60Co-γ 辐照对美丽异木棉种子发芽及幼苗生长的影响

覃蓝熳，周海将，覃泳智，蒙兴宁

（柳州市园林科学研究所，广西柳州 545000）

美丽异木棉Ceiba speciosa，别名酒瓶木棉、美丽吉贝、青皮木棉等，属于木棉科吉贝属植物，是热带地区栽培的观赏乔木，原产于南美洲的阿根廷东北部、玻利维亚东部、巴拉圭、乌拉圭和巴西南部等地[1-2]。美丽异木棉为多年生落叶乔木，树干笔直，下部膨大，侧枝轮生，枝条平展，树冠伞形；秋季是其盛花期，花期较长，能持续半年；美丽异木棉开花时满树鲜艳的花朵，绚丽耀目，异常美丽[3-4]。美丽异木棉具有花期长、花色美丽、生长迅速、抗性强等优点，深受人们喜爱；在园林应用中可孤植，也可列植作为行道树，而群植观赏效果更佳，是道路、公园、庭院、风景区及居住区优良的行道树和风景树种[5-6]。

辐照育种是一种安全、简单、突变率高的育种手段，与传统育种方法相比，辐照诱变具有扩大变异和选育优质新品种的优点，运用辐照诱变可以获得传统育种方法难以获得的美丽异木棉新基因、新性状[7]。目前，国内外研究主要以γ 射线、紫外线和激光等为辐照源，其中60Co-γ 是辐照诱变最常用的方法之一[8]。通过60Co-γ 辐照手段诱发突变，对创新美丽异木棉种质以及品种选育具有重要意义。利用60Co-γ 辐照进行育种研究已有较多报道，杨秀莲等[9]研究发现60Co-γ 辐照能够对植物体内叶绿体含量，超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等抗氧化酶，丙二醛含量，可溶性蛋白质含量具有显著影响；袁帅等[10]在扁穗雀麦60Co-γ辐照研究中发现，扁穗雀麦幼苗脯氨酸、丙二醛和叶绿素含量以及过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性等生理生化指标均受60Co-γ 辐照的影响，并随着辐照剂量的上升呈现出先升高后降低的趋势。郑丹箐等[11]对洋紫荆种子的60Co-γ 辐照研究表明，不同γ 射线辐照后获得的诱变幼苗株高、地径生理指标和相对叶绿素含量具有显著性差异，尤其是225Gy 的辐照剂量可以明显增加洋紫荆地径和相对叶绿素含量。闫锋等[12]对糜子种子的60Co-γ 辐照研究表明，与CK 组相比，60Co-γ 辐照对糜子种子出苗率、株高、叶长以及苗鲜重具有显著抑制作用，尤其是300Gy 和350Gy 辐照对种子损伤较大，严重抑制其出苗及幼苗生长；60Co-γ辐照能促进糜子种子萌发，增加叶片中可溶性糖、Pro含量、可溶性蛋白和MDA 含量等。

近年来，对美丽异木棉的研究主要集中在观赏评价、繁殖技术、栽培技术、生理研究等方面[6]，尚未见到60Co-γ 辐照的生理响应研究。本研究通过不同剂量的60Co-γ 辐照，对处理后的美丽异木棉萌发出苗和幼苗生长过程的形态和生理变化等展开研究，旨在得出美丽异木棉种子辐照的适合剂量范围及幼苗变异效应。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021 年5 月在柳州市区采集美丽异木棉果实，经过人工破除果皮，筛选饱满、大小均匀的种子作为试验材料，并置于通风阴凉处备用。60Co-γ 辐照源由广西桂林正翰辐照中心有限责任公司提供。

1.2 试验方法

1.2.160Co-γ 辐照处理试验设计。以60Co-γ 辐照为辐照源，设置50、100、200、300、500Gy 5 个处理水平，以未辐照（0 Gy）作为空白对照，将美丽异木棉种子置于不同剂量下进行辐照；每处理90 粒种子，重复3 次。

1.2.2 种子萌发育苗试验。将辐照处理以后的种子用0.5%高锰酸钾溶液消毒15min 后，以20cm×20cm 的间距条播在苗圃中，表面覆盖1cm 厚的泥土进行育苗试验，遇晴天在上方架设遮阳网。待一个处理有种子萌发以后开始记录每个处理的种子萌发数量，直至不再有种子萌发，计算种子出苗率、发芽势、发芽率。后期进行正常的苗圃管理，1 个月后测量成活苗的苗高和地径，此后连续测量3 个月；在第3 个月后测量不同处理的叶绿素含量。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 种子萌发指标。以种子萌发破土视为种子发芽，种子萌发指标按以下公式计算：种子发芽率（%）=（萌发结束时的发芽种子数/播种的种子数）×100；种子发芽势（%）=（萌发高峰时的萌发种子数/播种的种子数）×100

1.3.2 幼苗生理指标。在种子萌发结束后第1 个月统计每个处理的成活苗数量，计算成苗率和相对出苗率。种子成苗率（%）=（成活苗数/播种的种子数）×100；出苗率（%）＝萌发出苗的种子数/播种的种子数×100

在种子萌发结束后，每个月测量幼苗的苗高和地径，连续测量3 个月；用卷尺测量苗高，用游标卡尺测量地径。

1.3.3 半致死剂量。采用直线回归方程的方法[13]，将美丽异木棉种子的出苗率与辐照剂量进行相关性分析，将辐照剂量X 作为自变量，不同处理下的出苗率Y 作为因变量，利用直线回归方程Y＝A+BX 计算美丽异木棉种子的半致死剂量。

