不同剂量辐射对园林植物种子萌发及生长的影响——以法国梧桐为例

方卫飞，李铭红，赵 青

1.金华职业技术学院，浙江 金华 321017

2.浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江 金华 321000

植物育种是以品种改良为目的，方式有很多种，有传统育种和非传统育种。其中传统育种包括杂交育种和远缘杂交；非传统育种包括诱变育种，单-多倍体育种，细胞工程育种，基因工程育种等。诱变育种相比于其他育种方式，有着方便、快捷、效率高等特点，被广泛使用。诱变育种主要是指通过物理或者化学手段，诱发植物发生遗传性基因突变，然后从中选优，从诸多变异体中选择优良品种进行培育。非化学手段的辐射诱变育种为当下主要的诱变育种方式，主要采用放射源（X 射线，α射线，γ射线，β射线等），中子辐射，离子辐射，紫外辐射，激光辐射，电子辐射，微波辐射等物理方法诱发基因突变。1927 年，美国科学家穆勒发现X 射线可以诱发果蝇产生突变，并且这种突变是可以遗传的。随后，很多著名生物学家都研究了辐射诱变育种的很多实例，比如1950 年以后，美国利用X 射线和热中子等方法，辐射诱变育种培育成了用常规育种方式无法获取的抗枯萎病的优良品种Todd's Mitcham 等。我国辐射诱变育种研究工作起步于上个世纪50～60 年代，建立了辐射诱变育种研究机构和研究院所，举办了全国辐射诱变育种研究学术研讨会，并为我国接下来的相关研究工作奠定了坚实的基础。到了上个世纪70～80 年代，随着我国经济的发展，与辐射育种相关的学科领域发展迅速，比如核技术与应用等，辐射育种研究和技术应用不仅仅停留在农作物上，而且在园林等方面也得到了发展。上个世纪80 年代至今，是我国辐射诱变育种研究发展最为迅速的时期，这主要得以与生物工程，基因工程，细胞工程等技术的迅猛发展，多学科熔合，多领域合作，使得辐射育种的研究和应用达到了一个全新的高度。本文主要研究不同剂量辐射对园林植物育种及生长的影响，并且以法国梧桐为例进行论述。本文利用60Co 钴源对法国梧桐种子进行γ射线照射，通过调节辐照的剂量大小，从幼苗中选出优良品种。

1 材料与方法

1.1 材料来源

法国梧桐种子样本采集于中国法国梧桐苗木之乡——山东济宁法桐基地，样本采自15 年生的健壮植株的自然成熟的种子。样品采集地济宁市的年平均气温13.5°C，无霜期为198 d，年平均降水量为590 mm。

本文实验所用的60Co 钴源辐照是在山东省农业科学院与山东泉港辐射科技发展有限公司共建的“山东省辐照中心”完成的，位于济南市长清区晶恒路沃德大道，60Co 钴源放射源为进口源，放射源能量为7.4×1015Bq。

1.2 材料的处理

用于实验所采集的法国梧桐种子样本，采用随机采样的方式，任意20 件，每件含有种子100 颗。然后将样本放在样品培养托盘中，托盘底面需要将大小一致的吸水性滤纸铺满，再注入适量的水使其浸湿。接着将样品培养托盘放在培养箱中（暗箱环境，环境温度在25°C±1°C）。定期在样品培养托盘中加水，以保证种子样本可以发芽。详细记录种子样本的发育情况。

1.3 实验方法

处理好的法国梧桐幼芽需要在60Co 钴源下进行辐照，参考半致死辐射剂量的计算方法，60Co 钴源γ射线辐照量分别设置为0 Gy、30 Gy、40 Gy、50 Gy、80 Gy、100 Gy、120 Gy，将20 件样本分别进行辐照，辐照顺序按照剂量从低到高的顺序。在辐照过程中，要持续详细记录样本的发芽生长情况，记录时间为30 d。

2 结果与分析

2.1 不同剂量辐射对法国梧桐种子发芽的影响

按照前述的材料处理方法和实验方法，将法国梧桐种子样本进行不同剂量γ射线辐照，将7 d 发芽率和14 d 发芽率结果记录在表1 中。

表1 γ射线辐照量对发芽的影响Table 1 Effect of γ-ray irradiation on germination

从表1 的数据中，总体来看，发芽率与γ射线辐照剂量呈现负相关关系，即辐照剂量在增加的时候，发芽率是不断降低的。分段来看，从开始到第7 d，30 Gy～50 Gy 辐照剂量下种子样本的发芽率，低于同条件下第8 d 到第14 d 的发芽率，而第8 d 到第14 d 的发芽率与无辐照样本的发芽率基本相同。当辐照剂量增加到80 Gy～120 Gy 时，种子样本的发芽率出现了大幅度的下降。因此，从这个实验中，可以看出γ射线辐照的剂量达到一定强度以后，会阻滞种子的发芽。但是，当γ射线辐照的剂量相对较小时，随着时间的增加，种子发芽情况未受到明显的影响，见图1。

