137Cs γ 射線對綠豆種子誘變效應及適宜誘變劑量探討

申慧芳，郭 鋒

（1.山西農業大學基礎部，山西太谷030801；2.山西農業大學資源環境學院，山西太谷030801）

綠豆作為主要的雜糧作物之一，是一種醫食同源作物，也可糧菜兼用，其營養價值和經濟價值極高。而且綠豆生育期短、適播期長、抗旱、耐瘠薄，種植方式比較粗放[1-2]，在我國南方和北方地區廣泛種植，深受人們的喜愛。隨著人們生活水平的不斷提高以及膳食結構的改善，對綠豆的需求越來越多。為了滿足這一要求，急需培育出更多優質高產的綠豆新品種。

大量研究和實踐證明，輻射誘變技術在新種質資源的創制及農作物品種改良方面作出了突出貢獻，已為世界許多國家帶來數十億美元的經濟收益[3]。作為自花授粉作物，綠豆的性狀可以通過輻射誘變技術進行有效改良，選育出優良品種供生產應用。目前，研究報道的綠豆誘變育種所用射線主要是60Co γ 射線[4-5]，而利用137Cs γ 射線作為誘變因子在別的作物上雖然已有報道[6-14]，但137Cs 衰變所釋放的γ 射線對綠豆的誘變效應鮮見報道。由于60Co γ射線和137Cs γ 射線能量不同，在實際的育種實踐中不能完全照搬60Co γ 射線誘變的研究結果，因此，研究137Cs γ 射線對綠豆種子的誘變效應，確定適宜的誘變劑量具有重要的意義。

本研究采用不同劑量的137Cs γ 射線對6 個不同品種的綠豆干種子進行輻射誘變處理，研究不同劑量137Cs γ 射線對綠豆幼苗的輻射效應，估算適宜綠豆輻射誘變的劑量范圍，旨在為開展綠豆輻射誘變育種與性狀改良奠定一定的理論基礎。

1 材料和方法

1.1 供試材料

所選用的供試材料分別為晉綠豆2 號、晉綠豆3 號（山西農業大學基礎部雜糧輻射育種組提供）、蘇綠5 號（江蘇省農業科學院提供）、黃綠豆（張家口農業科學研究所提供）、冀黑綠0506 和冀綠13 號（河北省農林科學院糧油作物研究所提供）。

1.2 試驗方法

1.2.1137Cs γ 射線輻照處理 將6 個品種綠豆干種子裝入信封內，在浙江省農業科學院作物和核技術利用研究所浙江輻照中心進行137Cs γ 射線輻照處理，輻照劑量分別為 200、300、400、500、700、900 Gy；同時以未輻照（輻照劑量為0）作為對照。

1.2.2 室內幼苗試驗 挑選經輻照處理后籽粒飽滿的種子，均勻擺放在鋪有濕潤濾紙的培養皿中（直徑15 cm），每皿50 粒種子，每個劑量重復3 次，以未輻照干種子作為對照；發芽培養于恒溫（（25±1）℃）培養箱中進行，于第2 天統計發芽情況，第6 天測量苗高和根長。

1.3 統計分析

采用SPSS 25.0 軟件對試驗所得數據進行分析；多重比較采用新復極差法進行。

2 結果與分析

2.1 不同劑量137 Cs γ射線對綠豆種子發芽率的影響

從表1 可以看出，與CK 相比，隨著劑量的增加，6 個品種綠豆種子發芽率整體均呈下降趨勢，而且在低劑量處理情況下，大部分品種綠豆種子發芽率大于CK。這與用137Cs γ 射線處理毛竹種子的誘變效應相似[10-11]。

表1 不同劑量的137Cs γ 射線對6 個綠豆品種種子發芽率的影響

但是從表1 還可以看出，本研究所用不同劑量的137Cs γ 射線輻照處理對6 個綠豆品種種子的發芽沒有明顯的影響。有研究報道，500 Gy 以下劑量的60Co γ 射線輻照處理對綠豆的發芽率沒有產生顯著影響[15-16]。本研究結果發現，劑量小于1 000 Gy的137Cs γ 射線對綠豆發芽影響不明顯，這可能是由于137Cs γ射線的能量小于60Co γ 射線，137Cs γ 射線對綠豆種子的損傷能力小于同劑量的60Co γ 射線。137Cs γ射線對水稻生物學效應的研究表明，137Cs γ 射線產生的生物效能低于60Co γ 射線[14]，本研究結果與該結論相似。

2.2 不同劑量137Cs γ 射線對綠豆幼苗生長的影響

從圖1 可以看出，不同劑量137Cs γ 射線對6 個品種綠豆幼苗生長均產生一定的輻射效應，總體表現為隨著劑量的升高，苗高和根長均逐漸降低（劑量為200 Gy 時，黃綠豆的苗高和蘇綠5 號的根長除外）；高劑量137Cs γ 射線輻照處理對不同品種綠豆幼苗苗高和根長的影響程度各不相同，900 Gy 劑量處理情況下，與CK 相比，晉綠豆2 號、晉綠豆3 號、蘇綠5 號、黃綠豆、冀黑綠0506 和冀綠13 號幼苗的苗高分別減少了66.84%、56.54%、67.32%、23.28%、49.39%和56.48%，根長分別減少了50.0%、65.93%、58.43%、53.33%、64.18%和36.54%；不同種皮顏色的綠豆品種其影響程度不同，137Cs γ射線對黃綠豆苗高的影響小于其他2 種種皮的綠豆，表明黃綠豆對137Cs γ 射線的敏感性較弱。

