-(60)Co-γ射线对春谷的诱变效应研究_董扬.pdf

2023.1 试验研究谷子（Setaria italica Beauv.）起源于中国，古时又称粟，据考古发现在我国已经有7 000多年的栽培历史，是一种营养价值丰富且具有耐旱、耐瘠薄等优良特性的粮饲兼用作物1。我国谷子产量占世界谷子总产量的80%左右，主要种植于黄河以北各省、自治区，因谷子具有较强耐逆性，是干旱、半干旱区的优势作物2。建国初期我国谷子种植面积为1 000万hm2左右，是北方三大主粮作物之一，但是由于在政策、环境及技术的影响下，谷子种植面积锐减，近几年稳定在80万hm2左右3。近年来随着人民群众健康饮食意识逐步提高，作为营养丰富、保健作用强的谷子越来越受到关注，市场上急需品质优、适口性好、产量高的谷子新品种。由于长期人工育种选择，育种家们对优良谷子的判定标准日益趋同化，导致大量具有某些特异性的谷子资源遗失，谷子种质资源遗传基础愈发狭窄，遗传多样性降低。目前进行谷子种质资源创新的手段主要为有性杂交，但由于谷子是典型的自花授粉作物，该手段导致杂交率低且后代变异类型少，育种周期长。辐射诱变育种是利用各种放射性射线使植物产生基因突变，在短时间内获得突变体的育种方法，是获得新种质资源的有效途径之一，利用辐射诱变手段已成功的在多种作物上获得了各种类型（矮化、不育、早熟、优质）的突变体4。钴60-（60Co-）是目前最常用的辐射源，具有突变率高、突变谱宽、后代性状稳定快等优点5，已经在甘薯6、花生7、柱花草8、糜子9等作物上得到了广泛应用。我国谷子辐射诱变育种始于20世纪60年代，取得了显著的成绩，到2002年利用辐射诱变技术共选育出谷子新品种（系）41个，如郑矮2号、豫谷6号、嫩选18、龙谷33等10。目前关于60Co-辐射在谷子上的诱变效应研究鲜见报导，本研究选用春谷品种嫩选17为参试材料，开展不同60Co-射线辐射剂量对谷子种子萌发、幼苗生长、幼苗生理等指标的影响研究，以期确定适宜谷子辐射诱变的剂量范围，为进一步开展谷子辐射诱变育种提供理论基础。1材料与方法1.1参试材料与种子辐射处理供试谷子品种嫩选17为黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院育成品种，该品种2019年通过国家非主要农作物品种登记 登记编号：GDP谷子（2019）220071；60Co-辐射源由黑龙江省农业科学院原子能研究所提供。60Co-射线处理共设置150 Gy、200 Gy、250 Gy、300 Gy、350 Gy 5个水平，剂量率为1.1 Gy/min，每个处理辐射100 g干种子，以未辐射干种子为对照（CK）。6 0C o-射线对春谷的诱变效应研究董扬（黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院黑龙江齐齐哈尔161006）摘要：为了研究不同剂量60Co-射线对春谷种子的辐射诱变效应，以春谷品种嫩选17为材料，采用0、150 Gy、200 Gy、250 Gy、300 Gy和350 Gy的60Co-射线辐射谷种，探究辐射对谷子的种子萌发、幼苗生长及生理生化指标的影响。结果表明，嫩选17在低辐射剂量（150200 Gy）下对种子发芽、出苗有显著的促进作用，随着辐射剂量升高种子萌发及幼苗生长逐渐受到抑制，350 Gy剂量下对谷子种子的损伤较大，严重影响其出苗及幼苗生长，幼苗成苗率急剧降低。根据半致死剂量回归方程计算出嫩选17的半致死剂量为284.1 Gy。关键词：春谷；60Co-射线；诱变效应基金项目：国家谷子高粱产业技术体系建设项目（CARS-06-14.5-B21）；农业科技创新跨越工程杂粮杂豆科技创新专项（HNK2019CX05-06）；黑龙江省杂粮产业技术协同创新推广体系谷糜病虫害绿色防控岗位专家项目。作者简介:董扬（1982-），女，硕士，助理研究员，从事杂粮作物遗传育种工作。