趙東曉，董亞茹，杜建勛，顧寅鈺，陳傳杰，孫景詩(shī)

（山東省蠶業(yè)研究所，山東煙臺(tái)264002）

60Co-γ射線輻射對(duì)NaCl脅迫下海濱錦葵種子萌發(fā)的影響

趙東曉，董亞茹，杜建勛，顧寅鈺，陳傳杰，孫景詩(shī)

（山東省蠶業(yè)研究所，山東煙臺(tái)264002）

為了探尋有助于提升海濱錦葵種子耐鹽性能的輻射劑量，為發(fā)展其在鹽堿地中的種植提供建議，應(yīng)用輻射誘變技術(shù)，研究經(jīng)不同劑量的60Co-γ射線輻射處理的海濱錦葵種子在不同濃度NaCl脅迫條件下的萌發(fā)特性，比較不同處理下的種子在NaCl脅迫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)。結(jié)果表明，在未經(jīng)NaCl脅迫下，輻照處理可以提高海濱錦葵種子發(fā)芽率，但在NaCl脅迫下，輻照處理降低了種子的發(fā)芽率；適宜劑量的輻射可以提高鹽脅迫下海濱錦葵種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，即提高海濱錦葵種子在鹽脅迫條件下的發(fā)芽速度和整齊度。

海濱錦葵；60Co-γ輻射；鹽脅迫；種子萌發(fā)

本研究以不同劑量60Co-γ射線對(duì)海濱錦葵種子進(jìn)行輻射處理，并在不同濃度的NaCl環(huán)境中進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)，旨在探索60Co-γ射線輻射對(duì)鹽脅迫下海濱錦葵種子萌發(fā)特性的影響，以期探尋在鹽脅迫下能顯著促進(jìn)海濱錦葵種子萌發(fā)的60Co-γ射線輻射劑量，為海濱錦葵的輻射誘變育種和在鹽漬化土壤中的人工栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用的海濱錦葵種子由中國(guó)科學(xué)院海岸帶研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子處理 選取顆粒飽滿、大小均一的海濱錦葵種子送往山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院輻射中心，進(jìn)行60Co-γ射線輻射處理，輻射劑量率為2.75 Gy/min，輻射劑量分別為 0，100，200，300，400 Gy，其中，0 輻射組為CK。將不同輻射處理后的種子用5%H2SO4浸泡1 h，用水清洗后，加入70%乙醇消毒20 min，然后用無(wú)菌水清洗3次，置于不同濃度的NaCl溶液中，分別用 0，100，300 mmol/L NaCl溶液（該溶液用1/4 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配制）浸泡處理24 h。

1.2.2 室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn) 將經(jīng)預(yù)處理后的種子均勻擺放于鋪有2層濾紙的直徑9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)，加入15 mL相應(yīng)濃度的鹽溶液（與預(yù)處理浸種時(shí)的鹽溶液濃度一致），將培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱，培養(yǎng)條件為25℃，光照12h/d，光照強(qiáng)度為450μmol/（m2·s）。每個(gè)處理40粒種子，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，用稱重法每天補(bǔ)充經(jīng)蒸發(fā)損失的水分，以保持培養(yǎng)皿中鹽溶液濃度的恒定。

1.2.3 發(fā)芽情況統(tǒng)計(jì) 從種子置床之日開始，每隔24 h觀察種子萌發(fā)情況并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)（以胚根突出種皮2 mm為標(biāo)準(zhǔn)），連續(xù)統(tǒng)計(jì)11 d。并按公式統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、累積發(fā)芽率。

發(fā)芽勢(shì)＝（4 d正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；發(fā)芽率＝（11 d正常萌發(fā)的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100% ；發(fā)芽指數(shù)（Gi）＝∑（Gt/Dt）。式中，Gt為萌發(fā)種子粒數(shù)；Dt為相應(yīng)的萌發(fā)日數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)海濱錦葵不同處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 60Co-γ輻照處理對(duì)NaCl脅迫下海濱錦葵種子發(fā)芽率的影響

由圖1可知，未經(jīng)NaCl脅迫（0 mmol/L NaCl），輻照處理可促進(jìn)海濱錦葵種子萌發(fā)，但在NaCl脅迫下，輻照處理抑制種子的萌發(fā)。在0 mmol/LNaCl中，300 Gy輻照對(duì)種子發(fā)芽的促進(jìn)作用最明顯，為35.4%，400 Gy次之，輻照后發(fā)芽率增加25.7%。在100 mmol/L NaCl脅迫下，種子萌發(fā)受到抑制，其中，300 Gy輻照下抑制效應(yīng)最大，發(fā)芽率降低42.4%。在300 mmol/L NaCl脅迫下，輻照處理對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用更顯著；100，200 Gy輻照下發(fā)芽率比對(duì)照低75%，達(dá)到了差異顯著水平；300，400 Gy輻照下發(fā)芽率有所升高，但仍低于0輻照組。

