閆鋒 李清泉 董揚(yáng) 季生棟 韓業(yè)輝 于運(yùn)凱 王立達(dá) 趙鎖

60Co-γ輻射對糜子種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

閆鋒 李清泉 董揚(yáng) 季生棟 韓業(yè)輝 于運(yùn)凱 王立達(dá) 趙鎖

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院，161006，黑龍江齊齊哈爾）

為了研究不同劑量60Co-γ射線對糜子種子萌發(fā)、幼苗生長以及生理效應(yīng)的影響，以齊黍2號種子為材料，采用0、150、200、250、300和350Gy的60Co-γ射線輻射糜子種子，并分析輻射對其幼苗的生長和葉片生理生化的影響。結(jié)果表明，60Co-γ輻射對糜子種子出苗率、株高、葉長以及苗鮮重有明顯抑制作用，尤其是高劑量（300和350Gy）輻射對糜子種子損傷較大，嚴(yán)重影響其出苗及幼苗生長。輻射劑量150Gy時(shí)，輻射處理能促進(jìn)糜子種子萌發(fā)；葉片中可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白和丙二醛含量等均有不同程度的提高。根據(jù)半致死劑量計(jì)算公式得出糜子的輻射半致死劑量為287Gy。

糜子；種子萌發(fā)；幼苗生長；60Co-γ輻射

糜子（L.）起源于中國，又稱黍、稷，在我國已經(jīng)有7000多年的栽培歷史，具有耐旱和耐瘠薄等優(yōu)良特性[1]。但隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及人們飲食習(xí)慣的改變，糜子的種植面積縮減，逐步成為了小宗作物，導(dǎo)致糜子研究滯后于其他主要作物。近年來，隨著人們健康飲食意識的不斷提高，糜子受到了越來越多的關(guān)注，市場急需優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的糜子新品種。在長期的自然選擇進(jìn)化過程中，相對于其他作物，糜子自身遺傳變異較小，遺傳多樣性不夠豐富，依靠常規(guī)有性雜交手段育種，雜交后代變異性小，育種時(shí)間長，成本高，難以及時(shí)滿足市場的需求。

輻射誘變是進(jìn)行種質(zhì)資源創(chuàng)新的有效途徑之一[2]，利用輻射誘變已成功在多種作物中獲得了包括矮化、早熟和優(yōu)質(zhì)的突變體，該項(xiàng)技術(shù)具有突變譜寬、突變率高、后代性狀穩(wěn)定快和育種周期短等優(yōu)點(diǎn)[3]。作為一種高效的育種手段，輻射誘變已經(jīng)在多種作物上得到應(yīng)用[4-6]，但尚未見在糜子上的研究。本試驗(yàn)以齊黍2號成熟干種子為材料，開展不同劑量的60Co-γ射線輻射處理，對處理后糜子種子發(fā)芽指標(biāo)、幼苗形態(tài)和生理指標(biāo)等開展研究，以期確定適宜糜子輻射誘變的劑量范圍，為進(jìn)一步開展糜子輻射誘變育種提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 參試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院選育的齊黍2號為試驗(yàn)材料。60Co-γ輻射源由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能研究所提供。設(shè)置150、200、250、300和350Gy共5個(gè)60Co-γ射線處理水平，每個(gè)處理輻射種子100g，以未輻射的種子為對照（CK）。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 種子發(fā)芽指標(biāo) 將經(jīng)不同劑量60Co-γ輻射處理的糜子種子用75%乙醇消毒3min，清水沖洗3次后，用蒸餾水浸種10h，取出置于濾紙上瀝干水分。每個(gè)處理選取飽滿的種子50粒置于直徑10cm的鋪有3層濾紙培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，置于28℃人工氣候箱中培養(yǎng)，7d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，并計(jì)算發(fā)芽率，發(fā)芽率（%）=/（為培養(yǎng)7d時(shí)的發(fā)芽種子數(shù)，為供試種子總數(shù)）×100。

1.2.2 幼苗形態(tài)指標(biāo) 將輻射處理后的種子于2020年5月10日播種于大田，未輻射的種子為對照，每個(gè)處理播種400粒，3次重復(fù)。于出苗5d后計(jì)算出苗率，出苗率（%）=出苗數(shù)/種子數(shù)×100；于出苗20d后計(jì)算成苗率，成苗率（%）=成苗數(shù)/種子數(shù)×100。選取長勢一致的10株幼苗，測定葉長、株高和苗鮮重。

1.2.3 生理指標(biāo) 出苗20d后選取糜子植株上部第1片葉進(jìn)行生理生化指標(biāo)的測定。采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量[7]，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[8]，采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量[9]，采用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量[8]。