2.3 綠豆適宜誘變劑量分析

適宜誘變劑量的選擇是植物輻射誘變育種成功的關鍵因素之一，適宜誘變劑量既要求有M1足夠的植株成活率，同時子代中又能產生較高的突變頻率和較多的突變類型，其確定一般采用半致死劑量（LD50）、半致矮劑量（HD50）和活力指數下降 50%的劑量（VID50）等[17-19]。本研究以不同品種綠豆輻照處理后幼苗苗高降為CK 的1/2 時劑量（HD50（半致矮劑量））作為適宜誘變劑量。對不同品種綠豆幼苗苗高與輻照劑量之間的關系進行線性回歸，結果如表2 所示，由于不同品種綠豆的輻射敏感性不同，導致其半致矮劑量也不同，敏感性大小順序依次為晉綠豆 3 號、蘇綠 5 號、冀綠 13 號、晉綠豆 2 號、冀黑綠0506 和黃綠豆，可以看出，種皮為綠色的4 個品種（晉綠豆2 號、晉綠豆3 號、蘇綠5 號和冀綠13 號）的半致矮劑量差別不大，對137Cs γ 射線較為敏感；種皮為黃色的綠豆對137Cs γ 射線的敏感性最小；種皮為黑色的冀黑綠0506 對137Cs γ 射線的敏感性介于綠綠豆和黃綠豆之間。

表2 6 個綠豆品種苗高與輻照劑量的線性回歸方程

有研究報道，為了產生更多有益突變，適宜誘變劑量選取范圍應在估算所得劑量基礎上上、下相差20%范圍內[17-18]。本研究中，4 個種皮為綠色的品種（晉綠 3 號、晉綠 2 號、蘇綠 5 號和冀綠 13 號）適宜誘變劑量分別為 590～885、691～1 036、593～890、634～951 Gy，黃綠豆和黑綠豆（冀黑綠 0506）的適宜誘變劑量分別為1 257～1 886 Gy 和719～1 078 Gy。本研究通過在實驗室采用137Cs γ 射線對6 個品種綠豆的輻射效應分析可以得出，所選4 個綠皮綠豆干種子的適宜誘變劑量范圍為593～1 036 Gy，但考慮實驗中的一些誤差因素，確定本研究所用不同品種綠豆的適宜誘變劑量范圍為600～1 000 Gy，平均劑量為784 Gy，黃綠豆和黑綠豆適宜誘變劑量要大于綠色種皮綠豆。

3 結論與討論

不同種類植物種子經γ 射線輻照處理后所表現出的輻射效應不一樣，研究發現，大多數植物種子輻照后其發芽率與輻照劑量呈負相關[8]。本研究采用不同劑量的137Cs γ 射線輻照處理6 個綠豆品種干種子，結果發現，與CK 相比，所用不同劑量的137Cs γ 射線進行輻照處理對6 個綠豆品種種子的發芽率沒有明顯的影響，該結論與趙孔南等[20]在水稻上的研究結果相似。但是有研究表明，隨著劑量的增加，137Cs-γ 射線輻照處理對秀麗槭、葡萄、毛竹、威靈仙等種子發芽率存在顯著影響[6-11]。這可能與研究處理所用的材料不同有關。有研究表明，500 Gy 以下劑量的60Co γ 射線輻照處理對綠豆的發芽率沒有顯著影響[15-16]，但本研究發現，即使劑量高達900 Gy 的137Cs γ 射線對綠豆的發芽率影響也不顯著。進一步證明，137Cs 衰變產生的γ 射線的生物效能低于60Co γ 射線[14]。

農作物種子經γ 射線輻照處理后最重要和最直觀的表現之一是生長受到抑制，幼苗高度降低和根長變短是其生長受抑制的重要表現[19]。本研究發現，隨著137Cs γ 射線輻照劑量的增加，不同綠豆品種幼苗高度和根長呈逐漸降低的趨勢，較高劑量的輻射處理影響明顯。這與137Cs γ 射線輻照處理其他植物種子的結論相近[6-11，20]。

適宜的劑量是輻射選育新品種及性狀改良成功的關鍵因素之一，而適宜誘變劑量的大小與試材的輻射敏感性有很大關系，敏感性的強弱可以通過輻射效應進行判別，故通過對所選試驗材料輻射效應的研究可以準確地確定適宜誘變劑量。輻射誘變育種中適宜劑量的參考值一般采用半致死劑量作為參考值[19]，但目前還沒有統一的標準來確定半致死劑量，大多采用發芽率、出苗率、植株成活率、生長抑制程度和植株不育程度等作為研究指標[8]。本研究結果表明，利用半致矮劑量估算所得的4 個綠皮綠豆干種子的適宜誘變劑量范圍為600～1 000 Gy，與文獻[19]利用相同指標推薦的650～1 000 Gy 的值相近。

作物品種的輻射敏感性強弱的研究對正確選擇誘變親本材料、提高誘變效率具有重要意義，輻射敏感性品種后代誘發突變頻率高，輻射遲鈍型品種后代誘發突變頻率低，中間型品種居二者之間[19]。本研究結果發現，半致矮劑量與種皮的顏色有關，黃種皮綠豆半致矮劑量最大，為遲鈍型品種；綠種皮綠豆最小，為敏感性品種；黑種皮綠豆居中，為中間型品種。綠豆輻射敏感性不同的原因可能與不同種皮顏色有關，可能是由于黃色、黑色和綠色種皮中含有抗輻射成分不同而致，具體原因還有待進一步研究。在綠豆輻射誘變育種中，選用綠種皮綠豆能產生更高的突變頻率，選擇出更多的優異突變材料。