3种不同诱变方式对普那菊苣种子的刺激生长效应

王曾珍,白史且,2

（1.四川农业大学草业科学系,四川雅安 625014；2.四川省草原科学研究院,成都犀浦 611731）

普那菊苣Cichorium intybuscv.Puna为菊科菊苣属多年生草本植物,直根系,茎有条棱,叶披针形,花序头状,呈蓝紫色。种子楔形,千粒重1.2～1.5 g[1]。喜温暖湿润气候,对温度较敏感,但根水分含量较低时能耐受较低的温度[2]。耐热,在夏季高温季节只要水肥充足,仍具有较强的再生能力；对土壤要求不严,耐盐碱,对氮肥敏感[3-4]；抗旱性较强；但根颈易因过牧或践踏而暴露损伤,在较湿土壤中也易受各种病虫害侵染,从而影响其寿命[5]。具有生态幅度广、产草量高、营养丰富、适口性好、利用价值高、用途多等优良特性,适应于南方地区种植,是一个具有重要经济价值和开发潜力的新型优质饲料作物,在南方草食畜禽养殖中利用广泛[6]。

试验通过分析3种不同人工诱变对普那菊苣的影响,以期寻找出最佳的诱变方法,为培育具有优质饲草性状和抗逆性状的菊苣新品种提供参考和育种的中间材料。

1 材料与方法

1.1 材料普那菊苣种子,由四川省草原科学研究院提供。

1.2 方法

1.2.1处理

辐射诱变：将供试材料的种子于2008年9月22日在四川省农科院生物技术核技术研究所辐照场用60Co-γ射线辐射,设置了4个处理,辐射剂量分别为 100、150、200、300 Gy,剂量率为 2.4 Gy/min,每剂量处理种子数量为600粒。

化学诱变：将清选后的普那菊苣种子用清水预浸种处理16 h,分别装入纱布网袋中,利用NaN3（0.000 5、0.001 0、0.001 5、0.002 0 mol/L）的不同浓度（均以磷酸缓冲液为载体）,对普那菊苣的种子进行了浸种诱变处理,处理时间为12 h（置于26℃的培养箱中进行）,每剂量处理种子数量为600粒；不同化学诱变剂处理后的种子分别再用清水反复冲洗4 h。并以清水浸种处理的为对照。

航天诱变：普那菊苣种子经返回式科学与技术试验卫星搭载,于2008年10月15日17：10在中国酒泉卫星发射中心由长征二号丙运载火箭发射升空,经过17 d的轨道运行,于2008年11月2日10：20在四川省中部回收着陆。轨道高度距地面在200～300 km,舱内温度为 10～30℃,真空度为10-9～10-5Pa,微重力为10-3～10-5g,2份材料分别命名为SAG0001和SAG0002,处理种子数量均为600粒。

1.2.2室内试验

1.2.2.1观察不同诱变处理对菊苣M1代和SP1代的发芽势和发芽率的影响：将诱变种子及对照播种于直径为80 mm的培养皿内,以双层滤纸为发芽床,放置于25℃的恒温恒湿培养箱内进行发芽,且每天通气并注意保湿。5 d计算发芽数（以子叶外露长度超过种子大小的一半以上为发芽）,10 d发芽结束,统计发芽率,各处理分别统计了100余粒种子的发芽数和发芽率,重复3次,结果以其平均值表示[7]。种子发芽指数（GI）按下列公式计算：

式中,Gt为在t日内的发芽数,Dt为相应的发芽天数。

1.2.2.2观察不同诱变处理对菊苣M1代和SP1代幼苗根系生长的影响：在统计发芽率的过程中,每天记录根长变化、根的生长速度以及比较根的形态变化,直至发芽试验的第12天为止[8]。

1.2.2.3观察不同诱变处理对菊苣M1代和SP1代幼苗茎叶和根系鲜质量的影响：在发芽试验的第12天,对每处理随机抽取30株幼苗,剪下幼苗的茎叶和根系,用滤纸吸干表面水分后称鲜质量。

