李俊峰，周文釗*，陸軍迎，張燕梅，徐宏，黃志勇，黃燕萍

(1. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；2. 海南省熱帶作物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524091；3. 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能應(yīng)用研究所，南昌 330200)

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γ射線輻照對(duì)劍麻H.11648種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

李俊峰1,2，周文釗1,2*，陸軍迎1,2，張燕梅1,2，徐宏3，黃志勇3，黃燕萍3

(1. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，廣東 湛江 524091；2. 海南省熱帶作物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524091；3. 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能應(yīng)用研究所，南昌 330200)

摘要：為研究γ射線輻照對(duì)劍麻的生理生化變化的影響，用6個(gè)不同劑量的60Coγ射線輻照處理劍麻H.11648的干種子，測(cè)定處理后種子的萌芽率，以及種子萌芽后幼苗葉片的超氧化歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量，觀測(cè)輻照對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：30 Gy的輻照對(duì)劍麻H.11648種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，較高劑量的輻照對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用，且隨著劑量的增大，抑制作用增強(qiáng)；幼苗葉片SOD酶的活性和MDA含量均隨著輻照劑量的增加先升高后降低；輻照對(duì)幼苗的生長(zhǎng)有抑制作用，劑量越高抑制作用越強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：60Coγ射線；劍麻H.11648；種子萌芽；SOD酶；MDA含量

劍麻(AgavesisalanaPerr.exEngelm.)是一種龍舌蘭屬的葉纖維植物，主要分布在美洲、非洲、大洋洲等熱帶亞熱帶高溫干旱地帶，其中墨西哥資源最豐富，是公認(rèn)的龍舌蘭屬植物的起源中心[1]。劍麻纖維是國(guó)際上最重要的一種硬質(zhì)纖維，具有強(qiáng)度高、韌性好、耐酸堿、不帶靜電等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)際市場(chǎng)供不應(yīng)求[2]。然而我國(guó)不是劍麻原產(chǎn)地，其劍麻種質(zhì)主要從墨西哥、肯尼亞等國(guó)引進(jìn)。目前我國(guó)劍麻生產(chǎn)僅有一個(gè)當(dāng)家品種-劍麻H.11648，上世紀(jì)50年代由東非坦桑尼亞劍麻試驗(yàn)站育成，于上世紀(jì)六十年代引進(jìn)我國(guó)[3]。自引進(jìn)試種以來，劍麻H.11648表現(xiàn)出產(chǎn)量高，纖維質(zhì)量良好等優(yōu)點(diǎn)。但由于幾十年來的單一種植，品種退化嚴(yán)重，容易感染斑馬紋病[4]，一旦感病便發(fā)病嚴(yán)重，難于恢復(fù)生長(zhǎng)，以致給麻農(nóng)造成巨大損失。因此，生產(chǎn)上亟需增設(shè)新的劍麻栽培品種。然而，劍麻是多年生一稔作物，生命周期通常達(dá)到八到十年，利用常規(guī)方法育成一個(gè)品種一般需要二三十年乃至更長(zhǎng)時(shí)間。輻射育種是生物育種的一種方法，具有安全可靠、變異性穩(wěn)定，可以在短時(shí)間內(nèi)完成新品種培育等優(yōu)點(diǎn)[5]。60Coγ輻射是一種重要的輻射手段，在許多農(nóng)作物育種中得到廣泛的應(yīng)用[6-7]。目前，關(guān)于劍麻常規(guī)育種有一些研究報(bào)道[8]，但有關(guān)輻射誘變育種的研究鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)利用不同劑量的60Coγ射線處理劍麻H.11648種子，研究不同劑量輻照對(duì)其種子發(fā)芽及幼苗生理生化指標(biāo)的影響，為劍麻輻射育種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試劍麻H.11648種子為2012年11月下旬收獲的新種子，種子采集地點(diǎn)為廣西國(guó)有農(nóng)墾山圩農(nóng)場(chǎng)。采后通風(fēng)干燥，置于陰涼處塑料袋封存。種子凈度約為57.1%，千粒重約為19.9 g。處理時(shí)凈種子平均含水量為9.13%。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1輻照處理

將劍麻H.11648種子裝入牛皮紙袋內(nèi)，于2012年12月上旬在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能應(yīng)用研究所鈷源室進(jìn)行輻照處理，輻照劑量分別為30 Gy、60 Gy、90 Gy、120 Gy和150 Gy，劑量率為0.44 Gy/min。以未輻照種子為對(duì)照，每個(gè)處理種子重量約為200 g。

1.2.2種子發(fā)芽試驗(yàn)

處理后的一部分種子用0.5%的次氯酸鈉溶液浸泡20 min消毒，接著用蒸餾水清洗三遍，然后平鋪在鋪有濕濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，置于生化培養(yǎng)箱內(nèi)26℃恒溫培養(yǎng)。每處理200粒種子，3次重復(fù)。種子萌發(fā)后以胚加上下胚軸達(dá)到或超過種子長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)記載發(fā)芽數(shù)。統(tǒng)計(jì)完后將萌發(fā)種子種入育苗盆中，置于溫室大棚培養(yǎng)，常規(guī)管理。

