60Co-γ射线辐射对寒地粳稻种子活力的影响

刘宝海 刘晴 付立新 王明泉 聂守军 高世伟 刘宇强 常慧林 马成 王洪彬 薛英会 白瑞

（1黑龙江省农业科学院绥化分院，黑龙江 绥化152052；2黑龙江省农业科学院玉米研究所，哈尔滨150086；第一作者：shslbh@163.com）

黑龙江稻作区是中国最北部的寒地稻作区（北纬43°以北），也是优质粳米生态区，具有明显生态特殊性。水稻新品种选育和应用为单产提高、总产持续增加、综合生产能力稳定提升做出突出贡献[1]，是粮食安全生产的战略保障[2]，也是关系国计民生的重大战略性课题[3]。辐射诱变育种是获得新品种及新种质资源的一条有效途径[4-5]，并且在水稻诱变成果方面最突出[6]。就黑龙江省来讲，2000—2018年育成常规水稻品种290个，其中，通过有性杂交育成273个、系统选育11个、辐射诱变育成2个、外引品种4个[7]，辐射诱变育成水稻品种所占比例极少，这与浙江[8]、湖南[9]等省份存在极大差距。辐射诱变技术中60Co-γ射线是最常用的辐射诱变源[10]，对水稻种子活力及幼苗质量辐射诱变影响多见于单季中熟常规晚粳稻、恢复系、早籼稻等[11-13]，而对寒地粳稻种子活力的影响研究鲜有报道。因此，本试验应用60Co-γ射线辐射诱变6个寒地粳稻品种种子，分析各品种种子活力的变化，以为今后寒地水稻辐射诱变育种研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以黑龙江省第一积温带主栽粳稻品种龙稻18（V1）、松粳28（V2），第二积温带主栽粳稻品种垦稻12（V3）、绥粳18（V4）和第三积温带主栽粳稻品种龙粳31（V5）、龙粳46（V6）为供试材料，种子由选育单位提供。

1.2 试验方法

1.2.1 种子辐射

以黑龙江省农业科学院玉米研究所辐射研究室的60Co-γ射线为辐射源，于2019年2月27日对V1、V2、V3、V4、V5、V6的干种子进行辐射处理，辐照剂量分别为220 Gy、250 Gy和280 Gy，剂量率为1.1 Gy/min，以0 Gy剂量处理为对照（CK），每个处理200 g种子。

1.2.2 发芽试验

选取对照及辐射后15 d的种子各500粒，进行种子活力测定试验，3次重复。设置V（6）×剂量（4）共24个处理。每个处理均用蒸馏水浸泡供试材料种子1 d，后取出种子放入铺有一层滤纸的发芽皿中，置于25℃恒温培养箱中培养，光照12 h/黑暗12 h。胚芽长度大于1 mm即视为发芽，每天观察其发芽数，计算发芽势和发芽率，共观测6 d。以培养箱中3 d发芽种子数计算发芽势，以6 d发芽种子数计算发芽率。随机选取发芽后第6 d芽苗30株，用游标卡尺分别测量其芽长、根长，重复3次。发芽势（GP）（%）=3 d发芽种子数/试验种子数×100%；发芽率（GR）（%）=6 d发芽种子数/试验种子数×100%；发芽指数（GI）=ΣGt/Dt（Gt指时间t发芽数，Dt指相应发芽日数）；根活力指数（RAI）=S×ΣGt/Dt（S指发芽苗根长）。

表1 影响种子活力因素的方差分析

1.3 数据分析

使用SPSS 25.0软件进行方差分析和多重比较，运用Origin 2018数据分析软件绘图。

2 结果与分析

2.1 影响种子活力的因素效应分析

从表1可知，品种、剂量二因素对粳稻种子发芽势、发芽率、芽长、根活力指数主效应和互作效应P值均为0.000，均达极显著差异水平。由偏Et平方η2值大小[14]可知不同因素对各指标影响效应大小次序为：剂量处理芽长（η2=0.974）＞剂量处理根活力指数（η2=0.966）＞品种处理发芽势（η2=0.946）＞品种×剂量处理发芽势（η2=0.924）＞品种×剂量处理发芽率（η2=0.811）。说明品种、剂量二因素对种子活力产生显著影响，且剂量主效应对种子芽长影响最大，其次是剂量对根活力指数的影响，第三是品种对发芽势的影响，第四是品种×剂量处理对发芽势的影响，第五是品种×剂量处理对发芽率的影响。

