?60Co-γ輻照處理對冬瓜種子影響初探?

摘要：為豐富冬瓜種質資源，研究利用0、300、600、900 Gy劑量的60Co-γ射線對冬瓜干種子和提前浸泡12 h的濕種子進行輻射誘變，處理后進行催芽及播種，考察輻照處理對種子萌發及幼苗光合性能、抗氧化酶活等的影響。結果表明：中低輻射劑量可以促進干、濕種子的早期萌發，且300 Gy輻射劑量的促進效果最佳；輻照處理對種子芽的伸長和不定根的發育呈現出明顯的抑制效果；輻照處理會導致冬瓜幼苗真葉出現畸形，且其葉片細胞結構、光合參數、過氧化物酶酶活和丙二醛含量與未經輻照處理的葉片差異顯著。該研究初步獲得了冬瓜輻照處理的可行劑量和誘變子代，為后續冬瓜的輻射誘變劑量選擇提供參考。

關鍵詞：冬瓜種子；輻射誘變；種質資源；性狀調查

中圖分類號：S642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）07-0001-06

Effect of 60Co-γ Radiation on Seeds of Wax Gourd

MI Bao-bin1，LIU Dan1，XU Yuan-fang2，XIAO Wei1，XIE Ling-ling1

（1. Hunan Vegetable Research Institute， Changsha 410125， PRC; 2. Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Mutation Breeding， Changsha 410125， PRC）

Abstract： To broaden the germplasm resources of wax gourd， we created new germplasm using 60Co-γ irradiation. The dry seeds and the seeds soaked for 12 h were irradiated with 60Co-γ at 0， 300， 600， and 900 Gy， respectively. The germinated seeds were sown， and the effects of irradiation on the germination of seeds and the photosynthetic performance and antioxidant enzyme activities of the seedlings were investigated. The results showed that low - and medium-dose irradiation promoted seed germination， and the irradiation at 300 Gy demonstrated the strongest promoting effect. Irradiation inhibited the bud growth and adventive root development. Irradiation treatments induced leaf deformity of the seedlings. Moreover， the leaf cell structure， photosynthetic parameters， peroxidase activity， and malondiadehyde content showed significant differences between irradiation treatments and the control. This study determined the optimal dose of irradiation for inducing mutagenesis and obtained the M1 generation， providing a reference for subsequent large-scale mutagenesis of wax gourd.

Key words： seeds of wax gourd; irradiation-induced mutagenesis; germplasm resources; trait investigation

引用格式：弭寶彬，劉丹，徐遠芳，等. 60Co-γ輻照處理對冬瓜種子影響初探[J]. 湖南農業科學，2024（7）：1-6.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.007.001

收稿日期：2024-05-28

基金項目：湖南省創新型省份建設專項經費（2021NK1006）；湖南省科技人才支持項目（2022TJ-N15）；湖南省自然科學基金（2022JJ

30348）

作者簡介：弭寶彬（1987—），男，山東德州市人，副研究員，主要從事蔬菜遺傳育種及產業化研究。

通信作者：謝玲玲

冬瓜（Benincasa hispida Cogn.）是葫蘆科的重要蔬菜作物[1]，栽培歷史悠久[2]，現已成為中國的主要蔬菜品種之一[3-4]。中國是冬瓜的起源地之一，擁有較豐富的種質資源，但隨著人工馴化的發展，冬瓜種質遺傳背景越來越狹窄，綜合性狀優異或某些性狀突出的種質資源日漸匱乏。相較于黃瓜、西瓜、甜瓜等其他葫蘆科作物，冬瓜基因組的DNA含量最大且更接近原始基因組，因此冬瓜進化地位比較特殊[5]，導致目前冬瓜種質創新難度大。人工誘變是現階段常用的提高誘變率、實現遺傳改良的有效方法之一[6-7]。常見的誘變方式有物理誘變、化學誘變和生物誘變[8]。物理誘變因素主要有X射線、γ射線、紫外線和離子束等[9]，化學誘變因素主要有甲基磺酸乙酯、乙烯亞胺、疊氮化鈉和堿基類似物等[10]，生物誘變則主要是利用微生物、植物或動物體內的生物活性物質來誘發基因變異，通常涉及到基因重組、轉座子活動等生物學機制。

輻射誘變是利用各種高能射線使生物體遺傳物質產生突變的一種物理誘變方法[11]。通過輻射誘發基因組變異，對變異株進行篩選，從而獲得符合目標性狀的種質資源，可以實現對農作物性狀的改良[12]。

