長相對其他2個劑量處理較快。

圖4 輻射劑量對幼苗主根生長的影響

2.2.2化學誘變對幼苗根系生長的影響 從圖5可以看出,對照材料前期生長速度較快,在第8天后生長速率放緩,而化學誘變種子的根系生長速度一直呈穩步增長的模式,開始逐步接近對照,到第12天0.0015 mol/L處理的根系長度超過對照。

2.2.3航天誘變對幼苗根系生長的影響 圖6表明航天SAG0001的根系生長速度與對照接近,并在第12天超過了對照；而航天SAG0002的根系生長速度則遠高于對照,主根長度是對照的1.4倍。

圖5 化學劑量對幼苗主根生長的影響

圖6 航天誘變對幼苗主根生長的影響

最后對所有處理材料進行方差分析,如表6所示,得到如下結果。

表6 菊苣幼苗主根生長情況的方差分析

在方差分析表中,處理間的顯著水平P＜0.05,說明處理間存在顯著差異。因此本試驗選擇新復極差法進行多重比較（表7）。

從結果可知,SAG0001、0.0015 mol/L、CK 、0.001 mol/L 、0.002 mol/L 、0.0005 mol/L 、200 Gy 、150 Gy 、300 Gy、100 Gy 各處理之間差異不顯著,但上述所有處理均與SAG0002的差異顯著；在1%的極顯著水平上,SAG0002與SAG0001的差異不顯著,且SAG0001與0.0015 mol/L、CK、0.001 mol/L 、0.002 mol/L 、0.000 5 mol/L 、200 Gy、150 Gy 、300 Gy 、100 Gy 的差異也不顯著,但SAG0002與 0.001 5 mol/L、CK 、0.001 mol/L、0.002 mol/L 、0.000 5 mol/L 、200 Gy 、150 Gy、300 Gy、100 Gy之間呈極顯著差異。

表7 方差分析結果

2.3 3種不同誘變方式對菊苣幼苗莖葉和根系鮮質量的影響

2.3.1輻射誘變對幼苗莖葉和根系鮮質量的影響

如圖7所示,除100 Gy的根系鮮質量大于對照外,其余輻射處理的根系鮮質量都低于對照,且輻射處理之間呈現明顯的劑量效應[9],即根系鮮質量隨著輻射劑量的增加而遞減；而在莖葉鮮質量方面,除100 Gy以外,其余輻射劑量都高于對照。

圖7 輻射誘變對幼苗葉和根系鮮質量的影響

2.3.2化學誘變對幼苗莖葉和根系鮮質量的影響如圖8所示,化學處理過的種子根系鮮質量都低于對照,其中以0.002 0 mol/L根系鮮質量值最高,除0.000 5 mol/L外,其余處理則隨著劑量增加而出現遞增趨勢；莖葉鮮質量隨著化學劑量的增加而遞增,在0.0015 mol/L達到最大值,而后略有回落,但0.0015和0.002 0 mol/L的莖葉鮮質量都大于對照值。

圖8 化學誘變對幼苗葉和根系鮮質量的影響

2.3.3航天誘變對幼苗莖葉和根系鮮質量的影響由圖9可以看出,航天材料SAG0001的根系鮮質量接近對照值,而SAG0002的根系鮮質量則超高于對照；并且兩份航天材料的莖葉鮮質量都遠高于對照值,SAG0001的莖葉鮮質量是對照的1.43倍,而SAG0002的莖葉鮮質量更是對照的1.46倍。

圖9 航天誘變對幼苗葉和根系鮮質量的影響

3 討論與結論

3.13種不同誘變方式對菊苣種子發芽情況的影響輻射誘變材料劑量在300 Gy以下,其發芽指數均高于對照值,且以150 Gy尤為顯著；說明60Co-γ射線對普那菊苣種子的萌發具有刺激效應。出現該現象的主要原因可能是經過輻射后,引起種子內部生物自由基或有關酶活性的變化,從而提高了種子的新陳代謝水平,促進了種子的萌發[10]。其中輻照劑量為150 Gy的處理對種子發芽的促進作用遠遠大于其他處理,為刺激種子發芽的最適劑量。本試驗結果表明：低劑量輻射可明顯提高普那菊苣種子的發芽指數,刺激幼苗的生長。

化學誘變后的種子發芽指數都高于對照,尤其是0.001 5 mol/L能顯著提高菊苣種子的發芽指數,比對照高出1.24倍。說明NaN3對普那菊苣種子的發芽有明顯的促進作用。