1.3 数据分析采用Excel和SPSS等分析软件对观测性状和试验数据进行统计和处理。

2 结果与分析

2.1 3种不同诱变方式对菊苣种子发芽情况的影响

2.1.1辐射诱变对种子发芽情况的影响 由表1不难看出,各辐射剂量的平均发芽率均低于对照,但发芽指数除300 Gy外,其余剂量均高于对照。尤其是150 Gy能显著提高菊苣种子的发芽指数。

从图1中可以看出,对照种子在发芽试验的第3天到达发芽高峰,而后迅速下降。而100与150 Gy则是在第4天达到发芽高峰,200与300 Gy辐射剂量在发芽第3天后则是逐步回落,表明其在后续时间里仍然保持着一定的发芽力。

表1 辐射诱变对种子发芽的影响

图1 辐射剂量对种子发芽的影响

2.1.2化学诱变对种子发芽情况的影响 如表2所示,化学诱变后的种子发芽率都接近对照,但发芽指数都较对照高,尤其是0.001 5 mol/L能显著提高菊苣种子的发芽指数,比对照高出1.24倍。

表2 化学诱变对种子发芽的影响

图2反应了各不同化学剂量处理的菊苣种子在发芽试验的第3天均达到发芽高峰,且0.001 5 mol/L的日平均发芽数明显高于对照,并且各不同化学剂量的种子后续发芽能力都普遍高于对照。

2.1.3航天诱变对种子发芽情况的影响 从表3看出,航天材料SAG0001发芽率很低,仅为CK材料发芽率的1/10,而航天材料SAG0002的发芽指数明显高于对照,并且其发芽指数是航天材料SAG0001的10倍。

图2 化学剂量对种子发芽的影响

表3 航天诱变对种子发芽的影响

图3表明上述3份材料都在发芽试验第3天迎来发芽高峰,而后迅速下降,航天材料SAG0002的发芽数高于对照,但其持续发芽能力较对照略低,而航天材料SAG0001则一直处于相当低的发芽状态。

最后对所有处理材料进行方差分析,得到结果如表4。

图3 航天诱变对种子发芽的影响

表4 菊苣种子发芽情况的方差分析

在方差分析表中,处理间的显著水平P＜0.05,说明处理间存在显著差异。但对本试验而言,方差分析的目的不仅在于了解一组处理间总体上有无实质性差异,更在于了解哪些处理间存在真实差异,故需进一步做处理平均数间的比较,本试验选择新复极差法进行多重比较（表5）。

从结果可知,150 Gy、0.002 mol/L与0.001 5 、0.000 5 、0.001 mol/L,100 、200 Gy 之间差异不显著,0.001 5、0.000 5、0.001 mol/L,100、200 Gy与 300 Gy、SAG0002、CK之间差异不显著,而 150 Gy、0.002mol/L 与 300Gy、SAG0002、CK之间差异显著,并且上述所有处理都与SAG0001差异显著；在1%的极显著水平上,150 Gy与CK之间差异极显著,而SAG0001与其他所有的处理间差异极显著。

表5 不同处理间方差分析结果

2.2 3种不同诱变方式对菊苣幼苗根系生长的影响

2.2.1辐射诱变对幼苗根系生长的影响 图4表明,各辐射剂量处理过的种子根系生长较对照缓慢,但150和200 Gy处理的种子根系生长相对其他2个剂量处理较快。

图4 辐射剂量对幼苗主根生长的影响

2.2.2化学诱变对幼苗根系生长的影响 从图5可以看出,对照材料前期生长速度较快,在第8天后生长速率放缓,而化学诱变种子的根系生长速度一直呈稳步增长的模式,开始逐步接近对照,到第12天0.0015 mol/L处理的根系长度超过对照。

2.2.3航天诱变对幼苗根系生长的影响 图6表明航天SAG0001的根系生长速度与对照接近,并在第12天超过了对照；而航天SAG0002的根系生长速度则远高于对照,主根长度是对照的1.4倍。

