137Cs-γ 射線輻照對(duì)大麥品種發(fā)芽和幼苗生長的影響

陳金躍 張猛超 熊立東 王炳奎 劉超綱 陸艷婷

（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所 杭州310021）

電離輻射是指攜帶足以使物質(zhì)原子或分子中的電子成為自由態(tài)， 從而使這些原子或分子發(fā)生電離現(xiàn)象的能量輻射。 電離輻射的特點(diǎn)是波長短、 頻率高、能量高。 γ 輻射是電離輻射的一種，γ 射線的特點(diǎn)是不帶電、 穿透力極強(qiáng)。 研究表明， 利用 γ 射線輻照農(nóng)作物可達(dá)到改良某些或某個(gè)性狀， 選育出性狀優(yōu)良的農(nóng)作物新品種的目的，效果較好[1-3]。 1930 年Nilson-Ehle 和Gustafsson 利用輻射獲得了莖稈堅(jiān)硬、穗型緊密、 直立型的大麥突變體，1942 年德國Feisleben 等通過對(duì)輻照大麥的篩選獲得了抗白粉病突變體種質(zhì)[4-5]。 輻照誘變作為誘發(fā)突變的一種手段在大麥誘變育種上取得了一些較好的成果， 中熟大麥鹽輻矮早三是江蘇省鹽城地區(qū)農(nóng)科所用早熟三號(hào)以60Co-γ 射線輻射處理后選育成的，1981 年示范田畝產(chǎn)達(dá)到580.6 kg， 創(chuàng)當(dāng)年江蘇省大麥高產(chǎn)記錄，1984 年種植面積27.13 萬hm2，占江蘇省大麥種植面積的40.8%[6]。大麥?zhǔn)嵌扼w自花授粉作物，誘變可以打破性狀連鎖，促進(jìn)基因重組，再通過選擇育成新品種或創(chuàng)制新種質(zhì)。 但是有關(guān)大麥誘發(fā)突變及機(jī)理的研究報(bào)道很少， 至今未見137Cs-γ 射線輻射對(duì)大麥種子芽率和幼苗生長影響的報(bào)道。 本研究以大麥干種子為材料，進(jìn)行了137Cs-γ 射線多種劑量的輻射處理，以了解137Cs-γ 射線對(duì)不同類型大麥種子發(fā)芽和幼苗生長的影響， 為大麥輻射誘變中提高有效誘變率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)選用的大麥品種：皮大麥3 個(gè)，分別為浙皮9 號(hào)、浙皮 12 號(hào)、花 30；裸大麥 2 個(gè)，分別為米麥105、米麥146，均為二棱春性大麥。 各品種的基本情況見表1。

表1 供試大麥材料基本情況

1.2 輻照劑量

輻照處理在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家水稻改良中心輻射育種研究室（浙江省輻照中心）進(jìn)行，分別用150 Gy、250 Gy、350 Gy、450 Gy、600 Gy、750 Gy 的137Cs-γ 射線共6 種劑量處理上述大麥干種子， 劑量率為60 Gy/h，每次處理種子50 g，以不輻照處理為對(duì)照。

1.3 發(fā)芽試驗(yàn)

發(fā)芽試驗(yàn)于2021 年3 月在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作核所核技術(shù)利用研究室實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。 從不同處理的樣品中隨機(jī)抽取樣品種子各300 粒，在12 cm×12 cm試驗(yàn)用種子發(fā)芽盒的底部放入3 張濾紙， 加入適量純凈水浸濕濾紙， 將各處理100 粒大麥種子均勻放至相應(yīng)的發(fā)芽盒中，種子之間保持足夠的距離，以保證種子都能充分接觸水分，吸水一致，生長良好，試驗(yàn)設(shè)3 次重復(fù)，隨機(jī)排列。 在試驗(yàn)過程中隨時(shí)檢查，保持濾紙濕潤。 發(fā)芽盒放入恒溫培養(yǎng)室， 設(shè)定溫度28℃，變幅不超過±2°C。

1.4 發(fā)芽與苗高

第3 天開始統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢，第7 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，第11 天統(tǒng)計(jì)活苗率，以發(fā)芽勢、發(fā)芽率作為衡量種子發(fā)芽力的指標(biāo)。 只長芽不發(fā)根或只發(fā)根不長芽的種子不計(jì)算在內(nèi)并取出。 從每個(gè)發(fā)芽盒內(nèi)隨機(jī)選取除四周位置外的 10 株跟蹤測量第3 天、第 7 天、第14 天苗高（苗高以“cm”為單位，保留 1 位小數(shù)）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照劑量對(duì)不同品種發(fā)芽的影響

由表2 可知，所有供試品種對(duì)輻照處理均敏感，0~750 Gy 不同輻照劑量處理對(duì)大麥品種的發(fā)芽有顯著影響。 隨著輻照劑量的增加，浙皮9 號(hào)、浙皮12 號(hào)、花 30、 米麥 105、 米麥 146 的 7 d 發(fā)芽率較 3 d 發(fā)芽勢呈現(xiàn)明顯下降， 但品種間存在差異。 經(jīng)750 Gy處理后， 各品種7 d 發(fā)芽率較對(duì)照分別下降了26.2%、41.5%、 28.2%、 17.3%、 39.0%。 在 150 Gy輻照處理后大部分供試品種處理與對(duì)照的發(fā)芽勢和發(fā)芽率沒有顯著或極顯著差異。 在450 Gy 輻照處理后大部分供試品種處理間與對(duì)照的發(fā)芽勢和發(fā)芽率存在顯著或極顯著差異， 其中存活率最低的米麥146 為 29.7%。

