60Co-γ 辐射对柳叶马鞭草种子萌发及生长的影响

柳叶马鞭草（Verbena bonariensis L.）原产于美洲，马鞭草科马鞭草属多年生草本植物[1]。因其适应能力强，颜色鲜艳，群体壮观，被广泛运用于景观花海设计。辐射诱变育种是区别于传统杂交育种的种质资源创新和新品种选育技术，具有高效、便捷、变异高、性状稳定快等优点，可以作用于植物的种子、幼苗、花粉等不同部位，导致基因或染色体产生定向变异[2-4]。60Co-γ 射线是当前辐射诱变育种的主要诱变源，在水稻、苹果、朝天椒、西瓜、油茶、糜子等植物上均有研究[5-11]。除作物、果树、蔬菜外，辐射诱变育种在景观花卉新品种选育中也取得了突出的成绩：北京林业大学[12]利用辐照培育出抗寒且周年开花的菊花新品种；李树发等人[13]通过辐照接芽，选育出5 个具有观赏价值的月季新品系；江苏里下河地区农业科学研究所[14]利用60Co-γ 辐照选育出3 个荷花及2 个君子兰变异新品种；高健等[15]通过60Co-γ 辐照培育出浓香型水仙。该试验以国产柳叶马鞭草‘诀窍’干种子为试验材料，设计不同的60Co-γ 辐照剂量，探究辐照对柳叶马鞭草种子发芽率、幼苗生长等的影响，以期选择合适的辐照剂量，为柳叶马鞭草诱变育种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

柳叶马鞭草‘诀窍’种子保存于辽宁省农业科学院花卉研究所。

1.2 方法

1.2.1 处理设计。试验所用的60Co-γ 辐射源来自于辽宁省农业科学院钴源辐照中心。试验以未经辐射的种子作为对照组，分别设置 100 Gy、200 Gy、300 Gy、600 Gy 4 个梯度，每个处理约为400 粒种子，3 次重复。

1.2.2 调查项目及方法。将经不同剂量60Co-γ 辐射后种子分为两等份，一份置于湿润的培养皿，28℃恒温保存，14 d 后观察种子的发芽情况，胚芽大于1 mm 则视为发芽，发芽率=（萌发种子数量/试验种子数量）×100%；另一份播种于装有育苗基质的穴盘中，适量浇水，室温，期间观察幼苗生长情况。幼苗生长期间观察处理组及对照组的出苗情况。幼苗生长50 d 后，每个处理随机选取10 株苗进行株高、茎粗、叶片形态、地上鲜重及地下鲜重的测定，其中叶片长规定为第3 片叶且不含叶柄的长度。

1.2.3 数据分析。数据处理采用Excel 2010，数据分析采用DPSv7.05。

2 结果与分析

2.1 不同剂量的辐射对柳叶马鞭草发芽的影响

利用不同的辐射剂量对柳叶马鞭草种子进行辐照，将14 d 后的种子发芽率进行统计（表1）。结果表明柳叶马鞭草种子发芽率与辐照剂量呈负相关，即随着辐照剂量的增加，发芽率越来越低。当辐照剂量达到100 Gy 时即会抑制柳叶马鞭草种子的发芽，且当辐射剂量为600 Gy时，种子发芽率为0。

表1 γ 射线辐照量对柳叶马鞭草发芽的影响

2.2 柳叶马鞭草‘诀窍’半致死剂量的推定

种子的相对发芽率是确定半致死剂量（LD50）的重要指标[16]，该研究利用不同的辐射剂量与柳叶马鞭草的相对发芽率关系进行线性回归分析。由表2 可知，线性回归方程为：y=0.639 4-0.001 3x（R2=0.595 9），其中回归系数b=-0.001 3，常数项a=0.639 4。通过线性回归方程可知，当相对发芽率y=50%时，辐照剂量x=107.231，即柳叶马鞭草‘诀窍’的半致死剂量LD50为107，且辐射剂量与相对发芽率之间存在极显著的线性关系。

