60Co－γ射线辐射对4种百合的诱变效应

李丽辉 胡 瑶 雷星宇 张跃龙 李宏告 胡 蝶 张 勇 邓钢桥

(湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所，湖南长沙 430125)

百合(Liliumspp.)为百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)多年生草本植物，有较高的食用、药用及观赏价值[1]。百合花形雅致，幽香四溢，作为纯洁、光明、自由的象征，是很好的切花和盆栽花卉。百合又是著名的保健食品和常用中药，具有较高的营养价值和防病、治病功能。百合肉质鳞片含有丰富的生物碱、淀粉、蛋白质、脂肪和多种维生素及钙、磷、铁等元素，具有滋补养阴、润肺止咳、清心安神等功效，主治阴虚燥咳、劳嗽咯血、肺瘘、虚热、烦燥惊悸、失眠、多梦等症，被广泛用于食品、医药领域，市场前景广阔[2－5]。但百合的产业化生产也存在着许多问题，如品种退化、抗病性差、产量低、品质差等。有的百合品种花型花色漂亮，但植株较高容易倒伏，影响观赏效果，已成为百合产业化生产及广泛应用的主要瓶颈。百合常规育种方法较多[6－7]，其中，辐射诱变技术已广泛应用于观赏植物新品种的选育，如鸢尾、兰花、牡丹等。李风童等[8]研究不同辐射剂量60Coγ 射线对德国鸢尾杂交种子的影响，发现20～40 Gy 辐射剂量可以改善德国鸢尾种子萌发率，60～80 Gy 可以作为德国鸢尾杂交种子的诱变剂量；周雅倩等[9]探讨了60Co－γ 辐射处理对树兰的生物学效应，发现辐射对植物生长的影响较大。植物经60Co－γ 射线辐射后，其细胞或器官会发生生物化学、细胞学、生理学或形态学变化，进而影响植株生长和发育[10－11]。陆长旬等[12]通过辐射亚洲百合鳞茎，对染色体畸变进行研究。张克中等[13]进行了辐射百合鳞片扦插诱生的不定芽植株变异研究，发现不定芽植株的花瓣、雄蕊、雌蕊及叶等器官均有变异；从不定芽植株的突变率来看，Pollyana 的辐射诱发适宜剂量为1～2 Gy，王百合及Romano 的适宜剂量为1～3 Gy。朱校奇等[14]研究辐射对卷丹百合鳞茎的生物学效应及变异，适宜剂量为2 Gy。本研究采用60Co－γ 辐射处理卷丹百合、金百合、湖北百合、岷江百合品种，筛选不同性状的优质变异株，以期为创制百合优良种质资源奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来自龙山县种植基地4 种百合，分别为卷丹百合(Lilium lancifoliumThunb)、金百合(Lilium bosniacum)、湖北百合(Lilium henryiBaker)、岷江百合(Lilium regaleWilson)，材料为当年采挖的新鲜鳞茎。

1.2 试验方法

2019年10月选取4 种百合鳞茎各120 个，在湖南省核农学与航天育种研究所辐照中心用60Co－γ 射线辐射处理，辐射剂量为0(CK)、2、4、6 Gy，剂量率分别为0、22、55、70 Gy·h－1，每处理10 个鳞茎，设3 次重复。于2019年11月6日在试验地进行栽种，从播种到收获进行正常浇水、施肥等日常管理。从出苗到收种进行观察记录，现花蕾时测量其株高，记录已出苗正常开花的株数，植株枯萎后收获其种球，用电子秤测定每蔸的产量；选取生长发育较典型的植株，取自上向下数第4 片完全展开叶进行生理指标的测定[15]，叶绿素含量测定采用比色法[16]、可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[17]、丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸法[16]、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性测定采用wst－8 法[16]。以上生理指标的测定，每处理均设3 次重复。叶绿素含量、MDA 含量、可溶性糖含量、SOD 活性均按样本鲜重计算。