2.2 60Co-γ輻照處理對(duì)NaCl脅迫下海濱錦葵種子發(fā)芽勢(shì)的影響

發(fā)芽勢(shì)反映種子發(fā)芽的快慢和整齊度，是鑒別種子發(fā)芽整齊度的主要指標(biāo)，在發(fā)芽率相同時(shí)，發(fā)芽勢(shì)高的種子說(shuō)明種子的生命力強(qiáng)[22]。從圖2可以看出，沒(méi)有NaCl脅迫時(shí)，輻照處理使得發(fā)芽勢(shì)降低，而NaCl脅迫下不同輻照劑量的處理對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響并無(wú)明顯規(guī)律。在0 mmol/LNaCl中，輻射劑量≤200 Gy時(shí)，發(fā)芽勢(shì)極速降低，輻射劑量≥300 Gy時(shí)，發(fā)芽勢(shì)雖然逐漸增加，但都顯著低于0輻照組；在200，300 Gy處理后，發(fā)芽勢(shì)分別降低了60%和53.3%，與0輻照組相比差異極顯著，400 Gy處理后發(fā)芽勢(shì)降低37.9%，與0輻射組間達(dá)到差異顯著水平。在 100 mmol/LNaCl中，100，400 Gy都使得種子發(fā)芽勢(shì)增加，而200，300 Gy處理后發(fā)芽勢(shì)降低。在300 mmol/LNaCl中，輻照劑量100～300 Gy時(shí)發(fā)芽勢(shì)為0，低于0輻照組，而400 Gy時(shí)發(fā)芽勢(shì)高于0輻照組，并達(dá)到了極顯著差異水平。

2.3 60Co-γ輻照處理對(duì)NaCl脅迫下海濱錦葵種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是衡量種子在鹽脅迫下不同天數(shù)發(fā)芽情況的重要指標(biāo)，發(fā)芽指數(shù)能很好地反映種子萌發(fā)的速度和整齊程度[23]，可以反映植物芽期耐鹽性的強(qiáng)弱，發(fā)芽指數(shù)越大，表明植物的耐鹽性越強(qiáng)[24]。

由圖3可知，與發(fā)芽勢(shì)類似，在無(wú)NaCl脅迫時(shí)，輻照處理使發(fā)芽指數(shù)降低，而在NaCl脅迫下不同輻照劑量的處理對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響并無(wú)明顯相關(guān)性。在0 mmol/LNaCl中，輻射組發(fā)芽指數(shù)明顯低于對(duì)照組，呈極顯著差異；劑量≤200 Gy時(shí)，發(fā)芽指數(shù)快速降低，輻射劑量≥300 Gy時(shí)，發(fā)芽指數(shù)逐漸升高，但都極顯著低于0輻照組。在100 mmol/L NaCl中，與0輻照組相比，發(fā)芽指數(shù)在100，400 Gy輻照下升高，其中，在100 Gy輻照下升高64.8%，與0輻照組間差異顯著，而在200，300 Gy輻照下降低。在300 mmol/LNaCl中，對(duì)照組和輻照組的發(fā)芽指數(shù)都很低，說(shuō)明高鹽脅迫嚴(yán)重影響了海濱錦葵種子的萌發(fā)；在輻照劑量100，300 Gy時(shí)，發(fā)芽指數(shù)極顯著低于0輻照組，而400 Gy時(shí)，發(fā)芽指數(shù)比0輻照組高15.1%。這表明，鹽脅迫會(huì)降低種子的發(fā)芽速度，但合適的輻射劑量可以提高種子的發(fā)芽指數(shù)，提高海濱錦葵種子在鹽脅迫條件下的發(fā)芽速度和整齊度。

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)階段對(duì)環(huán)境脅迫最為敏感，在鹽漬環(huán)境中，種子能夠發(fā)芽是植株在鹽堿脅迫下能夠生長(zhǎng)發(fā)育的前提。鹽脅迫下的種子萌發(fā)狀況是評(píng)價(jià)植物耐鹽性的一個(gè)重要指標(biāo)[25-27]。本研究結(jié)果表明，在無(wú)鹽脅迫條件下，適量的60Co-γ射線輻照能夠提高海濱錦葵種子的發(fā)芽率，這與60Co-γ輻照對(duì)光果甘草和烏拉爾甘草種子萌發(fā)特性研究的結(jié)果相似[28-29]。在同一濃度NaCl下，輻照后的海濱錦葵種子發(fā)芽率低于未經(jīng)輻照的海濱錦葵種子?？梢娸椪仗幚砑觿×薔aCl對(duì)種子的脅迫效應(yīng)。但某些劑量的輻照處理可以提高海濱錦葵種子在NaCl脅迫下的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，提升發(fā)芽速度和整齊度。其中，在100 mmol/LNaCl中，經(jīng)過(guò)100，400 Gy輻照處理的海濱錦葵種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均高于0輻照組。而在300 mmol/L NaCl中，經(jīng)過(guò)400 Gy輻照處理的海濱錦葵種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均高于0輻照組。這可能是由于輻射引起了種子內(nèi)部生物自由基或有關(guān)酶活性的變化，從而增強(qiáng)了種子的新陳代謝水平，提高了發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，進(jìn)而加快了種子的萌發(fā)，提升了種子的活力，使得出苗齊而壯。鑒于此，本研究認(rèn)為，合適的60Co-γ輻射處理能提高鹽脅迫條件下海濱錦葵種子的萌發(fā)速度，縮短種子萌發(fā)的時(shí)間，促進(jìn)種子在鹽堿環(huán)境下的快速定植。

