γ射线辐照对剑麻H.11648种子发芽及幼苗生长的影响

李俊峰，周文钊*，陆军迎，张燕梅，徐宏，黄志勇，黄燕萍

(1. 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东 湛江 524091；2. 海南省热带作物营养重点实验室，广东 湛江 524091；3. 江西省农业科学院原子能应用研究所，南昌 330200)



γ射线辐照对剑麻H.11648种子发芽及幼苗生长的影响

李俊峰1,2，周文钊1,2*，陆军迎1,2，张燕梅1,2，徐宏3，黄志勇3，黄燕萍3

(1. 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东 湛江 524091；2. 海南省热带作物营养重点实验室，广东 湛江 524091；3. 江西省农业科学院原子能应用研究所，南昌 330200)

摘要：为研究γ射线辐照对剑麻的生理生化变化的影响，用6个不同剂量的60Coγ射线辐照处理剑麻H.11648的干种子，测定处理后种子的萌芽率，以及种子萌芽后幼苗叶片的超氧化歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量，观测辐照对幼苗生长的影响。结果表明：30 Gy的辐照对剑麻H.11648种子萌发具有促进作用，较高剂量的辐照对种子萌发有抑制作用，且随着剂量的增大，抑制作用增强；幼苗叶片SOD酶的活性和MDA含量均随着辐照剂量的增加先升高后降低；辐照对幼苗的生长有抑制作用，剂量越高抑制作用越强。

关键词：60Coγ射线；剑麻H.11648；种子萌芽；SOD酶；MDA含量

剑麻(AgavesisalanaPerr.exEngelm.)是一种龙舌兰属的叶纤维植物，主要分布在美洲、非洲、大洋洲等热带亚热带高温干旱地带，其中墨西哥资源最丰富，是公认的龙舌兰属植物的起源中心[1]。剑麻纤维是国际上最重要的一种硬质纤维，具有强度高、韧性好、耐酸碱、不带静电等优点，在国际市场供不应求[2]。然而我国不是剑麻原产地，其剑麻种质主要从墨西哥、肯尼亚等国引进。目前我国剑麻生产仅有一个当家品种-剑麻H.11648，上世纪50年代由东非坦桑尼亚剑麻试验站育成，于上世纪六十年代引进我国[3]。自引进试种以来，剑麻H.11648表现出产量高，纤维质量良好等优点。但由于几十年来的单一种植，品种退化严重，容易感染斑马纹病[4]，一旦感病便发病严重，难于恢复生长，以致给麻农造成巨大损失。因此，生产上亟需增设新的剑麻栽培品种。然而，剑麻是多年生一稔作物，生命周期通常达到八到十年，利用常规方法育成一个品种一般需要二三十年乃至更长时间。辐射育种是生物育种的一种方法，具有安全可靠、变异性稳定，可以在短时间内完成新品种培育等优点[5]。60Coγ辐射是一种重要的辐射手段，在许多农作物育种中得到广泛的应用[6-7]。目前，关于剑麻常规育种有一些研究报道[8]，但有关辐射诱变育种的研究鲜见报道。本试验利用不同剂量的60Coγ射线处理剑麻H.11648种子，研究不同剂量辐照对其种子发芽及幼苗生理生化指标的影响，为剑麻辐射育种提供理论依据。

1材料与方法

1.1供试材料

供试剑麻H.11648种子为2012年11月下旬收获的新种子，种子采集地点为广西国有农垦山圩农场。采后通风干燥，置于阴凉处塑料袋封存。种子净度约为57.1%，千粒重约为19.9 g。处理时净种子平均含水量为9.13%。

1.2试验方法

1.2.1辐照处理

将剑麻H.11648种子装入牛皮纸袋内，于2012年12月上旬在江西省农业科学院原子能应用研究所钴源室进行辐照处理，辐照剂量分别为30 Gy、60 Gy、90 Gy、120 Gy和150 Gy，剂量率为0.44 Gy/min。以未辐照种子为对照，每个处理种子重量约为200 g。

1.2.2种子发芽试验

处理后的一部分种子用0.5%的次氯酸钠溶液浸泡20 min消毒，接着用蒸馏水清洗三遍，然后平铺在铺有湿滤纸的培养皿内，置于生化培养箱内26℃恒温培养。每处理200粒种子，3次重复。种子萌发后以胚加上下胚轴达到或超过种子长度为标准记载发芽数。统计完后将萌发种子种入育苗盆中，置于温室大棚培养，常规管理。

1.2.3幼苗生理生化指标及生长指标测定

取在育苗盆中培育20 d的幼苗叶片进行生理生化指标测定，每个处理随机取3株幼苗，3个重复。采用氮蓝四唑(NBT)显色法测定超氧化歧化酶(SOD)活性[9]，硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛(MDA)含量[10]。温室大棚培育第20天开始测量幼苗株高、叶片长和叶片宽，每个处理随机取10株，3个重复共30株，每5天测量一次，共测定6次，计算其平均值。

1.2.4数据分析

对以上所获得的数据采用Excel 2007绘制图表，用SAS 9.0处理软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同辐照处理对剑麻H.11648种子萌发的影响

由图1可以看出，30 Gy辐照处理剑麻H.11648种子的发芽率随着天数增加而快速增大，辐照后第5天其发芽率达到21.3%，第6天达到54.6%，第8天达到81.6%，第8天之后萌发速度明显放缓；对照第7天才开始萌芽(36.2%)，之后快速萌发，第9天发芽率达到82.6%，第9天之后种子没有进一步发芽；60 Gy辐照处理种子发芽率呈稳步上升趋势，第8天之后萌发速度也明显放缓；当辐照剂量超过90 Gy时种子发芽延迟，150 Gy处理的种子直至第9天才开始发芽；辐照后第12天之后所有种子没有进一步发芽。

