60Co-γ辐射对萝卜种子萌发和幼苗生长的影响

熊秋芳，陈玉霞，张雪清，张小康

(1．湖北省武汉市蔬菜科学研究所，湖北武汉 430345;2．湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北武汉 430064)

萝卜 (Raphanus sativusL．)又名莱菔、芦菔，为十字花科萝卜属的一、二生生草本植物。萝卜富含碳水化合物、维生素和磷、铁、硫等无机盐、淀粉酶和氧化酶等酶类以及芥子油。常吃萝卜有促进胃肠蠕动、消食除胀、增强免疫功能、预防癌症的作用，故而栽培历史悠久。萝卜是我国第2大蔬菜种植作物，品种繁多，在栽培上一般依收获季节分为冬萝卜、春萝卜、夏秋萝卜和四季萝卜等4类。采用60CO-γ射线辐射处理植物的种子、花粉、枝条、植株等，诱使遗传物质发生改变或重新组合，导致有关性状的变异，具有较高的突变率。据联合国粮食及农业组织和国际原子能机构不完全统计，至1989年已有51个国家将辐射技术应用于1 330种作物的育种中，并选出了大批优良品种，这些新品种在当前农业生产上发挥了很大作用［1－4］。但目前辐射技术在萝卜上的应用仅有少量报道。王天龙等［5］用60CO-γ射线照射萝卜种子，结果显示剂量在20～60 Gy有利于萝卜种子发芽，60～150 Gy有利于萝卜幼苗生长。聂启军［6］在用60CO-γ射线照射萝卜种子筛选抗黑斑病突变体中，筛选出了几个抗性株系。本试验利用60CO-γ射线对短叶13萝卜种子进行不同剂量辐照处理，对种子发芽率、种子细胞膜、种子活力、幼苗生长量等进行了研究，探明了萝卜种子有效的辐射诱变剂量，旨在为今后进一步筛选耐热型萝卜突变体提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为短叶13萝卜，为武汉市蔬菜科学研究所十字花科研究室自留高代自交系。种子净度≥98.0%。处理时净种子平均含水量为8.0%。

1.2 处理设计

将萝卜种子装入牛皮纸袋内，于2011年9月在湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所辐照中心进行辐射处理，共设18个辐照剂量处理，处理1为0 Gy未辐射种子为对照 (CK)，处理2为900 Gy，处理3为1 100 Gy，处理4为1 300 Gy，处理5为1 500 Gy，处理6为1 700 Gy，处理7为1 900 Gy，处理8为2 500 Gy，处理9为3 000 Gy，处理10为3 500 Gy，处理11为4 000 Gy，处理12为5 000 Gy，处理13为6 000 Gy，处理14为7 000 Gy，处理15为8 000 Gy，处理16为9 000 Gy，处理17为10 000 Gy和处理18为20 000 Gy。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 发芽率及生长量测定

参照国家农作物种子检验规程发芽试验标准，将滤纸置于培养皿中作为发芽床，25℃恒温培养箱内发芽。每处理100粒种子，3次重复。种子萌发后以上下胚轴达到或超过种子长度为标准记载发芽数。培养24 h开始计算发芽率，72 h调查发芽势，统计144 h发芽率，测胚根长、幼株生长量，分别计算不同处理种子的发芽率、发芽势、发芽指数等相关指标。

发芽势/%=规定天数内发芽种子数/试验种子总数×100;发芽率/%=发芽总粒数/试验总粒数×100;发芽指数=Σ种子发芽数/相对应的种子发芽天数。

1.3.2 种子活力测定

不同处理的50粒种子完全吸涨后，切开露胚，取带胚的一半种子放入培养皿，加入浓度为0.5%的2，3，5-氯化三苯四氮唑 (TTC)溶液，完全淹没种子，加盖并在35℃恒温培养箱内黑暗条件染色3 h，用清水冲洗并在解剖镜下观察，判断种子生活力。胚全部或大部分被染成红色的即为有活力的种子，胚不被染色的为死种子，胚中非关键性部位 (如子叶的一部分)被染色，而胚根或胚芽的尖端不染色，属于不能正常发芽无活力的种子。

