低劑量60Co-γ輻射對胡麻種子萌發和幼苗生長的影響

趙東曉，孫景詩，董亞茹，王向譽，郭洪恩

（山東省蠶業研究所，山東煙臺264002）

輻射誘變育種具有方法簡單、安全、突變率高、突變譜寬、后代性狀穩定、育種周期短、增強抗逆性等優點[1]，能在較短時間內育成新品種，是獲得新種質資源和選育新品種的有效途徑之一[2]。目前，利用輻射誘變已使多種作物成功地獲得了包括早熟、矮化、抗逆、優質在內的突變體。60Co-γ輻射是輻射誘變育種最常用的方法之一[3]。近年來，利用60Co-γ輻射方法已在花卉、農作物、牧草研究中取得了諸多可喜成果[4-14]，加速了我國輻照育種研究的同時也創造了明顯的經濟效益和社會效益。

胡麻（Linum usitatissimum L.）即油用亞麻，為1年生草本植物，有較強的耐旱、抗寒和耐瘠薄能力，是我國北方地區重要的油料作物，也是世界十大油料作物之一[15]。胡麻籽粒含油量高達36.5%～49.5%，僅次于花生，而高于向日葵、大豆、大麻等作物[16]。胡麻油是一種優質的食用油，含70%以上的多不飽和脂肪酸，其中，對人體非常重要的ω-3多不飽和脂肪酸含量高達47%～57%，被譽為“陸地上的魚油”，具有抗癌、預防心腦血管疾病、增強免疫力等醫療和保健功能[17]。同時，胡麻油是一種典型的干性油，易吸收氧氣而迅速干燥，目前已在工業領域廣泛應用[18]。胡麻種皮中木酚素含量豐富，木酚素結構與人體雌激素十分相似，具有預防腫瘤生成、防治糖尿病、抗動脈硬化、抗病毒等多種功效，在保健食品和臨床醫學領域應用廣泛[19]。此外，胡麻籽粒中富含亞麻膠，是食品、醫藥、輕紡等行業不可缺少的重要原料之一[20]。胡麻種皮中的果膠質占6%～10%，果膠質是一種優良的黏合劑，可作食品添加劑、化妝品原料、醫藥原料等[21]。目前，關于亞麻的輻射誘變育種已有不少報道[22]。但多是針對纖維用亞麻或者是用射線照射花藥、愈傷組織等[23-26]。以胡麻種子為材料進行60Co-γ輻射誘變育種的卻鮮有報道。胡麻種子含油量高，種皮較厚，對60Co-γ輻射有較強的抗性，60Co-γ輻射育種往往需要比其他植物更高的劑量。

本研究以不同劑量60Co-γ射線對張亞2號胡麻種子進行輻射處理，并進行種子萌發和幼苗生長試驗，旨在探索60Co-γ射線輻射對胡麻種子萌發和幼苗生長特性的影響，為后期篩選胡麻突變體提供參考，對今后新品種培育工作具有重要的理論和實踐意義。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試胡麻品種為張亞2號，其種子由中國科學院麻類研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子輻照處理 選取顆粒飽滿、大小均一的胡麻種子，送往山東省農業科學院輻射中心進行60Co-γ射線輻射處理，輻射劑量率為10 Gy/min，輻射劑量分別為 0（CK），200，600，1 000，1 500 Gy，共5組。每個輻射劑量500粒種子，每個輻射劑量設置3個重復。

1.2.2 室內發芽試驗 將不同輻射處理后的種子經75%乙醇消毒20 min，無菌蒸餾水洗凈后用10%的次氯酸鈉溶液浸泡0.5h，無菌蒸餾水沖洗5～6次。將消毒后的種子均勻地擺放于已滅菌的種子萌發袋（180 mm×125 mm）內，加入 30 mL 1/2 Hoagland營養液。將種子萌發袋置于萌發架上垂直培養，萌發架置于光照培養箱內，培養條件為25℃，光照16 h/d，黑暗8 h/d，光照強度為450 μmol/（m2·s）。每個萌發袋40粒種子，每個輻照劑量設置3個重復。

1.3 測定項目及方法

從種子置床之日開始，每隔24 h觀察種子萌發情況并統計發芽種子數（以胚根突出種皮1mm為標準），連續統計7 d。在置床后第8天，用游標卡尺測定每個萌發袋所有幼苗的株高和根長，取平均值。用萬分之一天平秤量每個萌發袋所有幼苗地上部分和地下部分的質量，取平均值。并計算發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、根冠比。

式中，Gt為發芽種子粒數，Dt為相應的發芽日數。

式中，SW為幼苗總鮮質量，即幼苗地上部分鮮質量＋地下部分鮮質量。

1.4 數據處理

采用Excel和SPSS20.0對數據進行統計分析。采用單因素試驗統計分析方法，對胡麻不同劑量輻射處理的試驗數據進行差異顯著性檢測。

2 結果與分析

2.1 60Co-γ輻射處理對胡麻種子萌發的影響

從圖1可以看出，200 Gy輻射劑量可以顯著提高張亞2號種子發芽率，比CK提高了20%；輻射劑量為600～1 500 Gy時，發芽率顯著低于CK，600，1 000，1 500 Gy劑量分別比CK降低36.67%，23.33%和40.00%。

由圖2可知，60Co-γ輻射降低了胡麻種子的發芽勢，輻射劑量低于600 Gy時，發芽勢隨劑量增加而下降，200，600 Gy劑量分別比CK下降了25%和55%，且與CK相比達到顯著差異水平；當輻射劑量為1 000 Gy時，發芽勢有所提高，但仍低于CK，與CK相比下降了10%；當輻射劑量為1 500 Gy時，發芽勢比CK下降了50%，且差異顯著。