1.3 统计分析

数据应用SPSS 23.0 软件对试验数据进行统计和方差分析。

2 结果与分析

2.1 60Co-γ 射线辐射对4 种百合植株生长发育、产量的影响及变异情况

由表1可知，不同剂量处理4 个百合品种的鳞茎栽培后，出苗率在不同品种间有差异，但均随着辐射剂量的增大而降低，除对照外，2 Gy 处理出苗率高，4 Gy处理部分致死，部分出苗，其中金百合及湖北百合出现植株矮化且正常开花及植株不正常开花的现象，所有品种6 Gy 处理均未出苗，卷丹百合在2 Gy 时出苗率、开花率、株高和平均产量均与对照无显著差异，但在4 Gy 时出苗率很低，生长缓慢，不正常开花；除了卷丹百合在2 Gy 时株高与对照差异小，其他均随辐射剂量的增加而降低。而每个品种的每蔸平均产量均随辐射剂量的增加而降低，其中卷丹百合和金百合在2 Gy 时与对照区别不大，4 Gy 处理时各品种(除金百合以外)地上部分生长势不好，地下部分均未生长，甚至部分植株原鳞茎腐烂，导致产量为零。

试验观察发现，辐射剂量为2 Gy 时有2 株金百合品种在生长阶段花原基受抑制，其中1 株叶色较对照植株变深，叶绿体指标值较对照植株高，植株矮化，生长正常，但未正常开花，如图1所示。

图1 2 Gy 处理后金百合变异株与对照株Fig.1 Lilium bosniacum variant and control plant after 2 Gy γ-rays irradiation

2.2 60Co-γ 射线辐射对4 种百合品种叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素之一，在一定范围内，其含量和比值可反映植物适应和利用环境因子的能力以及光合作用水平，叶绿素含量高，植物具有较强的光合能力[18－20]。由表2可知，总体来说卷丹百合和金百合在辐射剂量为2 Gy 时叶绿素a、叶绿素b 及类胡萝卜素含量均与对照差别不大；剂量达到4 Gy 时，叶绿体色素含量均显著下降。而湖北百合和岷江百合在辐射剂量为2 Gy 时各叶绿素及类胡萝卜素均高于对照，湖北百合在辐射剂量为4 Gy 时叶绿素及类胡萝卜素均略低于对照，而岷江百合在辐射剂量为4 Gy 时未成活。因此，辐射处理对不同品种叶绿体色素含量的影响存在差异。

表2 γ 射线辐射处理对百合叶绿素与类胡萝卜素含量的影响Table 2 The content of chlorophyll and carotenoids of Lilium after treatments of γ-rays irradiation

2.3 60Co-γ 射线辐射对4 种百合品种MDA 含量的影响

MDA 是植物细胞膜质过氧化程度的体现，MDA含量高，说明植物细胞膜脂过氧化程度高，细胞膜受到的伤害越严重[21]。由图2可知，随着辐射剂量的增加，4 种百合品种MDA 含量均逐渐增加，只有卷丹百合在2 Gy 处理时MDA 与对照差异不显著，较对照仅增加4%，这与卷丹百合2 Gy 辐射后栽培植株的生长情况及表型性状相符，说明2 Gy 对卷丹百合诱变效果影响小，需适度加大诱变剂量，而其他3 个品种受到的辐射损伤较严重，较对照分别增加28.3%、73.3%、68.3%，达到了一定的诱变效果。辐射剂量达到4 Gy时，3 个百合品种MDA 含量则与对照存在显著差异，说明随着辐射剂量的增加，对百合的损伤程度加剧。

图2 γ 射线辐射对百合MDA 含量的影响Fig.2 The content of MDA of Lilium after treatments of γ-rays irradiation

2.4 60Co-γ 射线辐射对4 种百合品种SOD 活性的影响

SOD 是生物体内重要的抗氧化酶。在逆境条件下，植物的抗性与植物体内SOD 活性水平有关。保护酶活性可反映植物对外界环境的适应性[22－23]。由图3可知，2 Gy 辐射处理4 个百合品种SOD 活性均增加，不同品种增加的幅度有差异，卷丹百合较对照增加65.8%、金百合增加23.7%、湖北百合增加59.2%、岷江百合增加45.9%，在2 Gy 时达到最高值，4 Gy 处理时，则均出现下降的趋势，但仍然比对照高，说明辐射处理可以在一定程度上提高百合植株的防御能力，但随着辐射剂量的增加，其防御能力降低，受损逐渐加重。

图3 γ 射线辐射对百合SOD 活性的影响Fig.3 The SOD activity of Lilium after treatments of γ-rays irradiation