取正常染色的胚30个，蒸馏水冲洗3次，用滤纸吸干胚表面水分并移入50 mL离心管中，加10 mL无水酒精，加塞置35℃培养箱黑暗浸提24 h，在485和490 nm处分别测提取液的D值，重复3次。计算TTC还原强度。

1.3.3 细胞膜透性测定

取不同辐射处理的净种子，用自来水洗净种子表面，蒸馏水和超纯水各冲洗2遍，将60粒种子放入洁净的100 mL烧杯中，加入60 mL超纯水，于25℃下浸泡24 h，用 HANNA instruments HI 98304型精密电导仪测定浸出液的电导值，再将种子及浸出液沸水浴30 min，冷却至25℃后测定总电导值，重复3次。相对电导率/%=24 h浸泡液电导值÷总电导值×100。

1.4 统计方法

用SPSS19.0统计软件进行数据统计及相关分析。

2 结果与分析

2.1 种子萌发

不同的辐照剂量不同程度地影响了萝卜种子的萌发 (图1)。萌发24 h内，不同处理的种子受抑制作用明显，随着辐照剂量的增大，种子发芽进程明显延迟，发芽率急剧下降，1 500 Gy(处理5)发芽率只有对照的50%，3 500 Gy(处理10)发芽率接近0;发芽时间增加，48和72 h发芽率逐渐提高;萌发时间达到144 h，3 500～4 000 Gy的辐照剂量处理对种子的最终发芽率没有影响。随着剂量的继续加大，发芽率开始急剧下降，到20 000 Gy(处理18)种子萌发完全受到抑制，发芽率为0。

图1 辐照处理对萝卜种子发芽进程的影响

2.2 种子细胞膜

辐照处理不仅能引起细胞核中DNA产生变异，同时还会引起膜损伤，膜透性会明显改变，表现出种子浸出液电导率增加。对辐照处理后萝卜种子24 h浸出液电导率及相对电导率测定结果见图2。辐照剂量低于1 300 Gy(处理4)，2种电导率变化均小，说明细胞膜透性变化小，细胞膜损伤不严重;当剂量超过1 500 Gy，细胞渗出液浓度随着辐照剂量的加大而增加。电导率越大，膜透性越大，细胞受损伤程度越大。萝卜种子的24 h电导率和相对电导率变化趋势一致。

2.3 种子活力

图3和1表明，随着辐照剂量的增加，萝卜种子各种活力指标均表现下降的趋势。其中，24 h发芽率和72 h发芽指数的变化临界点在3 500(处理10)～4 000 Gy(处理11);当辐照剂量超过20 000 Gy，24 h发芽率、72 h发芽势、72 h发芽指数指标均为0，种子活力完全丧失。

图2 辐照处理对萝卜种子细胞膜透性的影响

图3 辐照处理对萝卜种子活力 (72 h)的影响

四唑测定技术 (TTC)是《国际种子检验规程》中用于测定发芽缓慢或有休眠种子的生活力、快速判断种子潜在发芽能力的一种有效方法，应用广泛。图4显示，与发芽法144 h测定的结果基本一致。当辐照剂量达到3 500 Gy，有生活力的种子高达80%以上，萝卜种子的生活力仍很强，随着剂量的增加，种子生活力开始降低，到10 000 Gy(处理17)，种子生活力降到50%以下，到20 000 Gy，生活力最终丧失，说明该剂量的辐照对种子已经产生了极强的抑制效应。

图4 辐照处理对萝卜种子生活力的影响

2.4 幼苗根系生长

萝卜幼苗根系对辐照极为敏感 (图5)。受辐照种子的胚根生长较慢，毛状细根发生明显受到抑制，随着剂量的增大，细根的发生从浓密到几乎不发生。测定144 h幼苗的根长，表明辐射对根系生长产生不同程度的抑制，剂量越大，抑制效果越明显，达到10 000 Gy时，几乎没有胚根生成。

