60Co-γ射线对9种庭院月季扦插苗的辐射效应研究

齐文全 江振威 王亚琴 杨 彪 刘 斌 何燕红 高红胜

(1华中农业大学园艺林学学院/园艺植物生物学教育部重点实验室/农业部华中都市农业重点实验室,湖北 武汉 430070;2 扬州大学园艺与植物保护学院,江苏 扬州 225009)

月季(Rosa hybrida)为蔷薇科(Rosaceae)蔷薇属(Rosa)植物,素有“花中皇后”的美誉,位列世界四大鲜切花之首,也是中国十大传统名花之一[1-3]。观赏月季通常分为切花月季和庭院月季,切花月季是根据茎杆直立、高产、无刺或少刺以及瓶插寿命长等标准严格筛选出来的,而庭院月季是一个多样化的群体,庭院月季不仅可以用做庭院观花,还可做盆栽、藤本、地被、蜜饯、食品或提炼香精等[4]。庭院月季品种分为野生型庭院月季、古老庭院月季和现代庭院月季三大类[4]。

目前月季品种数量已逾30 000个,且随着育种技术的不断发展,品种数量仍在持续增加[5-6]。但我国市场上的月季品种主要来自荷兰、法国、德国、美国、日本等西方国家,自育品种少且缺乏市场竞争力[7-8]。传统的杂交育种是月季最主要的育种方法,但现有月季新品种大多是利用品种间反复杂交和回交产生,在遗传多样性上难有新的突破,新品种选育困难已成为制约月季产业发展的重要因素之一[2]。相较于杂交育种等传统方法,辐射诱变育种具有变异频率高、变异谱大、后代稳定快、育种年限短等特点,已被广泛应用于作物育种[9-10]。其中,γ射线是最常用的辐照射线,其穿透力极强,突变率高,易引起植物形态结构和生理生化的变异,可在较短时间内选育新品种,同时诱变成本低,育种前景广阔[11]。60Co-γ射线已在大豆[12]、陆地棉[13]、粳稻[14]、大蒜[15]、苜蓿[16]、草莓[17]、波士顿蕨[18]、小苍兰[19]和切花月季[20]等植物育种中得到广泛应用。

我国月季的辐射育种工作开始于20世纪80年代,现已培育出一批月季新品种[21]。许肇梅等[22]育成了彩叶明星、和平之光、郑州大奖章和白玉牡丹4个优良品种;黄善武等[23]育成了霞光万道;李惠芬等[24]培育了霞辉新品种。研究表明,辐射剂量越大,辐射效应越显著,但不同月季品种对60Co-γ射线辐射的敏感性不同,半致死辐射剂量也存在差异[8]。李树发等[8]利用60Co-γ射线辐射10个切花月季品种的接芽,不同品种的嫁接成活率受辐射影响不同,品种变异率为3.06%～8.82%。前人对于庭院月季也有少量的研究,但种类较单一,且将辐射处理对月季生长和诱变的影响割裂分析,缺乏系统性。本研究以粉扇、金凤凰、梅朗口红、紫袍玉带、安吉拉、粉色达芬奇、你的眼睛、香槟和九重香9个现代庭院月季品种的扦插苗为试验材料,分析60Co-γ射线对不同品种月季扦插苗死亡率、生长势和变异率的影响,探讨60Co-γ射线辐射对月季的诱变效应及最佳辐射剂量,以期为今后庭院月季育种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为南阳月季集团提供的9个现代庭院月季品种粉扇、金凤凰、梅朗口红、紫袍玉带、安吉拉、粉色达芬奇、你的眼睛、香槟和九重香的穴盘扦插苗,涵盖粉色、黄色、红色、橙色、复色5个色系,其中杂交茶香月季4个、丰花月季4个、藤本月季1个。各品种的具体特征见表1。

表1 庭院月季供试品种主要特征Table1 Main characteristics of tested garden rose cultivars

1.2 辐射诱变试验

2017年7月26日,选择高度为10 cm左右、长势均一的月季穴盘扦插苗,辐射源为60Co-γ射线,设置5个辐射剂量,分别为0、25、45、60、80 Gy,以0 Gy为对照(control,CK),每个梯度辐射植株数量约为30株,3次重复。在湖北省农业科学院辐照中心完成辐射处理,辐射后立即定植于110 mm 双色塑料盆中。

1.3 理化指标测定方法

月季辐射苗定植120 d后,测定其死亡率和萌芽率:

死亡率=每个品种死亡的株数/每个品种的总株数×100%;

