低劑量電子輻射處理提高馬鈴薯產(chǎn)量的研究

斯琴圖雅， 王 強(qiáng)， 張玉寶

（黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所，黑龍江哈爾濱150086）

射線的低劑量刺激效應(yīng)是指以不改變其遺傳基礎(chǔ)的劑量輻射生物的細(xì)胞、組織、器官或機(jī)體等，促進(jìn)生物體內(nèi)部物質(zhì)的變化，加速新陳代謝，活躍其生活機(jī)能，從而給生物體的發(fā)育，生長帶來某些有利的變化［1-2］。國內(nèi)，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用γ射線輻射馬鈴薯，研究其對生育的影響，結(jié)果表明γ射線對馬鈴薯長勢和株高具有刺激作用，但產(chǎn)量未得到提高［3］；中國科學(xué)院近代物理研究所利用重離子束輻射進(jìn)口馬鈴薯“大西洋”，使大薯率增加50%，小薯率減少50%［4］。國外，僅前蘇聯(lián)有利用電子束輻射馬鈴薯獲得增產(chǎn)的簡要報(bào)導(dǎo)［5-6］。以上研究證實(shí)了低劑量電離輻射具有刺激效應(yīng)，但對其刺激效應(yīng)的影響因素未提及。本研究利用電子射線播前處理馬鈴薯微型種薯獲得了增產(chǎn)，并探索了低劑量刺激效應(yīng)的部分影響因素。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

馬鈴薯微型種薯“荷蘭15”，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物脫毒苗木研究所提供。

1.2 主要儀器設(shè)備

DD1.2高頻高壓電子加速器（1.2MeV，1.0mA），由黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所提供。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)材料處理

輻射處理共兩次，均在輻射室內(nèi)常溫有氧條件下進(jìn)行，輻射電子能量為0.9 MeV。

第一次輻射處理溫室種植用馬鈴薯微型種薯，所輻射的“荷蘭15”微型種薯為休眠種薯。采用7個(gè)梯度的輻射劑量，分別為 0、1、3、6、12、24、48Gy；統(tǒng)一輻射劑量率為0.125 Gy/s；為試驗(yàn)不同輻射劑量率對產(chǎn)量的影響，在12 Gy劑量下另選一個(gè)輻射劑量率0.167Gy/s；每個(gè)輻射劑量下均處理4粒種薯。

第二次輻射處理田間種植用馬鈴薯微型種薯，所輻射的“荷蘭15”微型種薯為發(fā)芽種薯。采用7個(gè)梯度的輻射劑量，分別為 0、1、3、6、12、30、50Gy；輻射劑量率為0.167Gy/s；每個(gè)輻射劑量下均處理120粒種薯。

1.3.2 播種及培育

溫室培育：2008年2月1日，將輻射過的馬鈴薯微型種薯于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院溫室內(nèi)進(jìn)行盆栽種植。每個(gè)處理組種植4個(gè)育秧盆，育秧盆深36 cm，直徑30 cm；內(nèi)裝由草炭、珍珠巖、土、煤灰等按比例調(diào)配的培養(yǎng)基；生長季溫室白天溫度為28℃～30℃，晚上溫度約18℃。于2008年6月11日收獲，并統(tǒng)計(jì)單株產(chǎn)量。

田間培育：2008年5月20日，將輻射過的馬鈴薯微型種薯于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行田間種植。整地壟距90cm，播種株距25cm，播種深度6cm，每個(gè)輻射組三個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積10m2。按照馬鈴薯栽培技術(shù)措施進(jìn)行田間管理，于2008年10月7日收獲，同時(shí)統(tǒng)計(jì)單株產(chǎn)量和畝產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻射劑量率對產(chǎn)量的影響

溫室種植時(shí)為探索劑量率效應(yīng)，在總劑量為12Gy條件下取了兩個(gè)輻射劑量率，分別為0.125Gy/s，0.167Gy/s。單株產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，0.167Gy/s劑量率處理組比0.125Gy/s劑量率處理組增產(chǎn)了6.8%（見表1），可見低劑量電子輻射對馬鈴薯作物具有劑量率效應(yīng)。

表1 不同劑量率對“荷蘭15”產(chǎn)量的影響（溫室）Table 1 The influence of the different dose rate on“Holland 15”production(greenhouse)

