劉寶海 劉晴 付立新 王明泉 聶守軍 高世偉 劉宇強(qiáng) ?；哿?馬成 王洪彬 薛英會 白瑞

（1黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院，黑龍江 綏化152052；2黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，哈爾濱150086；第一作者：shslbh@163.com）

黑龍江稻作區(qū)是中國最北部的寒地稻作區(qū)（北緯43°以北），也是優(yōu)質(zhì)粳米生態(tài)區(qū)，具有明顯生態(tài)特殊性。水稻新品種選育和應(yīng)用為單產(chǎn)提高、總產(chǎn)持續(xù)增加、綜合生產(chǎn)能力穩(wěn)定提升做出突出貢獻(xiàn)[1]，是糧食安全生產(chǎn)的戰(zhàn)略保障[2]，也是關(guān)系國計民生的重大戰(zhàn)略性課題[3]。輻射誘變育種是獲得新品種及新種質(zhì)資源的一條有效途徑[4-5]，并且在水稻誘變成果方面最突出[6]。就黑龍江省來講，2000—2018年育成常規(guī)水稻品種290個，其中，通過有性雜交育成273個、系統(tǒng)選育11個、輻射誘變育成2個、外引品種4個[7]，輻射誘變育成水稻品種所占比例極少，這與浙江[8]、湖南[9]等省份存在極大差距。輻射誘變技術(shù)中60Co-γ射線是最常用的輻射誘變源[10]，對水稻種子活力及幼苗質(zhì)量輻射誘變影響多見于單季中熟常規(guī)晚粳稻、恢復(fù)系、早秈稻等[11-13]，而對寒地粳稻種子活力的影響研究鮮有報道。因此，本試驗應(yīng)用60Co-γ射線輻射誘變6個寒地粳稻品種種子，分析各品種種子活力的變化，以為今后寒地水稻輻射誘變育種研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以黑龍江省第一積溫帶主栽粳稻品種龍稻18（V1）、松粳28（V2），第二積溫帶主栽粳稻品種墾稻12（V3）、綏粳18（V4）和第三積溫帶主栽粳稻品種龍粳31（V5）、龍粳46（V6）為供試材料，種子由選育單位提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子輻射

以黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所輻射研究室的60Co-γ射線為輻射源，于2019年2月27日對V1、V2、V3、V4、V5、V6的干種子進(jìn)行輻射處理，輻照劑量分別為220 Gy、250 Gy和280 Gy，劑量率為1.1 Gy/min，以0 Gy劑量處理為對照（CK），每個處理200 g種子。

1.2.2 發(fā)芽試驗

選取對照及輻射后15 d的種子各500粒，進(jìn)行種子活力測定試驗，3次重復(fù)。設(shè)置V（6）×劑量（4）共24個處理。每個處理均用蒸餾水浸泡供試材料種子1 d，后取出種子放入鋪有一層濾紙的發(fā)芽皿中，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照12 h/黑暗12 h。胚芽長度大于1 mm即視為發(fā)芽，每天觀察其發(fā)芽數(shù)，計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率，共觀測6 d。以培養(yǎng)箱中3 d發(fā)芽種子數(shù)計算發(fā)芽勢，以6 d發(fā)芽種子數(shù)計算發(fā)芽率。隨機(jī)選取發(fā)芽后第6 d芽苗30株，用游標(biāo)卡尺分別測量其芽長、根長，重復(fù)3次。發(fā)芽勢（GP）（%）=3 d發(fā)芽種子數(shù)/試驗種子數(shù)×100%；發(fā)芽率（GR）（%）=6 d發(fā)芽種子數(shù)/試驗種子數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)（GI）=ΣGt/Dt（Gt指時間t發(fā)芽數(shù)，Dt指相應(yīng)發(fā)芽日數(shù)）；根活力指數(shù)（RAI）=S×ΣGt/Dt（S指發(fā)芽苗根長）。

表1 影響種子活力因素的方差分析

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 25.0軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，運(yùn)用Origin 2018數(shù)據(jù)分析軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響種子活力的因素效應(yīng)分析