表2 柳叶马鞭草‘诀窍’的一元一次方程回归系数及检验结果

2.3 经辐照后的柳叶马鞭草种苗的形态学观察

图 1-a、图 1-b、图 1-c 分别表示经 0Gy、100Gy、300Gy辐照后柳叶马鞭草的幼苗生长情况，可见辐照抑制柳叶马鞭草出苗。经辐照的幼苗生长50 d 后，对幼苗株高、茎粗、叶片形态、地上鲜重及地下鲜重进行统计，结果如表3所示，辐射剂量的增加对株高、茎粗无显著影响；观察叶片数、叶片长（第3 片叶）、最宽叶片、最长叶片发现，虽然随着辐照剂量的增加，叶片长宽等呈下降趋势，但无显著性差异。如图1-d，从左到右依次为0 Gy、100 Gy、300 Gy辐照后生长50 d 随机挑选的柳叶马鞭草幼苗，肉眼无法看出有明显差异。对不同剂量辐照下生长幼苗的地上鲜重和地下鲜重进行测量（表3），与对照相比，经过辐射处理的幼苗地上鲜重及地下鲜重均有下降趋势，辐射剂量为100 Gy 时幼苗鲜重与对照组数据最接近。

图1 不同剂量辐射对柳叶马鞭草幼苗生长的影响

表3 不同辐射剂量对柳叶马鞭草 ‘诀窍’形态指标的影响

4 结论与讨论

采用不同剂量60Co-γ 射线辐照柳叶马鞭草‘诀窍’种子，结果发现，种子发芽率随着辐照剂量的增加而减少，并且在辐照剂量达到600 Gy 时具有极强的抑制作用，这与蔡春菊等人[17]、李志能等人[18]对辐照剂量与发芽率关系研究结果一致。也有研究报道，辐照剂量与种子发芽率呈现先增高后降低的趋势[12，19]，这可能因为某些种类的植物辐照损伤后，修复系统过度活动，从而造成低剂量辐射时种子发芽率提高，也可能因为低剂量辐照产生的某种物质可以促进种胚生长。通过对马鞭草幼苗生长情况的观察发现，600 Gy 辐射下的马鞭草种子未出苗，100 Gy、200 Gy、300 Gy 辐照的种子出苗较CK 慢且少，如图1-abc 所示，为播种后30 d 的幼苗生长情况。但幼苗生长50 d 时，对随机抽取的幼苗进行株高、茎粗、叶片、鲜重测量发现，形态指标有不明显的下降趋势。分析原因可能是植物具有较强的自我恢复能力，对营养和水分的吸收形态指标会趋向于正常植株。也有研究报道[20]月季扦插苗经过60Co-γ 射线辐照后叶片及花朵产生了短时间的变异，随着植物生长，变异逐渐消失。所以由于辐射产生的变异稳定性差，植株也会趋向自然生长。

自然界中植物的种类千差万别，植物特性不同，受到胁迫刺激后反应也不同。辐射诱变育种的原则是一定辐照剂量范围内，在保证植株成活率的基础上增加有利突变[14]。辐照剂量过低难以获得突变体，辐照剂量过高，会杀死植物细胞，增加植物的死亡率。该试验中未出现变异植株，极有可能是辐射强度过高时产生的变异植株出苗受阻或直接死亡。因此，以育种材料为依托，选择合适的辐射剂量成为了诱变育种的关键环节[21]。适宜剂量的确定一直以来没有定论，大多数研究结果表示半致死剂量是确定适宜剂量的主要参考值[22]。该文通过对柳叶马鞭草种子发芽率与辐照强度做线性回归分析，确定柳叶马鞭草‘诀窍’的半致死剂量为107 Gy。这与张亦默等报道的柳叶马鞭草最适辐射剂量80 Gy 基本吻合[23]。今后可选择80～120 Gy梯度范围对柳叶马鞭草种子进行辐照研究，更易获得有利突变。该研究对柳叶马鞭草‘诀窍’种子适宜辐照剂量的初步探索为今后马鞭草诱变育种工作提供了参考，为增加有效突变、获得马鞭草变异新品种奠定了基础。