萌芽率=每个品种萌发新芽的株数/每个品种的总株数×100%。

死亡率是衡量辐射损伤效应的重要指标,以不同辐射剂量(x)为自变量,不同辐射剂量下月季死亡率(y)为因变量,用直线回归方程y=a+bx计算9个品种月季的半致死辐射剂量(semi-lethal dose,LD50)。同时,测量各辐射处理组月季的株高、株幅、侧枝数、侧枝长度、复叶长和复叶宽等形态指标,设3个生物学重复。其中,株高(cm)为植株从盆土到最高点的垂直距离;株幅(cm)为植株东西和南北向宽度的平均值;侧枝数为植株主枝上萌发侧枝的个数;侧枝长度(cm)为植株所有侧枝长度的平均值;复叶长(cm)和复叶宽(cm)为最大复叶的长度和宽度。

定植30 d后每隔3 d 观察田间植株变异情况,持续统计270 d,按照公式计算总变异率:

变异率=各品种发生变异的总株数/各品种总株数×100%。

1.4 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2016进行数据计算和图表绘制,DPS v16.05数据分析软件进行方差分析和多重比较(Duncan′s 新复极差法)。

2 结果与分析

2.1 60Co-γ射线辐射对庭院月季扦插苗死亡率和萌芽率的影响

由表2、表3可知,随着辐射剂量的增加,不同品种月季扦插苗的死亡率均逐渐升高,月季平均死亡率从CK的33.61%上升至80 Gy处理组的79.71%。同时,60Co-γ射线辐射处理抑制了月季穴盘扦插苗的萌芽率。其中80 Gy处理组九重香月季的耐受力最好,死亡率较CK 仅提升了26.57个百分点,且全部萌芽;其次为粉色达芬奇和粉扇,两者死亡率较CK分别提高了33.70和38.89个百分点;梅朗口红和你的眼睛月季的耐受性一般,两者死亡率较CK分别提高了42.18和45.60个百分点;紫袍玉带、安吉拉和香槟月季的耐受力较差,三者死亡率较CK分别提高了50.62、51.67和57.92个百分点;金凤凰月季的耐受力最差,其死亡率较CK 提高了67.73个百分点。辐射后植株的萌芽率也因品种而异,随着辐射剂量的增加,月季的萌芽率普遍表现出下降趋势,但九重香的萌芽率不受影响,当辐射剂量为80 Gy时,其萌芽率仍为100%。

2.2 庭院月季扦插苗的辐射半致死剂量

由表4可知,不同品种月季扦插苗死亡率与辐射剂量间的标准曲线,除粉色达芬奇外,其余8个品种的死亡率与辐射剂量均符合一元一次方程,标准曲线截距为CK的死亡率。粉扇、金凤凰、梅朗口红、紫袍玉带、安吉拉、你的眼睛、香槟和九重香8个品种月季扦插苗CK 死亡率分别为32.04%、8.84%、42.61%、31.38%、38.02%、23.56%、5.70%和44.91%。梅朗口红、安吉拉、粉色达芬奇和九重香4个品种月季的移栽成活率较低,未计算半致死剂量,粉扇、金凤凰、紫袍玉带、你的眼睛和香槟5个品种月季扦插苗的半致死剂量范围为26～55 Gy,半致死剂量平均值为43 Gy。

2.3 60Co-γ射线辐射对庭院月季扦插苗生长的影响

图1 不同辐射剂量对庭院月季扦插苗株高的影响Fig.1 Effects of different radiation dose on the height of garden rose cutting seedlings

/%响影的率亡死苗插扦季月院庭对量剂射辐同2 不表Table 2 Effects of different radiation dose on the death rate of garden rose cutting seedlings均Mean 平香 Everest Double 重Fragrance槟Champagne九香睛 Eyes for You 眼的你奇芬达色粉Léonardo da Vinci 拉Angela 吉安带 Roger Lambelin 玉袍紫红 Rouge Meilland 口朗梅凰 Golden Scepter 凤金扇Fen Shan 粉量 Radiation dose/Gy 剂射辐33.61 46.71±2.29cB 15.32±1.13bB 27.23±1.86cB 39.78±1.53cC 51.51±3.74bB 37.96±0.28bB 45.04±1.47dC 11.11±1.11dC 27.83±1.95cB 0(CK)40.63 19.63±3.25bB 51.95±1.11bcAB 38.46±2.22bB 50.00±5.00cC 76.90±7.97aA 42.98±7.84bB 53.18±3.72cdBC 27.48±1.88cBC 51.3±2.58bA 25 54.49 22.06±5.10bB 57.95±5.05abcAB 71.83±5.58bB 87.65±3.27aA 37.81±0.42bcB 51.89±6.68bB 65.99±6.06bcABC 46.54±3.67bB 48.73±4.16bA 45 73.68 67.35±3.99aA 67.82±5.80abAB 65.57±5.29aA 91.26±1.19aA 86.72±0.53aA 84.62±2.22aA 71.12±3.43bAB 73.15±6.06aA 55.54±3.52abA 60 79.71 73.28±5.96aA 73.24±4.77aA 72.83±2.98aA 91.45±1.28aA 85.21±3.02aA 88.58±4.00aA 87.22±4.74aA 78.84±3.44aA 66.72±3.62aA 80。同。下著显异差上平0.05 水0.01和在示表别分母字写、小大同不列:同Note:The capital and lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.01 and 0.05 level,respectively. The same as following. 注

