电子束处理对茄子种子萌发和幼苗生长的影响

朱宗文，吴雪霞，张爱冬，查丁石

(上海市农业科学院设施园艺研究所,上海市设施园艺技术重点实验室,上海 201403)

物理辐射诱变是引起作物遗传物质变异，获得作物新种质的有效途径，在我国农作物育种和园艺作物育种中被广泛应用，创造了十分可观的经济价值[1-3]。电子直线加速器是一种利用高频电场加速沿直线形轨道运动的电子谐振加速装置，在农产品和食品灭菌保鲜方面已经被广泛应用[4-9]。电子束作为一种诱变源近年来在植物育种上也得到了一定的应用[10-12]，但在蔬菜新品种选育中应用较少。茄子是我国一种重要的蔬菜，已有上千年的栽培历史。由于地方品种众多，种植地域性较强，且与国外优质品种存在一定差异，因而搜寻和创造优良茄子种质资源具有十分重要的意义。本研究采用不同剂量的电子束辐照处理2个茄子高代自交系材料的种子，探讨电子束处理对茄子不同萌发状态种子的诱变效应，旨在为其辐照诱变育种适宜剂量的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

所用材料07-15和25-5为高代自交系茄子，种子由上海市农业科学院设施园艺研究所提供。根据试验处理不同材料种子分别编号为：C1(07-15干种子)，C1y(07-15 PEG渗透调节引发种子)，C2(25-5干种子)，C2y(25-5 PEG渗透调节引发种子)。试验所用种子为同一批次，并经发芽试验观测发芽率一致，原始含水量为8%。

1.2 方法

1.2.1 PEG渗透调节引发处理

将干种子用0.3% NaClO消毒5 min，用蒸馏水清洗干净后放入25% PEG(PEG-6000)中进行渗透调节引发处理，溶液完全浸没种子，温度为25 ℃。每天更换1次引发溶液，引发时间为5 d。引发结束后用蒸馏水将种子快速清洗干净，用滤纸吸干表面水分后于35 ℃晾干至处理前含水量(8%)。

1.2.2 电子加速器处理

将干种子和经引发的种子分别装入牛皮纸袋内，在上海市农业科学院束能辐照技术有限公司用ESS-010-03型电子直线加速器辐照装置(日本IHI公司)进行电子加速器辐照处理，额定能量为10 Mev，功率10 kW。辐照剂量分别为200 Gy、300 Gy、400 Gy、500 Gy、600 Gy、700 Gy、800 Gy、900 Gy和1 000 Gy，以未辐射的干种子和引发种子为对照。

1.2.3 发芽试验

用透明塑料发芽盒(12 cm×12 cm×5 cm)进行发芽试验，每粒种子间留有种子直径5倍的间距。将种子放入铺有两层发芽纸的发芽盒中，30 ℃恒温生化培养箱内发芽。每处理100粒种子，3次重复。按农作物种子检验国家标准，第7天测定种子发芽势，第14天统计发芽率，计算发芽指数和活力指数。

发芽率(Gr)=∑Gt/NT×100 %，发芽指数(Gi)=∑(Gt/Dt)，活力指数(Vi)=Gi×S。其中，Gt表示在t日的发芽数，Dt表示相应的发芽天数，NT表示种子总数，S表示发芽终期幼苗的高度(cm)。

1.2.4 种子萌发后胚根测量和根系活力测定

种子萌发结束后，对各辐照剂量处理萌发幼苗进行胚根长度的测定，然后对胚根进行根系活力的测定。根系活力测定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法，以单位质量鲜根的TTC还原强度表示[13]。

1.2.5 出苗率和幼苗存活率观测

将电子束处理的种子播种在育苗盘中，每个辐照剂量播种1 000粒，统计出苗率。两周后统计幼苗存活率。出苗率=出苗数/播种数×100%；幼苗存活率=存活苗数/出苗数×100%。

1.2.6 幼苗生长观测

每个辐照剂量选取幼苗100株定植于32孔穴盘中，待对照为六片真叶时对幼苗生长和生物量积累情况进行观测，并对畸形苗和发育异常苗进行统计。

1.3 数据分析

采用SPSS 16.0统计软件和Excel 2003软件进行数据统计及相关分析。

2 结果与分析

2.1 电子束处理对茄子种子萌发的影响

电子束处理对茄子种子萌发产生了显著影响(表1)。当辐照剂量≥700 Gy时，C1处理的发芽率与对照相比显著下降，1 000 Gy时发芽率为41.7%，种子萌发受到极大限制；Gi和Vi在辐照剂量≥400 Gy时显著低于对照。当辐照剂量≥700 Gy时，C1y处理对电子束辐照较C1处理更为敏感。当辐照剂量≥600 Gy时，C2处理的发芽率与对照相比显著下降，1 000 Gy时发芽率仅为38.7%；Gi在辐照剂量≥600 Gy时显著低于对照，Vi在辐照剂量≥300 Gy时显著低于对照。当辐照剂量<600 Gy时，C2y处理的发芽率与C2较为一致，辐照剂量≥600 Gy时，C2y处理的发芽率下降幅度大于C2；电子束处理后C2y的Vi敏感性高于Gi。结果表明，2个茄子材料的干种子和引发种子对电子束处理的敏感性不同；Vi下降幅度大于Gi主要是因为辐射处理抑制了胚芽和胚根的生长。