1.2.4 半致死劑量（LD50） 參照王兆玉等[10]的回歸分析方法，對糜子種子相對發(fā)芽率與輻射劑量進(jìn)行相關(guān)回歸分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和DPS 7.05軟件分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輻射劑量對糜子種子萌發(fā)的影響

由表1可知，糜子種子的發(fā)芽率隨不同輻射劑量而變化，輻射劑量為150Gy時(shí)，發(fā)芽率最高（97%），輻射劑量為200Gy時(shí)，發(fā)芽率與CK基本持平，之后隨著輻射劑量的增加，發(fā)芽率下降，已達(dá)顯著水平。

表1 不同輻射劑量對糜子種子萌發(fā)的影響

不同小寫字母表示處理間差異顯著（<0.05）。下同

Different lowercase letters indicate significant difference between radiation treatments (<0.05). The same below

從糜子種子出苗率的變化可以看出，當(dāng)輻射劑量為150Gy時(shí)，出苗率最大（97.2%），其趨勢與發(fā)芽率的變化趨勢大致相同。由此可以看出，較低的輻射劑量對糜子的出苗有一定的促進(jìn)作用，隨著輻射劑量的加大逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔谩?/p>

半致死劑量是確定輻射損傷的重要依據(jù)，而成苗率是確定半致死劑量的重要指標(biāo)。通過確定半致死劑量，可以判斷植物材料的輻射敏感性[11]。以成苗率為因變量（），輻射劑量為自變量（），通過回歸分析，得出輻射劑量與發(fā)芽率的線性回歸方程=114.04–0.223049（2=0.8076），根據(jù)回歸方程計(jì)算出糜子60Co-γ輻射處理的半致死劑量為287Gy。

2.2 不同輻射劑量對糜子幼苗生長的影響

由表2可知，不同輻射劑量對糜子幼苗的生長產(chǎn)生不同影響，當(dāng)輻射劑量為150Gy時(shí)，株高、葉長和苗鮮重與CK差異不顯著，隨著輻射劑量的增加，株高、葉長和苗鮮重均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。

表2 不同輻射劑量對糜子幼苗生長的影響

2.3 不同輻射劑量對糜子幼苗生理特性的影響

由表3可知，隨著輻射劑量的增加，糜子幼苗葉片可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。可溶性糖含量在300Gy時(shí)達(dá)到最大值，且輻射劑量250和300Gy的葉片可溶性糖含量顯著高于其他劑量，這說明在一定范圍內(nèi)增加輻射劑量可促進(jìn)幼苗葉片可溶性糖積累；脯氨酸含量在輻射劑量為150Gy時(shí)達(dá)到最大值（58.35μg/g），在輻射劑量350Gy時(shí)為最小值（20.20μg/g）；可溶性蛋白含量在200Gy時(shí)達(dá)到最大，且除輻射劑量350Gy外，其余輻射劑量的可溶性蛋白含量均顯著高于CK；MDA含量隨著輻射劑量增加呈現(xiàn)出逐漸升高的變化趨勢，輻射劑量150Gy時(shí)與CK差異不顯著，其余輻射處理均顯著高于CK。

表3 不同輻射劑量對糜子幼苗葉片生理指標(biāo)的影響

3 討論

3.1 輻射對糜子種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育的影響

前人利用60Co-γ輻射植物干種子，研究輻射對種子萌發(fā)及幼苗生長影響，由于植物種類的不同，其結(jié)論也不盡相同。一部分研究表明輻射劑量與種子萌發(fā)及幼苗生長呈負(fù)相關(guān)，也有些研究表明，較低的輻射劑量有利于種子萌發(fā)和生長，而較高輻射劑量則有抑制作用，且隨著輻射劑量的提高抑制作用加強(qiáng)[12-14]。本研究結(jié)果表明，輻射劑量為150Gy時(shí)，糜子種子發(fā)芽率和出苗率均較CK顯著提高，所有輻射處理的成苗率均顯著低于CK；輻射劑量150Gy時(shí)，株高、葉長和苗鮮重與CK差異不顯著，隨著輻射劑量增加，均呈現(xiàn)下降趨勢，且與CK顯著差異。

3.2 輻射對糜子幼苗滲透調(diào)節(jié)和膜脂過氧化作用的影響

植物在生長發(fā)育過程中，維持正常的滲透調(diào)節(jié)能力是必不可少的，植物體內(nèi)游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量與植物的抗逆性有關(guān)，當(dāng)植物處在逆境時(shí)會主動積累以起到保護(hù)自身的作用[15]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著輻射劑量增加，谷稗[16]和礬根[17]幼苗的可溶性糖、可溶性蛋白及游離脯氨酸含量均呈先升高后下降的變化趨勢，與本研究結(jié)果一致。