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同劑量的60Co-γ射線輻射對(duì)海濱錦葵種子萌發(fā)能力產(chǎn)生的影響效果不同，種子發(fā)芽率與輻射劑量之間不存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。由于時(shí)間和試驗(yàn)條件限制，本研究對(duì)海濱錦葵種子萌發(fā)適宜輻照劑量的選擇未進(jìn)行探討，鹽脅迫下100，400 Gy的60Co-γ射線輻照處理提升萌發(fā)速度的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。輻射處理對(duì)海濱錦葵幼苗耐鹽能力的影響以及經(jīng)輻照處理的海濱錦葵對(duì)不同鹽分環(huán)境的耐受性能是我們下一步的研究方向。

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Effect of60Co-γ Radiation on Seeds Germination of Kosteletzkya virginica L.under NaCl Stress

ZHAO Dongxiao，DONG Yaru，DU Jianxun，GU Yinyu，CHEN Chuanjie，SUN Jingshi
（Sericultural Research Institute of Shandong Province，Yantai 264002，China）

The purpose of the study was to select the optimal radiation dosage,which was important to improve the salt resistance of Kosteletzkya virginica L.seed,and to provide guidance for the development of artificial cultivation of licorice in saline-alkali desert soil.Radiation induced mutation technology was used to investigate the germination pattern of Kosteletzkya virginica L.seed under different concentration of NaCl stress after60Co-γ radiation with different doses.The seed germination rate,germination potential and germination index under different concentration of NaCl stress were compared.The results showed that under the condition of no NaCl stress,the germination rate of the Kosteletzkya virginica L.seeds was improved by irradiation,but under NaCl stress,the germination rate of seeds was decreased by irradiation.The appropriate radiation dose could increase the germination potential and germination index and improve the germination speed and uniformity of the Kosteletzkya virginica L.seeds under salt stress.

Kosteletzkya virginica L.;60Co-γ radiation;salt stress;seed germination

Q945.78

A

1002-2481（2017）10-1602-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.10.06

海濱錦葵（Kosteletzkya virginica L.）是一種多年生宿根植物，原產(chǎn)于美國(guó)東南部和中部沿海潮汐沼澤地，耐鹽水澆灌，在2.5%鹽水灌溉下生長(zhǎng)的海濱錦葵種子產(chǎn)量仍可達(dá)到0.8～1.5 t/hm2[1]。海濱錦葵種子中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，其蛋白含量高達(dá)32%，油脂含量達(dá)22%，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是把沿海灘涂“鹽田”變?yōu)椤坝吞铩钡纳锊裼驮现参颷2]。且其宿根的更新周期長(zhǎng)，地下塊根特別發(fā)達(dá)，莖干可用于生產(chǎn)環(huán)保板材[3]。海濱錦葵花期長(zhǎng)，花大而艷麗，是海濱沿海城市景觀大道的優(yōu)選綠化植物[4]。1992年南京鹽生植物生物技術(shù)研究中心將其作為極具開發(fā)潛能的物種引入我國(guó)，并作為高抗鹽的油料作物開始在江蘇省沿海地區(qū)推廣種植。

土壤鹽堿化是世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的非生物脅迫之一，已成為全球范圍內(nèi)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題[5]。我國(guó)的鹽堿地約占耕地面積的10%左右，鹽堿地生物多樣性差，生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，直接影響農(nóng)林業(yè)、畜牧業(yè)等生產(chǎn)活動(dòng)[6]。常用的鹽堿土改良方法有物理改良、化學(xué)改良和生物改良[7]。其中，生物改良因其投資小且可持續(xù)發(fā)展而受到廣泛關(guān)注[8]。因此，選育耐鹽植物品種以適應(yīng)鹽漬環(huán)境是改良利用鹽堿地的重要措施[9]。

與傳統(tǒng)育種相比，輻射誘變育種具有方法簡(jiǎn)單、安全、突變率高、突變譜寬、后代性狀穩(wěn)定、育種周期短、增強(qiáng)抗逆性等優(yōu)點(diǎn)，能在較短時(shí)間內(nèi)育成新品種，是作物品種改良的重要途徑之一[10]。目前在植物育種中被廣泛應(yīng)用[11]。其中，60Co-γ輻射是輻射誘變育種最常用的方法之一[12]。近年來(lái)，利用60Co-γ輻射方法已在花卉、農(nóng)作物、牧草中育出了多個(gè)新品種[13-21]。但以海濱錦葵種子為輻射材料的研究尚未見報(bào)道。

2017-05-03

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（CXGC2016B10）；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（201706）

趙東曉（1985-），女，山東臨沂人，助理研究員，碩士，主要從事植物逆境生理生化及分子生物學(xué)研究工作。孫景詩(shī)為通信作者。