图1 0 Dy～120 Dyγ射线辐照剂量与种子发芽率的关系图Fig.1 Relationship between 0 Dy～120 Dy γ-ray irradiation doses and seed germination rates

2.2 不同剂量辐射对法国梧桐种子根系生长的影响

法国梧桐种子样本根系生长情况的重要指标之一是根长，在实验室环境中，不同γ射线辐照剂量条件下，详细观察并记录样本的根长情况，见表2。

表2 γ射线辐照量与根系生长的关系Table 2 Relationship between γ-ray irradiation and root growth

图2 显示的是γ射线辐照剂量与种子根长的关系图，从图中可以明显的看出，随着辐照剂量的增大，根长越来越短，这两者之间存在显然的负向关系。而且还有一个现象是，辐照剂量达到80 Dy时，种子几乎没有生根，这说明大剂量辐照对种子生根的影响是决定性的。

图2 0 Dy～120 Dyγ射线辐照剂量与种子根系生长的关系图Fig.2 Relationship between 0 Dy～120 Dy γ-ray irradiation doses and seed root growth

2.3 不同剂量辐射对法国梧桐种子成苗率的影响

表3 记录的是实验环境下，γ射线辐照量与法国梧桐的幼芽和成苗率的关系，从数据情况，可以看到γ射线对幼芽的成苗是有很强影响的，当γ射线达到50 Dy 时，幼芽成苗率只有56%，当γ射线再增加时，幼芽成苗率下降幅度非常明显。这说明大强度的γ射线会损坏幼芽，甚至导致幼芽的死亡。

表3 γ射线辐照量与成苗率的关系Table 3 Relationship between γ-ray irradiation and seedling rate

2.4 半致死剂量的确定

半致死剂量是指植物在生长过程中，遭受放射性辐照，致使50%植株死亡（50%植株存活）的辐照剂量。半致死剂量对于辐射诱变育种研究工作意义非凡，当辐照剂量大于半致死剂量时，会导致50%以上的植株发生死亡，从而使得存活植株不足以进行研究；当辐照剂量小于半致死剂量时，植株所遭受的辐照影响较小，无法获得优异的基因突变植株，也就失去了进行辐射诱变育种的意义。图3 和图4 显示的分别是辐照剂量与成苗率和根长的关系图，从这2 个图中，看得到辐照剂量大于50 Dy 时，成苗率和根长都呈现断崖式下滑趋势，可以初步确定50 Gy 是法国梧桐种子的半致死剂量。

图3 γ射线辐照剂量与成苗率的关系图Fig.3 Relationship betweenγ-ray irradiation doses and seedling rates

图4 γ射线辐照剂量与14 d 根长的关系图Fig.4 Relationship betweenγ-ray irradiation doses and 14d root lengths

3 讨论

本文是讨论不同剂量辐射对植物种子即发芽生长的影响，其关键是γ射线辐照剂量的确定，为了确定这一剂量，需要引入辐射诱变育种领域常用的半致死剂量。因此，半致死剂量的确定是辐射诱变的一个核心问题。由于关于法国梧桐辐射诱变半致死剂量的研究相对较少，而采用何种辐照方式（X 射线，α射线，γ射线，β射线等）会得到最优的基因突变，以及半致死剂量的数值界定等，这些问题都需要大量的实验支撑。本文所采用的0Co 钴源辐照是辐射诱变育种领域最为常用的方式之一，但并不一定是最适合法国梧桐的，至于其他辐照方式能否得到更加合理的结果，需要建立另一套实验方法和流程得以验证才行。法国梧桐半致死剂量的厘定，本文是通过增加辐射剂量，详细观察并记录种子发芽，根系生长和成苗率等参数，通过比对植株在某一辐照剂量的前后，是否发生了根本变化，最终确定法国梧桐半致死剂量为50Dy。这一数值的确定，可以很好的为法国梧桐种子得到可利用的优秀的基因突变，带来数据上的支撑，也为这一行道旁经济作物的研究做出了探索性的贡献。

4 结论

4.1 法国梧桐半致死剂量

经过实验数据的分析，法国梧桐种子样本的辐照半致死剂量为50 Dy。

4.2 不同辐照剂量对种子发芽，根系生长以及成苗率的影响

当γ射线辐照的剂量达到半致死剂量以后，会阻滞种子的发芽，抑制根系生长和成苗。但是，当γ射线辐照的剂量小于半致死剂量时，随着时间的增加，种子发芽情况未受到明显的影响，根系生长和成苗率的影响幅度有限，在保证植株存活率的情况下，可以获得有益的突变植株。