E-mail:24-试验研究 2023.11.2试验设计1.2.1种子发芽指标测定将不同辐射剂量处理的谷种用75%乙醇消毒3 min后再用清水连续冲洗5 min，取出置于滤纸上晾干水分。每个处理选取饱满的种子100粒置于铺有3层滤纸直径10 cm的培养皿内，设置3次重复。将培养皿置于28人工气候箱中培养，并计算发芽率，计算公式如下:发芽率GP=n/N（n为第7天时的种子发芽数，N为供试种子总数）。1.2.2幼苗形态指标测定将辐射处理及对照的种子于2021年5月11日播种于大田，每个处理单行播种，行长5 m，播种量200粒/行，3次重复，于出苗5 d后计算出苗率（出苗数/种子数100%）、于出苗25 d后计算成苗率（成苗数/种子数100%），并在每个处理随机选取10株幼苗，用于测定叶长、苗高、苗鲜重。1.2.3半致死剂量（LD50）的确定参照王兆玉等11的回归分析方法，对谷子成苗率与辐射剂量间进行相关回归分析。1.3数据分析试验数据处理采用Excel统计，采用DPS 7.05软件分析处理。2结果与分析2.1辐射剂量对谷子发芽特性的影响2.1.1辐射剂量对发芽率的影响将不同辐射剂量的种子在室内做发芽试验，在种子发芽数不再变化时计算发芽率。由表1可知，发芽率随辐射剂量的不同而变化，嫩选17的发芽率随着辐射剂量的增加整体呈先升高后降低的趋势。嫩选17在150 Gy辐射剂量时，发芽率达到最高（98.7%），显著高于对照；辐射剂量为200 Gy时，发芽率与对照基本持平，而后随着辐射剂量的加大，发芽率逐渐下降，显著低于对照。2.1.2辐射剂量对出苗率的影响由表1可知，嫩选17种子经过不同剂量的辐射处理后，出苗率表现出明显的差异，通过比较可以发现，出苗率的变化规律与发芽率基本相同。嫩选17出苗率呈先升高后下降的变化趋势，在辐射剂量为150 Gy时，出苗率达到最大（97.9%），显著高于对照。在辐射剂量为350 Gy时，出苗率最低（50.1%）。由此可知，较低的辐射剂量对嫩选17的出苗有一定的促进作用，随着其辐射剂量的加大对嫩选17出苗率的抑制作用逐渐增强。2.1.3辐射剂量对成苗的影响及半致死剂量的确定由附图可知，嫩选17种子经过5种剂量射线辐射后，成苗率总体呈下降趋势，在150 Gy辐射剂量时，嫩选17的成苗率与对照无显著差异，随着辐射剂量逐渐增加，嫩选17的成苗率直线下降，在辐射剂量为300 Gy时成苗率已低于50.0%，当剂量为350 Gy时，成苗率只有18.5%。以成苗率为因变量（Y）、辐射剂量为自变量（X），通过回归分析统计出嫩选17辐射剂量与成苗率的线性回归方程:Y=-0.001 2X2+0.186 3X+93.932，根据回归方程计算出嫩选1760Co-辐射处理的半致死剂量为284.1 Gy。2.2辐射剂量对谷子幼苗生长的影响由表2可知，随着辐射剂量的增大，嫩选17的苗高、叶长、苗鲜重均呈现出不同程度的下降趋势。不同辐射剂量对谷子幼苗的生长产生的影响不同，当辐射剂量为150 Gy时，嫩选17的苗高、叶长、苗鲜重与对照差异不显著，当辐射剂量升高到350 Gy时，苗高、叶长、苗鲜重均下降到最低，分别比对照降低33.2%、29.8%、39.2%，从结果来看低剂量的射线辐射对谷子幼苗生长影响不大。3讨论与结论3.1讨论3.1.1辐射对谷子种子萌发及幼苗生长发育的影响前人利用60Co-射线辐射植物干种子进行种质资源表1辐射剂量对种子萌发及出苗的影响注:不同小写字母表示辐射处理间在0.05水平差异显著。下同。辐射剂量（Gy）发芽率（%）出苗率（%）成苗率（%）0（CK）95.2b94.5b94.0a15098.7a97.9a94.2a20094.8b91.9c88.7b25090.0c82.6d66.6c30086.4d73.3e45.4d35075.1e50.1f18.5e附图辐射剂量对嫩选17谷子成苗率的影响25-2023.1 试验研究辐射剂量(Gy)苗高（cm）叶长（cm）苗鲜重（g）0（CK）20.2a17.1a12.5a15019.7a17.8a12.1a20017.4b15.3b10.7b25015.9c13.4c9.2c30013.7d13.5c8.9c35013.5d12.0d7.6d表2辐射剂量对谷子幼苗生长的影响创新或探究植物对辐射的生理响应，已做过大量研究。