輻射誘變可使植物細(xì)胞內(nèi)活性氧含量增加，進(jìn)而引起MDA含量的變化。MDA是植物啟動膜脂過氧化反應(yīng)過程的產(chǎn)物之一，是衡量作物在逆境中受損傷程度的重要指標(biāo)之一[18]。本研究結(jié)果表明，隨著輻射劑量的增加，糜子葉片中MDA含量呈逐漸升高的趨勢，這與滕娟等[19]對三七幼苗的研究結(jié)果相似。說明在一定輻射劑量內(nèi)，輻射劑量與膜脂過氧化作用呈正相關(guān)。

3.3 適宜輻射劑量的確定

由于植物的品種特性不同，植物受到逆境刺激后的反應(yīng)也不盡相同。通常來說，植物受到輻射劑量越大，出現(xiàn)變異的概率越大，成苗率越小；相反，輻射劑量過小，出現(xiàn)變異的概率也會隨之降低，從而不能達(dá)到輻射處理預(yù)期的目標(biāo)。因此，輻射育種中輻射劑量的確定尤為重要。

關(guān)于輻射誘變適宜劑量的確定，不同研究的結(jié)論也有所差異，徐冠仁[20]認(rèn)為60%～70%致死的輻射劑量最適宜，周小梅等[21]認(rèn)為半致死劑量最適宜。目前，多以成苗率50%作為最適育種輻射誘變劑量。本研究通過對成苗率和輻射劑量的回歸分析計(jì)算出糜子品種齊黍2號的半致死劑量為287Gy。同一種植物的不同品種間由于存在遺傳差異而對輻射的敏感性表現(xiàn)不同，耿興敏等[22]將桂花種子分為輻射敏感型、中間型和遲鈍型3種類型，朱宗文等[23]通過對不同品種番茄的種子輻射，發(fā)現(xiàn)番茄品種間對不同劑量輻射的敏感性差異顯著。本研究僅對糜子品種齊黍2號的種子萌發(fā)和幼苗生長受輻射誘變的影響進(jìn)行了初步探索，沒有考慮糜子品種間的差異性，試驗(yàn)結(jié)果可能具有一定的局限性，將來有必要對更多的糜子品種進(jìn)行輻射誘變研究，以期獲得更加全面的結(jié)論。

4 結(jié)論

150Gy劑量60Co-γ輻射處理對糜子種子發(fā)芽和出苗有促進(jìn)作用；在幼苗生長方面，與對照差異不顯著。隨著輻射劑量增加糜子種子發(fā)芽及幼苗生長受到明顯抑制，尤其是高劑量（300和350Gy）輻射嚴(yán)重影響出苗率及幼苗生長；在150Gy劑量下糜子葉片中可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白和MDA等生理指標(biāo)的含量均有不同程度的提高，從而增強(qiáng)了植物的抗逆性。根據(jù)半致死劑量公式可得糜子的半致死劑量為287Gy，該劑量是齊黍2號較為適宜的誘變劑量。

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Effects of60Co-γ Radiation on the Seed Germination and Seedling Growth of Broomcorn Millet

Yan Feng, Li Qingquan, Dong Yang, Ji Shengdong, Han Yehui, Yu Yunkai, Wang Lida, Zhao Suo

(Qiqihar Sub-Academy of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Qiqihar 161006, Heilongjiang, China)

To investigate the effects of different60Co-γ radiation dosages for broomcorn millet on the seed germination, growth and physiological characteristics of seedlings, the seeds of Qishu No.2 were used as the test material and treated with different60Co-γ radiation dosages of 0, 150, 200, 250, 300, and 350Gy, the changes in growth and physiological indexes of leaves were measured. The results showed that60Co-γ radiation had a strong impact on emergence rate, seedling height, leaf length, and fresh weight per plant. High radiation dosages (300 and 350Gy) could cause serious damage to the seeds and had a strong impact on seed germination and seedlings growth. Low radiation dosage (150Gy) could improve the germination of broomcorn millet as well as soluble sugar, proline, soluble protein, and malondialdehyde content in broomcorn millet. Median lethal dosage of broomcorn millet was 287Gy according to the median lethal formula.

Broomcorn millet; Seed germination; Seedling growth;60Co-γ radiation

10.16035/j.issn.1001-7283.2021.04.031

閆鋒，從事雜糧作物遺傳育種及栽培方面研究，E-mail：yanfeng6338817@126.com

李清泉為通信作者，從事雜糧作物育種研究，E-mail：zls1968@163.com

國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（CARS-07-06B）；農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新跨越工程雜糧雜豆科技創(chuàng)新專項(xiàng)（HNK2019CX05-06）；黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院級課題（2020YYF035）

2020-07-29；

2020-08-12；

2021-07-05