60Co-γ 射线辐射西瓜种子对叶片光合色素含量和气体交换参数的影响

李玉明，赵春生，乔蓬蕾，王珊珊，刘万亮

（1.莱阳市农业技术推广中心，山东 莱阳 265200；2.莱阳市检验检测中心，山东 莱阳 265200）

西瓜（Citrullus lanatus）在世界各地广泛栽培且历史悠久，种质资源极其丰富［1］。其含糖量高、耐贮运、适口性好，是夏季很好的解暑果品，备受消费者青睐。中国是世界上西瓜生产与消费第一大国，但品种较少［2］。辐射育种技术是利用射线诱发生物遗传性状发生改变，经人工选择培育新的优良品种的技术，具有打破性状连锁、实现基因重组、突变频率高、突变类型多、变异性状稳定和方法简便等特点。60Co-γ射线辐射具有诱变频率高、育种周期短、使用方法较简单等特点，是常见的辐射育种手段［3-5］。选用适宜的辐射剂量是辐射育种工作的关键，适宜的辐射剂量因作物的种属、品种、器官等的不同而存在明显差异［6-8］。

国内鲜见60Co-γ 射线辐射西瓜种子的辐射敏感性相关报道。本研究以不同千粒重的12 个西瓜品种种子为供试材料，采用6 个不同剂量的60Co-γ 射线进行辐射处理，通过测定、分析辐射后西瓜开花期和果实等性状表现，探讨不同千粒重西瓜种子的辐射敏感性，以期为西瓜辐射诱变育种工作中选择适宜的辐射剂量提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试品种 供试西瓜品种（资源材料）12 个，由国家蔬菜工程技术中心和甘肃农业大学瓜类研究所提供，详见表1。

表1 供试西瓜品种及来源

1.1.2 主要仪器 OPRON-3100 型紫外分光光度计（上海美普达公司），C I-310型光合仪（美国CID 公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 辐射处理60Co-γ 辐照处理试验在甘肃天辰辐照科技有限公司开展。设置6个处理，剂量分别为0（CK）、200、400、600、800、1 000 Gy，剂量率是1.5 Gy/min。每个处理3 次重复，每个重复选取饱满种子50 粒，将不同处理装入袋中进行辐射。

1.2.2 性状观察 通过大田试验观察辐射材料的性状表现，试验在甘肃省民勤县薛百乡甘肃农业大学试验站进行。深沟双垄覆膜，每个处理25 穴，每穴播2 粒种子，株行距为1.2 m×0.5 m，各处理3 次重复。肥水管理与当地商品瓜相同，无整枝。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2003 软件进行数据整理和图表制作；用SPSS 13.0 软件进行方差分析。

1.3.1 叶片光合色素含量 在西瓜植株伸蔓期采集不同处理的西瓜植株第6、7 片叶子，6～9 片，测定不同处理的叶绿素含量，3 次重复。

光合色素的测定参照张宪政［9］的丙酮乙醇混合液法，每个品种称取剪碎的叶片0.2 g，分别放入3 支试管中，加入25 mL 乙醇，封口，将试管移至暗处保存，直至组织液呈白色（每8 h 振荡1 次，共24 h），分别测定波长为665（叶绿素a 的最大吸收峰）、649（叶绿素b 的最大吸收峰）、470 nm（类胡萝卜素的最大吸收峰）处提取液的吸光值。光合色素浓度计算式如下。

式中，Ca、Cb、Cx·c分别为叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的浓度，D665、D649、D470分别为波长665、649、470 nm 处的吸光值，B为色素的质量分数，C为色素的浓度，V为提取液体积，M为样品质量。

1.3.2 叶片气体交换参数 在西瓜果实膨大期，选取红籽黄肉、WW150、“238”、5 号、双茨科5 个品种进行气体交换参数试验。每个品种选择3 株生育期相近的西瓜植株，于上午9：00—11：00 测定植株第6～7 片叶的气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）及蒸腾速率（Tr）。

2 结果与分析

2.1 叶绿素a 的含量

由表2 可知，种子经60Co-γ 射线辐射后，西瓜叶片叶绿素a 的含量总体随着辐射剂量的增加呈先增大后减小的趋势。其中，大种子西瓜叶片平均叶绿素a 含量小于对照，中等种子西瓜叶片在辐射剂量600 Gy 及以上、小种子西瓜叶片在辐射剂量200～800 Gy 叶绿素含量均高于对照，而小种子西瓜叶片在1 000 Gy 条件下叶绿素a 含量小于对照，减少了7.2%。辐射对不同千粒重西瓜种子育成的植株叶绿素a 含量的抑制作用由强到弱依次为大种子、小种子、中等种子。杂交种子品种、常规种子品种西瓜叶片平均叶绿素a 含量较对照分别减小了1.3%、0，因此辐射对不同基因型西瓜叶片叶绿素a含量的抑制作用为杂交种子品种强于常规种子品种。

表2 60Co-γ 射线辐射处理对西瓜叶片叶绿素a 含量的影响（单位：mg/g）

2.2 叶绿素b 的含量

由表3 可知，种子经辐射后，大种子、中等种子西瓜叶片中叶绿素b 的平均含量均小于对照，而小种子西瓜叶片在辐射剂量200～600 Gy 内较对照有所增加。经辐射后大种子、中等种子、小种子西瓜叶片中的叶绿素b 平均含量较对照分别减小了7.5%、8.1%、3.3%。

