137Cs-γ射线辐照对玉米自交系种子发芽和苗期生长的影响

陈金跃， 杜龙岗， 熊立东， 任梦云， 杨文新， 王美兴， 陆艳婷

(浙江省农业科学院 作物与核技术利用研究所， 浙江 杭州 310021)

种质资源的单一、贫乏是选育出突破性品种的限制因素。特异种质资源的发现、收集和利用可以带来新品种培育的突破。农作物传统育种周期长，自然突变率低，有益突变少，不利于新品种培育，对优质、多抗和高产等定向育种更为不利。诱变育种是作物育种最重要的途径之一。辐射诱变是通过不同的辐射诱变源对作物种子进行辐照处理，诱发DNA片段的断裂、异位、缺失或重组等来引起突变，操作方便，诱导获得的突变频率较高。目前主要辐射源有：X射线、γ射线、快中子、激光、离子束等。近年来，有关玉米种子的辐照效应已有一些报道，通过辐射诱变[1-3]、电子束[4-5]、太空诱变[6-7]、重离子[8-9]等途径诱发玉米种子突变，创造出了一批新的突变材料。利用γ射线辐射农作物可达到改良某些或某个性状的目的，诱变创制出一些特异种质资源(突变体)，成效明显[2]。但至今未见137Cs-γ射线辐射对玉米种子诱变效应的相关报道。本研究以玉米自交系种子为材料，进行了137Cs-γ射线多种剂量的辐照处理，以了解137Cs-γ射线对不同类型玉米自交系种子发芽率和苗期生长的影响，为玉米辐射诱变中提高有效诱变率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

参试的玉米自交系有糯玉米自交系万母、天 932母、白2，百粒重分别为25.5、28.1、28.0 g；甜玉米自交系杭玉甜12母、D113，百粒重分别为13.7和12.6 g。均为鲜食玉米类型。

1.2 处理设计

玉米种子辐照处理在浙江省农业科学院国家水稻改良中心辐射育种研究室(浙江省辐照中心)进行，分别用150、250、350、450、600 Gy的137Cs-γ射线共5种剂量处理上述玉米干种子，每个玉米自交系种子150粒，以不辐照处理(即0 Gy)为对照。

辐照后的玉米种子进行发芽试验。发芽试验于2021年3月在研究室进行。取长宽高为40 cm×17 cm×12 cm的种植箱，放入经洗净灭菌的细砂，加入适量纯净水，将150粒玉米种子随机平分3份(3次重复，随机排列)，均匀放至种植箱中，种子之间保持足够的距离，以保证种子都能充分接触水分，吸水一致，生长良好。种植箱放入博迅牌生化培养箱(SPX-150B-Z型)培养发芽，设定温度30 ℃，变幅不超过±2 ℃，共培养2 d。第3天开始将种植箱放入恒温培养室，设定温度28 ℃，变幅不超过±2 ℃，自然光照。

1.3 调查项目及方法

发芽力与苗高。第3天开始统计发芽势，第7天统计发芽率，第15天统计活苗率以及每棵活苗的总根数、白根数、根长。以发芽势、发芽率作为衡量种子发芽力的指标。只长芽不发根或只发根不长芽的种子不计算在内并取出。从每个种植箱内随机选取非四周位置的10株幼苗跟踪测量第3、7、10、15天苗高，苗高以cm为单位，保留一位小数。

干物重。第15天每处理随机取10株苗测定根部性状和干物重。并将每处理30株的茎叶与根分开, 先放入烘箱中以105 ℃杀青30 min，再以75 ℃烘干至恒重后称重。

1.4 数据分析

用SPSS软件进行所有数据的统计分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 对发芽率和成苗率的影响

由表1可见，0～600 Gy不同辐照剂量处理对玉米种子的发芽有显著影响，表现为随着辐照剂量的增加，种子发芽率和成苗率下降。在600 Gy大剂量辐照下，甜玉米自交系杭玉甜12母、D113的3 d发芽率分别为47.3%、44.7%，16 d的成苗率分别为0%、2.0%，达致死剂量，经600 Gy剂量辐照处理后萌发的幼苗在之后出现生长停滞并死亡，成苗率比发芽率呈现显著下降。糯玉米自交系万母、天932母、白2在600 Gy大剂量辐照下的3 d发芽率分别为19.3%、24.7%、32.0%，16 d的成苗率分别为10.7%、15.3%、10.0%，表现出与甜玉米自交系相似的趋势，接近致死剂量，说明糯玉米自交系的致死剂量高于甜玉米自交系。从表1可以看出在450 Gy剂量下，2个甜玉米自交系成苗率分别为42.0%、51.3%，3个糯玉米自交系成苗率分别为60.7%、63.3%、54.0%，可以推断5个玉米自交系的半致死剂量在450 Gy左右。0、150、250 Gy等几个剂量辐照处理后大部分玉米自交系的发芽率在处理间没有显著或极显著差异。