表2 不同輻照劑量對(duì)5 個(gè)大麥品種發(fā)芽情況的影響（單位：%）

2.2 輻照劑量對(duì)不同品種活苗率的影響

圖 1 為 250 Gy 及其以上輻照劑量處理后浙皮 9 號(hào)、花 30、米麥 105、米麥 146 的出苗趨勢，不同輻照劑量處理后各大麥品種隨著出苗天數(shù)的增加各品種活苗率存在差異。 隨著劑量的增加， 其活苗率在處理劑量小于150 Gy 范圍無顯著性差異， 各品種在250 Gy 以上輻照劑量處理后， 隨著天數(shù)的增加活苗率逐漸下降。 皮大麥品種浙皮9 號(hào)、 浙皮12 號(hào)、花30 經(jīng)350 Gy 處理后發(fā)芽14 d 的活苗率分別為23.0%、31.0%、37.0%，經(jīng) 750 Gy 處理后發(fā)芽 14 d 的活苗率分別為16.0%、29.3%、16.0%， 并出現(xiàn)生長停滯現(xiàn)象，存苗率均出現(xiàn)極顯著下降。 裸大麥品種米麥105、 米麥 146 經(jīng) 350 Gy 處理后發(fā)芽 14 d 的活苗率分別為 19.0%、15.3%（對(duì)照活苗率分別為 46%、45.3%），經(jīng)450 Gy 處理后生長14 d 的活苗率分別為0 和1%。 本試驗(yàn)結(jié)果表明，皮大麥品種浙皮9 號(hào)、浙皮12 號(hào)、花30 的輻照半致死劑量在350 Gy 左右，裸大麥品種米麥105、 米麥146 的輻照半致死劑量在250～350 Gy，裸大麥品種米麥 105、米麥 146 的輻照致死劑量在450 Gy 左右。

圖1 皮大麥與裸大麥不同輻照劑量處理后活苗情況變化趨勢

2.3 輻照劑量對(duì)大麥品種幼苗生長的影響

對(duì)5 個(gè)大麥品種在0～750 Gy 輻照劑量處理后的苗高進(jìn)行測量，輻照處理明顯抑制幼苗生長，且隨劑量增大抑制更加明顯。 150 Gy、250 Gy、350 Gy、450 Gy、600 Gy、750 Gy 處理浙皮 9 號(hào)第 11 天苗高分別 為 13.1 cm、11.9 cm、11.4 cm、9.8 cm、8.5 cm、7.4 cm， 較對(duì)照分別降低 10.8%、19.0%、22.2%、33.3%、41.9%、49.7%；150 Gy、250 Gy、350 Gy、450 Gy、600 Gy、750 Gy 處理米麥 105 第 11 天苗高分別為9.7 cm、9.1 cm、5.5 cm、3.6 cm、2.5 cm、1.7 cm，較對(duì)照分 別 降 低 18.0% 、22.9% 、53.7% 、69.6% 、78.5% 、85.3%。 本試驗(yàn)供試大麥品種在150 Gy 以上劑量處理時(shí)，苗高較對(duì)照均極顯著降低，且裸大麥品種比皮大麥品種表現(xiàn)更顯著。 結(jié)果表明，150 Gy 以上劑量處理對(duì)大麥具有較大的輻射誘變效應(yīng)。

圖2 為不同輻照劑量對(duì)浙皮9 號(hào)等5 個(gè)不同大麥品種發(fā)芽 3 d、7 d、11 d 時(shí)苗高的影響， 總體變化規(guī)律相似，隨輻照劑量的增大，苗高逐漸下降，裸大麥比皮大麥生長受阻更明顯， 且經(jīng)450 Gy 以上輻照處理的2 個(gè)裸大麥品種均出現(xiàn)生長困難。

通過對(duì)供試品種的出苗情況、 存活率結(jié)合生長情況的綜合分析，認(rèn)為350～750 Gy 高劑量處理后大部分的種子仍舊能發(fā)芽長根， 但隨著生長發(fā)育的進(jìn)行，高劑量處理的種子逐漸死亡。

3 討論與結(jié)論

137Cs-γ 射線對(duì)大麥種子具有較強(qiáng)的輻照效應(yīng)。低劑量輻照對(duì)大麥種子芽率沒有顯著影響， 不同遺傳背景的品種之間對(duì)輻射敏感性不一樣， 從本試驗(yàn)的結(jié)果來看， 不同類型的品種輻照敏感性差異要大于同一類型品種， 皮大麥和裸大麥間存在明顯的差異。 本研究表明，皮大麥品種浙皮9 號(hào)、浙皮12 號(hào)、花 30 輻照半致死劑量在 350 Gy 左右；裸大麥品種米麥105、米麥146 的輻照半致死劑量在250～350 Gy，裸大麥品種米麥 105、米麥 146 的輻照致死劑量在450 Gy 左右。

圖2 輻照劑量對(duì)大麥品種苗高的影響

可能由于種子儲(chǔ)藏條件等原因， 供試的2 個(gè)裸大麥品種0 劑量處理時(shí)種子發(fā)芽率僅48%左右，明顯低于供試的皮大麥品種， 可能對(duì)不同輻照處理后的存活率等有一定的影響。 如果輻照試驗(yàn)前先開展芽率試驗(yàn)，確保正常芽率的種子用于試驗(yàn)，可能有助于提升結(jié)果的精確度，值得進(jìn)一步研究。