60 Co-γ 辐照对Na2 SO4 胁迫下乌拉尔甘草种子发芽特性的影响

韩亚楠，吴琼，高睿，马淼，2，赵红艳

( 1. 石河子大学生命科学学院，新疆石河子832003; 2. 石河子大学甘草研究所，新疆石河子832003;3. 新疆师范大学图书馆，新疆乌鲁木齐830054)

乌拉尔甘草(Glycyrrhiza uralensis)隶属于豆科(Leguminosae)甘草属(Glycyrrhiza)［1］。以根和根状茎入药，是《中国药典》中药用甘草的主要品种［2］，具有抑菌［3］、消炎［4］、清热解毒［5］、止咳［6］、解痉［7］、清除自由基［8］、抗辐射［9］、抗癌［10］和免疫调节［11-13］等多种功效，是中国传统的中药材，素有“十方九草”和“中药国老”之美誉［14］，而且还广泛应用于食品、饮料、酿造、烟草及日用化工等领域。近年来，在经济利益和资源需求增加的驱动下，我国野生甘草资源遭到无节制的采挖，使得野生资源已远不能满足社会需求，因此，人工种植甘草已成必然趋势。然而，自然条件下，甘草需生长3 ～4 年后方可采挖销售，与当年就可采收获利的粮棉作物相比，农户更倾向于用良田种植一年生作物，从而严重制约了其在现有农田中的大面积种植推广。

新疆是我国甘草的主产区，也是我国甘草的道地性产区，新疆甘草种类丰富，品质优异，备受市场青睐。由于远离海洋的内陆环境和干旱的大陆性气候，新疆成为全国土壤盐渍化大区，新疆盐碱土地面积大、种类多，被称为世界盐碱土的“博物馆”［15］。新疆盐渍化耕地中的80%属次生盐渍化［16］，因此，新疆的盐碱地面积还有进一步扩大的可能。甘草具有抗寒、耐旱、耐盐碱的优良特性［17-18］，如能利用新疆广袤的闲置盐碱荒漠发展甘草种植业，不仅有利于当地生态环境的修复和改善，而且可以激发农户的种植积极性。然而，在盐碱胁迫下，种子萌发是决定植物能否成功建植和生长的关键阶段。因此，探寻提高甘草种子在高盐环境下的耐受性对其在盐碱地大面积种植具有重要意义。

辐射诱变育种因具有突变率高、突变谱宽、后代性状稳定、育种周期短等优点［19］，已成为获得新种质资源的有效途径之一。60Co-γ 辐射作为一种重要的辐射手段，为我国的辐射育种作出了重大贡献。目前，60Co-γ 辐射在提高植物的耐盐性方面已有报道［20-21］，但关于辐射后的乌拉尔甘草的耐盐性鲜有报道。因此，利用辐照诱变技术培育对盐碱环境具有较强耐受性的甘草种质是实现乌拉尔甘草在盐碱胁迫条件下种植的重要途径，不仅有助于发展荒漠经济，而且有助于盐碱土退化植被的生态恢复。

1 材料与方法

1.1 材料

供试种子于2013 年采自新疆维吾尔自治区巴州轮台县，置于4 ℃冰箱中保存。2014 年3 月20日进行种子萌发试验，种子千粒重为8.86 g。

1.2 试验设计

挑选饱满的乌拉尔甘草种子，用98% 的浓H2SO4处理1 h，自来水反复冲洗至无硫酸残留，晾干。将晾干的种子封装后送往新疆农业科学院辐照中心进行60Co-γ 射线辐射处理，辐射剂量分别为0、50、100、150、200、250、300 Gy，剂 量 率 为2. 75 Gy·min－1。辐照后分别置于不同浓度的Na2SO4单盐溶液中浸泡24 h。Na2SO4浓度分别为0、80、160、200、240、280、320、360、400 mmol·L－1，试验以未辐射种子和蒸馏水处理为对照(CK)，共63 个处理。

