電子束處理對茄子種子萌發和幼苗生長的影響

朱宗文，吳雪霞，張愛冬，查丁石

(上海市農業科學院設施園藝研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,上海 201403)

物理輻射誘變是引起作物遺傳物質變異，獲得作物新種質的有效途徑，在我國農作物育種和園藝作物育種中被廣泛應用，創造了十分可觀的經濟價值[1-3]。電子直線加速器是一種利用高頻電場加速沿直線形軌道運動的電子諧振加速裝置，在農產品和食品滅菌保鮮方面已經被廣泛應用[4-9]。電子束作為一種誘變源近年來在植物育種上也得到了一定的應用[10-12]，但在蔬菜新品種選育中應用較少。茄子是我國一種重要的蔬菜，已有上千年的栽培歷史。由于地方品種眾多，種植地域性較強，且與國外優質品種存在一定差異，因而搜尋和創造優良茄子種質資源具有十分重要的意義。本研究采用不同劑量的電子束輻照處理2個茄子高代自交系材料的種子，探討電子束處理對茄子不同萌發狀態種子的誘變效應，旨在為其輻照誘變育種適宜劑量的選擇提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

所用材料07-15和25-5為高代自交系茄子，種子由上海市農業科學院設施園藝研究所提供。根據試驗處理不同材料種子分別編號為：C1(07-15干種子)，C1y(07-15 PEG滲透調節引發種子)，C2(25-5干種子)，C2y(25-5 PEG滲透調節引發種子)。試驗所用種子為同一批次，并經發芽試驗觀測發芽率一致，原始含水量為8%。

1.2 方法

1.2.1 PEG滲透調節引發處理

將干種子用0.3% NaClO消毒5 min，用蒸餾水清洗干凈后放入25% PEG(PEG-6000)中進行滲透調節引發處理，溶液完全浸沒種子，溫度為25 ℃。每天更換1次引發溶液，引發時間為5 d。引發結束后用蒸餾水將種子快速清洗干凈，用濾紙吸干表面水分后于35 ℃晾干至處理前含水量(8%)。

1.2.2 電子加速器處理

將干種子和經引發的種子分別裝入牛皮紙袋內，在上海市農業科學院束能輻照技術有限公司用ESS-010-03型電子直線加速器輻照裝置(日本IHI公司)進行電子加速器輻照處理，額定能量為10 Mev，功率10 kW。輻照劑量分別為200 Gy、300 Gy、400 Gy、500 Gy、600 Gy、700 Gy、800 Gy、900 Gy和1 000 Gy，以未輻射的干種子和引發種子為對照。

1.2.3 發芽試驗

用透明塑料發芽盒(12 cm×12 cm×5 cm)進行發芽試驗，每粒種子間留有種子直徑5倍的間距。將種子放入鋪有兩層發芽紙的發芽盒中，30 ℃恒溫生化培養箱內發芽。每處理100粒種子，3次重復。按農作物種子檢驗國家標準，第7天測定種子發芽勢，第14天統計發芽率，計算發芽指數和活力指數。

發芽率(Gr)=∑Gt/NT×100 %，發芽指數(Gi)=∑(Gt/Dt)，活力指數(Vi)=Gi×S。其中，Gt表示在t日的發芽數，Dt表示相應的發芽天數，NT表示種子總數，S表示發芽終期幼苗的高度(cm)。

1.2.4 種子萌發后胚根測量和根系活力測定

種子萌發結束后，對各輻照劑量處理萌發幼苗進行胚根長度的測定，然后對胚根進行根系活力的測定。根系活力測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法，以單位質量鮮根的TTC還原強度表示[13]。

1.2.5 出苗率和幼苗存活率觀測

將電子束處理的種子播種在育苗盤中，每個輻照劑量播種1 000粒，統計出苗率。兩周后統計幼苗存活率。出苗率=出苗數/播種數×100%；幼苗存活率=存活苗數/出苗數×100%。