2.2 影响种子发芽势的因素比较

品种间发芽势多重比较表明，V3、V4发芽势达92%以上，显著高于其它品种，V6发芽势最小为82.3%（图1A）。辐射剂量间发芽势多重比较表明，250 Gy时品种发芽势为85.2%，显著低于其它处理；220 Gy、280 Gy时发芽势分别为89.0%、88.3%，均高于0 Gy时的发芽势88.2%，但差异不显著（图1B）。在剂量水平上的品种×剂量互作简单效应发芽势多重比较表明，V1、V5变化趋势相似，即220 Gy、250 Gy、280 Gy时发芽势显著高于0 Gy时的发芽势；V2、V3变化趋势相似，220 Gy、250 Gy、280 Gy时发芽势显著低于0 Gy时发芽势；V4在250 Gy、280 Gy时发芽势达93.0%、94.0%，显著高于220 Gy、0 Gy时发芽势，V6在0 Gy、220 Gy、280 Gy时发芽势差异不显著，但显著高于250 Gy时发芽势（图1C）。品种水平上的品种×剂量互作简单效应发芽势多重比较表明，0 Gy处理品种间发芽势存在显著差异，V2、V3发芽势均为95.0%，达到最高；220 Gy时V3、V5显著高于其它品种；250 Gy和280 Gy处理时V4最高（图1D）。结果说明，发芽势受品种类型影响较大，V3、V4发芽势较大，V6发芽势最小；发芽势受辐射影响也存在显著差异，辐射对V1、V5、V4发芽势有显著促进作用，对V2、V3发芽势有显著抑制作用，V6发芽势显著抑制与促进作用并存。

2.3 影响种子发芽率的因素比较

品种间发芽率多重比较表明，V4发芽率达97.9%，显著高于其它品种；V3发芽率93.8%、V6发芽率93.5%，两品种间差异不显著，但显著低于其它品种（图2A）。辐射剂量间发芽率多重比较表明，0 Gy时品种发芽率达98.4%，显著高于其它辐射处理；250 Gy、280 Gy时品种发芽率分别达93.8%、94.2%，显著低于220 Gy时的发芽率，250 Gy与280 Gy间的品种发芽率差异不显著（图2B）。在剂量水平上的品种×剂量互作简单效应发芽率多重比较表明，各品种0 Gy时发芽率高于其它辐射处理；V1在250 Gy时发芽率为97.0%，显著高于220 Gy、280 Gy时发芽率，0 Gy时发芽率高于250 Gy时的发芽率，但差异不显著；V2不同辐射剂量间发芽率差异显著，且250 Gy时发芽率最小；V3在280 Gy时发芽率显著低于其它辐射剂量时的发芽率；V4在250 Gy时发芽率为95.0%，显著低于其它辐射处理，但0 Gy、220 Gy和280 Gy时发芽率均为99.0%，差异不显著；V5在0 Gy、220 Gy时发芽率均为98.0%，显著高于250 Gy、280 Gy时的发芽率，250 Gy、280 Gy时的发芽率分别为95.0%、94.0%，两者差异不显著；V6在250 Gy时发芽率最小，显著低于其它辐射剂量发芽率；计算0 Gy与不同辐射剂量时各品种发芽率最大值与最小值的减少率，V1至V6减少率分别为4.1%、9.1%、7.2%、4.0%、4.1%、6.1%，说明V2、V3、V6受辐射抑制作用较大（图2C）。品种水平上的品种×剂量互作简单效应发芽率多重比较表明，0 Gy时发芽率在品种间无显著差异；220 Gy时V4发芽率达99.0%，高于其它品种；250 Gy时V1发芽率最高，达97.0%，V2为90.0%，显著低于其它品种；280 Gy时V4发芽率最高，达99.0%，V3为90.0%，显著低于其它品种（图2 D）。结果表明，辐射对品种发芽率影响有显著差异，各品种呈现随剂量增加而抑制作用增强的趋势；V4发芽率最大，在280 Gy时显著高于其它品种；V6发芽率最小，可能是品种本身特性和辐射抑制共同作用结果；V2发芽率受辐射抑制作用最大。

图1 影响种子发芽势因素多重比较

2.4 影响种子芽长的因素比较

品种间芽长差异比较显示，V3芽长最长为21.8 mm，显著长于其它品种；V6芽长最短为16.4 mm，显著短于其它品种（图3A）。不同辐射剂量间芽长差异比较显示，0 Gy时芽长为33.0 mm，显著高于其它辐射处理；280 Gy时芽长为13.3 mm，显著短于220 Gy、250 Gy时的芽长；220 Gy、250 Gy时芽长分别为15.2 mm、14.5 mm，差异不显著（图3B）。剂量水平上的品种×剂量互作简单效应比较显示，V1至V6在0 Gy时芽长分别为36.5 mm、34.5 mm、36.4 mm、33.0 mm、35.2 mm、22.9 mm，显著长于其它辐射处理芽长；V1、V5各辐射剂量间芽长差异不显著；V3、V4芽长随辐射剂量增加而呈缩短趋势；V2在250 Gy时芽长13.5 mm，显著长于280 Gy时芽长；V6在280 Gy芽长16.0 mm，显著长于250 Gy时芽长；计算0 Gy与不同辐射剂量时各品种芽长最大值与最小值的减少率，V1至V6减少率分别为59.8%、68.7%、63.1%、61.9%、68.2%、41.8%，说明V2、V5受辐射抑制作用较大（图3C）。品种水平上的品种×剂量互作简单效应比较显示，0 Gy时V6芽长为22.9 mm，显著短于其它品种；220 Gy时V3、V4芽长分别达19.2 mm、20.4 mm，显著长于其它品种；250 Gy时V3芽长达18.3 mm，显著长于其它品种；280 Gy时V1、V6芽长分别为15.5 mm、16.0 mm，明显长于其它品种（图3D）。上述结果说明，芽长受品种类型影响而存在显著差异，辐射对芽长均有显著抑制作用；V3芽长最大且在250 Gy时显著高于其它品种，其次是V1，第三是V4；V6芽长最小，可能是品种本身特性和辐射抑制共同作用的结果；V2、V5受辐射抑制作用影响较大。

