137Cs γ 射线对绿豆种子诱变效应及适宜诱变剂量探讨

申慧芳，郭 锋

（1.山西农业大学基础部，山西太谷030801；2.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

绿豆作为主要的杂粮作物之一，是一种医食同源作物，也可粮菜兼用，其营养价值和经济价值极高。而且绿豆生育期短、适播期长、抗旱、耐瘠薄，种植方式比较粗放[1-2]，在我国南方和北方地区广泛种植，深受人们的喜爱。随着人们生活水平的不断提高以及膳食结构的改善，对绿豆的需求越来越多。为了满足这一要求，急需培育出更多优质高产的绿豆新品种。

大量研究和实践证明，辐射诱变技术在新种质资源的创制及农作物品种改良方面作出了突出贡献，已为世界许多国家带来数十亿美元的经济收益[3]。作为自花授粉作物，绿豆的性状可以通过辐射诱变技术进行有效改良，选育出优良品种供生产应用。目前，研究报道的绿豆诱变育种所用射线主要是60Co γ 射线[4-5]，而利用137Cs γ 射线作为诱变因子在别的作物上虽然已有报道[6-14]，但137Cs 衰变所释放的γ 射线对绿豆的诱变效应鲜见报道。由于60Co γ射线和137Cs γ 射线能量不同，在实际的育种实践中不能完全照搬60Co γ 射线诱变的研究结果，因此，研究137Cs γ 射线对绿豆种子的诱变效应，确定适宜的诱变剂量具有重要的意义。

本研究采用不同剂量的137Cs γ 射线对6 个不同品种的绿豆干种子进行辐射诱变处理，研究不同剂量137Cs γ 射线对绿豆幼苗的辐射效应，估算适宜绿豆辐射诱变的剂量范围，旨在为开展绿豆辐射诱变育种与性状改良奠定一定的理论基础。

1 材料和方法

1.1 供试材料

所选用的供试材料分别为晋绿豆2 号、晋绿豆3 号（山西农业大学基础部杂粮辐射育种组提供）、苏绿5 号（江苏省农业科学院提供）、黄绿豆（张家口农业科学研究所提供）、冀黑绿0506 和冀绿13 号（河北省农林科学院粮油作物研究所提供）。

1.2 试验方法

1.2.1137Cs γ 射线辐照处理 将6 个品种绿豆干种子装入信封内，在浙江省农业科学院作物和核技术利用研究所浙江辐照中心进行137Cs γ 射线辐照处理，辐照剂量分别为 200、300、400、500、700、900 Gy；同时以未辐照（辐照剂量为0）作为对照。

1.2.2 室内幼苗试验 挑选经辐照处理后籽粒饱满的种子，均匀摆放在铺有湿润滤纸的培养皿中（直径15 cm），每皿50 粒种子，每个剂量重复3 次，以未辐照干种子作为对照；发芽培养于恒温（（25±1）℃）培养箱中进行，于第2 天统计发芽情况，第6 天测量苗高和根长。

1.3 统计分析

采用SPSS 25.0 软件对试验所得数据进行分析；多重比较采用新复极差法进行。

2 结果与分析

2.1 不同剂量137 Cs γ射线对绿豆种子发芽率的影响

从表1 可以看出，与CK 相比，随着剂量的增加，6 个品种绿豆种子发芽率整体均呈下降趋势，而且在低剂量处理情况下，大部分品种绿豆种子发芽率大于CK。这与用137Cs γ 射线处理毛竹种子的诱变效应相似[10-11]。

表1 不同剂量的137Cs γ 射线对6 个绿豆品种种子发芽率的影响

但是从表1 还可以看出，本研究所用不同剂量的137Cs γ 射线辐照处理对6 个绿豆品种种子的发芽没有明显的影响。有研究报道，500 Gy 以下剂量的60Co γ 射线辐照处理对绿豆的发芽率没有产生显著影响[15-16]。本研究结果发现，剂量小于1 000 Gy的137Cs γ 射线对绿豆发芽影响不明显，这可能是由于137Cs γ射线的能量小于60Co γ 射线，137Cs γ 射线对绿豆种子的损伤能力小于同剂量的60Co γ 射线。137Cs γ射线对水稻生物学效应的研究表明，137Cs γ 射线产生的生物效能低于60Co γ 射线[14]，本研究结果与该结论相似。

2.2 不同剂量137Cs γ 射线对绿豆幼苗生长的影响

从图1 可以看出，不同剂量137Cs γ 射线对6 个品种绿豆幼苗生长均产生一定的辐射效应，总体表现为随着剂量的升高，苗高和根长均逐渐降低（剂量为200 Gy 时，黄绿豆的苗高和苏绿5 号的根长除外）；高剂量137Cs γ 射线辐照处理对不同品种绿豆幼苗苗高和根长的影响程度各不相同，900 Gy 剂量处理情况下，与CK 相比，晋绿豆2 号、晋绿豆3 号、苏绿5 号、黄绿豆、冀黑绿0506 和冀绿13 号幼苗的苗高分别减少了66.84%、56.54%、67.32%、23.28%、49.39%和56.48%，根长分别减少了50.0%、65.93%、58.43%、53.33%、64.18%和36.54%；不同种皮颜色的绿豆品种其影响程度不同，137Cs γ射线对黄绿豆苗高的影响小于其他2 种种皮的绿豆，表明黄绿豆对137Cs γ 射线的敏感性较弱。