1.2.6 幼苗生長觀測

每個輻照劑量選取幼苗100株定植于32孔穴盤中，待對照為六片真葉時對幼苗生長和生物量積累情況進行觀測，并對畸形苗和發育異常苗進行統計。

1.3 數據分析

采用SPSS 16.0統計軟件和Excel 2003軟件進行數據統計及相關分析。

2 結果與分析

2.1 電子束處理對茄子種子萌發的影響

電子束處理對茄子種子萌發產生了顯著影響(表1)。當輻照劑量≥700 Gy時，C1處理的發芽率與對照相比顯著下降，1 000 Gy時發芽率為41.7%，種子萌發受到極大限制；Gi和Vi在輻照劑量≥400 Gy時顯著低于對照。當輻照劑量≥700 Gy時，C1y處理對電子束輻照較C1處理更為敏感。當輻照劑量≥600 Gy時，C2處理的發芽率與對照相比顯著下降，1 000 Gy時發芽率僅為38.7%；Gi在輻照劑量≥600 Gy時顯著低于對照，Vi在輻照劑量≥300 Gy時顯著低于對照。當輻照劑量<600 Gy時，C2y處理的發芽率與C2較為一致，輻照劑量≥600 Gy時，C2y處理的發芽率下降幅度大于C2；電子束處理后C2y的Vi敏感性高于Gi。結果表明，2個茄子材料的干種子和引發種子對電子束處理的敏感性不同；Vi下降幅度大于Gi主要是因為輻射處理抑制了胚芽和胚根的生長。

表1 不同劑量電子束處理對茄子種子發芽率、發芽指數和活力指數的影響

注：同列數據后不同小寫字母代表存在顯著差異(P<0.05)，下同

2.2 電子束處理對茄子種子萌發后幼苗生長的影響

從圖1和圖2可以看出，電子束處理后，茄子幼苗形態受到顯著影響。由于高于600 Gy的電子束處理種子發芽后基本處于露白的生長停滯狀態，所以未對其胚芽和胚根進行測量。隨著輻照劑量的上升，幼苗生長受到的限制越顯著。C1和C1y處理在輻照劑量達到600 Gy時胚根伸長幅度大大受到限制，基本處于生長停滯狀態；C2和C2y處理在輻照劑量達到400 Gy時胚根生長受到嚴重影響，高于500 Gy后基本處于生長停滯狀態。從圖3可以看出，C2和C2y處理在輻照劑量低于200 Gy處理時，根系活力強于C1和C1y處理，當輻照劑量高于300 Gy時，C2和C2y處理的胚根根系活力下降快于C1和C1y處理。總體上看，C2和C2y處理隨著輻照劑量增大胚根生長受到抑制程度大于C1和C1y處理，表明2個材料對輻射的敏感性不同。

2.3 電子束處理對茄子種子出苗和幼苗存活率的影響

對各輻照劑量處理的種子播種后統計出苗率，并在出苗2周后統計幼苗存活情況(圖4)。經不同輻照劑量處理后，07-15干種子出苗率最高，25-5干種子和07-15引發種子出苗率基本一致，25-5引發種子在輻照劑量≥600 Gy時出苗率最低。電子束處理后2個茄子材料的幼苗存活率與出苗率總體趨勢一致，存活率表現最好的是07-15干種子，表現最差的是25-5引發種子。茄子幼苗存活率為50%時，輻照劑量分別為：07-15干種子(C1)600 Gy，07-15引發種子(C1y)500 Gy，25-5干種子(C2)500 Gy,25-5引發種子(C2y)400 Gy。

2.4 電子束處理茄子種子的半致死劑量(LD50)