表1 辐照剂量对玉米自交系发芽率和成苗率的影响

不同辐照剂量处理的玉米自交系随着出苗天数的增加其成苗率存在差异。随着剂量的增加，除天932母自交系外，其余玉米种子成苗率在处理剂量小于250 Gy范围无显著性差异，大于250 Gy辐照剂量处理，随着生长天数的增加成苗率逐渐下降。表明甜玉米自交系杭玉甜12母、D113的辐照半致死剂量小于450 Gy，辐照致死剂量约600 Gy；糯玉米自交系万母、天932母、白2的辐照半致死剂量在450 Gy左右。

2.2 对幼苗生长的影响

对5个玉米自交系在0～600 Gy辐照剂量处理的幼苗苗高进行测量，辐照处理明显抑制幼苗生长，且随剂量增大，抑制作用增加。150、250、350、450、600 Gy处理甜玉米杭玉甜12母自交系的16 d苗高分别为17.0、14.9、12.2、7.4、0 cm，较对照18.1 cm分别降低6.1%、17.7%、32.6%、59.1%、100%(图1)；糯玉米万母自交系则分别为21.0、19.0、17.5、11.8、3.7，较对照21.7 cm分别降低3.2%、12.4%、19.4%、45.6%、82.9%。在150 Gy以上剂量处理时，5个玉米自交系苗高较对照均明显降低，且甜玉米比糯玉米更明显。表明150 Gy以上剂量处理对玉米自交系具有较大的辐射诱变效应。

图1 辐照剂量对玉米自交系苗高的影响

图1表明，5个不同玉米自交系发芽3、7、10、16 d时的苗高，总体变化规律相似，随辐照剂量的增大，苗高逐渐下降。试验中，供试的甜玉米和糯玉米自交系均呈现同样的趋势，甜玉米比糯玉米自交系生长受阻更明显。通过对出苗情况、存活率结合生长情况的综合分析，认为450～600 Gy高剂量处理后，大部分的种子仍旧能发芽长根，但随着生长发育的进行，600 Gy高剂量处理的生长停滞，至第16天，甜玉米自交系全部死苗，糯玉米自交系的死苗率接近90%。也可以确认以137Cs-γ为辐射源的600 Gy辐照剂量为供试玉米自交系的辐射致死剂量。

2.3 对生长量的影响

表2给出了发芽后16 d的30株玉米自交系幼苗的茎叶干重，600 Gy剂量处理后各玉米自交系成苗数太少未统计。

表2 辐照剂量对玉米自交系幼苗茎叶干重的影响

从表2可以看出，杭玉甜12母、D113、万母、天 932母、白2经150 Gy处理茎叶干重较对照下降34.68%、18.53%、34.75%、16.17%、7.95%，经450 Gy处理较对照下降50.88%、54.96%、66.83%、66.63%、72.84%。表明随着辐照剂量的增大，玉米自交系幼苗的茎叶干重随之下降，下降程度因品种不同略有差异。

由表3可见，不同辐照剂量对玉米自交系幼苗根系生长的影响显著。随着辐照剂量的增加，幼苗根长显著降低，总根数、白根数随之减少，不同自交系间降幅略有差异。说明辐照处理明显抑制幼苗的根系生长，且随辐照剂量增大抑制更加明显。600 Gy处理的所有供试玉米自交系幼苗都没有白根，这也进一步确认137Cs-γ辐射源的600 Gy为供试玉米自交系的辐射致死剂量。

表3 辐照剂量对玉米自交系幼苗根系生长的影响

3 小结与讨论

最近种业“卡脖子”技术受到党和国家领导人及学术界的高度重视，浙江省政府以及省内种业和农学界对此也高度重视[10-11]。突破种业“卡脖子”技术，需要在育种技术上积极探索，长期以来的实践表明，辐射诱变育种是浙江省作物育种取得突破的重要途径之一[12]，因此，有必要对各种作物种子的辐照诱变效应进行系统研究。

试验表明，137Cs-γ射线对玉米自交系种子具有较强的辐照效应。低剂量辐照对玉米种子出芽率没有明显影响；随着辐照剂量的增加，对玉米种子的发芽势和幼苗生长影响逐渐加大；较高剂量下玉米自交系种子的发芽率显著下降，苗高和根系生长量显著降低，不同遗传背景的品种之间对辐射敏感性表现出一定的差异。从本试验的结果来看，甜玉米与糯玉米间对辐照剂量的感应存在差异。甜玉米自交系杭玉甜12母、D113干种子的辐照半致死剂量小于450 Gy，辐照致死剂量约600 Gy；糯玉米自交系万母、天932母、白2干种子的辐照半致死剂量在450 Gy左右，辐照致死剂量也在600 Gy左右。这些结果对于进一步开展甜、糯玉米的辐射诱变育种，对浙江省种业的进一步发展具有积极意义。