張潔,宋佳寶,史寶勝

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院 ,河北 保定 071000)

“白花錦帶花”(Weigelaflorida“Alba”)與“錦帶花”(Weigelaflorida)均為忍冬科、錦帶花屬灌木。錦帶花具有抗寒性強(qiáng)、生長快、冠形優(yōu)美、花色艷麗、觀賞期長且無病蟲害和繁殖容易等優(yōu)良特性[1]。輻射育種利用放射性同位素放出的射線(如α射線、γ射線)照射各種農(nóng)作物種子、植株或其他器官,使種子或植株發(fā)生遺傳變異,然后經(jīng)過人工育種和栽培獲得優(yōu)良的新品種,可以提高變異頻率,加速育種進(jìn)程,可大幅度改良某些性狀,創(chuàng)造人類需要的變異類型,從中選擇培育出優(yōu)良的生物品種,且變異范圍廣[2]。60Co-γ射線是常用的輻射誘變源,在一定劑量范圍內(nèi)輻射植物可以刺激體內(nèi)激素合成,增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力,進(jìn)而促進(jìn)生長,增強(qiáng)抗性[3]。目前尚未見關(guān)于錦帶花輻射選育品種技術(shù)的有關(guān)研究。為此,以“白花錦帶花”“錦帶花”種子為試驗(yàn)材料,利用60Co-γ射線輻射錦帶花種子,以研究輻射誘變對錦帶花葉片生長發(fā)育和主要生理指標(biāo)的影響,為選擇優(yōu)質(zhì)錦帶花新品種、充實(shí)全國錦帶花品種資源,奠定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

“錦帶花”“白花錦帶花”種子于2021年12月采自霧靈山自然保護(hù)區(qū)。選取形態(tài)飽滿的休眠期種子,置于4 ℃冰箱冷藏備用。

1.2 試驗(yàn)方法

將采集到的種子送到北京大學(xué)鈷物樓輻射,照射源為2 Gy/min的60Co-γ射線,輻照劑量為0、50、100、200、300 Gy,將未輻射種子作為對照。在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)溫室內(nèi)播種。每次處理播種60粒,設(shè)置3個重復(fù),對播種的幼苗進(jìn)行常規(guī)管理。

分別于9、10、11月用直尺測定播種后的幼苗苗高,采用游標(biāo)尺測量葉長、葉寬、節(jié)間距。

可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用考馬斯亮藍(lán)法[5];葉綠素總含量的測定采用葉綠素儀法[6];丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸法[7-8];超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍(lán)四唑光化還原法[9];過氧化物酶(POD)活性的測定采用高錳酸鉀滴定法[10];葉綠素?zé)晒獠捎萌~綠素?zé)晒鈨x法[10];光合速率的測定采用光合儀法[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2010、Origin 2021整理數(shù)據(jù)和制圖;以SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA),多重比較使用Duncan新復(fù)極差法,采用Photoshop 2019處理圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻射對2種錦帶花幼苗形態(tài)的影響

2.1.1 輻射對2種錦帶株高的影響 輻射對2種錦帶株高的影響,見圖1、圖2。

圖1 不同輻射劑量下“白花錦帶花”在不同時期的株高

圖2 不同輻射劑量下“錦帶花”在不同時期的株高

由圖1可知,11月份時,“白花錦帶花”在50 Gy輻射處理下,株高顯著增加并達(dá)到最高值54.0 cm;100 Gy輻射處理時株高相對50 Gy減少,“白花錦帶花”在50 Gy劑量下,株高較CK增加6.4 cm;300 Gy輻射處理時株高最低,為37.0 cm,較CK顯著降低10.6 cm。

由圖2可知,11月份時,“錦帶花”50 Gy 輻射處理時株高顯著增大,并且達(dá)到最高值46.2 cm;100 Gy 輻射處理時株高相對50 Gy減少,50 Gy輻射下株高較CK顯著增加12.6 cm;300 Gy輻射處理時株高降到最低,與對照相比差異顯著。

