60Co-γ辐照处理对冬瓜种子影响初探

摘要：为丰富冬瓜种质资源，研究利用0、300、600、900 Gy剂量的60Co-γ射线对冬瓜干种子和提前浸泡12 h的湿种子进行辐射诱变，处理后进行催芽及播种，考察辐照处理对种子萌发及幼苗光合性能、抗氧化酶活等的影响。结果表明：中低辐射剂量可以促进干、湿种子的早期萌发，且300 Gy辐射剂量的促进效果最佳；辐照处理对种子芽的伸长和不定根的发育呈现出明显的抑制效果；辐照处理会导致冬瓜幼苗真叶出现畸形，且其叶片细胞结构、光合参数、过氧化物酶酶活和丙二醛含量与未经辐照处理的叶片差异显著。该研究初步获得了冬瓜辐照处理的可行剂量和诱变子代，为后续冬瓜的辐射诱变剂量选择提供参考。

关键词：冬瓜种子；辐射诱变；种质资源；性状调查

中图分类号：S642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）07-0001-06

Effect of 60Co-γ Radiation on Seeds of Wax Gourd

MI Bao-bin1，LIU Dan1，XU Yuan-fang2，XIAO Wei1，XIE Ling-ling1

（1. Hunan Vegetable Research Institute， Changsha 410125， PRC; 2. Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Mutation Breeding， Changsha 410125， PRC）

Abstract： To broaden the germplasm resources of wax gourd， we created new germplasm using 60Co-γ irradiation. The dry seeds and the seeds soaked for 12 h were irradiated with 60Co-γ at 0， 300， 600， and 900 Gy， respectively. The germinated seeds were sown， and the effects of irradiation on the germination of seeds and the photosynthetic performance and antioxidant enzyme activities of the seedlings were investigated. The results showed that low - and medium-dose irradiation promoted seed germination， and the irradiation at 300 Gy demonstrated the strongest promoting effect. Irradiation inhibited the bud growth and adventive root development. Irradiation treatments induced leaf deformity of the seedlings. Moreover， the leaf cell structure， photosynthetic parameters， peroxidase activity， and malondiadehyde content showed significant differences between irradiation treatments and the control. This study determined the optimal dose of irradiation for inducing mutagenesis and obtained the M1 generation， providing a reference for subsequent large-scale mutagenesis of wax gourd.

Key words： seeds of wax gourd; irradiation-induced mutagenesis; germplasm resources; trait investigation

引用格式：弭宝彬，刘丹，徐远芳，等. 60Co-γ辐照处理对冬瓜种子影响初探[J]. 湖南农业科学，2024（7）：1-6.

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2024.007.001

收稿日期：2024-05-28

基金项目：湖南省创新型省份建设专项经费（2021NK1006）；湖南省科技人才支持项目（2022TJ-N15）；湖南省自然科学基金（2022JJ

30348）

作者简介：弭宝彬（1987—），男，山东德州市人，副研究员，主要从事蔬菜遗传育种及产业化研究。

通信作者：谢玲玲

冬瓜（Benincasa hispida Cogn.）是葫芦科的重要蔬菜作物[1]，栽培历史悠久[2]，现已成为中国的主要蔬菜品种之一[3-4]。中国是冬瓜的起源地之一，拥有较丰富的种质资源，但随着人工驯化的发展，冬瓜种质遗传背景越来越狭窄，综合性状优异或某些性状突出的种质资源日渐匮乏。相较于黄瓜、西瓜、甜瓜等其他葫芦科作物，冬瓜基因组的DNA含量最大且更接近原始基因组，因此冬瓜进化地位比较特殊[5]，导致目前冬瓜种质创新难度大。人工诱变是现阶段常用的提高诱变率、实现遗传改良的有效方法之一[6-7]。常见的诱变方式有物理诱变、化学诱变和生物诱变[8]。物理诱变因素主要有X射线、γ射线、紫外线和离子束等[9]，化学诱变因素主要有甲基磺酸乙酯、乙烯亚胺、叠氮化钠和碱基类似物等[10]，生物诱变则主要是利用微生物、植物或动物体内的生物活性物质来诱发基因变异，通常涉及到基因重组、转座子活动等生物学机制。

辐射诱变是利用各种高能射线使生物体遗传物质产生突变的一种物理诱变方法[11]。通过辐射诱发基因组变异，对变异株进行筛选，从而获得符合目标性状的种质资源，可以实现对农作物性状的改良[12]。