图2 影响种子发芽率因素多重比较

图3 影响种子芽长因素多重比较

2.5 影响种子根活力指数的因素比较

根活力指数品种间差异比较显示，V3根活力指数达177.8，与V4根活力指数差异不显著，但显著高于其它品种；V6根活力指数最小，为113.4；V1、V2、V4、V5间差异不显著（图4A）。根活力指数不同辐射剂量间比较显示，各剂量处理间根活力指数差异达显著水平，其值表现为0 Gy＞220 Gy＞250 Gy＞280 Gy（图4B）。在剂量水平上的品种×剂量互作简单效应比较显示，V1至V6在0 Gy时根活力指数分别为306.8、388.9、338.4、406.1、410.5、269.8，显著高于其它剂量处理；V2、V5、V6根活力指数不同剂量处理间差异不显著；V3根活力指数各剂量处理间差异达显著水平，其值表现为0 Gy＞220 Gy＞250 Gy＞280 Gy；V1、V4受辐射剂量影响趋势相同；计算0Gy与不同辐射剂量时各品种根活力指数最大值与最小值的减少率，V1至V6减少率分别为74.6%、85.2%、88.8%、87.7%、90.6%、82.8%，说明V5受辐射抑制作用最大（图4C）。品种水平上的品种×剂量互作简单效应比较显示，0 Gy时品种间根活力指数存在显著差异，V6品种为269.8，显著小于V2、V3、V4、V5；220 Gy时V3品种根活力指数为235.7，显著大于其它品种；250 Gy时V2品种根活力指数为46.6，显著小于V1、V3根活力指数；280 Gy时品种间根活力指数差异不显著（图4D）。结果说明，各品种根活力指数存在显著差异，辐射对根活力有显著抑制作用，且有随剂量增加而加强的趋势；V3根活力指数最大且在220 Gy时显著高于其它品种，其次是V4；V6根活力指数最小，可能是品种本身特性和辐射抑制共同作用的结果；V5受辐射抑制影响作用最大。

图4 影响种子根活力指数因素多重比较

3 讨论与结论

王彩莲等[15]研究表明，不同类型水稻品种对辐射的敏感性有很大差异。辐射育种实践中，辐射敏感性是诱变育种的重要研究内容[16]，水稻种子发芽率多作为辐射敏感性研究的重要指标[17-19]。本研究引入60Co-γ射线辐射源，分析其对寒地粳稻种子活力的影响，结果表明，供试品种种子活力辐射敏感性存在显著差异，具有鲜明的品种特性差异，这与上述研究结果相同。在品种与辐射剂量二因素对种子活力的影响中，辐射剂量主效应对种子芽长影响最大，其次是剂量对根活力指数的影响，第三是品种因素对发芽势的影响，第四是品种×剂量互作因素对发芽势的影响，这与上述以种子发芽率作为辐射敏感性指标的研究结果不同。

张瑞勋等[17]研究发现，随辐照剂量增加水稻发芽率逐渐下降。谢崇华等[20]研究发现，辐照对水稻种子发芽势和发芽率影响不明显。徐锡虎等[21]研究表明，23个不同水稻品种辐射敏感性可分为迟钝型、中间型和敏感型3类，以中间型居多。本研究结果表明，寒地水稻种子在0~280 Gy辐射剂量下，辐射对种子发芽率、芽长和根活力指数有抑制作用，对发芽势因品种不同而表现出抑制或促进作用，其作用程度因品种和辐射剂量因素作用不同而表现出差异。发芽势V2、V3受辐射抑制作用显著，V1、V5、V4发芽势受辐射促进作用显著，V6发芽势受辐射影响表现为显著抑制与促进作用并存。发芽率V4最大，V2受辐射抑制影响最大。芽长V3最大且在250 Gy时受辐射抑制作用最小，其次是V1，第三是V4；V2、V5芽长受辐射抑制作用影响较大。根活力指数V3最大且在220 Gy时显著高于其它品种，V5根活力指受辐射抑制影响作用最大。V6发芽率、芽长、根活力指数均最小，可能是品种本身特性和辐射抑制共同作用的结果。本研究结果可为今后寒地水稻辐照诱变育种研究提供一定的技术参考。