图5 辐射处理对萝卜幼苗根长的影响

2.5 幼苗生长量

萝卜幼苗受辐照后，子叶和下胚轴生长缓慢，萌发144 h后，受不同剂量辐照的萝卜幼苗损伤差异明显。高剂量处理中大部分植株和子叶黄化，逐渐死亡。生长量的变化同样反映出辐照的剂量效应，随着辐照剂量增加，生长量减少，3 500 Gy以上剂量处理的幼苗生长量比未辐射的幼苗生长量少50%以上 (图6)。

图6 辐射处理对萝卜幼苗生长量的影响

2.6 种子活力指数间的相关关系

萝卜种子活力指数间的相关关系分析结果(表1)表明，萝卜种子5项活力指数间均表现出极显著相关关系。其中幼苗生长量与其他4项指标相关关系都很高，发芽后幼苗的根长和生长量存在极显著相关关系。24 h电导率与其余4项活力指标均存在极显著关系。

表1 萝卜种子活力指数间的相关关系

辐照处理剂量对根和生长量的影响作用均为负相关，所以根长和生长量可作为评价萝卜种子辐射处理后种子活力和早期生长表现的直观指标。

2.7 半致死剂量

受辐照的种子萌发后，幼苗逐渐表现出生长受到抑制，根系停止生长，子叶边缘发黑、黄化、畸形、分叉等情形 (图7)，畸形植株最后出现萎蔫至枯死。以发芽试验和田间辅助播种试验数据为基础，由SPSS软件计算出半致死剂量为1 494.662 Gy。

图7 萝卜辐照种子幼苗受害情况

3 小结与讨论

60Co-γ辐射不同程度地影响了萝卜种子萌发及幼苗生长进程。24 h电导率与其余4项活力指数均存在极显著的相关关系，可作为快速测定萝卜种子活力的有效指标。

随着发芽时间的增加，较低的辐照剂量对萝卜种子的最终发芽率没有影响，直到辐照剂量为10 000 Gy时，萝卜的发芽率还可以达到30%，这可能与萝卜种子里面含有大量的芥子碱有关。芥子碱广泛存在于十字花科植物中，是一种非常有价值的天然抗氧化剂，芥子碱在辐射和活性氧攻击中不仅可以防止碱基损伤，而且能够有效地减少DNA链的断裂［7］，在萝卜种子受到辐射的时候，能够进行自身的修复，以至于在高辐射剂量下仍然能正常发芽。但24 h内，3 500 Gy是一个临界点，因此24 h发芽率可作为辐射敏感性的指标。

根长和幼苗生长量广泛用于植物对辐射敏感程度的度量，在萝卜上也很好地反映了此一效应，3 500 Gy是严重损伤的剂量，极大地抑制了根、茎生长。从辐射对萝卜种子萌发进程、活力变化及早期幼苗生长的影响来看，可选择临界剂量和半致死剂量即1 300～1 500 Gy，作为短叶13萝卜种子诱变处理的最佳辐射剂量范围，有望产生较多的突变体。

［1］温贤芳．中国核农学现状与21世纪初的发展［J］．核科学与工程，2000(3):332－338．

［2］蔡春菊，高健，牟少华．60Co-γ辐射对毛竹种子活力及早期幼苗生长的影响 ［J］．核农学报，2007，21(5):436－440．

［3］廖飞雄，潘瑞炽．60Co-γ辐射菜心种子对苗期细胞膜及保护酶活性的影响 ［J］．核农学报，2001，15(5):286－289．

［4］付彦荣，韩益，孙振元，等．60Co-γ辐射对五叶地锦种子发芽和M1性状的影响 ［J］．中国农学通报，2004，20(6):73－76．

［5］王天龙，张继业．60Co-γ射线对萝卜种子发芽率及幼苗生长的影响［J］．青海农林科技，2009(1):1－3．

［6］聂启军．60Co-γ射线辐照萝卜种子筛选抗黑斑病突变体［D］．武汉:华中农业大学，2003．

［7］柯木根，吴国欣，，林燕妮，等．芥子碱的研究概况［J］．中草药，2007，38(9):8－9．