/%响影的率芽萌苗插扦季月院庭对量剂射辐同3 不表Table 3 Effects of different radiation dose on the germination rate of garden rose cutting seedlings均Mean 平香 Everest Double 重Fragrance槟Champagne九香睛 Eyes for You 眼的你奇芬达色粉Léonardo da Vinci 拉Angela 吉安带 Roger Lambelin 玉袍紫红 Rouge Meilland 口朗梅凰 Golden Scepter 凤金扇Fen Shan 粉量 Radiation dose/Gy 剂射辐100 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 0(CK)99.72 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 100±0aA 97.44±2.56aA 100±0aA 25 95.09 100±0aA 91.12±5.60abA 100±0aA 86.67±13.33abA 100±0aA 91.90±4.23aAB 96.08±3.92aA 95.56±4.44aA 94.44±5.56aAB 45 71.94 100±0aA 65.16±15.11bcAB 72.62±4.29bAB 61.67±7.26bA 65.17±9.17bBC 64.29±11.74bAB 44.44±5.56bB 90±5.77aA 84.13±15.87abAB 60 58.66 100±0aA 41.70±12.87cB 52.22±7.78bB 73.81±14.48abA 45.93±13.05cB 57.36±10.01bB 80.16±12.47aA 41.67±10.14cC 35.12±11.50cB 80

表4 不同品种庭院月季死亡率与辐射剂量之间的关系Table4 Relationship between death rate of different garden rose cultivars and radiation dose

图2 不同辐射剂量对3种庭院月季扦插苗生长的影响Fig.2 Effects of different radiation dose on the growth of three garden rose cutting seedlings

表5 不同辐射剂量对庭院月季扦插苗生长的影响Table5 Effects of different radiation dose on the growth of garden rose cutting seedlings

表5(续)

由图1、表5可知,低剂量辐射(25 Gy)对9个品种月季扦插苗的生长既可产生促进作用,又可产生抑制作用,但在高剂量辐射(60 Gy和80 Gy)下,所有月季品种基本停止生长,死亡率剧增。9个品种月季经辐射处理后呈现3种生长状态,图2仅列出3种较典型的品种。其中,粉扇、粉色达芬奇和香槟(图2-A)月季扦插苗的株高、株幅和侧枝长度均呈梯度下降趋势,且随着辐射剂量的增加下降幅度更加明显。25 Gy 低剂量辐射下,梅朗口红(图2-B)和九重香月季扦插苗株高无显著变化,当辐射剂量为45 Gy时,其株高才受到显著抑制,而株幅和侧枝长度随着辐射剂量的增加呈梯度下降趋势。低剂量辐射处理后金凤凰、紫袍玉带、安吉拉(图2-C)和你的眼睛月季扦插苗的生长得到促进,辐射剂量为25 Gy时,这4个品种月季扦插苗株高较CK分别提高1.17倍、1.21倍、1.28倍和1.25倍,株幅和侧枝长度总体无显著差异,而高剂量辐射处理仍显著抑制其生长。

除你的眼睛品种外,大多数品种月季的侧枝数和叶片大小的变化规律较一致。低剂量辐射处理(25 Gy)后,月季的侧枝数与CK相比无显著差异;随着辐射剂量的增加,月季侧枝数逐渐减少;辐射剂量为60、80 Gy时,所有品种月季的侧枝生长均受到显著限制(P＜0.05)。此外,60Co-γ 辐射处理能抑制月季扦插苗叶片的生长,辐射剂量越高,叶片越小(图2、表5)。