輻射劑量率為單位時(shí)間內(nèi)的輻射劑量。輻射同樣的劑量，劑量率高時(shí)作物受到的輻射影響較難修復(fù)，因而對作物的刺激效應(yīng)更明顯。

2.2 輻射劑量對產(chǎn)量的影響

溫室與田間收獲時(shí)對產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，適宜劑量的電子輻射具有良好的增產(chǎn)效果，溫室培育獲得最佳增產(chǎn)36.3%（見表2），田間培育獲得最佳增產(chǎn)12.3%（見表 3）。溫室與田間的 1、3、6、12Gy四個(gè)輻射處理組增產(chǎn)規(guī)律較為統(tǒng)一，增產(chǎn)最佳的輻射劑量均為3Gy，兩次試驗(yàn)的重合性較好。

表2 馬鈴薯品種“荷蘭15”經(jīng)低劑量電子輻射后種植在溫室的產(chǎn)量表現(xiàn)Table 2 The“Holland 15”production growingin greenhouse after lowdose electronic irradiation

表3 馬鈴薯品種“荷蘭15”經(jīng)低劑量電子輻射后種植在田間的產(chǎn)量表現(xiàn)Table 3 The“Holland 15”production growingin field after lowdose electronic irradiation

2.3 不同生理期的種薯對電子射線的敏感性差異

溫室種植的是“荷蘭15”休眠種薯，田間種植的是“荷蘭15”發(fā)芽種薯，處于兩種生理期的微型種薯經(jīng)適宜劑量電子輻射處理后均有所增產(chǎn)，但輻射增產(chǎn)的劑量范圍有所不同，增產(chǎn)情況也有明顯的差異。溫室培育的適宜輻射劑量為3～24Gy，田間培育的適宜輻射劑量為3～6Gy，并且田間培育獲得的增產(chǎn)普遍比溫室培育獲得的增產(chǎn)低。（見表4）。

表4 處于不同生理期“荷蘭15”微型種薯的單株增產(chǎn)情況/%Table 4 The production increase of“Holland 15”singleplant in different physiological periods

有關(guān)文獻(xiàn)資料表明，不同科、屬及不同品種間的輻射敏感性差異較大，含油量低的種子比含油量高的種子敏感，發(fā)芽種子比休眠種子敏感［7］。本次田間試驗(yàn)比溫室增產(chǎn)低的結(jié)果可能是由于溫室與田間種植的種薯處于不同生理期引起。

3 討論

本研究通過溫室與田間種植，探索了低劑量電子射線對馬鈴薯的刺激增產(chǎn)效應(yīng)及相關(guān)影響因素，研究結(jié)果表明，用適宜劑量電子輻射馬鈴薯休眠或發(fā)芽的微型種薯均可以達(dá)到很好的增產(chǎn)目的，且對于品種“荷蘭15”微型種薯3Gy為最佳的輻射劑量，可獲得36.3%或更高的增產(chǎn)效果。

射線的低劑量刺激效應(yīng)受多種因素的影響，包括輻射劑量、輻射劑量率、種薯所處的生理狀態(tài)等等。如果此次田間種植時(shí)所采用的種薯與溫室種植一致的休眠種薯，或所采用的輻射劑量低一些，本次田間種植可獲得較好的增產(chǎn)效果。

本次試驗(yàn)的局限性：溫室與田間種植的種薯數(shù)量不多，存在一定統(tǒng)計(jì)誤差；本次試驗(yàn)種植的馬鈴薯品種單一，無法確定其他品種對電子輻射的敏感性情況；實(shí)際應(yīng)用前還需進(jìn)行更進(jìn)一步的試驗(yàn)。

［1］張朝漢，方承煒，何有余.(工業(yè)農(nóng)業(yè)醫(yī)用)低能加速器的應(yīng)用［M］.北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1985：313-314.

［2］章鐵，劉秀清，張金良，等.不同劑量率60Co-γ射線低劑量輻射對小麥農(nóng)藝性狀的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（1）：220-223.

［3］林兆松，林爾惠.電離輻射對馬鈴薯生育影響的研究［J］.原子能科學(xué)技術(shù)，1963，4：305-309.

［4］謝忠奎，王亞軍，頡紅梅，等.馬鈴薯重離子輻射育種研究［J］.原子核物理評論，2008，25(2)：187-190.

［7］杜若甫. 作物輻射遺傳與育種 ［M］. 北京，科學(xué)出版社，1981：118-139.