表3 60Co-γ 射线辐射处理对西瓜叶片叶绿素b 含量的影响（单位：mg/g）

2.3 类胡萝卜素的含量

由表4 可知，辐射后西瓜叶片中的类胡萝卜素含量有所变化，但差异不显著。中等种子西瓜经辐射后叶片类胡萝卜素含量均大于对照；小种子西瓜叶片在辐射剂量200～600 Gy 内类胡萝卜素含量较对照有所增加，800 Gy 及以上辐射剂量抑制作用明显。不同基因型西瓜干种子经辐射处理后类胡萝卜素含量影响不显著。

表4 60Co-γ 射线辐射处理对西瓜叶片类胡萝卜素含量的影响 （单位：mg/g）

2.4 气孔导度

由表5 可知，大种子、中等种子、小种子西瓜叶片的气孔导度总体随辐射剂量的增加而减小。中等种子西瓜叶片的气孔导度在辐射剂量600～800 Gy下较对照均减小，且差异达显著水平。大种子西瓜在辐射剂量为200～400 Gy、小种子西瓜在辐射剂量为200～400 Gy 内叶片的气孔导度与对照相比均不同程度增加，但差异不显著。

表5 60Co-γ 射线辐射处理对西瓜叶片气孔导度的影响［单位：mmol（/m2/s）］

2.5 净光合速率

由表6 可知，小种子西瓜叶片的净光合速率在辐射剂量为200～800 Gy 内随着剂量的增加呈先增大后减小趋势，中等种子西瓜叶片的净光合速率在辐射剂量为200～400 Gy 内较对照减小，差异不显著，600 Gy 较对照减小且差异显著；大种子西瓜叶片在辐射剂量200～600 Gy、小种子西瓜叶片在辐射剂量200～400 Gy 内，西瓜叶片净光合速率与对照相比均有所增加，但差异不显著。杂交种子西瓜在辐射剂量200、600、800 Gy 下叶片的净光合速率较对照差异显著；常规种子西瓜与对照相比差异均不显著。

表6 60Co-γ射线辐射处理后对西瓜叶片净光合速率的影响［单位：mmol（/m2/s）］

2.6 蒸腾速率

由表7 可知，辐射处理后西瓜叶片的蒸腾速率除大种子西瓜在200、600 Gy 处较对照增加外，其余较对照均不同程度减小，辐射剂量400 Gy 及以下对大种子、中等种子的西瓜叶片蒸腾速率没有显著影响，小种子西瓜在200、800 Gy 处的叶片蒸腾速率分别为对照的24.8%、3.2%，差异显著。

表7 60Co-γ 射线辐射处理后对西瓜叶片蒸腾速率的影响［单位：mmol（/m2/s）］

3 讨论

叶绿素是植物光合作用的基础，叶片中叶绿素含量的高低是反映叶片光合能力强弱的重要指标。光合作用生产有机质，但环境因素的改变会引起光合色素含量的变化，从而引起光合性能的改变［10］。在200 Gy 条件下，大种子西瓜叶片气孔导度、净光合速率、蒸腾速率较对照增加，中等种子西瓜叶片类胡萝卜素及小种子西瓜叶片中的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、气孔导度、净光合速率较对照增加，这与王文恩等［11］在研究60Co-γ 射线对日本结缕草干种子的辐射效应的结论相一致，但与尹淑霞等［12］的结论相反。可能是不同作物、不同质量种子对辐射的敏感性不同，有些作物种子具有损伤修复作用，从而能减轻辐射损伤，修复会引起植物的加速生长［13］。叶绿素含量降低是辐射后叶片受到伤害的主要特征，辐射对叶绿体的结构、功能产生了影响，导致叶绿素分解［14］。本研究中不同千粒重种子西瓜叶片经辐射后，大种子西瓜叶片中的叶绿素a、叶绿素b 含量均小于（含等于）对照，这与何莉等［15］在研究60Co-γ 射线辐射对蚕豆M1代诱变效应、许银莲等［16］在研究60Co-γ 射线辐射对粉掌铁兰某些生理指标的影响中得出的辐射可以提高植物叶片中叶绿素含量，增强植物光合作用的结论不一致，可能是由于种子活力在不同作物种类、不同品种之间辐射敏感性存在差异［17］。丘运兰等［18］在研究中发现辐射对叶肉细胞Lw1基因有轻微损伤。本研究不同千粒重种子西瓜叶片经60Co-γ 射线辐射后叶片气孔导度、净光合速率变化不同。大种子、小种子西瓜叶片在高剂量800、1 000 Gy 辐射下气孔导度、净光合速率均减小，可能是辐射破坏了叶片中部分酶的结构，导致光合电子的传递速率减缓，从而使净光合速率减弱，这与罗南书等［19］的结论一致。UV-B 辐射增强导致PSⅡ反应中心失活（Fo 上升），对反应中心的破坏与强光下单线态氧的形成有关［20］，单线态氧破坏反应中心的蛋白质和色素，从而导致植物在光抑制过程中光合速率下降［21］。

4 小结

60Co-γ 辐射对不同千粒重西瓜干种子辐射敏感性由强到弱依次为大种子、小种子、中等种子。不同基因型西瓜种子辐射敏感性由强到弱依次为杂交种子、常规种子。本研究为西瓜辐射诱变育种与西瓜叶片光合特性建立了联系，从而为西瓜辐射诱变育种提供一定的理论依据。