美丽异木棉种子出苗率与辐照剂量相关系数（R2）的计算公式如下：

式中X 为辐照剂量，y 为不同剂量下相对出苗率。

1.4 统计分析

采用Excel 初步处理试验数据，使用SPSS 19.0 统计软件进行方差分析得到各项指标显著性分析结果，在Excel 中绘制各项指标变化图。

2 结果与分析

2.1 不同剂量60Co-γ 射线辐照处理对美丽异木棉种子萌发的影响

由表1 可知，对照组的发芽率、发芽势、成苗率最高；随着辐照剂量的增加，美丽异木棉种子的发芽率、发芽势、成苗率逐渐降低。其中50Gy 辐照处理的发芽率、发芽势、成苗率虽然低于对照组（0Gy），但差异不显著（P＞0.05），辐照剂量在100～500Gy 之间时，随着辐照剂量的增加，其发芽率、发芽势、成苗率均显著低于对照组和50Gy（P＜0.05）。综上分析，大于50Gy 的辐照处理对美丽异木棉种子萌发具有抑制作用，且随着辐照剂量的增加，抑制作用逐渐增强，当辐照剂量达到500Gy 时，抑制作用最强，接近致死剂量。

表1 不同剂量60Co-γ 射线辐照处理对美丽异木棉种子萌发的影响

2.2 不同剂量60Co-γ 射线辐照处理对美丽异木棉幼苗生长的影响

在2021 年7 月中旬进行辐照并播种后，分别在9月、10 月、11 月记录美丽异木棉幼苗的苗高和地径的变化特征。由表2 可知，对照组在9、10 和11 月的苗高和地径最高，辐照处理组随着辐照剂量的增大，美丽异木棉幼苗的苗高和地径大致呈下降趋势，与对照组相比，50Gy 处理差异没有达到显著性水平（P＞0.05）。但大于50Gy 辐照剂量的处理对美丽异木棉幼苗苗高和地径的影响具有显著差异。当辐照剂量为300Gy 时，美丽异木棉的苗高和地径高于200Gy 辐照处理，且在10 月、11 月时达到显著性差异（P＜0.05）。当辐照剂量为500Gy 时，美丽异木棉幼苗的苗高和地径最低，且显著低于其他处理。

表2 不同剂量60Co-γ 射线辐照处理对美丽异木棉幼苗生长的影响

2.3 半致死剂量的分析

确定适宜的辐照剂量对于植物辐照育种十分重要，选择适宜的辐照剂量，可以使F1代保留足够的植株成活率，同时能够保证F2代产生较多的突变类型，保持较高的突变频率和有足够的幼苗可供筛选。一般适宜的辐照剂量选择通过半致死剂量来确定[14]。将美丽异木棉种子的出苗率与辐照剂量进行相关性分析，得出直线回归方程为：y=505.01-4.08X，R2=0.91；当y=50 时，通过直线回归方程可以求得X=111.53 Gy；即美丽异木棉种子的60Co-γ 射线辐照半致死剂量LD50=111.53Gy，约为112Gy。当y 不等于50，需要以实际对照种子的发芽率来计算。

3 讨论和结论

通过60Co-γ 辐照对植物种子进行诱变处理，研究辐照对种子萌发与小苗生长的影响，不同植物种子辐照后的结论也不相同。辐照处理后供试种子的萌发表现是衡量辐照损伤的重要指标，辐照处理对幼苗生长的抑制作用是衡量辐照生物学效应的一个重要指标。有研究发现，种子在一定的辐照剂量范围内，辐照处理能促进植物种子萌发和幼苗生长，而高剂量辐照抑制种子萌发和幼苗生长，并随着辐照剂量的增高，抑制作用越强。如王天龙等[15]对萝卜种子辐照的研究发现，低剂量促进种子发芽，高剂量促进幼苗生长；陈桂松等[16]对风干黄瓜种子的研究发现，低剂量辐照能够刺激黄瓜增产。另有研究发现，在一定的辐照剂量范围内，辐照剂量与种子萌发和幼苗生长呈负相关。如王瑞静等[14]对杨树种子的辐照研究认为，随着辐照剂量的增加，对杨树种子萌发具有抑制作用；敖妍等[15]对扶芳藤种子与枝条的辐照研究认为，扶芳藤种子与枝条的萌发与辐照剂量呈负相关。本研究结果表明，辐照处理后，随着辐照剂量的增大，美丽异木棉种子的发芽率、发芽势、成苗率受抑制的强度基本呈加重趋势；50Gy辐照处理的发芽率、发芽势、成苗率和幼苗的株高及地径虽低于处理组，但差异不显著（P＞0.05）。100～500Gy辐照剂量种子的发芽率、发芽势、成苗率和幼苗的株高及地径都显著低于对照组和50Gy 辐照处理（P＜0.05），500Gy 处理的抑制强度最大，接近致死剂量。

不同的植物品种对辐照后反应各不相同，对于确定辐照诱变时的适宜剂量，不同植物研究的结论也有较大差异，有研究认为供试种子60%～70%致死的辐照剂量为适宜剂量[17]，另有研究人员认为供试种子50%致死的辐照剂量为适宜剂量[13]。本研究通过对出苗率和辐照剂量的回归分析计算出美丽异木棉种子的半致死剂量为112Gy。本研究仅对美丽异木棉种子萌发和幼苗生长受辐照诱变的影响进行了初步探索，不同品种之间具有较大的差异性，本试验结果具有一定的局限性，有必要对美丽异木棉不同品种进行辐照诱变研究，以期获得更加全面的结论。