1.2.3幼苗生理生化指標(biāo)及生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

取在育苗盆中培育20 d的幼苗葉片進(jìn)行生理生化指標(biāo)測(cè)定，每個(gè)處理隨機(jī)取3株幼苗，3個(gè)重復(fù)。采用氮藍(lán)四唑(NBT)顯色法測(cè)定超氧化歧化酶(SOD)活性[9]，硫代巴比妥酸比色法測(cè)定丙二醛(MDA)含量[10]。溫室大棚培育第20天開始測(cè)量幼苗株高、葉片長(zhǎng)和葉片寬，每個(gè)處理隨機(jī)取10株，3個(gè)重復(fù)共30株，每5天測(cè)量一次，共測(cè)定6次，計(jì)算其平均值。

1.2.4數(shù)據(jù)分析

對(duì)以上所獲得的數(shù)據(jù)采用Excel 2007繪制圖表，用SAS 9.0處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同輻照處理對(duì)劍麻H.11648種子萌發(fā)的影響

由圖1可以看出，30 Gy輻照處理劍麻H.11648種子的發(fā)芽率隨著天數(shù)增加而快速增大，輻照后第5天其發(fā)芽率達(dá)到21.3%，第6天達(dá)到54.6%，第8天達(dá)到81.6%，第8天之后萌發(fā)速度明顯放緩；對(duì)照第7天才開始萌芽(36.2%)，之后快速萌發(fā)，第9天發(fā)芽率達(dá)到82.6%，第9天之后種子沒有進(jìn)一步發(fā)芽；60 Gy輻照處理種子發(fā)芽率呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，第8天之后萌發(fā)速度也明顯放緩；當(dāng)輻照劑量超過90 Gy時(shí)種子發(fā)芽延遲，150 Gy處理的種子直至第9天才開始發(fā)芽；輻照后第12天之后所有種子沒有進(jìn)一步發(fā)芽。

圖1　不同劑量γ射線輻照對(duì)劍麻H.11648種子發(fā)芽率的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

2.2不同輻照處理對(duì)劍麻H.11648幼苗SOD酶活性和MDA含量的影響

如圖2所示，劍麻H.11648幼苗的SOD酶活性和MDA含量均隨著輻照劑量的增加先升高后降低，在90 Gy時(shí)出現(xiàn)峰值。

A)SOD酶活性的變化趨勢(shì)；B)MDA含量的變化趨勢(shì)

圖2輻照對(duì)劍麻H.11648幼苗SOD酶和MDA含量的影響

Fig.2The effects of irradiation on SOD activity and MDA content ofAgaveH. 11648 seedlings

2.3不同輻照處理對(duì)劍麻H.11648幼苗株高、葉長(zhǎng)和葉寬的影響

如表1所示，γ射線輻照處理對(duì)劍麻H.11648幼苗的生長(zhǎng)有顯著影響。其株高、葉長(zhǎng)和葉寬均隨著輻照劑量的增加而減小，不同處理劑量間有極顯著差異。其葉形指數(shù)也是隨著輻照劑量的加大而逐漸減小。

表1輻照對(duì)劍麻H.11648幼苗生長(zhǎng)的影響

Tab.1Effects of irradiation on the growth ofAgaveH.11648 seedlings

劑量(Gy)株高(cm)葉長(zhǎng)(cm)葉寬(cm)葉形指數(shù)09.22±0.08aA7.31±0.12aA1.51±0.02aA4.67±0.05aA308.80±0.07bB7.02±0.06bB1.43±0.01bB4.75±0.02bAB607.89±0.02cC6.28±0.01cC1.32±0.01cC4.60±0.03cB907.01±0.05dD5.47±0.01dD1.22±0.01dD4.37±0.03dC1205.94±0.10eE4.47±0.04eE1.12±0.01eE3.93±0.03eD1505.66±0.02fF4.16±0.03fF1.06±0.01fF3.89±0.03eD

注：(1)表中數(shù)據(jù)為劍麻H.11648幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定數(shù)據(jù)的6次測(cè)定平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；(2)同列數(shù)據(jù)后小寫英文字母不同者表示經(jīng)Duncan法檢驗(yàn)差異顯著，大寫英文字母不同者表示差異極顯著。

如圖3所示，隨著定植時(shí)間的增加，劍麻H.11648幼苗在不斷地生長(zhǎng)(株高、葉長(zhǎng)、葉寬逐漸增大)。其幼苗的生長(zhǎng)受到γ射線輻照的抑制，劑量越高抑制作用越強(qiáng)。在定植30天內(nèi)，低劑量(30 Gy)處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響與對(duì)照相比沒有顯著差異；定植25天內(nèi)，90 Gy劑量處理與60 Gy處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響沒有顯著差異；而150 Gy與120 Gy劑量處理對(duì)其幼苗生長(zhǎng)的影響在定植35天內(nèi)均無顯著差異。在定植35天后不同劑量之間對(duì)其幼苗的生長(zhǎng)開始有顯著的差異。幼苗葉片葉形指數(shù)隨著定植天數(shù)的增加而逐漸增大，而輻照劑量越大其葉形指數(shù)越小，并隨著定植天數(shù)的增加不同劑量之間葉形指數(shù)的差異越來越顯著。