航天材料SAG0001發芽指數很低,而航天材料SAG0002的發芽指數明顯高于對照,并且其發芽指數是航天材料SAG0001的10倍。這可能是受到空間微重力、宇宙中高能粒子、宇宙射線等綜合因素輻射不均的影響,其中以高能量的重粒子射線誘變效應最強,導致植物細胞產生損傷和遺傳的突變[11],使 2份材料產生了截然相反的效應。

3.23種不同誘變方式對菊苣幼苗根系生長的影響各輻射劑量處理過的種子根系生長較對照緩慢,說明60Co-γ射線對普那菊苣種子根系生長具有抑制效應,一定程度上延緩了根系的正常生長,但就輻射各劑量本身而言,都呈緩慢勻速增長,其中以150和200 Gy處理的種子根系生長較快。這也一定程度說明了低劑量輻射較高劑量有利于菊苣根系的生長。另一方面,經過輻射處理的種子,特別是輻射劑量太大的處理,部分種子發芽后表現出只長根不長葉或只長葉不長根,然后逐漸發霉死亡；葉片畸形、卷曲；發芽之后,根系呈褐色,不再生長,幾天之后逐漸死亡等現象。這可能是因為種子經過γ射線的照射后,能量在種子中的沉積引起種子不同程度的損傷,使其胚中分生組織細胞的分裂過程受到嚴重的抑制,但對伸長過程影響不大,所以種子基本能正常發芽,但在生長過程中抑制作用會逐漸顯現,最后導致幼苗死亡,從而引起生物學特性的改變。這與王文恩等[12]和韓貴清等[13]的研究結果有相似之處。

而化學誘變種子的根系生長速度一直呈穩步增長的模式,開始逐步接近對照,甚至在第12天0.001 5 mol/L的根系長度已經超過了對照。這說明NaN3各處理對普那菊苣根系生長初期影響不顯著,隨著幼苗的生長時間的推移,劑量高于0.001 5 mol/L的化學處理表現出了一定的抑制效應。

航天SAG0001的根系生長速度與對照接近,并在第12天超過了對照；而航天SAG0002的根系生長速度則遠遠高于對照,主根長度是對照的1.4倍。說明空間處理對航天SAG0002的根系生長起到了極大的促進作用。

3.33種不同誘變方式對菊苣幼苗莖葉和根系鮮質量的影響從輻射對幼苗根系生長的影響來看,100 Gy的輻射劑量是一個臨界點,高于該劑量時,隨劑量的增大,對主根的抑制作用加強。而在莖葉鮮質量方面則相反,除100 Gy以外,其余輻射劑量也都高于對照。說明100 Gy的輻照劑量可能有利于主根生長而抑制了莖葉的生長。

化學處理過的種子根系鮮質量都低于對照,說明化學處理一定程度上抑制了幼苗主根的生長；以 0.002 0 mol/L根系鮮質量值最高,除0.000 5 mol/L外其余處理則隨著劑量增加而出現遞增趨勢；在莖葉鮮質量方面,呈現明顯的計量效應,各處理隨著化學劑量的增加而遞增,在0.001 5mol/L達到最大值,而后略有回落,且0.001 5和0.002 mol/L的莖葉鮮質量都大于對照值,說明高劑量的化學誘變處理可以促進幼苗莖葉的生長。

航天材料SAG0001的根系鮮質量接近對照值,說明空間環境對SAG0001的根系生長影響不大,而SAG0002的根系鮮質量則超過了對照,說明空間環境促進SAG0002的根系生長；并且2份航天材料的莖葉鮮質量都遠高于對照值,SAG0001的莖葉鮮質量是對照的 1.43倍,而SAG0002的莖葉鮮質量更是對照的1.46倍。由此可見,空間環境對SAG0001的根系生長影響不大,但卻能促進其莖葉的生長；對SAG0002而言,空間環境對其根系和莖葉生長同時起到了極大的促進作用。

通過對上述3種不同誘變方法的比較,可以看到,航天誘變后的種子在發芽指數、主根長度和莖葉、根系鮮質量上都與對照差異巨大,并且比輻射和化學誘變的種子的差異明顯,尤其是航天SAG0002材料發芽率高,葉片寬大,根系生長速度都遠遠高于對照,可能是空間重力、宇宙中高能粒子、宇宙射線等因素綜合影響的結果,較之單因素的輻射和化學誘變,航天誘變表現出了更大的變異性。從本次試驗來看,發芽指數：化學誘變＞輻射誘變＞航天誘變；主根長度：航天誘變＞化學誘變＞輻射誘變；根系鮮質量：航天誘變＞輻射誘變＞化學誘變；莖葉鮮質量：航天誘變 ＞化學誘變＞輻射誘變。

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