從表1可知，品種、劑量二因素對粳稻種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、根活力指數(shù)主效應(yīng)和互作效應(yīng)P值均為0.000，均達(dá)極顯著差異水平。由偏Et平方η2值大小[14]可知不同因素對各指標(biāo)影響效應(yīng)大小次序為：劑量處理芽長（η2=0.974）＞劑量處理根活力指數(shù)（η2=0.966）＞品種處理發(fā)芽勢（η2=0.946）＞品種×劑量處理發(fā)芽勢（η2=0.924）＞品種×劑量處理發(fā)芽率（η2=0.811）。說明品種、劑量二因素對種子活力產(chǎn)生顯著影響，且劑量主效應(yīng)對種子芽長影響最大，其次是劑量對根活力指數(shù)的影響，第三是品種對發(fā)芽勢的影響，第四是品種×劑量處理對發(fā)芽勢的影響，第五是品種×劑量處理對發(fā)芽率的影響。

2.2 影響種子發(fā)芽勢的因素比較

品種間發(fā)芽勢多重比較表明，V3、V4發(fā)芽勢達(dá)92%以上，顯著高于其它品種，V6發(fā)芽勢最小為82.3%（圖1A）。輻射劑量間發(fā)芽勢多重比較表明，250 Gy時品種發(fā)芽勢為85.2%，顯著低于其它處理；220 Gy、280 Gy時發(fā)芽勢分別為89.0%、88.3%，均高于0 Gy時的發(fā)芽勢88.2%，但差異不顯著（圖1B）。在劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)發(fā)芽勢多重比較表明，V1、V5變化趨勢相似，即220 Gy、250 Gy、280 Gy時發(fā)芽勢顯著高于0 Gy時的發(fā)芽勢；V2、V3變化趨勢相似，220 Gy、250 Gy、280 Gy時發(fā)芽勢顯著低于0 Gy時發(fā)芽勢；V4在250 Gy、280 Gy時發(fā)芽勢達(dá)93.0%、94.0%，顯著高于220 Gy、0 Gy時發(fā)芽勢，V6在0 Gy、220 Gy、280 Gy時發(fā)芽勢差異不顯著，但顯著高于250 Gy時發(fā)芽勢（圖1C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)發(fā)芽勢多重比較表明，0 Gy處理品種間發(fā)芽勢存在顯著差異，V2、V3發(fā)芽勢均為95.0%，達(dá)到最高；220 Gy時V3、V5顯著高于其它品種；250 Gy和280 Gy處理時V4最高（圖1D）。結(jié)果說明，發(fā)芽勢受品種類型影響較大，V3、V4發(fā)芽勢較大，V6發(fā)芽勢最小；發(fā)芽勢受輻射影響也存在顯著差異，輻射對V1、V5、V4發(fā)芽勢有顯著促進(jìn)作用，對V2、V3發(fā)芽勢有顯著抑制作用，V6發(fā)芽勢顯著抑制與促進(jìn)作用并存。