A)株高變化；B)葉長(zhǎng)變化；C)葉寬變化；D)葉形指數(shù)變化

3討論

3.1不同輻照處理對(duì)劍麻種子萌發(fā)的影響

譚美蓮等認(rèn)為60Coγ輻照對(duì)蓖麻種子萌芽有延緩作用，但最終發(fā)芽率影響不明顯[11]。而本研究劍麻種子萌芽試驗(yàn)表明，60Coγ輻照對(duì)劍麻H.11648種子的萌發(fā)有顯著的影響，低劑量(30 Gy)輻照對(duì)種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，其種子發(fā)芽累積數(shù)大于對(duì)照；高劑量(90 Gy以上)輻照對(duì)種子萌芽有延緩效應(yīng)，隨著輻照劑量的增加延緩效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，最終抑制種子的萌芽，其發(fā)芽率顯著低于對(duì)照。低劑量輻照促進(jìn)種子萌發(fā)與諸多因素有關(guān)[12]。Maherchandani等將促進(jìn)野燕麥(AvenafatuaL.)種子萌芽的因素歸功于低劑量的γ輻照提高了細(xì)胞攝取氧的能力，導(dǎo)致有機(jī)和無機(jī)過氧自由基的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致種子休眠的打破[13]。盡管劍麻種子沒有休眠期，本研究結(jié)果表明低劑量γ輻照確實(shí)促進(jìn)了種子的萌發(fā)。根據(jù)前人的研究結(jié)果推測(cè)高劑量γ輻照可能造成細(xì)胞染色體的損害從而抑制了種子的萌發(fā)[14]。具體的原因有待進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.2不同輻照處理對(duì)劍麻幼苗生理生化及生長(zhǎng)的影響

前人研究表明，誘變可引起植物體內(nèi)活性氧含量增加，從而導(dǎo)致抗氧化酶活性及MDA含量等生理指標(biāo)發(fā)生變化[15]。本研究的生理生化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明，在90 Gy以下劑量范圍，膜脂過氧化增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)活性氧等有害物質(zhì)含量增加，從而刺激劍麻幼苗SOD酶活性增強(qiáng)和MDA含量的增加，修復(fù)輻照對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生的損傷；但隨著輻照劑量的不斷加大，有害物質(zhì)積累過多，對(duì)細(xì)胞內(nèi)原有正常的保護(hù)反應(yīng)和原保護(hù)系統(tǒng)酶產(chǎn)生的干擾及破壞作用不斷加劇，導(dǎo)致脂膜過氧化反應(yīng)和酶代謝紊亂，使得SOD酶活性和MDA含量達(dá)到一定峰值后開始逐漸下降。

有研究認(rèn)為植物株高主要是由多基因控制的定量性狀，每個(gè)基因都有微量效應(yīng)，這就是所謂的遺傳加性效應(yīng)[16]。鑒于此，本研究認(rèn)為γ輻照對(duì)劍麻株高、葉長(zhǎng)、葉寬的影響是逐步累積的，在劍麻幼苗生長(zhǎng)初期的抑制作用并不明顯，需要一段時(shí)間(處理47天后)才會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。這一結(jié)果與易立颯等在油茶種子γ輻照試驗(yàn)中的研究結(jié)論一致[17]。

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The Effects of γ-Rays Irradiation on Seeds Germination and Seedlings Growth ofAgaveH.11648

LI Junfeng1,2, ZHOU Wenzhao1,2*, LU Junying1,2, ZHANG Yanmei1,2,XU Hong3, HUANG Zhiyong3, HUANG Yanping3

(1. South Subtropical Crops Research Institute, CATAS, Zhanjiang 524091, Guangdong, China;2. Hainan Provincial Key Laboratory for Tropical Crops Nutrition, Zhanjiang 524091, Guangdong, China;3. Atomic Application Institute, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China)

Abstract:The objective of this study was to evaluate the effects of irradiation with different doses (0, 30, 60, 90, 120 and 150 Gy) of60Coγ rays on germination, the activity of superoxide dismutase (SOD) and the content of malondialdehyde (MDA). And seedlings growth of agave (Agave H.11648) were investigated. The seed germination was promoted at low-dose irradiation, but was inhibited at higher-dose. The activity of SOD and the content of MDA were gradually increased with the increase of the dose, reached to peak, and then decreased. Therefore, the growth of the seedlings were inhibited by60Coγ-rays, the dose was more, and inhibition was higher.

Key words:60Coγ-rays; Agave H.11648; seed germination; SOD activity; MDA content

中圖分類號(hào)：S563.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：李俊峰(1980-)，男，碩士，助理研究員，研究方向?yàn)閯β橛N。E-mail：317513292@qq.com。*通訊作者：周文釗(1965-)，男，學(xué)士，副研究員，研究方向?yàn)閯β橛N。E-mail：zwenzhao@163.com。

基金項(xiàng)目：中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助(1251022011010)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-19)

收稿日期：2015-12-29

文章編號(hào)：1671-3532(2016)02-0049-05