目前，輻射誘變技術已廣泛應用于高粱[13]、水稻[14-15]、玉米等作物的遺傳改良，并取得了顯著成果[16]。

研究團隊前期通過甲基磺酸乙酯開展了冬瓜遺傳誘變工作，獲得了一系列的變異植株[17]，但甲基磺酸乙酯主要造成等位基因點突變[18]，且突變大多數是有害突變，生產上可用的有利突變資源較少。60Co-γ是目前最常用的輻射源，具有穿透力強、突變率高、變異譜大和成本低等優勢[7]。該研究選擇60Co-γ對冬瓜干種子和提前浸泡12 h的濕種子進行輻照處理，調查不同輻射劑量處理后種子的活力以及幼苗的光合參數、酶活性等指標，以期為后續通過輻射誘變對冬瓜進行遺傳改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

冬瓜種子為湖南省蔬菜研究所提供的優良自交系，光籽，千粒重50.6～51.5 g。將正常的干種子和清水浸泡12 h的濕種子裝入紗網袋進行輻照處理。

1.2 試驗設計

60Co-γ輻照處理在湖南核農學與航天育種研究所瀏陽輻照基地進行。分別隨機選取50粒飽滿冬瓜種子進行輻照，輻射劑量為0、300、600、900 Gy，每個處理設置3個生物學重復，試驗安排見表1。

1.3 性狀測定及統計

輻照結束后將種子置于32℃溫箱催芽，催芽3 d后統計出芽率；11 d催芽結束后用游標卡尺測定芽長。將發芽后的種子及時播種至育苗穴盤，播種20 d后統計成苗率。根據公式（1）～（4）分別計算發芽率、成苗率、發芽勢和發芽指數（GI）。

發芽率=發芽種子數/種子總數×100% " （1）

成苗率=成苗種子數/發芽種子數×100%" "（2）

發芽勢=3 d內的發芽種子數/種子總數×100%

（3）

發芽指數=（4）

式（4）中Dt為發芽天數，Gt表示對應天數的發芽種子數。

用FluorPen手持式葉綠素熒光儀對真葉進行葉綠素熒光檢測；使用南京建成生物工程研究所有限公司試劑盒測定真葉中過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的酶活和丙二醛（MDA）含量；使用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；使用奧林巴斯BX43顯微鏡觀察真葉表皮細胞結構。

1.4 數據分析與處理

使用Excel 2010、Origin 2022軟件整理數據和制圖，使用DPS 9.5軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同輻射劑量對冬瓜干、濕種子萌發的影響

2.1.1 發芽率 如圖1所示，對于冬瓜干種子，輻照處理可顯著提高種子的發芽率，7 d時發芽率均超過60%，而未輻照處理的種子發芽率僅為24%；其中輻射劑量為300 Gy時促進效果最明顯。然而，對于最終發芽率，900 Gy輻射劑量下發芽率略低于其他處理，但各輻射劑量處理間差異并不顯著。對于浸泡12 h的濕種子，300和600 Gy輻射劑量下種子發芽率高于未經輻照處理，而900 Gy輻照處理4 d后的發芽率低于未經輻照處理；且處理結束時，各處理下濕種子的最大芽率僅為64.7%，遠低于干種子?？傮w而言，中低輻射劑量有利于促進干、濕種子的早期萌發且300 Gy輻射劑量下促進效果最佳；60Co-γ輻射對干種子萌發的促進效果更顯著。對不同輻射劑量和種子處理方式下的發芽率進行擬合，各處理的種子發芽率模型方程如表2所示。

2.1.2 發芽指數 不同輻射劑量和處理方式對種子發芽指數的影響如圖2所示，輻照處理可顯著提高早期發芽指數，但最終發芽指數差異不明顯；且干、濕種子在300 Gy輻射劑量下發芽指數提升更明顯。

2.1.3 芽長 中低劑量的輻射對冬瓜種子的萌發具有促進作用，但如圖3和圖4（a）所示，其對種子芽的伸長和不定根的發育卻呈現出明顯的抑制效應；且隨著輻射劑量的增加，這種抑制效應逐漸加強。相對干種子而言，低劑量輻射對提前浸種12 h處理的濕種子芽伸長的抑制效果更強。在0和300 Gy輻射劑量下，干種子與濕種子的芽長存在顯著差異，而在600和900 Gy輻射劑量下干種子與濕種子的芽長則無顯著差異。

