60Co-γ 射線輻射西瓜種子對葉片光合色素含量和氣體交換參數的影響

李玉明，趙春生，喬蓬蕾，王珊珊，劉萬亮

（1.萊陽市農業技術推廣中心，山東 萊陽 265200；2.萊陽市檢驗檢測中心，山東 萊陽 265200）

西瓜（Citrullus lanatus）在世界各地廣泛栽培且歷史悠久，種質資源極其豐富［1］。其含糖量高、耐貯運、適口性好，是夏季很好的解暑果品，備受消費者青睞。中國是世界上西瓜生產與消費第一大國，但品種較少［2］。輻射育種技術是利用射線誘發生物遺傳性狀發生改變，經人工選擇培育新的優良品種的技術，具有打破性狀連鎖、實現基因重組、突變頻率高、突變類型多、變異性狀穩定和方法簡便等特點。60Co-γ射線輻射具有誘變頻率高、育種周期短、使用方法較簡單等特點，是常見的輻射育種手段［3-5］。選用適宜的輻射劑量是輻射育種工作的關鍵，適宜的輻射劑量因作物的種屬、品種、器官等的不同而存在明顯差異［6-8］。

國內鮮見60Co-γ 射線輻射西瓜種子的輻射敏感性相關報道。本研究以不同千粒重的12 個西瓜品種種子為供試材料，采用6 個不同劑量的60Co-γ 射線進行輻射處理，通過測定、分析輻射后西瓜開花期和果實等性狀表現，探討不同千粒重西瓜種子的輻射敏感性，以期為西瓜輻射誘變育種工作中選擇適宜的輻射劑量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試品種 供試西瓜品種（資源材料）12 個，由國家蔬菜工程技術中心和甘肅農業大學瓜類研究所提供，詳見表1。

表1 供試西瓜品種及來源

1.1.2 主要儀器 OPRON-3100 型紫外分光光度計（上海美普達公司），C I-310型光合儀（美國CID 公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 輻射處理60Co-γ 輻照處理試驗在甘肅天辰輻照科技有限公司開展。設置6個處理，劑量分別為0（CK）、200、400、600、800、1 000 Gy，劑量率是1.5 Gy/min。每個處理3 次重復，每個重復選取飽滿種子50 粒，將不同處理裝入袋中進行輻射。

1.2.2 性狀觀察 通過大田試驗觀察輻射材料的性狀表現，試驗在甘肅省民勤縣薛百鄉甘肅農業大學試驗站進行。深溝雙壟覆膜，每個處理25 穴，每穴播2 粒種子，株行距為1.2 m×0.5 m，各處理3 次重復。肥水管理與當地商品瓜相同，無整枝。

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2003 軟件進行數據整理和圖表制作；用SPSS 13.0 軟件進行方差分析。

1.3.1 葉片光合色素含量 在西瓜植株伸蔓期采集不同處理的西瓜植株第6、7 片葉子，6～9 片，測定不同處理的葉綠素含量，3 次重復。

光合色素的測定參照張憲政［9］的丙酮乙醇混合液法，每個品種稱取剪碎的葉片0.2 g，分別放入3 支試管中，加入25 mL 乙醇，封口，將試管移至暗處保存，直至組織液呈白色（每8 h 振蕩1 次，共24 h），分別測定波長為665（葉綠素a 的最大吸收峰）、649（葉綠素b 的最大吸收峰）、470 nm（類胡蘿卜素的最大吸收峰）處提取液的吸光值。光合色素濃度計算式如下。

式中，Ca、Cb、Cx·c分別為葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的濃度，D665、D649、D470分別為波長665、649、470 nm 處的吸光值，B為色素的質量分數，C為色素的濃度，V為提取液體積，M為樣品質量。

1.3.2 葉片氣體交換參數 在西瓜果實膨大期，選取紅籽黃肉、WW150、“238”、5 號、雙茨科5 個品種進行氣體交換參數試驗。每個品種選擇3 株生育期相近的西瓜植株，于上午9：00—11：00 測定植株第6～7 片葉的氣孔導度（Gs）、凈光合速率（Pn）及蒸騰速率（Tr）。

2 結果與分析

2.1 葉綠素a 的含量

由表2 可知，種子經60Co-γ 射線輻射后，西瓜葉片葉綠素a 的含量總體隨著輻射劑量的增加呈先增大后減小的趨勢。其中，大種子西瓜葉片平均葉綠素a 含量小于對照，中等種子西瓜葉片在輻射劑量600 Gy 及以上、小種子西瓜葉片在輻射劑量200～800 Gy 葉綠素含量均高于對照，而小種子西瓜葉片在1 000 Gy 條件下葉綠素a 含量小于對照，減少了7.2%。輻射對不同千粒重西瓜種子育成的植株葉綠素a 含量的抑制作用由強到弱依次為大種子、小種子、中等種子。雜交種子品種、常規種子品種西瓜葉片平均葉綠素a 含量較對照分別減小了1.3%、0，因此輻射對不同基因型西瓜葉片葉綠素a含量的抑制作用為雜交種子品種強于常規種子品種。

表2 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片葉綠素a 含量的影響（單位：mg/g）

2.2 葉綠素b 的含量

由表3 可知，種子經輻射后，大種子、中等種子西瓜葉片中葉綠素b 的平均含量均小于對照，而小種子西瓜葉片在輻射劑量200～600 Gy 內較對照有所增加。經輻射后大種子、中等種子、小種子西瓜葉片中的葉綠素b 平均含量較對照分別減小了7.5%、8.1%、3.3%。