图5 化学剂量对幼苗主根生长的影响

图6 航天诱变对幼苗主根生长的影响

最后对所有处理材料进行方差分析,如表6所示,得到如下结果。

表6 菊苣幼苗主根生长情况的方差分析

在方差分析表中,处理间的显著水平P＜0.05,说明处理间存在显著差异。因此本试验选择新复极差法进行多重比较（表7）。

从结果可知,SAG0001、0.0015 mol/L、CK 、0.001 mol/L 、0.002 mol/L 、0.0005 mol/L 、200 Gy 、150 Gy 、300 Gy、100 Gy 各处理之间差异不显著,但上述所有处理均与SAG0002的差异显著；在1%的极显著水平上,SAG0002与SAG0001的差异不显著,且SAG0001与0.0015 mol/L、CK、0.001 mol/L 、0.002 mol/L 、0.000 5 mol/L 、200 Gy、150 Gy 、300 Gy 、100 Gy 的差异也不显著,但SAG0002与 0.001 5 mol/L、CK 、0.001 mol/L、0.002 mol/L 、0.000 5 mol/L 、200 Gy 、150 Gy、300 Gy、100 Gy之间呈极显著差异。

表7 方差分析结果

2.3 3种不同诱变方式对菊苣幼苗茎叶和根系鲜质量的影响

2.3.1辐射诱变对幼苗茎叶和根系鲜质量的影响

如图7所示,除100 Gy的根系鲜质量大于对照外,其余辐射处理的根系鲜质量都低于对照,且辐射处理之间呈现明显的剂量效应[9],即根系鲜质量随着辐射剂量的增加而递减；而在茎叶鲜质量方面,除100 Gy以外,其余辐射剂量都高于对照。

图7 辐射诱变对幼苗叶和根系鲜质量的影响

2.3.2化学诱变对幼苗茎叶和根系鲜质量的影响如图8所示,化学处理过的种子根系鲜质量都低于对照,其中以0.002 0 mol/L根系鲜质量值最高,除0.000 5 mol/L外,其余处理则随着剂量增加而出现递增趋势；茎叶鲜质量随着化学剂量的增加而递增,在0.0015 mol/L达到最大值,而后略有回落,但0.0015和0.002 0 mol/L的茎叶鲜质量都大于对照值。

图8 化学诱变对幼苗叶和根系鲜质量的影响

2.3.3航天诱变对幼苗茎叶和根系鲜质量的影响由图9可以看出,航天材料SAG0001的根系鲜质量接近对照值,而SAG0002的根系鲜质量则超高于对照；并且两份航天材料的茎叶鲜质量都远高于对照值,SAG0001的茎叶鲜质量是对照的1.43倍,而SAG0002的茎叶鲜质量更是对照的1.46倍。

图9 航天诱变对幼苗叶和根系鲜质量的影响

3 讨论与结论

3.13种不同诱变方式对菊苣种子发芽情况的影响辐射诱变材料剂量在300 Gy以下,其发芽指数均高于对照值,且以150 Gy尤为显著；说明60Co-γ射线对普那菊苣种子的萌发具有刺激效应。出现该现象的主要原因可能是经过辐射后,引起种子内部生物自由基或有关酶活性的变化,从而提高了种子的新陈代谢水平,促进了种子的萌发[10]。其中辐照剂量为150 Gy的处理对种子发芽的促进作用远远大于其他处理,为刺激种子发芽的最适剂量。本试验结果表明：低剂量辐射可明显提高普那菊苣种子的发芽指数,刺激幼苗的生长。

化学诱变后的种子发芽指数都高于对照,尤其是0.001 5 mol/L能显著提高菊苣种子的发芽指数,比对照高出1.24倍。说明NaN3对普那菊苣种子的发芽有明显的促进作用。

航天材料SAG0001发芽指数很低,而航天材料SAG0002的发芽指数明显高于对照,并且其发芽指数是航天材料SAG0001的10倍。这可能是受到空间微重力、宇宙中高能粒子、宇宙射线等综合因素辐射不均的影响,其中以高能量的重粒子射线诱变效应最强,导致植物细胞产生损伤和遗传的突变[11],使 2份材料产生了截然相反的效应。