2.1.4 發芽勢 如圖4（b）所示，輻照處理能夠提高種子的發芽勢。對于干種子，輻射劑量與發芽勢呈現正相關關系；而對于濕種子，隨著輻射劑量的增大，其發芽勢先升高后降低。

2.1.5 成苗率 該研究中只有處理CK1、A1、CK2最終成苗，其余處理雖然種子可以正常發芽，但播種后根系出現褐化萎蔫，導致不能形成幼苗。如圖5所示，CK1、A1、CK2這3個處理的成苗率沒有顯著差異；而干、濕種子在600和900 Gy輻照處理下均未能獲得正常幼苗，表明輻射劑量過高，超過了該品種冬瓜種子所能承受的劑量，不適用于該冬瓜的誘變種質創制。

2.2 低劑量輻射處理冬瓜干種子后幼苗表型的變化

對比CK1和A1處理冬瓜苗的表型發現，輻照處

理導致冬瓜苗真葉出現了嚴重的畸形（圖6）。這些畸形特征包括葉形不規整、葉緣刻裂加深以及葉面積減小等。觀察其表皮細胞結構，發現CK1與A1存在明顯差異。如圖7所示，CK1葉片的表皮細胞呈

現相互間嵌套、結構緊密的特征，而300 Gy輻照處理（A1）葉片的表皮細胞結構則表現出氣孔開度明顯變小的特征。此外，與CK1相比，A1處理的葉綠體數量顯著減少，推測其光合產物可能受到影響。

2.3 低劑量輻射處理冬瓜干種子后幼苗真葉生理生化指標的變化

葉綠素熒光儀中OJIP和NPQ3是用于研究光合作用的參數。OJIP代表光合作用的快速轉變過程中葉綠素熒光的信號，NPQ3是非光化學淬滅的一種形式，用于評估植物在光合作用過程中對光能的利用效率。由圖8（a）可知，A1的葉綠素光化學效率比CK1低，表明其可能在光合作用過程中受到一定程度的限制，而CK1可能具有更強的光合作用保護機制，在處理時間內能夠保持較高的光能利用水平。由圖8（b）可知，CK1的葉綠素熒光信號始終高于A1，且隨處理時間增加，兩者都呈持續增加趨勢，表明輻照處理可能降低了葉片的光合作用效率，或使得其抵御光脅迫的能力下降。

過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）在植物細胞中起抗氧化防御作用。對CK1與A1真葉的CAT、POD、SOD等氧化酶活進行測定，由圖9可知，CAT和SOD酶活在不同處理間均無顯著性差異，而POD酶活差異顯著（P＜0.05）。A1的POD酶活顯著高于CK1，表明A1受到輻射脅迫從而提高了抗氧化能力。

對CK1與A1真葉的可溶性糖和丙二醛（MDA）含量進行測定，由圖10可知，CK1與A1真葉在可溶性糖含量上無顯著性差異，而A1的丙二醛含量顯著

高于CK1，表明輻射對真葉細胞造成了一定的損傷。

3 討論與結論

60Co-γ射線對不同作物的影響取決于輻射劑量和作物的敏感程度[13]。一般來說，輻射劑量越高，對

作物的影響越大[19-20]。此外，輻照處理的部位也會影響作物的生長和發育，一般選擇種子、花粉、幼胚、

枝條等不同組織或部位[19]。研究表明，中低劑量的輻射能夠促進種子的早期萌發，但對幼苗生長和發育可能產生抑制作用。300 Gy的輻射劑量處理在促進早期萌發方面表現出良好效果，且輻照處理后植株的真葉形態異常，表明300 Gy劑量足夠引起該品種冬瓜種子的變異。在生理生化水平上，輻照處理可能影響了冬瓜葉片的光合性能和抗氧化能力，從而影響其生長發育過程，但具體變異類型或者變異的遺傳穩定性需要后續繼續觀察。

該研究中600和900 Gy輻射劑量可能超出了該品種種子所能承受的范圍，導致幼苗發育受阻，后期研究可縮小輻射劑量梯度，將其設置在0～300 Gy。提前浸種能促進冬瓜種子的早期萌發，但會降低其對輻射的耐受度，因此試驗中浸泡12 h的濕種子在輻照處理下均未能獲得幼苗，表明對于濕種子而言，目前處理輻射劑量過高，后續如果需要探索浸泡過的冬瓜種子的最佳輻射劑量，最高劑量最好不超過300 Gy。下一步可以繼續探究輻照處理誘導冬瓜種子遺傳變異的規律及其對性狀的影響機制，為冬瓜育種提供更多的遺傳變異種質資源。

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（責任編輯：王婷）