在輻射育種中，一般選取半致死劑量LD50(照射種子或者某一器官成活率占50%的劑量)作為誘變育種的合適輻照劑量[14]。從種子萌發(表1)、幼苗存活(圖4)以及幼苗胚根生長情況可以得出，電子束處理的半致死劑量(LD50)：C1為600 Gy左右，C2為500 Gy左右，C1y為500 Gy左右，C2y為400 Gy左右。經25%PEG滲透調節引發處理的種子對電子束較敏感，其LD50低于干種子100 Gy左右。

2.5 LD50處理對茄子幼苗生長發育的影響

2個茄子材料的干種子和引發種子LD50處理后，幼苗生長指標與對照相比受到顯著影響(表2)，表現最為顯著的是株高，其中C1yLD50處理后株高表現最好，達到了10cm以上；莖粗、鮮重和干重較對照均顯著降低。LD50處理后，2個茄子材料的幼苗畸變率均超過了50%，其中引發種子的幼苗畸變率在80%以上，這對從中獲取茄子新種質資源大有幫助。

表2 LD50處理對茄子幼苗生長的影響

3 討論

在農作物種子輻射誘變中，一般隨著輻照劑量增加，種子發芽率和種子活力下降明顯，幼苗存活率也迅速下降，因此輻照劑量的選擇尤為重要。半致死劑量(LD50)既能保證幼苗一定的存活量，又能保證輻射后細胞產生有利突變的概率，在輻射誘變育種中被廣泛采用[14]。本試驗中超過600 Gy的電子束輻照處理大大降低了種子的萌發率，并對種子活力產生了嚴重的影響。不同材料間輻射敏感性存在差異，07-15抗輻射能力強于25-5。不同萌發狀態種子對電子束的敏感性也存在一定的差異，通過發芽試驗和幼苗存活試驗可以看出，滲透調節引發處理使種子內預發芽代謝活動產生變化，對輻射敏感性也產生影響。本試驗確定了2個茄子材料合適的半致死劑量(LD50)，為今后茄子電子束輻射育種提供了參考。物理輻射誘變育種作為一種提高染色體變異的有效手段在農作物育種中被廣泛使用[15-19]。近年來電子束輻照處理作為一種無輻射源的新型輻照技術，在國內應用廣泛，已成為一種理想的γ射線輻照替代技術，并在農作物育種中得到很好的應用[20]。張啟明等[21]用10—15 Gy劑量電子束輻照睡蓮‘科羅拉多’植株，在輻照后第二年和第三年均出現變異株,RAPD分析表明，電子束處理可引起花色基因的變異。翟敬宇[11]研究發現，用電子束輻照翠竹種苗可以引起葉色、葉形和株高發生顯著變異，RAPD分析表明，電子束處理使翠竹基因組DNA發生了變異。王陽等[10]研究發現，電子束輻照百合鱗莖能夠引起百合植株DNA發生變異，且一定范圍內的合適輻照劑量與誘變頻率呈正相關。黃強等[22]研究發現，電子束輻照玉米種子可以在M3代株系中引起豐富的遺傳變異。張容等[23]利用電子束輻照小麥干種子，引起了豐富的變異。本研究發現，電子束處理對不同萌發狀態的茄子種子萌發和植株生長產生了顯著的影響。處理后早期幼苗上胚軸子葉帶帽現象嚴重，下胚軸生長受到顯著抑制，并隨輻照劑量增大表現更為明顯。幼苗存活率表明，超過合適劑量的輻照處理大大降低了幼苗的存活率，幼苗死亡的原因主要是由于過強的輻照嚴重抑制了下胚軸的生長，幼根處于生長停滯狀態，不能進行水分和養分的吸收。存活幼苗植株體形態變異明顯，主要表現為葉片大小的變化、分枝數量的增加、主莖矮化嚴重和須根根系復雜化。這些植株體形態的變化很可能是其遺傳物質變異的外在表現，后續試驗將對其后代繼續進行種植并對其遺傳物質進行相關分析，以期找到表現優異的變異株，為茄子育種種質創新提供幫助。