将经过预处理的种子均匀地摆放于铺有两层滤纸的透明萌发盒内，加入25 mL 相应浓度的Na2SO4盐溶液(与预处理浸种时的盐溶液浓度一致)，将萌发盒置于光照培养箱(25 ℃，光照12 h·d－1，光照强度为450 μmol·m－2·s－1)中培养。每处理30粒种子，设3 个重复，每天补充一次蒸馏水以保证各盐浓度在种子萌发过程中保持恒定。每隔24 h 统计种子的萌发情况(以胚根突出种皮2 mm 为标准)，统计7 d。

1.3 测定指标

选取发芽率和发芽指数作为耐盐性的评价指标。

式中，Gt为t 天发芽数，Dt为发芽天数。

1.4 数据处理

采用SPSS 18.0 软件进行方差分析，WPS 表格作图。

2 结果与分析

双因素方差分析表明，剂量辐射、Na2SO4浓度及其互作均极显著影响乌拉尔甘草种子的发芽率(P=0.000)(表1)。

在蒸馏水处理组(0 mmol·L－1Na2SO4)，100和300 Gy 的辐照处理均显著提高种子的发芽率(P ＜0. 05)，较 无 辐 照 处 理 分 别 提 高 了12% 和17.34%;150 Gy 的辐照处理则显著抑制了种子的萌发，使发芽率降低了12%;其他处理与对照间差异不显著(P ＞0.05)(图1);所有处理组的累积发芽率在2 d 后均趋于稳定(图2)。由此可见，不同剂量的辐照处理对乌拉尔甘草种子的萌发能力产生了不同的影响效果。在80 mmol·L－1Na2SO4胁迫下，50 Gy 的辐射显著地抑制乌拉尔甘草种子发芽，使发芽率降低了33.79%，其他剂量的处理与对照间差异不显著(图1);所有处理组的累积发芽率则在3 d 后趋于稳定(图2)。在160 mmol·L－1Na2SO4胁迫下，100 Gy 和300 Gy 的辐射下发芽率显著提高，较对照分别提高了20.63%和23.81%，其他剂量的处理与对照间差异不显著(图1);累积发芽率结果表明，除250 Gy 的发芽率在6 d 后趋于稳定以外，其他辐照处理组的累积发芽率在4 d 后趋于稳定(图2)。随着盐浓度的进一步升高(200 ～320 mmol·L－1)，对照组和处理组种子的发芽率开始下降，但辐照处理组的下降幅度明显低于对照组，表现出较强的耐盐性，其中100 Gy 剂量辐射处理的种子作用效果最好;在360 mmol·L－1Na2SO4胁迫下，除200 Gy 和250 Gy 的处理发芽率低于对照以外，其他剂量的辐射均不同程度地促进了乌拉尔甘草种子的发芽;当Na2SO4溶液浓度增加到400 mmol·L－1时，只有经100 Gy 辐照处理的乌拉尔甘草种子能够发芽(图1)。累积发芽率结果表明，在200 mmol·L－1Na2SO4胁迫下，所有处理的发芽率在4 ～6 d 后趋于稳定。在240 ～400 mmol·L－1Na2SO4胁迫下，所有剂量辐照处理组的累积发芽率都高于对照，发芽时间延迟，并且在7 d 时还都有不同程度的增加(图2)。由此可见，特定剂量的辐照处理可以提高甘草种子在不同浓度Na2SO4溶液中的耐盐性能。随着Na2SO4浓度的升高，所有处理组的发芽指数整体呈下降的趋势，但100 Gy 和300 Gy 剂量辐照处理的种子的发芽指数明显高于对照组，说明100 Gy和300 Gy 剂量辐照处理有助于提高甘草种子的发芽速度(图3)。

表1 辐射剂量和盐浓度对乌拉尔甘草种子发芽率影响的方差分析结果Table 1 Effects of radiation dose and salt concentration on germination percentage of Glycyrrhiza uralensis seeds