3.23种不同诱变方式对菊苣幼苗根系生长的影响各辐射剂量处理过的种子根系生长较对照缓慢,说明60Co-γ射线对普那菊苣种子根系生长具有抑制效应,一定程度上延缓了根系的正常生长,但就辐射各剂量本身而言,都呈缓慢匀速增长,其中以150和200 Gy处理的种子根系生长较快。这也一定程度说明了低剂量辐射较高剂量有利于菊苣根系的生长。另一方面,经过辐射处理的种子,特别是辐射剂量太大的处理,部分种子发芽后表现出只长根不长叶或只长叶不长根,然后逐渐发霉死亡；叶片畸形、卷曲；发芽之后,根系呈褐色,不再生长,几天之后逐渐死亡等现象。这可能是因为种子经过γ射线的照射后,能量在种子中的沉积引起种子不同程度的损伤,使其胚中分生组织细胞的分裂过程受到严重的抑制,但对伸长过程影响不大,所以种子基本能正常发芽,但在生长过程中抑制作用会逐渐显现,最后导致幼苗死亡,从而引起生物学特性的改变。这与王文恩等[12]和韩贵清等[13]的研究结果有相似之处。

而化学诱变种子的根系生长速度一直呈稳步增长的模式,开始逐步接近对照,甚至在第12天0.001 5 mol/L的根系长度已经超过了对照。这说明NaN3各处理对普那菊苣根系生长初期影响不显著,随着幼苗的生长时间的推移,剂量高于0.001 5 mol/L的化学处理表现出了一定的抑制效应。

航天SAG0001的根系生长速度与对照接近,并在第12天超过了对照；而航天SAG0002的根系生长速度则远远高于对照,主根长度是对照的1.4倍。说明空间处理对航天SAG0002的根系生长起到了极大的促进作用。

3.33种不同诱变方式对菊苣幼苗茎叶和根系鲜质量的影响从辐射对幼苗根系生长的影响来看,100 Gy的辐射剂量是一个临界点,高于该剂量时,随剂量的增大,对主根的抑制作用加强。而在茎叶鲜质量方面则相反,除100 Gy以外,其余辐射剂量也都高于对照。说明100 Gy的辐照剂量可能有利于主根生长而抑制了茎叶的生长。

化学处理过的种子根系鲜质量都低于对照,说明化学处理一定程度上抑制了幼苗主根的生长；以 0.002 0 mol/L根系鲜质量值最高,除0.000 5 mol/L外其余处理则随着剂量增加而出现递增趋势；在茎叶鲜质量方面,呈现明显的计量效应,各处理随着化学剂量的增加而递增,在0.001 5mol/L达到最大值,而后略有回落,且0.001 5和0.002 mol/L的茎叶鲜质量都大于对照值,说明高剂量的化学诱变处理可以促进幼苗茎叶的生长。

航天材料SAG0001的根系鲜质量接近对照值,说明空间环境对SAG0001的根系生长影响不大,而SAG0002的根系鲜质量则超过了对照,说明空间环境促进SAG0002的根系生长；并且2份航天材料的茎叶鲜质量都远高于对照值,SAG0001的茎叶鲜质量是对照的 1.43倍,而SAG0002的茎叶鲜质量更是对照的1.46倍。由此可见,空间环境对SAG0001的根系生长影响不大,但却能促进其茎叶的生长；对SAG0002而言,空间环境对其根系和茎叶生长同时起到了极大的促进作用。

通过对上述3种不同诱变方法的比较,可以看到,航天诱变后的种子在发芽指数、主根长度和茎叶、根系鲜质量上都与对照差异巨大,并且比辐射和化学诱变的种子的差异明显,尤其是航天SAG0002材料发芽率高,叶片宽大,根系生长速度都远远高于对照,可能是空间重力、宇宙中高能粒子、宇宙射线等因素综合影响的结果,较之单因素的辐射和化学诱变,航天诱变表现出了更大的变异性。从本次试验来看,发芽指数：化学诱变＞辐射诱变＞航天诱变；主根长度：航天诱变＞化学诱变＞辐射诱变；根系鲜质量：航天诱变＞辐射诱变＞化学诱变；茎叶鲜质量：航天诱变 ＞化学诱变＞辐射诱变。

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