60Co-γ辐射对甘蔗种子萌发和幼苗生长的影响初探

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(中国热带农业科学院热带生物技术研究所/农业部热带作物生物学与遗传资源利用重点实验室,中国热带农业科学院甘蔗研究中心， 海南 海口 571101)

甘蔗是我国主要的糖料作物，所生产的蔗糖占总食糖90%以上。甘蔗可以用来生产乙醇等生物能源，其蔗渣还可以用来加工成饲料等[1]。当前生产上应用甘蔗品种基本上为常规杂交选育而成。但由于我国多年进行的甘蔗杂交大部分是近亲交配，血缘单调贫乏，难以得到优越的变异材料[2]。有研究表明：人为地有目的地进行组合，然后再进行辐射诱变，累加了基因分离和诱发突变两者所产生的变异，增加了突变，是提高诱变效果的有效手段之一[3-4]。

辐射诱变育种是利用γ射线等诱发植物基因和染色体畸变，获得有价值的突变体，从而育成优良品种[5]。60Co-γ辐射是目前辐射育种中使用最广泛的辐射方式[6]。本研究以甘蔗有性杂交种子为供试材料，观察60Co-γ射线对不同亲本获得的甘蔗种子的萌发状况及出苗率的影响，以期为其辐射诱变杂交育种的亲本选择提供依据，促进甘蔗的育种进程，加快高糖、高产、抗性强的甘蔗新品种的选育。

以甘蔗有性杂交种子为材料进行60Co-γ辐射，观察对甘蔗有性杂交种子播种后出芽、移栽后的表现，调查60Co-γ辐射对甘蔗有性杂交种子对出芽、出苗的影响以及苗期辐射形态变化情况，为甘蔗种子辐射育种早期选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

以我国主栽品种新台糖22号、高糖品种桂糖02-901和粤糖99-66、高产品种粤糖00-319、国外引进种质选育出来的热引1号和园林3号为亲本在海南甘蔗育种场进行有性杂交获得的种子为材料进行60Co-γ辐射。杂交组合及其亲本和亲本特性见表1。

1.2 辐 射

采后用塑料袋装好，放在4 ℃冰箱保存，辐射前取一小部分进行发芽试验，将种子称重后于同年进行辐射处理。钴源放射剂量率为1 Gy/min，辐射剂量为70 Gy。辐射后，在灭菌的蔗渣土中播种，播种后放在35 ℃(白天)，28 ℃(晚上)的培养箱里发芽，同时播种未辐射的种子，设置对照。

1.3 种子萌发的统计

10 d后甘蔗种子发芽完成后统计种子的发芽率。统计每个组合的发芽数，包括对照的，根据之前称的重量，计算出克发芽数。克发芽数=发芽数/重量(g)。

表1 甘蔗种子亲本及其特性

编号母本父本母本特性父本特性1粤糖99-66内江03-216爪割7代,印割6代,中大茎,宿根性强,生势好,早熟高糖,全期生长快中茎,宿根性强,生势好,早中熟,耐旱耐寒2热引1号ROC22高产,分蘖多,抗螟虫中茎,宿根性强,生势好,高糖高产、宿根好、适应性强3园林3号ROC22脱叶性好,难开花,果蔗,2001年从台湾引入,茎紫红色,中大茎中茎,宿根性强,生势好,高糖高产、宿根好、适应性强4桂糖02-901科5特早熟,特高糖,高产。植株高,中茎、脱叶性好、较抗黑穗病,宿根性较好中茎,宿根性一般,生长势好,高产5粤糖00-319ROC10植株高大、株型紧凑、高糖,宿根性差、难开花中大茎,糖分高,宿根性好,生长势好,前期生长稍慢,后期生长快

1.4 移栽前统计死亡率

种子出苗后，有些出现矮小、死亡等情况，因此在出苗后2个月假植到穴盆前数小苗存活数，计算死亡率。死亡率(%)=2个月的幼苗死亡数/发芽数×100%。

1.5 数据处理

试验数据用Excel软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 辐射处理对甘蔗杂交种子发芽状况的影响

由图1可知，辐射处理后，甘蔗杂交种子的发芽率比未辐射的都变低了。由于甘蔗本身要在特定的条件下才能开花，不同的甘蔗品种开花情况也不一样，因此即使是未经辐射的甘蔗杂交种子发芽情况也不一样。然而，经过60Co-γ射线70 Gy辐射之后，不同组合的甘蔗杂交种子发芽率都下降了，但是与未辐射的甘蔗种子发芽率相比较，这种辐射处理后的种子发芽率下降程度并不高，说明60Co-γ射线70 Gy辐射对甘蔗种子发芽情况影响较小。