2.3 影響種子發(fā)芽率的因素比較

品種間發(fā)芽率多重比較表明，V4發(fā)芽率達(dá)97.9%，顯著高于其它品種；V3發(fā)芽率93.8%、V6發(fā)芽率93.5%，兩品種間差異不顯著，但顯著低于其它品種（圖2A）。輻射劑量間發(fā)芽率多重比較表明，0 Gy時品種發(fā)芽率達(dá)98.4%，顯著高于其它輻射處理；250 Gy、280 Gy時品種發(fā)芽率分別達(dá)93.8%、94.2%，顯著低于220 Gy時的發(fā)芽率，250 Gy與280 Gy間的品種發(fā)芽率差異不顯著（圖2B）。在劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)發(fā)芽率多重比較表明，各品種0 Gy時發(fā)芽率高于其它輻射處理；V1在250 Gy時發(fā)芽率為97.0%，顯著高于220 Gy、280 Gy時發(fā)芽率，0 Gy時發(fā)芽率高于250 Gy時的發(fā)芽率，但差異不顯著；V2不同輻射劑量間發(fā)芽率差異顯著，且250 Gy時發(fā)芽率最?。籚3在280 Gy時發(fā)芽率顯著低于其它輻射劑量時的發(fā)芽率；V4在250 Gy時發(fā)芽率為95.0%，顯著低于其它輻射處理，但0 Gy、220 Gy和280 Gy時發(fā)芽率均為99.0%，差異不顯著；V5在0 Gy、220 Gy時發(fā)芽率均為98.0%，顯著高于250 Gy、280 Gy時的發(fā)芽率，250 Gy、280 Gy時的發(fā)芽率分別為95.0%、94.0%，兩者差異不顯著；V6在250 Gy時發(fā)芽率最小，顯著低于其它輻射劑量發(fā)芽率；計算0 Gy與不同輻射劑量時各品種發(fā)芽率最大值與最小值的減少率，V1至V6減少率分別為4.1%、9.1%、7.2%、4.0%、4.1%、6.1%，說明V2、V3、V6受輻射抑制作用較大（圖2C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)發(fā)芽率多重比較表明，0 Gy時發(fā)芽率在品種間無顯著差異；220 Gy時V4發(fā)芽率達(dá)99.0%，高于其它品種；250 Gy時V1發(fā)芽率最高，達(dá)97.0%，V2為90.0%，顯著低于其它品種；280 Gy時V4發(fā)芽率最高，達(dá)99.0%，V3為90.0%，顯著低于其它品種（圖2 D）。結(jié)果表明，輻射對品種發(fā)芽率影響有顯著差異，各品種呈現(xiàn)隨劑量增加而抑制作用增強(qiáng)的趨勢；V4發(fā)芽率最大，在280 Gy時顯著高于其它品種；V6發(fā)芽率最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用結(jié)果；V2發(fā)芽率受輻射抑制作用最大。

圖1 影響種子發(fā)芽勢因素多重比較

2.4 影響種子芽長的因素比較

品種間芽長差異比較顯示，V3芽長最長為21.8 mm，顯著長于其它品種；V6芽長最短為16.4 mm，顯著短于其它品種（圖3A）。不同輻射劑量間芽長差異比較顯示，0 Gy時芽長為33.0 mm，顯著高于其它輻射處理；280 Gy時芽長為13.3 mm，顯著短于220 Gy、250 Gy時的芽長；220 Gy、250 Gy時芽長分別為15.2 mm、14.5 mm，差異不顯著（圖3B）。劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)比較顯示，V1至V6在0 Gy時芽長分別為36.5 mm、34.5 mm、36.4 mm、33.0 mm、35.2 mm、22.9 mm，顯著長于其它輻射處理芽長；V1、V5各輻射劑量間芽長差異不顯著；V3、V4芽長隨輻射劑量增加而呈縮短趨勢；V2在250 Gy時芽長13.5 mm，顯著長于280 Gy時芽長；V6在280 Gy芽長16.0 mm，顯著長于250 Gy時芽長；計算0 Gy與不同輻射劑量時各品種芽長最大值與最小值的減少率，V1至V6減少率分別為59.8%、68.7%、63.1%、61.9%、68.2%、41.8%，說明V2、V5受輻射抑制作用較大（圖3C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)比較顯示，0 Gy時V6芽長為22.9 mm，顯著短于其它品種；220 Gy時V3、V4芽長分別達(dá)19.2 mm、20.4 mm，顯著長于其它品種；250 Gy時V3芽長達(dá)18.3 mm，顯著長于其它品種；280 Gy時V1、V6芽長分別為15.5 mm、16.0 mm，明顯長于其它品種（圖3D）。上述結(jié)果說明，芽長受品種類型影響而存在顯著差異，輻射對芽長均有顯著抑制作用；V3芽長最大且在250 Gy時顯著高于其它品種，其次是V1，第三是V4；V6芽長最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用的結(jié)果；V2、V5受輻射抑制作用影響較大。