种子辐射处理后最直观的生理损伤是发芽率降低、幼苗长势弱，辐射剂量过高还会造成种子不能萌发或幼苗生长受到严重抑制，大量研究也印证了辐射剂量与种子萌发及幼苗生长呈负相关12-14，但有些研究表明，较低剂量的辐射有利于种子萌发，较高剂量的辐射对种子萌发有抑制作用，且随着辐射剂量的提高抑制作用加强15。本研究中在150 Gy剂量下嫩选17的发芽率、出苗率均比对照显著提高，随着辐射剂量升高，发芽率、出苗率、成苗率逐渐降低，这种变化趋势与赵丽娟等22的利用60Co-射线辐射谷子干种子的诱变效应研究结果较一致。辐射剂量对幼苗生长的诱变效应与谷种萌发规律大体相同，嫩选17在150 Gy辐射剂量下反应不敏感，苗高、叶片长、苗鲜重与对照差异不显著，随着辐射剂量的增加，嫩选17各项指标均呈现下降趋势，且与对照差异显著。3.1.2适宜诱变剂量的确定由于植物自身生物学特性不同，对辐射剂量的敏感度也不尽相同。一般情况下所受到的辐射剂量越大，M1代中出现变异个体的概率会加大，存活率也会下降;相反，辐射剂量过小，出现变异个体的概率也随之降低，从而不能达到辐射处理预期的目标，因此辐射剂量的确定极为重要16。根据多年的育种实践表明，将M1代的成苗率及半致死剂量作为确定谷子适宜诱变剂量的依据更为合理。关于辐射诱变适宜剂量的确定，不同的研究结论有一定差异，赵丽娟17利用60Co-辐射4个春谷型谷子品种，对诱变效应进行了研究，结果表明4个春谷品种半致死剂量在250300 Gy之间，本研究中同为春谷型的嫩选17半致死剂量为284.1 Gy，这与赵丽娟研究结果差异不大。另外，辐射诱变效应不仅与品种自身特性有关，也与辐射处理时温度、湿度等环境条件有关，鉴于本研究中只采用了1.1 Gy的辐射剂量率，可在后续工作中对不同剂量率在辐射诱变的影响展开研究，以对本试验结果加以验证、完善。3.2结论嫩选17在低剂量辐射下发芽受到促进，幼苗生长未受到明显影响。随着辐射剂量升高，种子萌发及幼苗生长受到明显抑制，尤其是高剂量（350 Gy）辐射对谷子种子损伤较大，严重影响幼苗存活率及幼苗生长。根据半致死剂量回归方程可以得出嫩选17的半致死剂量为284.1 Gy，可作为60Co-辐射诱变进行种质创新的适宜剂量。参考文献1刁现民.中国谷子产业与产业技术体系M.北京:中国农业科学与技术出版社,2011.2智慧,牛振刚,贾冠清,等.谷子干草饲用品质性状变异及相关性分析J.作物学报,2012,38（5）:800-807.3李顺国,刘斐,刘猛,等.中国谷子产业和种业发展现状与未来展望J.中国农业科学,2021,54（3）:459-470.4杨震,彭选明,彭伟正.作物诱变育种研究进展J.激光生物学报,2016,25（4）:302.5原蒙蒙,李妍,王献.60Co-辐射对紫薇种子生物学效应的影响J.河南农业科学,2015,44（1）:101-104.6张聪,冯俊彦,李明,等.60Co-辐射诱变选育菜用甘薯耐旱材料J.分子植物育种,2021,19（20）:6827-6833.7陈静,胡晓辉,苗华荣,等.60Co-射线辐照花生种子后代的SSR分析J.华北农学报，2010,25（3）:68-72.8罗铭欣,刘凤民,陈纪言,等.60Co-辐射柱花草M3代的农艺性状及遗传多样性分析J.草地学报,2021,29（9）:1992-2000.9闫锋,李清泉,董扬,等.60Co-辐射对糜子种子萌发及幼苗生长的影响J.作物杂志,2021（4）:202-205.10伊虎英,鱼红斌,马建中.中国谷子辐射育种的成就和展望J.核农学报,2002,16（2）:125-128.11王兆玉,林敬明,萝莉,等.小油桐种子的60Co-射线辐射敏感性及半致死剂量的研究J.南方医科大学学报,2009,29（3）:506-508.12李志能,刘国锋,包满珠.悬铃木种子60Co-辐照及其苗期生物学性状调查J.核农学报,2006,20（4）