2.4 60Co-γ射线辐射对庭院月季扦插苗变异的影响

由表6、图3可知,不同品种月季的变异率不同,共获得17株变异株,占所有材料的4.20‰。其中梅朗口红月季共产生5株变异株,紫袍玉带和粉色达芬奇月季各产生3株变异株,安吉拉月季产生2株变异株,粉扇、金凤凰、你的眼睛和香槟月季各产生1株变异株。变异体多为花色、花型、叶形及茎的变异,这些变异分别占变异总体的52.94%、35.29%、17.65%、11.76%;从品种色系看,粉色和红色系品种月季的变异率较高,其他色系品种月季的变异率较低,但相同色系间的不同品种月季的变异率也存在差异,且月季变异率随辐射剂量的增加呈现先上升后下降的趋势,其中25、45、60 Gy 剂量组月季的变异体分别占总变异体的17.65%、64.70%、17.65%,说明60Co-γ射线辐射处理产生的变异具有随机性,且辐射剂量会影响变异率。

3 讨论

大量辐射育种试验已证明植株的死亡率与辐射剂量呈正相关关系[25-27],但是不同基因型对应的LD50有差异[28]。月季辐射育种研究表明,月季死亡率与辐射剂量呈极显著正相关[8,29-30],本试验得到相似的结果:月季扦插苗死亡率随辐射剂量的增加而显著升高。李树发等[8]发现10个切花品种的嫁接成活率都随辐照剂量的增加而降低,但是不同切花月季品种的芽接成活率受辐照的影响不同,LD50在40～50 Gy 之间,适宜辐射剂量为30～50 Gy;张兴等[29]在丰花月季组培苗的辐射育种研究中发现,辐射剂量与月季的死亡率呈极显著正相关,其LD50为49.67 Gy;Madhu 等[31]使用0、5、10、15、25、40、55、65、70、80 Gy60Co-γ 辐射处理现代月季Pusa Mohit,其LD50为40 Gy。本研究采用60Co-γ射线对9个现代庭院月季品种的扦插苗进行辐射处理,除梅朗口红、安吉拉、粉色达芬奇和九重香4个品种由于初始根系生长较弱导致移栽成活率较低外,其他5个品种月季扦插苗的LD50为26～55 Gy,表明不同庭院月季的LD50也不相同。

表6 月季变异体的主要特征Table6 Main traits of the rose variants

辐射对同一个物种不同基因型(品种)的生长势会产生不同的影响[32]。但前人在月季辐射育种研究中通常只关注辐射后月季的死亡率和变异率,而对辐射后月季的生长情况鲜有报道。本研究发现不同庭院月季品种经辐射处理后,植株的生长变化趋势不同,主要表现在低剂量处理(25 Gy)下,粉扇、粉色达芬奇和香槟月季的株高、株幅和侧枝长度显著下降;梅朗口红和九重香月季的株高无显著变化;金凤凰、紫袍玉带、安吉拉和你的眼睛月季扦插苗的株高增加。由于现代月季遗传极具多样性,所以不同月季品种对辐射的耐受力也不同。因此,确定不同月季品种最适宜的辐射剂量对于提高辐照育种的效率尤为必要。

图3 庭院月季变异体的部分优良变异性状Fig.3 Parts of excellent traits of rose variants

植物在自然条件下通过偶然产生的突变频率很低,单个植株发生的变异频率为10-6[7],通过辐射处理能显著提高植物突变率,比自然突变率高100～1 000倍。李树发等[8]在切花月季辐射研究中发现,辐照处理比当地的自然变异高出800倍,且10个品种月季在一定辐照范围内随辐射剂量增加,其变异率呈现先降低后升高再降低的趋势。本试验对9个品种庭院月季的辐射处理中也出现了大量的变异体,占所有材料的4.20 ‰。在所有变异个体中,25 Gy处理组中月季变异株占总变异株的17.65%,45 Gy处理组中月季变异株占总变异株的64.70%,60 Gy处理组中月季变异株占总变异株的17.65%,可见45 Gy左右60Co-γ射线辐射处理月季扦插苗能获得较多的变异株且变异性状丰富。此外,25 Gy处理组中月季变异株的变异性状稳定性差,60 Gy处理组中月季变异株多为畸变,变异性状观赏性较差。变异株主要表现在花、叶和茎的变异,但辐射诱变的稳定性较差,故仍需进一步深入观察。

4 结论

本研究结果表明,60Co-γ射线对庭院月季扦插苗的最适辐射剂量为45 Gy。在较低辐射剂量(25 Gy)处理下月季扦插苗死亡率较低,生长良好,但变异率偏低;在较高辐射剂量(60、80 Gy)处理下月季死亡率偏高,生长受抑制,且产生大量畸变,观赏价值低。综合60Co-γ射线对月季扦插苗死亡率、生长势和变异率的影响,月季扦插苗的最适辐射剂量为45 Gy,该剂量范围内,月季扦插苗既能保持一定的生长,又具有较高的变异频率。