图1　不同剂量γ射线辐照对剑麻H.11648种子发芽率的影响(平均值±标准误)

2.2不同辐照处理对剑麻H.11648幼苗SOD酶活性和MDA含量的影响

如图2所示，剑麻H.11648幼苗的SOD酶活性和MDA含量均随着辐照剂量的增加先升高后降低，在90 Gy时出现峰值。

A)SOD酶活性的变化趋势；B)MDA含量的变化趋势

图2辐照对剑麻H.11648幼苗SOD酶和MDA含量的影响

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

2.3不同辐照处理对剑麻H.11648幼苗株高、叶长和叶宽的影响

如表1所示，γ射线辐照处理对剑麻H.11648幼苗的生长有显著影响。其株高、叶长和叶宽均随着辐照剂量的增加而减小，不同处理剂量间有极显著差异。其叶形指数也是随着辐照剂量的加大而逐渐减小。

表1辐照对剑麻H.11648幼苗生长的影响

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

剂量(Gy)株高(cm)叶长(cm)叶宽(cm)叶形指数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)表中数据为剑麻H.11648幼苗生长指标测定数据的6次测定平均值±标准差；(2)同列数据后小写英文字母不同者表示经Duncan法检验差异显著，大写英文字母不同者表示差异极显著。

如图3所示，随着定植时间的增加，剑麻H.11648幼苗在不断地生长(株高、叶长、叶宽逐渐增大)。其幼苗的生长受到γ射线辐照的抑制，剂量越高抑制作用越强。在定植30天内，低剂量(30 Gy)处理对幼苗生长的影响与对照相比没有显著差异；定植25天内，90 Gy剂量处理与60 Gy处理对幼苗生长的影响没有显著差异；而150 Gy与120 Gy剂量处理对其幼苗生长的影响在定植35天内均无显著差异。在定植35天后不同剂量之间对其幼苗的生长开始有显著的差异。幼苗叶片叶形指数随着定植天数的增加而逐渐增大，而辐照剂量越大其叶形指数越小，并随着定植天数的增加不同剂量之间叶形指数的差异越来越显著。

A)株高变化；B)叶长变化；C)叶宽变化；D)叶形指数变化

3讨论

3.1不同辐照处理对剑麻种子萌发的影响

谭美莲等认为60Coγ辐照对蓖麻种子萌芽有延缓作用，但最终发芽率影响不明显[11]。而本研究剑麻种子萌芽试验表明，60Coγ辐照对剑麻H.11648种子的萌发有显著的影响，低剂量(30 Gy)辐照对种子萌发有促进作用，其种子发芽累积数大于对照；高剂量(90 Gy以上)辐照对种子萌芽有延缓效应，随着辐照剂量的增加延缓效应逐渐增强，最终抑制种子的萌芽，其发芽率显著低于对照。低剂量辐照促进种子萌发与诸多因素有关[12]。Maherchandani等将促进野燕麦(AvenafatuaL.)种子萌芽的因素归功于低剂量的γ辐照提高了细胞摄取氧的能力，导致有机和无机过氧自由基的产生，最终导致种子休眠的打破[13]。尽管剑麻种子没有休眠期，本研究结果表明低剂量γ辐照确实促进了种子的萌发。根据前人的研究结果推测高剂量γ辐照可能造成细胞染色体的损害从而抑制了种子的萌发[14]。具体的原因有待进一步的试验验证。

3.2不同辐照处理对剑麻幼苗生理生化及生长的影响

前人研究表明，诱变可引起植物体内活性氧含量增加，从而导致抗氧化酶活性及MDA含量等生理指标发生变化[15]。本研究的生理生化指标测定结果表明，在90 Gy以下剂量范围，膜脂过氧化增强，细胞内活性氧等有害物质含量增加，从而刺激剑麻幼苗SOD酶活性增强和MDA含量的增加，修复辐照对细胞产生的损伤；但随着辐照剂量的不断加大，有害物质积累过多，对细胞内原有正常的保护反应和原保护系统酶产生的干扰及破坏作用不断加剧，导致脂膜过氧化反应和酶代谢紊乱，使得SOD酶活性和MDA含量达到一定峰值后开始逐渐下降。

有研究认为植物株高主要是由多基因控制的定量性状，每个基因都有微量效应，这就是所谓的遗传加性效应[16]。鉴于此，本研究认为γ辐照对剑麻株高、叶长、叶宽的影响是逐步累积的，在剑麻幼苗生长初期的抑制作用并不明显，需要一段时间(处理47天后)才会产生显著的影响。这一结果与易立飒等在油茶种子γ辐照试验中的研究结论一致[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

中图分类号：S563.8

文献标识码：A

作者简介：李俊峰(1980-)，男，硕士，助理研究员，研究方向为剑麻育种。E-mail：317513292@qq.com。*通讯作者：周文钊(1965-)，男，学士，副研究员，研究方向为剑麻育种。E-mail：zwenzhao@163.com。

基金项目：中国热带农业科学院南亚热带作物研究所基本科研业务费专项资助(1251022011010)；现代农业产业技术体系(CARS-19)

收稿日期：2015-12-29

文章编号：1671-3532(2016)02-0049-05