核辐射对桃树幼苗光合特性的影响
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作者:成继东 陈双建 赵雪辉 郭华 李智 安栋
摘 要 以不同剂量的60Co-γ射线照射“曙光”油桃的种子，研究核辐射对桃树幼苗叶绿素含量和光合特性的影响。结果表明，低剂量的60Co-γ射线照射能够显著提高桃树幼苗叶片中的叶绿素a含量，对幼苗叶片中叶绿素b的含量提高不明显;高剂量的60Co-γ射线照射显著降低了桃树幼苗叶片的叶绿素a和叶绿素b含量。说明适量辐射量能够提高桃树幼苗叶片净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率，且均随辐射量的增加呈先上升后下降的趋势，均在100 Gy达到最大值，辐射量过大会显著降低气体交换参数，产生抑制效果。综合表明，当辐射量为100 Gy处理时，桃树幼苗叶片叶绿素含量较高，光合能力比较强。
关键词 桃树;核辐射;光合特性
中图分类号：S662.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.26.077
桃树是蔷薇科落叶乔木，在我国有悠久的栽培历史，其中油桃是具有较高栽培价值的树种，具有丰产性强、不落果的特点。光合作用是植物物质积累的关键，研究油桃的光合特性是优良品种选育、促进植株生长、提高果实产量和品质的关键措施。
核辐射是指波长短、频率高、能量高的射线，是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中释放出来的微观粒子流，可引起物质电离或激发。核辐射具有资源消耗少、环保性高、储存方便等优点，近年来，随着核技术的快速发展，核辐射也广泛应用于各个领域。目前，核辐射研究是核农学的重要组成部分，主要是利用放射性核元素、反应堆、加速器等产生的射线（X射线、γ-射线、离子束、离子辐射等）对作物器官进行一定剂量和辐射时间的处理，主要应用于改良作物、生物遗传变异、病虫害防治等。其中，γ-射线是研究中最常见的照射方式，是一种高能的电磁波，具有波长短、穿透性强的特点，普遍使用的放射性元素是60Co或137Cs。研究表明，辐射量和植物的生物学响应及形态特征有密切的联系，会影响细胞的结构和代谢变化[1-3]。申慧芳等[4]研究表明，低剂量的60Co-γ辐射处理能够显著提高红小豆的叶绿素含量和光合速率，高剂量的60Co-γ辐射处理则会产生抑制作用。当前，我国对于60Co-γ辐射处理在水稻、大麦、小麦等作物上的应用已经取得了一定进展，但是目前在农业领域有关核辐射的应用大多是DNA合成抑制分析、成熟植株形态特征、细胞学或利用其育成品种等方面的研究，关于核辐射对植物叶绿素含量和光合特性变化影响的研究较少[5-6]。因此，本研究以不同剂量的60Co-γ照射桃树种子，研究其幼苗的光合特性变化特征，以期寻求有利于桃树生长的适宜剂量，为桃树种子育种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验采用60Co-γ辐射，在钴源辐射室内进行，桃树选择“曙光”油桃。
1.2 试验设计
试验于2018—2019年进行，2018年10月进行种子照射处理，试验设置空白对照组（CK）和5个辐射组，处理1辐射量为50 Gy，处理2为100 Gy、处理3为150 Gy、处理4为200 Gy、处理5为250 Gy，将颗粒饱满、大小均匀的种子装入小种子袋中进行辐射处理，处理后的种子用0.1%赤霉素浸泡24 h，4 ℃低温沙藏5个月，于2019年4月挑选萌发的桃树种子，播种于内径30 cm、深度25 cm的花盆中，每盆装混拌好的基质土壤，每盆播种4粒种子，设3次重复，将长出3片真叶、长势一致的植株移至温室中，当幼苗长到50 cm时对其进行测定。
1.3 测定项目及方法
叶绿素含量的测定采用丙酮-乙醇提取比色法。净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率选择晴朗的上午用光合仪（LI-6400型，美国）测定，选取3株桃树幼苗同一部位叶片进行测定。
1.4 数据处理
记录所有测量数据，用Excel 2013进行数据统计整理，用SPSS 24.0进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 核辐射对桃树幼苗叶片叶绿素含量的影响
叶绿素含量是反映植物光合能力的重要指标。由图1可知，桃树幼苗叶片叶绿素a含量随辐射量的增加呈先上升后下降的趋势，在处理2（辐射量100 Gy）时达到最大值。各处理中，处理1、处理4、处理5和CK差异不显著，处理2和处理3显著高于CK，分别高出28.03%和12.88%，处理5显著低于CK，低13.79%。