图1 不同剂量60Co-γ 辐射对乌拉尔甘草种子萌发阶段耐盐能力的影响Fig.1 Effects of different 60 Co-γ radiation doses and different Na2 SO4 concentration on germination percentage of Glycyrrhiza uralensis seeds

图2 60Co-γ 辐射对Na2 SO4 胁迫下乌拉尔甘草种子累积发芽率的影响Fig.2 Effects of 60 Co-γ radiation on accumulated germination percentage of Glycyrrhiza uralensis seed under Na2 SO4 stress treatments

图3 60 Co-γ 辐射对Na2SO4 胁迫下乌拉尔甘草种子发芽指数的影响Fig.3 Effects of 60 Co-γ radiation on seed germination index of Glycyrrhiza uralensis under different Na2SO4 stress treatments

3 讨论与结论

种子植物的生长发育要经历种子发芽、营养生长及生殖生长3 个时期。种子发芽和幼苗生长是盐生植物生活史中对土壤盐分十分敏感而关键的阶段。在盐渍环境中，种子能够发芽是植株在盐碱胁迫下能够生长发育的前提。种子耐盐能力和发芽能力影响着植物种群的分布范围［22］。盐胁迫下的种子发芽状况是评价植物耐盐性的一个重要指标。

发芽指数是衡量种子发芽速度快慢的参数。本研究表明，Na2SO4胁迫对乌拉尔甘草种子的发芽率和发芽指数有显著影响，且随着盐浓度的增加种子的发芽率和发芽指数均呈下降趋势。低浓度的Na2SO4胁迫对乌拉尔甘草种子发芽的抑制作用不显著，但随着盐浓度的上升，抑制程度加剧。主要表现在，种子的发芽率和发芽指数降低，初始发芽时间推迟，种子发芽时间延长，这与前人的研究结果一致［23］。其中，高浓度的盐溶液对种子发芽率的影响最为强烈，可能是由于高盐胁迫已超出乌拉尔甘草种子的耐受阈值，破坏了细胞质膜的完整性，导致细胞选择透性下降，使细胞内离子毒害加剧，造成部分种子的永久性失活［24］，或高盐胁迫增加了溶液的渗透势，使种子吸水困难，造成细胞内水分亏缺，进而抑制种子萌发［25］。但经60Co-γ 辐照处理的乌拉尔甘草种子在高盐环境中的发芽率显著高于非辐照组，100 Gy 和300 Gy 剂量辐照处理有助于提高甘草种子的发芽速度。说明辐射处理提高了乌拉尔甘草对高盐环境的耐受能力，这可能是辐射引起了种子内部生物自由基或有关酶活性的变化，从而提高了种子的新陈代谢水平，促进了种子的萌发［26］。

综上，随着盐胁迫浓度的增加，乌拉尔甘草种子的发芽率和发芽指数降低，不同剂量的辐射处理之间表现出较大差异。随发芽时间的延长，各浓度盐处理下种子累积发芽率的变化趋势一致，均呈现逐渐增大，并最终趋于稳定的变化格局，盐浓度越高，发芽率趋于稳定的时间就越长，种子萌发的迟滞效应就越明显。不同剂量辐射处理的种子发芽起始时间和发芽高峰期的时间均出现推迟，但经100 Gy 辐照处理的种子在整个Na2SO4胁迫梯度(0 ～400 mmol·L－1)中表现出较好的耐性，并且100 Gy 和300 Gy 剂量辐照处理有助于提高甘草种子的发芽速度。

本研究仅比较研究了经60Co-γ 辐照处理的乌拉尔甘草种子在Na2SO4胁迫环境下种子发芽阶段的耐盐性能，而辐射处理对乌拉尔甘草幼苗耐盐能力的影响以及经辐照处理的乌拉尔甘草对不同盐分环境的耐受性能还有待进一步探讨。

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