表3 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片葉綠素b 含量的影響（單位：mg/g）

2.3 類胡蘿卜素的含量

由表4 可知，輻射后西瓜葉片中的類胡蘿卜素含量有所變化，但差異不顯著。中等種子西瓜經輻射后葉片類胡蘿卜素含量均大于對照；小種子西瓜葉片在輻射劑量200～600 Gy 內類胡蘿卜素含量較對照有所增加，800 Gy 及以上輻射劑量抑制作用明顯。不同基因型西瓜干種子經輻射處理后類胡蘿卜素含量影響不顯著。

表4 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片類胡蘿卜素含量的影響 （單位：mg/g）

2.4 氣孔導度

由表5 可知，大種子、中等種子、小種子西瓜葉片的氣孔導度總體隨輻射劑量的增加而減小。中等種子西瓜葉片的氣孔導度在輻射劑量600～800 Gy下較對照均減小，且差異達顯著水平。大種子西瓜在輻射劑量為200～400 Gy、小種子西瓜在輻射劑量為200～400 Gy 內葉片的氣孔導度與對照相比均不同程度增加，但差異不顯著。

表5 60Co-γ 射線輻射處理對西瓜葉片氣孔導度的影響［單位：mmol（/m2/s）］

2.5 凈光合速率

由表6 可知，小種子西瓜葉片的凈光合速率在輻射劑量為200～800 Gy 內隨著劑量的增加呈先增大后減小趨勢，中等種子西瓜葉片的凈光合速率在輻射劑量為200～400 Gy 內較對照減小，差異不顯著，600 Gy 較對照減小且差異顯著；大種子西瓜葉片在輻射劑量200～600 Gy、小種子西瓜葉片在輻射劑量200～400 Gy 內，西瓜葉片凈光合速率與對照相比均有所增加，但差異不顯著。雜交種子西瓜在輻射劑量200、600、800 Gy 下葉片的凈光合速率較對照差異顯著；常規種子西瓜與對照相比差異均不顯著。

表6 60Co-γ射線輻射處理后對西瓜葉片凈光合速率的影響［單位：mmol（/m2/s）］

2.6 蒸騰速率

由表7 可知，輻射處理后西瓜葉片的蒸騰速率除大種子西瓜在200、600 Gy 處較對照增加外，其余較對照均不同程度減小，輻射劑量400 Gy 及以下對大種子、中等種子的西瓜葉片蒸騰速率沒有顯著影響，小種子西瓜在200、800 Gy 處的葉片蒸騰速率分別為對照的24.8%、3.2%，差異顯著。

表7 60Co-γ 射線輻射處理后對西瓜葉片蒸騰速率的影響［單位：mmol（/m2/s）］

3 討論

葉綠素是植物光合作用的基礎，葉片中葉綠素含量的高低是反映葉片光合能力強弱的重要指標。光合作用生產有機質，但環境因素的改變會引起光合色素含量的變化，從而引起光合性能的改變［10］。在200 Gy 條件下，大種子西瓜葉片氣孔導度、凈光合速率、蒸騰速率較對照增加，中等種子西瓜葉片類胡蘿卜素及小種子西瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、氣孔導度、凈光合速率較對照增加，這與王文恩等［11］在研究60Co-γ 射線對日本結縷草干種子的輻射效應的結論相一致，但與尹淑霞等［12］的結論相反。可能是不同作物、不同質量種子對輻射的敏感性不同，有些作物種子具有損傷修復作用，從而能減輕輻射損傷，修復會引起植物的加速生長［13］。葉綠素含量降低是輻射后葉片受到傷害的主要特征，輻射對葉綠體的結構、功能產生了影響，導致葉綠素分解［14］。本研究中不同千粒重種子西瓜葉片經輻射后，大種子西瓜葉片中的葉綠素a、葉綠素b 含量均小于（含等于）對照，這與何莉等［15］在研究60Co-γ 射線輻射對蠶豆M1代誘變效應、許銀蓮等［16］在研究60Co-γ 射線輻射對粉掌鐵蘭某些生理指標的影響中得出的輻射可以提高植物葉片中葉綠素含量，增強植物光合作用的結論不一致，可能是由于種子活力在不同作物種類、不同品種之間輻射敏感性存在差異［17］。丘運蘭等［18］在研究中發現輻射對葉肉細胞Lw1基因有輕微損傷。本研究不同千粒重種子西瓜葉片經60Co-γ 射線輻射后葉片氣孔導度、凈光合速率變化不同。大種子、小種子西瓜葉片在高劑量800、1 000 Gy 輻射下氣孔導度、凈光合速率均減小，可能是輻射破壞了葉片中部分酶的結構，導致光合電子的傳遞速率減緩，從而使凈光合速率減弱，這與羅南書等［19］的結論一致。UV-B 輻射增強導致PSⅡ反應中心失活（Fo 上升），對反應中心的破壞與強光下單線態氧的形成有關［20］，單線態氧破壞反應中心的蛋白質和色素，從而導致植物在光抑制過程中光合速率下降［21］。

4 小結

60Co-γ 輻射對不同千粒重西瓜干種子輻射敏感性由強到弱依次為大種子、小種子、中等種子。不同基因型西瓜種子輻射敏感性由強到弱依次為雜交種子、常規種子。本研究為西瓜輻射誘變育種與西瓜葉片光合特性建立了聯系，從而為西瓜輻射誘變育種提供一定的理論依據。