目前，辐射诱变技术已广泛应用于高粱[13]、水稻[14-15]、玉米等作物的遗传改良，并取得了显著成果[16]。

研究团队前期通过甲基磺酸乙酯开展了冬瓜遗传诱变工作，获得了一系列的变异植株[17]，但甲基磺酸乙酯主要造成等位基因点突变[18]，且突变大多数是有害突变，生产上可用的有利突变资源较少。60Co-γ是目前最常用的辐射源，具有穿透力强、突变率高、变异谱大和成本低等优势[7]。该研究选择60Co-γ对冬瓜干种子和提前浸泡12 h的湿种子进行辐照处理，调查不同辐射剂量处理后种子的活力以及幼苗的光合参数、酶活性等指标，以期为后续通过辐射诱变对冬瓜进行遗传改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

冬瓜种子为湖南省蔬菜研究所提供的优良自交系，光籽，千粒重50.6～51.5 g。将正常的干种子和清水浸泡12 h的湿种子装入纱网袋进行辐照处理。

1.2 试验设计

60Co-γ辐照处理在湖南核农学与航天育种研究所浏阳辐照基地进行。分别随机选取50粒饱满冬瓜种子进行辐照，辐射剂量为0、300、600、900 Gy，每个处理设置3个生物学重复，试验安排见表1。

1.3 性状测定及统计

辐照结束后将种子置于32℃温箱催芽，催芽3 d后统计出芽率；11 d催芽结束后用游标卡尺测定芽长。将发芽后的种子及时播种至育苗穴盘，播种20 d后统计成苗率。根据公式（1）～（4）分别计算发芽率、成苗率、发芽势和发芽指数（GI）。

发芽率=发芽种子数/种子总数×100% " （1）

成苗率=成苗种子数/发芽种子数×100%" "（2）

发芽势=3 d内的发芽种子数/种子总数×100%

（3）

发芽指数=（4）

式（4）中Dt为发芽天数，Gt表示对应天数的发芽种子数。

用FluorPen手持式叶绿素荧光仪对真叶进行叶绿素荧光检测；使用南京建成生物工程研究所有限公司试剂盒测定真叶中过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）的酶活和丙二醛（MDA）含量；使用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；使用奥林巴斯BX43显微镜观察真叶表皮细胞结构。

1.4 数据分析与处理

使用Excel 2010、Origin 2022软件整理数据和制图，使用DPS 9.5软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同辐射剂量对冬瓜干、湿种子萌发的影响

2.1.1 发芽率 如图1所示，对于冬瓜干种子，辐照处理可显著提高种子的发芽率，7 d时发芽率均超过60%，而未辐照处理的种子发芽率仅为24%；其中辐射剂量为300 Gy时促进效果最明显。然而，对于最终发芽率，900 Gy辐射剂量下发芽率略低于其他处理，但各辐射剂量处理间差异并不显著。对于浸泡12 h的湿种子，300和600 Gy辐射剂量下种子发芽率高于未经辐照处理，而900 Gy辐照处理4 d后的发芽率低于未经辐照处理；且处理结束时，各处理下湿种子的最大芽率仅为64.7%，远低于干种子。总体而言，中低辐射剂量有利于促进干、湿种子的早期萌发且300 Gy辐射剂量下促进效果最佳；60Co-γ辐射对干种子萌发的促进效果更显著。对不同辐射剂量和种子处理方式下的发芽率进行拟合，各处理的种子发芽率模型方程如表2所示。

2.1.2 发芽指数 不同辐射剂量和处理方式对种子发芽指数的影响如图2所示，辐照处理可显著提高早期发芽指数，但最终发芽指数差异不明显；且干、湿种子在300 Gy辐射剂量下发芽指数提升更明显。

2.1.3 芽长 中低剂量的辐射对冬瓜种子的萌发具有促进作用，但如图3和图4（a）所示，其对种子芽的伸长和不定根的发育却呈现出明显的抑制效应；且随着辐射剂量的增加，这种抑制效应逐渐加强。相对干种子而言，低剂量辐射对提前浸种12 h处理的湿种子芽伸长的抑制效果更强。在0和300 Gy辐射剂量下，干种子与湿种子的芽长存在显著差异，而在600和900 Gy辐射剂量下干种子与湿种子的芽长则无显著差异。