2.1.2 輻射對2種錦帶葉長、葉寬的影響 統(tǒng)計(jì)各組錦帶花葉長、葉寬的結(jié)果見表1。

表1 不同劑量輻射下“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗的形態(tài)指標(biāo)

由表1可知,輻射處理對錦帶花葉片長度影響較大,伴隨輻射劑量的升高,2種錦帶葉片長度均表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢?！鞍谆ㄥ\帶花”11月份對照與50 Gy相比差異顯著,50、100 Gy分別比對照增加5.48、1.44 cm,200、300 Gy分別比對照減少0.29、3.72 cm?！板\帶花”11月份對照與50 Gy相比有顯著差異,50、100 Gy相比對照分別增加2.44、1.09 cm,200、300 Gy相比對照分別減少1.17、2.84 cm。

輻射處理對2種錦帶葉片寬度影響較大,輻射劑量增大,2種錦帶葉寬都先增大后減小。“白花錦帶花”11月份對照與300 Gy的差異顯著,與其他處理相比較差異不顯著,50、100 Gy相比對照分別增加1.16、0.32 cm,200、300 Gy相比對照分別減少0.08、1.00 cm?！板\帶花”11月份對照處理與300 Gy相比來說差異顯著,與其他處理相比較差異不顯著,50、100 Gy相比對照分別增加0.48、0.09 cm,200、300 Gy相比對照分別減少0.61、0.71cm。

2.1.3 輻射對2種錦帶節(jié)間距的影響 統(tǒng)計(jì)各組錦帶花節(jié)間距的結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 不同輻射劑量下“白花錦帶花”不同時期的節(jié)間距

圖4 不同輻射劑量下“錦帶花”不同時期的節(jié)間距

由圖3、圖4可知,輻射處理對錦帶節(jié)間距影響較大,隨著輻射劑量的增加,2種錦帶節(jié)間距均呈先增加后減少的趨勢。“白花錦帶花”11月份對照處理與50、300 Gy輻射處理相比有顯著差異,50、100 Gy分別比對照增加1.12、0.32 cm,200、300 Gy分別比對照減少0.08、1.40 cm?！板\帶花”11月份對照處理與50、300 Gy輻射處理相比有顯著差異,50、100、200 Gy分別比對照增加1.15、0.79、0.16 cm,300 Gy比對照減少1.63 cm。

2.2 輻射對葉片光合作用的影響

60Co-γ輻射對“白花錦帶花”與“錦帶花”Ci(胞間CO2濃度)、gs(氣孔導(dǎo)度)、A(凈光合速率)、E(蒸騰速率)、WUE(水分利用效率)都呈現(xiàn)出不同程度的影響,統(tǒng)計(jì)各組錦帶花光合速率的結(jié)果見表2。

表2 不同劑量輻射下“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗生長的光合速率

由表2可知,在反映輻射處理后種子活力與早期生長的所有指標(biāo)中,光合作用是其中1個良好指標(biāo)。輻射處理后,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的各個指標(biāo)都呈先升后降的趨勢,“錦帶花”E在100 Gy達(dá)到峰值,其他指標(biāo)在50 Gy輻射處理時達(dá)到最高值。“白花錦帶花”在50 Gy輻射處理下的Ci比對照高了18.33 μmol/mol,與對照相比差異不顯著;“錦帶花”在50 Gy輻射處理下的Ci比對照高了16.67 μmol/mol,與對照處理相比差異不顯著?！鞍谆ㄥ\帶花”在50 Gy輻射處理下gs比對照高了50.33 mmol/(m2·s),與對照差異顯著;“錦帶花”在50 Gy輻射處理下gs比對照高了92.00 mmol/(m2·s),與對照差異顯著;在50 Gy輻射處理下“白花錦帶花”A比對照高了1.47 mmol/(m2·s),與對照差異不顯著,“錦帶花”A比對照高了3.20 mmol/(m2·s),與對照相比來說差異顯著;“白花錦帶花”在50 Gy時E比對照高0.39 mmol/(m2·s),與對照相比差異不顯著?！板\帶花”在100 Gy時E比對照高了1.89 mmol/(m2·s),相比對照來說差異顯著;“白花錦帶花”在50 Gy時WUE比對照高了0.53 mmol/mol,與對照相比來說差異顯著;“錦帶花”在50 Gy時WUE比對照高了0.41 mmol/mol,相比對照來說差異不顯著?？偨Y(jié)得出:低劑量輻射可使Ci、gs、A、E、WUE顯著升高,但隨著輻射劑量的增大,Ci、gs、A、E、WUE呈現(xiàn)出下降的趨勢。

