辐射处理对元宝枫种子出苗率和苗期形态的影响

作者:未知

  摘要:为探讨辐射对元宝枫种子出苗的影响并创制元宝枫新种质,本研究以3株丰产元宝枫干种子为试材,采用不同辐射剂量60Co-γ射线对其进行照射处理。结果表明:元宝枫种子的相对出苗率随辐射剂量的增加而降低200Gy以下的低剂量时降低较缓,大于200Gy的高剂量时急剧下降;通过拟合曲线计算所得元宝枫种子的半致死剂量在188.92~203.81Gy之间,平均为198.48Gy,初步认为最适辐射剂量为200Gy;辐射明显影响幼苗的叶色、叶形,这可为元宝枫新品种培育与变色机理研究提供参考。
  关键词:元宝枫;60Co-γ辐射;相对出苗率;半致死剂量;形态学观测
  中图分类号:S625.5+20.33文献标识号:A文章编号:1001-4942(2019)05-0059-05
  元宝枫(AcertruncatumBunge.)属槭树科槭树属落叶乔木,其叶形秀丽,嫩叶红色,秋叶变黄、红或紫红色,是优良的彩叶树种,宜作庭荫树、行道树和风景林树种[1]。古诗词中以“霜叶红于二月花”来形容枫叶的美丽。元宝枫自然分布在中国北方及西北大部分省份,多生长在海拔500~1800m处[2],生长历史悠久,特色明显,是我国特有树种。随着林木产业的发展,人们对高品质的新奇元宝枫品种及其叶色观赏的需求与日俱增,培育具有较高经济价值的中国现代元宝枫优良新品种已势在必行,也是元宝枫产业发展的根本保证。
  辐射育种是近些年应用日趋广泛的一种育种方法,常采用α射线、β射线、γ射线、Χ射线、中子等物理因素处理种子、芽尖、枝条等分生能力强的器官,使其遗传物质发生改变,产生各种各样的突变,然后在发生突变的个体中选择符合人们需要的优良植株进行培育,从而获得新品种。辐射诱变育种是观赏园艺及林木繁育常用的育种方法,据资料显示通过γ射线辐射育成的新品种在观赏植物新品种总数中占到56.5%[3,4]。然而辐射诱变在元宝枫等槭树科植物上成功应用的实例较少,半致死剂量难以确定,给辐射育种带来不便,降低了辐射诱变率[5,6]。因此本试验采用60Co-γ射线对元宝枫种子进行辐射诱变,初步探索元宝枫种子的半致死剂量以及幼苗的变异情况,旨在提升元宝枫种子的辐射诱变效率,丰富元宝枫特异种质资源,从而促进元宝枫新品种培育进程。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  以泰山林业科学研究院元宝枫课题组早期选育的3株丰产元宝枫优良单株种子为试材,于2015年11月初果实成熟期进行采集,分别编号为F1号、F2号、F3号,每株采集重量3kg以上,将翅果装入网袋内自然阴干。
  1.2试验处理
  分别将各株净种后的种子平均分成6份,于3月初在山东泉港辐射科技发展有限公司进行60Co-γ辐射处理。参照相关木本树种辐射研究结果[7-9],设置辐射剂量分别为0(CK)、100、200、300、400、500Gy,钴源放射剂量为1.5Gy/min。
  1.3测定指标及方法
  将辐射后的种子进行沙藏,待露白后点播于穴盘中,每盘50粒。每处理4盘,采用随机区组放置,3次重复,待长出两片真叶时统计出苗率。
  参照王兆玉等[10]的回归分析方法,以对照组(CK)3次重复的平均值为100%,分别计算各处理组的相对出苗率。对相对出苗率与辐射剂量进行相关回归分析,以种子相对出苗率为对照的50%时的辐射剂量作为半致死剂量(LD50)。
  将后期经辐射存活的植株移栽到大田中进行形态学观测,并就产生特异性变异的植株进行保护与繁殖。
  1.4统计分析
  利用MicrosoftExcel2010软件进行数据统计,采用SPSS22.0进行相关回归分析、方差分析与多重比较分析,数据为3次重复平均值。
  2结果与分析
  2.1辐射处理对元宝枫种子出苗率的影响
  元宝枫自然播种出苗率一般在80%左右,本次试验CK组种子平均出苗率达到82.28%,F2号单株出苗率稍高于F1号、F3号,但差异不大。由表1可知,辐射使元宝枫相对出苗率降低,3个单株均表现出相似的变化趋势,且均随辐射剂量的增加急剧下降。其中F2号的整体相对出苗率稍高于F1号、F3号,但无显著性差异。6个处理间的相对出苗率表现出极显著差异,当辐射剂量为100Gy时,种子受到辐射胁迫相对出苗率明显下降,介于61.03%~63.37%;辐射剂量增加到200Gy时,相对出苗率约为50%;而当辐射剂量继续增加到300Gy时,相对出苗率急剧下降,介于18.52%~20.98%;辐射剂量持续增加至400、500Gy时,种子受到极度破坏,仅有几株成活。