叶绿素b含量变化趋势和叶绿素a相似，辐射处理和CK差异均不显著，处理3、处理4和处理5显著低于处理2，分别低0.69%、12.19%和17.95%。
2.2 核辐射对桃树幼苗叶片气体交换参数的影响
由表1可以看出，桃树幼苗叶片净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率均随辐射量的增加呈先上升后下降的趋势。处理1和处理5的净光合速率和CK差异不显著，处理2、处理3和处理4显著高于CK，分别高出20.77%、15.30%和11.48%;处理1和处理3处理气孔导度和CK差异不显著，处理2显著高于CK，高出15.38%，处理4和处理5处理显著低于CK;各辐射处理胞间二氧化碳浓度和CK差异不显著，辐射处理间处理2显著高于处理5;处理2的蒸腾速率显著高于CK，其他处理和CK差异不显著。适当辐射能够显著提高桃树幼苗净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，剂量过大则产生抑制效果。
3 结论与讨论
叶片叶绿素含量是反映植物光合能力的重要指标，参与植物光合作用的主要是叶绿素a和叶绿素b。大量研究发现，外界环境因子能够改变植物叶片光合色素含量，从而影响植物光合性能，于虹漫等[7]研究表明，60Co-γ射线照射仙客来显著提高了叶绿素a、叶绿素b含量。本研究结果表明，叶绿素a和叶绿素b含量随辐射量的增加呈先上升后下降的趋势，在100 Gy处理时达到最大值，250 Gy显著低于CK说明适量的辐射能够提高叶绿素含量，过量则会产生抑制作用。丘运兰等[8]研究发现辐射会导致叶肉细胞Lwl基因有轻微的损伤。许银莲等[9]通过对60Co-y射线辐射对粉掌铁兰辐射效应研究发现，辐射可提高植物中叶片的叶绿素含量，增强植物的光合作用。与本试验结果一致，适量辐射能够提高光合色素可能是由于辐射处理使得基因发生变化，植物基因能够充分表达。而过量的Co-y射线辐射对种子造成了伤害，使得叶绿体结构和功能受到破坏，会使叶片中的光和色素含量发生变化，甚至分解，所以辐射处理的适宜范围内，应选择尽量小剂量。
本研究结果表明，60Co-γ处理下，随处理剂量的增加，净光合光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率均呈先上升后下降的趋势，且在处理2达到最大值，显著高于CK，而在处理5，气孔导度显著低于CK，说明低剂量具有促进光合作用的效果，高剂量则产生抑制作用。此结果一方面可能和光合色素的含量有关，另一方面可能是辐射处理影响和光合电子传递，低剂量时，加速光系统间电子传递，高剂量时对电子传递阻碍，从而影响光合作用。因此，在进行桃树幼苗的辐射育种时，应适当采用低剂量，由于本试验品种单一，因此还需进一步深入研究。
参考文献：
[1] 马宏，孟红志，李世军，等.不同光质对“春美”桃光合特性和果实品质的影响[J].果树学报，2017，34（7）：835-842.
[2] 李金霞，李玉明，陈菁菁，等.60Co-γ辐射种子对西瓜幼苗叶片光合色素及气体交换参数的影响[J].中国瓜菜，2015，28（1）：10-14.
[3] 姚银安，杨爱华，徐刚.低剂量60Co-γ辐射种子预处理对黑麦草紫外线B辐射伤害的保护作用[J].种子，2008，27（12）：25-29.
[4] 申慧芳，李国柱.60Co-γ射线对红小豆苗期叶绿素含量和光合特性的影响[J].山西农业大学学报（自然科学版），2008（2）：176-179.
[5] 张珂珂，周苏玫，张嫚，等.减氮补水对小麦高产群体光合性能及产量的影响[J].应用生态学报，2016，27（3）：863-872.
[6] 李俊，楊玉皎，王文丽，等.UV-B辐射增强对马铃薯叶片结构及光合参数的影响[J].生态学报，2017，37（16）：5368-5381.
[7] 于虹漫，陈宗瑜，强继业.60Co-γ射线辐照对仙客来生长及叶片光合特性的影响[J].北方园艺，2003（5）：45-46.
[8] 丘运兰，梅曼彤，何远康，等.加速重离子辐射对玉米的诱变效应[J].华南农业大学学报，1991（1）：48-54.
[9] 许银莲，强继业.60Co-γ射线辐射对粉掌铁兰某些生理指标的影响[J].种子，2005（4）：26-27，30.
（责任编辑：赵中正）
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