2.3 輻射對葉片葉綠素含量的影響

輻射對2種錦帶葉綠素含量的影響見圖5。

圖5 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”葉綠素含量指標(biāo)

由圖5可知,在輻射處理下,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的葉綠素含量都呈現(xiàn)下降的趨勢,在300 Gy劑量下葉綠素含量最低?！鞍谆ㄥ\帶花”在300 Gy劑量下葉綠素含量為28.20 mg/g,比對照顯著降低8.07 mg/g;“錦帶花”在300 Gy劑量下葉綠素含量為30.07 mg/g,比對照顯著降低4.63 mg/g。且2種錦帶花對照處理與其他處理相比較差異均顯著?？梢缘贸?輻射可使葉綠素含量降低。

2.4 輻射對葉片葉綠素?zé)晒獾挠绊?/h3>

輻射對Fo(初始熒光)、Fm(最大熒光)、Fv/Fo(PSⅡ潛在光化學(xué)效率)、Fv/Fm(PSⅡ最大光化學(xué)效率)的影響見圖6、圖7、圖8和圖9。

圖6 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”(初始熒光)Fo

圖7 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”(最大熒光)Fm

圖8 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”(PSⅡ潛在光化學(xué)效率)Fv/Fo

圖9 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”(PSⅡ最大光化學(xué)效率)Fv/Fm

由圖6、圖7、圖8和圖9可知 ,輻射對錦帶花Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm均有不同程度的影響。

由圖6可知,輻射處理后,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的Fo都呈先升后降的趨勢?！鞍谆ㄥ\帶花”在50 Gy輻射處理時達(dá)到最大值,且比對照處理高698.67,對照處理與其他各輻射處理下差異都不顯著;“錦帶花”在100 Gy輻射處理時達(dá)到最大值,且比對照處理高693.66,然后呈下降趨勢,對照與300 Gy處理相比差異顯著,與其他各輻射處理相比差異不顯著。

由圖7可知,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的Fm都呈先升后降的趨勢?！鞍谆ㄥ\帶花”在50 Gy輻射處理時達(dá)到最大值26 508.00?！板\帶花”50 Gy處理與對照相比增加4 075.66。

由圖8可知,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的Fv/Fo都呈先升后降的趨勢。“白花錦帶花”在50 Gy輻射處理時達(dá)到最大值,且與對照相比顯著增加0.45,然后呈下降趨勢;“錦帶花”在50 Gy輻射處理時達(dá)到最大值,且比對照顯著增加0.23,然后呈下降趨勢。

由圖9可知,隨著輻射劑量的升高,“白花錦帶花”和“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的Fv/Fm均呈先上升后下降的趨勢,“白花錦帶花”在100 Gy處理時Fv/Fm達(dá)到最高值0.72,對照與300 Gy輻射處理相比差異顯著;“錦帶花”Fv/Fm在50 Gy處理時達(dá)到最高值2.45。

2.5 輻射對葉片生理特征的影響

2.5.1 POD活性 輻射對2種錦帶POD活性的影響見圖10。

圖10 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”POD活性

由圖10可知,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉片中的POD活性都表現(xiàn)為先升高后降低,“白花錦帶花”在50 Gy的輻射劑量下POD活性最強(qiáng),與對照組相比顯著增加0.10 U/g,然后呈下降趨勢,下降到比對照數(shù)值低?！板\帶花”在100 Gy輻射劑量下POD活性最強(qiáng);與對照組相比增加0.15 U/g。對照組處理POD活性低于50、100 Gy輻射處理,且差異顯著,與200、300 Gy處理相比無顯著差異?？偨Y(jié)得出,低劑量輻射能使POD活性明顯增強(qiáng),輻射劑量增加,POD活性顯著下降。