2.1.4 发芽势 如图4（b）所示，辐照处理能够提高种子的发芽势。对于干种子，辐射剂量与发芽势呈现正相关关系；而对于湿种子，随着辐射剂量的增大，其发芽势先升高后降低。

2.1.5 成苗率 该研究中只有处理CK1、A1、CK2最终成苗，其余处理虽然种子可以正常发芽，但播种后根系出现褐化萎蔫，导致不能形成幼苗。如图5所示，CK1、A1、CK2这3个处理的成苗率没有显著差异；而干、湿种子在600和900 Gy辐照处理下均未能获得正常幼苗，表明辐射剂量过高，超过了该品种冬瓜种子所能承受的剂量，不适用于该冬瓜的诱变种质创制。

2.2 低剂量辐射处理冬瓜干种子后幼苗表型的变化

对比CK1和A1处理冬瓜苗的表型发现，辐照处

理导致冬瓜苗真叶出现了严重的畸形（图6）。这些畸形特征包括叶形不规整、叶缘刻裂加深以及叶面积减小等。观察其表皮细胞结构，发现CK1与A1存在明显差异。如图7所示，CK1叶片的表皮细胞呈

现相互间嵌套、结构紧密的特征，而300 Gy辐照处理（A1）叶片的表皮细胞结构则表现出气孔开度明显变小的特征。此外，与CK1相比，A1处理的叶绿体数量显著减少，推测其光合产物可能受到影响。

2.3 低剂量辐射处理冬瓜干种子后幼苗真叶生理生化指标的变化

叶绿素荧光仪中OJIP和NPQ3是用于研究光合作用的参数。OJIP代表光合作用的快速转变过程中叶绿素荧光的信号，NPQ3是非光化学淬灭的一种形式，用于评估植物在光合作用过程中对光能的利用效率。由图8（a）可知，A1的叶绿素光化学效率比CK1低，表明其可能在光合作用过程中受到一定程度的限制，而CK1可能具有更强的光合作用保护机制，在处理时间内能够保持较高的光能利用水平。由图8（b）可知，CK1的叶绿素荧光信号始终高于A1，且随处理时间增加，两者都呈持续增加趋势，表明辐照处理可能降低了叶片的光合作用效率，或使得其抵御光胁迫的能力下降。

过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）在植物细胞中起抗氧化防御作用。对CK1与A1真叶的CAT、POD、SOD等氧化酶活进行测定，由图9可知，CAT和SOD酶活在不同处理间均无显著性差异，而POD酶活差异显著（P＜0.05）。A1的POD酶活显著高于CK1，表明A1受到辐射胁迫从而提高了抗氧化能力。

对CK1与A1真叶的可溶性糖和丙二醛（MDA）含量进行测定，由图10可知，CK1与A1真叶在可溶性糖含量上无显著性差异，而A1的丙二醛含量显著

高于CK1，表明辐射对真叶细胞造成了一定的损伤。

3 讨论与结论

60Co-γ射线对不同作物的影响取决于辐射剂量和作物的敏感程度[13]。一般来说，辐射剂量越高，对

作物的影响越大[19-20]。此外，辐照处理的部位也会影响作物的生长和发育，一般选择种子、花粉、幼胚、

枝条等不同组织或部位[19]。研究表明，中低剂量的辐射能够促进种子的早期萌发，但对幼苗生长和发育可能产生抑制作用。300 Gy的辐射剂量处理在促进早期萌发方面表现出良好效果，且辐照处理后植株的真叶形态异常，表明300 Gy剂量足够引起该品种冬瓜种子的变异。在生理生化水平上，辐照处理可能影响了冬瓜叶片的光合性能和抗氧化能力，从而影响其生长发育过程，但具体变异类型或者变异的遗传稳定性需要后续继续观察。

该研究中600和900 Gy辐射剂量可能超出了该品种种子所能承受的范围，导致幼苗发育受阻，后期研究可缩小辐射剂量梯度，将其设置在0～300 Gy。提前浸种能促进冬瓜种子的早期萌发，但会降低其对辐射的耐受度，因此试验中浸泡12 h的湿种子在辐照处理下均未能获得幼苗，表明对于湿种子而言，目前处理辐射剂量过高，后续如果需要探索浸泡过的冬瓜种子的最佳辐射剂量，最高剂量最好不超过300 Gy。下一步可以继续探究辐照处理诱导冬瓜种子遗传变异的规律及其对性状的影响机制，为冬瓜育种提供更多的遗传变异种质资源。

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（责任编辑：王婷）