2.5 60Co-γ 射线辐射对4 种百合品种可溶性糖含量的影响

可溶性糖含量与植物的抗逆性有关，逆境条件下会主动积累这些物质，以适应外界环境的变化，同时对植物起着有效的保护作用。由图4可知，辐射剂量为2 Gy 时，4 个百合品种的可溶性糖含量都较对照增加，但增幅因品种而异，卷丹百合增加17.7%、金百合增加35.8%、湖北百合增加71.8%、岷江百合增加76.0%；辐射剂量增加至4 Gy 时，金百合和湖北百合的可溶性糖含量增加，而卷丹百合的可溶性糖含量则减少，且与对照相比也有一定程度的减少，这与卷丹百合在4 Gy 时存活率低且生长势不好有关，岷江百合在辐射剂量为4 Gy 时无存活，因此无数据比较。

图4 γ 射线辐射对百合可溶性糖含量的影响Fig.4 The content of soluble sugar of Lilium after treatments of γ-rays irradiation

3 讨论

全世界百合属植物约100 种，其中我国原产55种[24]，可分为药食用百合和观赏百合。前人对观赏百合的育种研究较多，也培育出了颜色丰富、花型各异的品种；药食用百合一般为原生种，各品种间颜色、花型不同，存在花型小、植株太高、产量和质量低等问题，这不仅制约百合产业的发展，也是困挠药食用百合育种的难题。本研究通过60Co－γ 辐射诱变4 种药食用百合品种，目的是在产量、抗性及观赏性方面选出优异的种质材料，为新品种选育提供参考。

研究表明，由于基因差异，不同品种百合对辐射反应差异较大。总的来说，4 个品种百合随着辐射剂量的增加生长受到的抑制越明显，这与林兵等[25]、徐佳琦等[26]研究60Co－γ 辐射对荷兰鸢尾生长表现出抑制效应的结果相符。但卷丹百合在辐射剂量为2 Gy 时，各表现性状与对照差异很小，这与朱校奇等[14]发现辐射诱变卷丹百合的适宜诱变剂量为2 Gy 有差异，可能与处理的剂量率有关。卷丹百合在4 Gy 的致死率高，生长表现不佳，因此建议后续试验加大2～4 Gy 之间处理的梯度，选出最适宜的诱变剂量。金百合品种在辐射剂量为2 Gy 时出苗率较高，有一部分正常开花，其中有两株生长期顶端受抑制，生长到一定程度不再生长，到发育期，花原基受到抑制，未正常开花，但植株叶色浓绿，叶绿体色素含量稍偏高，辐射剂量增加至4 Gy 时有植株矮化且正常开花的现象，这与尹航等[27]辐射诱变香梨、胡瑶等[28]辐射诱变水仙的研究结果一致，此变异对选择观赏性盆栽新品种有重要意义。本试验中随着辐射剂量的增加，4 个百合品种MDA 含量随之增加，说明辐射处理对植株产生了膜脂过氧化损伤，致使其体内的自由基和活性氧增加，从而导致细胞膜结构遭到破坏，损伤也越严重，与前人对三七[29]、中国水仙[28]、矾根[30]幼苗的研究结果相似。本试验所有品种(除岷江百合)SOD 活性均呈先升高后降低的趋势，均在2 Gy 时达到最高值，说明该剂量辐射可激活植物修复酶的活性，缓解植物受损程度，但随着辐射剂量的增加，植株体内过氧化物积累过量，导致其活性下降。卷丹百合可溶性糖含量随着辐射剂量增加呈先升高后降低趋势，金百合和湖北百合可溶性糖含量随着剂量的增加而增加，岷江百合在2 Gy 时增加，4 Gy无存活，说明辐射剂量可促进植株体内可溶性糖含量的积累，提高其承受辐射引起受损的能力，但不同品种间耐受的剂量存在差异。本试验中所有百合品种在辐射剂量为6 Gy 都无存活，说明辐射对不同植物品种存在着抑制作用[31]。本研究仅进行了第1 代的试验，还需多代试验观察，并在这基础上加大群体，增加区间剂量，筛选优良变异株。

4 结论

本研究用60Co－γ 射线辐射诱变4 个百合品种，4个百合品种均在6 Gy 时均未发芽，达到致死剂量，而卷丹百合在2 Gy 时与对照差异不显著，在4 Gy 时成活率低、生长不佳，因此未找到适宜剂量，需在后续试验中增加2～4 Gy 之间的剂量梯度，金百合、湖北百合、岷江百合的适宜辐射剂量分别为2～4 Gy、2 Gy、2 Gy。本研究为百合的辐射育种提供了一定的技术参考。