由圖3可知，60Co-γ輻射對胡麻種子發芽指數的影響與發芽率相似。200 Gy劑量下發芽指數比CK提高了1.69%；當輻射劑量大于600 Gy時，發芽指數顯著低于 CK，600，1 000，1 500 Gy劑量分別較CK下降了49.46%，20.51%和41.91%。

由圖4可知，一定劑量的60Co-γ輻射可以提高胡麻種子的活力指數。200 Gy輻射下，活力指數較CK提高25.64%，且達到顯著差異水平；600 Gy輻射下，活力指數比CK顯著下降34.25%；1 000 Gy輻射下，活力指數比CK提高8.01%；1 500 Gy輻射下活力指數比CK下降27.61%，且二者差異顯著。

2.2 60Co-γ輻射處理對胡麻幼苗生長的影響

由圖5，6可知，60Co-γ輻射可以促進胡麻幼苗的生長。當輻射劑量小于1 000 Gy時，胡麻幼苗的株高、根長以及地上和地下部分鮮質量隨劑量增加而逐漸增大，1 000 Gy時達到最高；1 500 Gy劑量下，株高、根長、地上和地下部分鮮質量均有所降低，但仍高于CK。其中，胡麻株高在600，1 000 Gy劑量下，顯著高于CK，分別比CK增加38.26%和45.63%。根長在200，600，1 000，1 500 Gy劑量下分別比 CK增加10.6%，16.85%，34.35%和13.35%，且均達到顯著差異水平。地上部分鮮質量在200～1 500 Gy輻射下均顯著高于 CK，200，600，1 000，1 500 Gy劑量分別比CK增加21.17%，25.48%，31.07%和20.68%；地下部分鮮質量在輻射后也顯著高于CK，200，600，1 000，1 500 Gy劑量分別比CK增加了35.11%，44.35%，56.68%和41.18%。綜合以上分析可以得出，1 000 Gy以下劑量的60Co-γ輻射可以促進胡麻幼苗的生長。

2.3 60Co-γ輻射處理對胡麻幼苗根冠比的影響

從圖7可以看出，1 500 Gy以下的60Co-γ輻射可以提高胡麻幼苗的根冠比；1 000 Gy以下胡麻幼苗根冠比和輻射劑量呈正相關，即隨著輻射劑量增加，幼苗根冠比逐漸增加，200，600，1 000 Gy劑量分別比CK增加11.53%，15.04%和19.56%，且600，1 000 Gy劑量下顯著高于CK；而劑量為1 500 Gy時，根冠比開始降低，但仍比對照組高16.76%，并達到顯著差異水平。

3 結論與討論

發芽勢可反映種子發芽的快慢，在發芽率相同時，發芽勢高的種子生命力強[27]。發芽指數是衡量種子在鹽脅迫下不同天數發芽情況的重要指標，發芽指數能很好地反映種子萌發的整齊度[28]。活力指數則綜合體現種子發芽和幼苗生長情況。本研究結果表明，200 Gy60Co-γ輻射提高了胡麻種子發芽率、發芽指數和活力指數，可以促進胡麻種子萌發，可能是由于適當劑量的輻射處理會引起種子內部生物自由基或有關酶活性的變化，從而提高種子的新陳代謝水平，促進種胚組織細胞生長和分裂，提高種子活力[29]，或者低劑量的γ射線輻射可能會增加種子萌發過程中對氧氣的吸收量，導致有機或無機過氧自由基的產生，繼而打破種子休眠，同時在種子萌發的早期階段可以活化相關RNA或蛋白質合成，從而提高種子萌發率[30]；而高劑量輻射使種胚組織受損，影響了細胞生長和分裂，延遲了種子萌發進程，使種子活力降低。這與在烏拉爾甘草[4]、鳶尾[12]、牧草[31]、野牛草[32]、高羊茅[33]、毛竹[34]、萬壽菊[35]、貝殼花[36]上的研究結果類似。另外，60Co-γ輻射降低了胡麻種子的發芽勢，說明一定劑量的輻射雖然可以提高胡麻種子最終的發芽率和發芽整齊度，但輻射使得胡麻種子的發芽速度下降，經過輻射的種子發芽滯后，原因可能是由于萌發條件下種子需要一定的時間來修復輻射帶來的影響。

60Co-γ射線輻射能使植物在細胞水平上發生多種生化反應，從而引起植株外觀形態發生變化[37]。本研究中低劑量輻射可以提高胡麻幼苗株高、根長以及鮮質量、根冠比，可能是由于低劑量的60Co-γ射線輻射可以提高植物體內的生長素水平，進而刺激植物生長[38]。這與在蘿卜[38]、香茅[39]等植物上的研究結果相似。其中，1 000 Gy輻射下，胡麻幼苗的各生長指標均達到最大，說明1 000 Gy劑量的60Co-γ輻射可以顯著改善胡麻幼苗的生長情況。

此外，本研究還發現，胡麻種子的耐輻射能力較強，1 500 Gy輻射下仍不能對胡麻種子產生較嚴重的影響，反而提高了其幼苗生長狀況。可能是由于胡麻作為油料作物，種皮較厚，種子較大，而且胡麻種子富含胡麻油、亞麻膠、果膠等，可能對輻射有一定的屏蔽作用，導致胡麻種子對輻射不敏感。這與對同樣作為油料作物的油菜種子的研究結果相似[40]。

本試驗僅對種子萌發和幼苗生長進行了初步研究，由于輻射對胡麻生長的影響是不定向和多方面的，是否能產生變異和能否定向選育尚無法得出結論，深入開展這些方面的后續研究對于胡麻的誘變育種具有重要的理論及實踐意義。