  2.2半致死剂量的确定
  以辐射剂量(x)作为自变量,相对出苗率(y)作为因变量,采用曲线回归分析,认为y=ax2+bx+c拟合曲线最为贴合。由圖1可知,3个单株拟合曲线趋势基本相同,分别为y(F1号)=99.188-0.344x+0.0005x2(R2=0.988),y(F2号)=99.599-0.357x+0.0005x2(R2=0.986),y(F3号)=98.118-0.338x+0.0005x2(R2=0.986)。对各式中y赋值为50%,可得3个单株的半致死剂量分别为202.72(F1号)、188.92(F2号)、203.81Gy(F3号)。3个数值间稍有差异,但未达显著水平,经计算,平均半致死剂量为198.48Gy。由此可知元宝枫种子辐射的半致死剂量约为200Gy,该剂量可促使元宝枫产生最大的变异率。
  2.3种子辐射苗期形态学变化
  当辐射成活植株成长到一定高度时,将其移栽到大田中进行观察。其中辐射植株整体长势较弱,不断出现死亡现象,截止到2018年6月,辐射量为100Gy的植株存活量可达300株,200Gy的则不足100株,300Gy以上的全部死亡。存活的植株中最直观的差异表现在叶色与叶形(图2)上,其中,A、C叶色分别出现白色镶边和黄色镶边,且两者叶片内部均不同程度呈现色斑;对叶形进行分析发现,叶片大小、叶裂深度、叶裂片形态存在差异:辐射后植株叶片面积与对照相比明显缩小,叶裂加深、几达基部,叶裂片明显狭窄,而叶片长宽、叶裂数并没有表现出明显差异。   3讨论与结论
  3.1辐射处理对元宝枫出苗率的影响
  本试验得出,采用60Co-γ辐射明显降低元宝枫种子的出苗率,处理间差异极显著,200Gy以下辐射剂量的出苗率降低较缓;大于200Gy,出苗率明显降低,甚至全部失活。这与大多数木本植物种子辐射育种规律相同[10-12]。前人研究表明种子含水量不同辐射产生的氧自由基数量不同,对遗传物质的破坏性不同,不同树种表现的辐射敏感性不同,因而其表现出的出苗率和辐射剂量有所差别,元宝枫种子表现出的耐受程度要高于同属的鸡爪槭种子[12],也高于金桂[8]、小油桐子[9]、芍药[11]、椿树[9]、榆树[13]、扶芳藤[14]等树种,与紫薇[7]、悬铃木[15]等的耐受程度相似。
  3.2辐射剂量的确定
  辐射剂量与所用材料以及材料的状态具有很大的关系。敖妍等[14]对扶芳藤不同材料辐射得到枝条的半致死剂量为95.54Gy,种子为128.56Gy;王晶等[16]认为γ射线处理菊花组培苗的半致死剂量为10Gy。相关研究表明不同照射材料对射线的敏感性依次为:愈伤组织>试管苗>田间苗>根芽>插条>种子[17]。同一树种不同品种间也具有一定差异。耿兴敏等[8]对6个桂花品种进行辐射处理,得到不同品种间的半致死剂量介于55~267Gy;叶开玉等[18]对3个猕猴桃品种枝条进行辐射,得到品种间半致死剂量介于50.6~71.7Gy。同一材料不同状态所得半致死剂量也有较大差别:王孜昌等[19]在对杉木辐射时发现,采用干种子与湿种子的最适剂量差别很大,干种子高达5000Gy,湿种子仅为500Gy。本试验采用3株具有丰果特性基因型的元宝枫干种子为试材,得到半致死剂量为188.92~203.81Gy,株间差异较小,未出现上述所述品种间较大的差异,初步确定最适辐射剂量为200Gy。但是因取样范围与样本数量有所不足,还需进一步扩大范围,同时对于湿种子以及其它部位间的最适辐射剂量仍待下一步进行探究。
  3.3辐射对幼苗形态的影响
  辐射对于幼苗的影响不仅体现在出苗率上,还直观表现在外部形态上。熊运海等[20]对桂花种子进行辐射时发现其出苗整齐度降低、根系发育受到抑制;李志能等[15]对悬铃木种子进行辐射,发现幼苗株高、鲜重及根长随之下降;易立飒等[21]对广宁红花油茶种子进行辐射并观测到幼苗苗高及地茎生长受到一定程度地抑制;杨振等[22]认为辐射在一定程度上引起库尔勒香梨枝条枝叶的明显变化。本试验中元宝枫幼苗出现叶色与叶形的变化,其中不乏一些优质特异性变异。这些特异种质可为元宝枫新品种培育及其变色机理研究提供原始素材,但还需进一步观察与扩繁,待辐射稳定1、2代后形态依旧保持稳定才能确定为有效辐射。
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