圖2 影響種子發(fā)芽率因素多重比較

圖3 影響種子芽長因素多重比較

2.5 影響種子根活力指數(shù)的因素比較

根活力指數(shù)品種間差異比較顯示，V3根活力指數(shù)達(dá)177.8，與V4根活力指數(shù)差異不顯著，但顯著高于其它品種；V6根活力指數(shù)最小，為113.4；V1、V2、V4、V5間差異不顯著（圖4A）。根活力指數(shù)不同輻射劑量間比較顯示，各劑量處理間根活力指數(shù)差異達(dá)顯著水平，其值表現(xiàn)為0 Gy＞220 Gy＞250 Gy＞280 Gy（圖4B）。在劑量水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)比較顯示，V1至V6在0 Gy時根活力指數(shù)分別為306.8、388.9、338.4、406.1、410.5、269.8，顯著高于其它劑量處理；V2、V5、V6根活力指數(shù)不同劑量處理間差異不顯著；V3根活力指數(shù)各劑量處理間差異達(dá)顯著水平，其值表現(xiàn)為0 Gy＞220 Gy＞250 Gy＞280 Gy；V1、V4受輻射劑量影響趨勢相同；計算0Gy與不同輻射劑量時各品種根活力指數(shù)最大值與最小值的減少率，V1至V6減少率分別為74.6%、85.2%、88.8%、87.7%、90.6%、82.8%，說明V5受輻射抑制作用最大（圖4C）。品種水平上的品種×劑量互作簡單效應(yīng)比較顯示，0 Gy時品種間根活力指數(shù)存在顯著差異，V6品種為269.8，顯著小于V2、V3、V4、V5；220 Gy時V3品種根活力指數(shù)為235.7，顯著大于其它品種；250 Gy時V2品種根活力指數(shù)為46.6，顯著小于V1、V3根活力指數(shù)；280 Gy時品種間根活力指數(shù)差異不顯著（圖4D）。結(jié)果說明，各品種根活力指數(shù)存在顯著差異，輻射對根活力有顯著抑制作用，且有隨劑量增加而加強(qiáng)的趨勢；V3根活力指數(shù)最大且在220 Gy時顯著高于其它品種，其次是V4；V6根活力指數(shù)最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用的結(jié)果；V5受輻射抑制影響作用最大。

圖4 影響種子根活力指數(shù)因素多重比較

3 討論與結(jié)論

王彩蓮等[15]研究表明，不同類型水稻品種對輻射的敏感性有很大差異。輻射育種實踐中，輻射敏感性是誘變育種的重要研究內(nèi)容[16]，水稻種子發(fā)芽率多作為輻射敏感性研究的重要指標(biāo)[17-19]。本研究引入60Co-γ射線輻射源，分析其對寒地粳稻種子活力的影響，結(jié)果表明，供試品種種子活力輻射敏感性存在顯著差異，具有鮮明的品種特性差異，這與上述研究結(jié)果相同。在品種與輻射劑量二因素對種子活力的影響中，輻射劑量主效應(yīng)對種子芽長影響最大，其次是劑量對根活力指數(shù)的影響，第三是品種因素對發(fā)芽勢的影響，第四是品種×劑量互作因素對發(fā)芽勢的影響，這與上述以種子發(fā)芽率作為輻射敏感性指標(biāo)的研究結(jié)果不同。

張瑞勛等[17]研究發(fā)現(xiàn)，隨輻照劑量增加水稻發(fā)芽率逐漸下降。謝崇華等[20]研究發(fā)現(xiàn)，輻照對水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率影響不明顯。徐錫虎等[21]研究表明，23個不同水稻品種輻射敏感性可分為遲鈍型、中間型和敏感型3類，以中間型居多。本研究結(jié)果表明，寒地水稻種子在0~280 Gy輻射劑量下，輻射對種子發(fā)芽率、芽長和根活力指數(shù)有抑制作用，對發(fā)芽勢因品種不同而表現(xiàn)出抑制或促進(jìn)作用，其作用程度因品種和輻射劑量因素作用不同而表現(xiàn)出差異。發(fā)芽勢V2、V3受輻射抑制作用顯著，V1、V5、V4發(fā)芽勢受輻射促進(jìn)作用顯著，V6發(fā)芽勢受輻射影響表現(xiàn)為顯著抑制與促進(jìn)作用并存。發(fā)芽率V4最大，V2受輻射抑制影響最大。芽長V3最大且在250 Gy時受輻射抑制作用最小，其次是V1，第三是V4；V2、V5芽長受輻射抑制作用影響較大。根活力指數(shù)V3最大且在220 Gy時顯著高于其它品種，V5根活力指受輻射抑制影響作用最大。V6發(fā)芽率、芽長、根活力指數(shù)均最小，可能是品種本身特性和輻射抑制共同作用的結(jié)果。本研究結(jié)果可為今后寒地水稻輻照誘變育種研究提供一定的技術(shù)參考。