2.3 绿豆适宜诱变剂量分析

适宜诱变剂量的选择是植物辐射诱变育种成功的关键因素之一，适宜诱变剂量既要求有M1足够的植株成活率，同时子代中又能产生较高的突变频率和较多的突变类型，其确定一般采用半致死剂量（LD50）、半致矮剂量（HD50）和活力指数下降 50%的剂量（VID50）等[17-19]。本研究以不同品种绿豆辐照处理后幼苗苗高降为CK 的1/2 时剂量（HD50（半致矮剂量））作为适宜诱变剂量。对不同品种绿豆幼苗苗高与辐照剂量之间的关系进行线性回归，结果如表2 所示，由于不同品种绿豆的辐射敏感性不同，导致其半致矮剂量也不同，敏感性大小顺序依次为晋绿豆 3 号、苏绿 5 号、冀绿 13 号、晋绿豆 2 号、冀黑绿0506 和黄绿豆，可以看出，种皮为绿色的4 个品种（晋绿豆2 号、晋绿豆3 号、苏绿5 号和冀绿13 号）的半致矮剂量差别不大，对137Cs γ 射线较为敏感；种皮为黄色的绿豆对137Cs γ 射线的敏感性最小；种皮为黑色的冀黑绿0506 对137Cs γ 射线的敏感性介于绿绿豆和黄绿豆之间。

表2 6 个绿豆品种苗高与辐照剂量的线性回归方程

有研究报道，为了产生更多有益突变，适宜诱变剂量选取范围应在估算所得剂量基础上上、下相差20%范围内[17-18]。本研究中，4 个种皮为绿色的品种（晋绿 3 号、晋绿 2 号、苏绿 5 号和冀绿 13 号）适宜诱变剂量分别为 590～885、691～1 036、593～890、634～951 Gy，黄绿豆和黑绿豆（冀黑绿 0506）的适宜诱变剂量分别为1 257～1 886 Gy 和719～1 078 Gy。本研究通过在实验室采用137Cs γ 射线对6 个品种绿豆的辐射效应分析可以得出，所选4 个绿皮绿豆干种子的适宜诱变剂量范围为593～1 036 Gy，但考虑实验中的一些误差因素，确定本研究所用不同品种绿豆的适宜诱变剂量范围为600～1 000 Gy，平均剂量为784 Gy，黄绿豆和黑绿豆适宜诱变剂量要大于绿色种皮绿豆。

3 结论与讨论

不同种类植物种子经γ 射线辐照处理后所表现出的辐射效应不一样，研究发现，大多数植物种子辐照后其发芽率与辐照剂量呈负相关[8]。本研究采用不同剂量的137Cs γ 射线辐照处理6 个绿豆品种干种子，结果发现，与CK 相比，所用不同剂量的137Cs γ 射线进行辐照处理对6 个绿豆品种种子的发芽率没有明显的影响，该结论与赵孔南等[20]在水稻上的研究结果相似。但是有研究表明，随着剂量的增加，137Cs-γ 射线辐照处理对秀丽槭、葡萄、毛竹、威灵仙等种子发芽率存在显著影响[6-11]。这可能与研究处理所用的材料不同有关。有研究表明，500 Gy 以下剂量的60Co γ 射线辐照处理对绿豆的发芽率没有显著影响[15-16]，但本研究发现，即使剂量高达900 Gy 的137Cs γ 射线对绿豆的发芽率影响也不显著。进一步证明，137Cs 衰变产生的γ 射线的生物效能低于60Co γ 射线[14]。

农作物种子经γ 射线辐照处理后最重要和最直观的表现之一是生长受到抑制，幼苗高度降低和根长变短是其生长受抑制的重要表现[19]。本研究发现，随着137Cs γ 射线辐照剂量的增加，不同绿豆品种幼苗高度和根长呈逐渐降低的趋势，较高剂量的辐射处理影响明显。这与137Cs γ 射线辐照处理其他植物种子的结论相近[6-11，20]。

适宜的剂量是辐射选育新品种及性状改良成功的关键因素之一，而适宜诱变剂量的大小与试材的辐射敏感性有很大关系，敏感性的强弱可以通过辐射效应进行判别，故通过对所选试验材料辐射效应的研究可以准确地确定适宜诱变剂量。辐射诱变育种中适宜剂量的参考值一般采用半致死剂量作为参考值[19]，但目前还没有统一的标准来确定半致死剂量，大多采用发芽率、出苗率、植株成活率、生长抑制程度和植株不育程度等作为研究指标[8]。本研究结果表明，利用半致矮剂量估算所得的4 个绿皮绿豆干种子的适宜诱变剂量范围为600～1 000 Gy，与文献[19]利用相同指标推荐的650～1 000 Gy 的值相近。

作物品种的辐射敏感性强弱的研究对正确选择诱变亲本材料、提高诱变效率具有重要意义，辐射敏感性品种后代诱发突变频率高，辐射迟钝型品种后代诱发突变频率低，中间型品种居二者之间[19]。本研究结果发现，半致矮剂量与种皮的颜色有关，黄种皮绿豆半致矮剂量最大，为迟钝型品种；绿种皮绿豆最小，为敏感性品种；黑种皮绿豆居中，为中间型品种。绿豆辐射敏感性不同的原因可能与不同种皮颜色有关，可能是由于黄色、黑色和绿色种皮中含有抗辐射成分不同而致，具体原因还有待进一步研究。在绿豆辐射诱变育种中，选用绿种皮绿豆能产生更高的突变频率，选择出更多的优异突变材料。