图1 辐射对甘蔗杂交种子发芽状况的影响

2.2 辐射处理对甘蔗杂交种子幼苗死亡率的影响

60Co-γ射线70 Gy辐射对甘蔗杂交种子的发芽影响不大，然而对种子发芽后幼苗生长的影响较大(图2)。未辐射的甘蔗杂交种子发芽后幼苗的死亡率在25%以下，辐射后幼苗的死亡率都在40%以上，甚至达到60%，说明70 Gy辐射对甘蔗种子的幼苗生长产生了较大的影响。

图2 辐射对甘蔗杂交种子幼苗生长状况的影响

2.3 辐射处理对甘蔗杂交种子幼苗生长表现的影响

经过60Co-γ射线70 Gy辐射播种1个月之后，甘蔗杂交种子幼苗生长迟缓、出现矮化、叶片卷缩，一部分慢慢死亡，一部分持续矮化，生长停滞，还有一部分在后期生长回归正常，接近未辐射的幼苗表型(图3 A，B)。图3 C为播种后2个月的未受辐射幼苗(图3 C，a)和生长停滞的幼苗(图3 C，b)。说明辐射处理显著抑制了幼苗的生长并导致部分幼苗死亡。

3 讨 论

通过辐照诱发新变异类型, 已成为当代植物改良和作物育种的一种重要手段，而60Co-γ射线辐照诱发又因能获得较高的突变率和较宽的突变谱, 有利于筛选新的突变型而成为人工诱变常用的手段[7]。因γ射线辐照生物体过程中，能量沉积会引起生物体不同程度的辐照损伤。在辐射育种中，要获得一定的变异，就需要有足够的量进行辐射。在甘蔗辐射育种的材料选择上，如果以茎段的芽为辐射材料，所需要的量特别大，往往以吨为单位计算，这就对辐射试验造成一定的困难。而以种子为材料，因为甘蔗种子细小，只需要一部分种子便能获得较多的实生苗。

注：A为受辐射幼苗；B为未受辐射幼苗；C-a为未辐射幼苗；C-b为生长停滞幼苗。图3 辐射对甘蔗杂交种子幼苗生长表现的影响

虽然生产上甘蔗以茎段进行无性繁殖，但是在育种上主要以花穗杂交获得种子进行选育，且甘蔗开花需要一定的气候条件，不像水稻、棉花等作物可以方便地进行杂交育种。种子活力的高低直接影响到播种质量和田间出苗率，进而影响植株的生长发育及其抗逆性，而种子萌发的本质是种子在水的活化下启动基因组中新基因的表达或原有基因的活化，使胚恢复代谢和生长[8-10]。研究表明，在辐照条件下，植物细胞中的核酸含量下降[11-12]，表明辐照对甘蔗种子萌发乃至幼苗的生长影响与抑制胚细胞中核酸合成有关。

本研究表明，70 Gy辐照对甘蔗种子萌发、幼苗的生长总体上具有抑制作用，这与植物内部分子结构及反应机制有关。70 Gy辐照对甘蔗杂交种子萌发的影响相对较小，然而对幼苗的影响较大，特别是1号组合和3号组合，幼苗的致死率达到40%～50%。对移栽到穴盆里的幼苗观察发现，移栽后辐射的甘蔗幼苗生长明显比对照缓慢。在后续的试验中，将会对这些辐射种子的幼苗进行全生育期的观察及农艺性状的调查，以分析70 Gy的剂量对甘蔗杂交种子的影响。

参考文献：

[1]陈如凯.中国现代农业产业可持续发展战略研究(甘蔗分册)[M].北京:中国农业出版社,2014.

[2]吴才文,赵培芳,夏红明,等.现代甘蔗杂交育种及选择技术[M].北京:科学出版社,2014.

[3]张正清.甘蔗有性杂交辐射诱变育种中值得注意的问题[J].中国糖业,1995(5):7-8.

[4]Muller H.J.The production of mutations by X-rays[J].Proc Natl Acad Sci USA,1928,14(9):714-726.

[5]杨再强,王立新.观赏植物辐射诱变育种研究进展[J].四川林业科技,2006,27(3):19-23.

[6]郭涛.60Co-γ辐射对不同甜高粱品种品种的诱变效应[D].西北农林科技大学,硕士论文,2010.

[7]马育华.植物育种的遗传学基础[M].南京:江苏科技出版社,1980.

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[11]胡丽芳.苏连水.朱昌兰,等.辐射诱变水稻雄性不育突变体tda的遗传与细胞学分析[J].核农学报,2015,29(12):2 253-2 258.

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