表1 不同剂量电子束处理对茄子种子发芽率、发芽指数和活力指数的影响

注：同列数据后不同小写字母代表存在显著差异(P<0.05)，下同

2.2 电子束处理对茄子种子萌发后幼苗生长的影响

从图1和图2可以看出，电子束处理后，茄子幼苗形态受到显著影响。由于高于600 Gy的电子束处理种子发芽后基本处于露白的生长停滞状态，所以未对其胚芽和胚根进行测量。随着辐照剂量的上升，幼苗生长受到的限制越显著。C1和C1y处理在辐照剂量达到600 Gy时胚根伸长幅度大大受到限制，基本处于生长停滞状态；C2和C2y处理在辐照剂量达到400 Gy时胚根生长受到严重影响，高于500 Gy后基本处于生长停滞状态。从图3可以看出，C2和C2y处理在辐照剂量低于200 Gy处理时，根系活力强于C1和C1y处理，当辐照剂量高于300 Gy时，C2和C2y处理的胚根根系活力下降快于C1和C1y处理。总体上看，C2和C2y处理随着辐照剂量增大胚根生长受到抑制程度大于C1和C1y处理，表明2个材料对辐射的敏感性不同。

2.3 电子束处理对茄子种子出苗和幼苗存活率的影响

对各辐照剂量处理的种子播种后统计出苗率，并在出苗2周后统计幼苗存活情况(图4)。经不同辐照剂量处理后，07-15干种子出苗率最高，25-5干种子和07-15引发种子出苗率基本一致，25-5引发种子在辐照剂量≥600 Gy时出苗率最低。电子束处理后2个茄子材料的幼苗存活率与出苗率总体趋势一致，存活率表现最好的是07-15干种子，表现最差的是25-5引发种子。茄子幼苗存活率为50%时，辐照剂量分别为：07-15干种子(C1)600 Gy，07-15引发种子(C1y)500 Gy，25-5干种子(C2)500 Gy,25-5引发种子(C2y)400 Gy。

2.4 电子束处理茄子种子的半致死剂量(LD50)

在辐射育种中，一般选取半致死剂量LD50(照射种子或者某一器官成活率占50%的剂量)作为诱变育种的合适辐照剂量[14]。从种子萌发(表1)、幼苗存活(图4)以及幼苗胚根生长情况可以得出，电子束处理的半致死剂量(LD50)：C1为600 Gy左右，C2为500 Gy左右，C1y为500 Gy左右，C2y为400 Gy左右。经25%PEG渗透调节引发处理的种子对电子束较敏感，其LD50低于干种子100 Gy左右。

2.5 LD50处理对茄子幼苗生长发育的影响

2个茄子材料的干种子和引发种子LD50处理后，幼苗生长指标与对照相比受到显著影响(表2)，表现最为显著的是株高，其中C1yLD50处理后株高表现最好，达到了10cm以上；茎粗、鲜重和干重较对照均显著降低。LD50处理后，2个茄子材料的幼苗畸变率均超过了50%，其中引发种子的幼苗畸变率在80%以上，这对从中获取茄子新种质资源大有帮助。

表2 LD50处理对茄子幼苗生长的影响

3 讨论

在农作物种子辐射诱变中，一般随着辐照剂量增加，种子发芽率和种子活力下降明显，幼苗存活率也迅速下降，因此辐照剂量的选择尤为重要。半致死剂量(LD50)既能保证幼苗一定的存活量，又能保证辐射后细胞产生有利突变的概率，在辐射诱变育种中被广泛采用[14]。本试验中超过600 Gy的电子束辐照处理大大降低了种子的萌发率，并对种子活力产生了严重的影响。不同材料间辐射敏感性存在差异，07-15抗辐射能力强于25-5。不同萌发状态种子对电子束的敏感性也存在一定的差异，通过发芽试验和幼苗存活试验可以看出，渗透调节引发处理使种子内预发芽代谢活动产生变化，对辐射敏感性也产生影响。本试验确定了2个茄子材料合适的半致死剂量(LD50)，为今后茄子电子束辐射育种提供了参考。物理辐射诱变育种作为一种提高染色体变异的有效手段在农作物育种中被广泛使用[15-19]。近年来电子束辐照处理作为一种无辐射源的新型辐照技术，在国内应用广泛，已成为一种理想的γ射线辐照替代技术，并在农作物育种中得到很好的应用[20]。张启明等[21]用10—15 Gy剂量电子束辐照睡莲‘科罗拉多’植株，在辐照后第二年和第三年均出现变异株,RAPD分析表明，电子束处理可引起花色基因的变异。翟敬宇[11]研究发现，用电子束辐照翠竹种苗可以引起叶色、叶形和株高发生显著变异，RAPD分析表明，电子束处理使翠竹基因组DNA发生了变异。王阳等[10]研究发现，电子束辐照百合鳞茎能够引起百合植株DNA发生变异，且一定范围内的合适辐照剂量与诱变频率呈正相关。黄强等[22]研究发现，电子束辐照玉米种子可以在M3代株系中引起丰富的遗传变异。张容等[23]利用电子束辐照小麦干种子，引起了丰富的变异。本研究发现，电子束处理对不同萌发状态的茄子种子萌发和植株生长产生了显著的影响。处理后早期幼苗上胚轴子叶带帽现象严重，下胚轴生长受到显著抑制，并随辐照剂量增大表现更为明显。幼苗存活率表明，超过合适剂量的辐照处理大大降低了幼苗的存活率，幼苗死亡的原因主要是由于过强的辐照严重抑制了下胚轴的生长，幼根处于生长停滞状态，不能进行水分和养分的吸收。存活幼苗植株体形态变异明显，主要表现为叶片大小的变化、分枝数量的增加、主茎矮化严重和须根根系复杂化。这些植株体形态的变化很可能是其遗传物质变异的外在表现，后续试验将对其后代继续进行种植并对其遗传物质进行相关分析，以期找到表现优异的变异株，为茄子育种种质创新提供帮助。