2.5.2 SOD活性 輻射對2種錦帶SOD活性的影響見圖11。

圖11 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”SOD活性

由圖11可知,“白花錦帶花”在200 Gy輻射劑量下SOD活性最強(qiáng),比對照增加23.47 U/g,50 Gy處理與300 Gy處理SOD活性低于對照,100、200 Gy處理高于對照;“錦帶花”在100 Gy輻射劑量下SOD活性最強(qiáng),比對照增加2.87 U/g?！板\帶花”在50 Gy輻射劑量時SOD活性最低,且小于對照。對照處理下SOD活性與50 Gy處理相比來說差異顯著。說明低輻射劑量能在一定程度上提高錦帶花幼苗的防御能力,但是隨著輻射劑量增大,植物受到迫害酶活性就會呈現(xiàn)出下降的趨勢[14]。

2.5.3 丙二醛(MDA)含量 植物遭受干旱脅迫會對其體內(nèi)的細(xì)胞膜造成影響,在細(xì)胞膜發(fā)生反應(yīng)膜脂質(zhì)氧化的同時會釋放出丙二醛(MDA)這種物質(zhì),干旱脅迫越加重,其膜脂化反應(yīng)越強(qiáng)烈,MDA含量就越高[13]。輻射對2種錦帶MDA活性的影響見圖12。

圖12 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”MDA含量

由圖12可知,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉片中的MDA含量隨輻射劑量的增加均呈現(xiàn)出上升的趨勢?！鞍谆ㄥ\帶花”在300 Gy輻射劑量下達(dá)到最高值,相比于對照顯著增加0.95 μmol/g?！板\帶花”在200 Gy輻射劑量下達(dá)到最高值,相比于對照顯著增加0.77 μmol/g?？偨Y(jié)得出,隨著輻射劑量的增大,MDA含量也顯著上升。

2.5.4 可溶性蛋白含量 輻射對2種錦帶可溶性蛋白含量的影響,見圖13。

圖13 不同輻射劑量下“白花錦帶花”與“錦帶花”可溶性蛋白含量

由圖13可知,經(jīng)輻射處理后,“白花錦帶花”與“錦帶花”幼苗期葉內(nèi)的可溶性蛋白含量呈“降低-升高-降低”的趨勢。“白花錦帶花”在300 Gy劑量下可溶性蛋白含量最小,比對照顯著減少0.20 ug/g,對照處理與50 Gy輻射處理組相比差異顯著?！板\帶花”在300 Gy劑量下可溶性蛋白含量最小,比對照顯著減少0.15 ug/g?？梢缘贸?隨著輻射劑量的增大,可溶性蛋白含量也會下降。

3 討論

3.1 輻射對2種錦帶花生長量的影響

植物的生長情況是反映輻射效果的良好指標(biāo)[12]。其中,苗高就是一項(xiàng)重要的參考指標(biāo)[13]。研究表明,植物在γ射線照射下會引起種子萌發(fā)和幼苗生長的變化。一般來說,低劑量輻照會刺激種子萌發(fā)和幼苗生長;高劑量則抑制[14]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,2種錦帶花種子經(jīng)60Co-γ射線輻射處理后,各形態(tài)指標(biāo)呈現(xiàn)出不同的變化趨勢,證明輻射對2種錦帶花有不同程度的影響:低劑量會促進(jìn)苗高、葉長葉寬、節(jié)間距的增加;高劑量會抑制苗高、葉長葉寬、節(jié)間距的增加。Zaka等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)豌豆的輻射劑量在大于6 Gy時,其幼苗的生長會受到強(qiáng)烈的的抑制[18]。王瑞玲試驗(yàn)得出水蠟種子在30 Gy劑量的輻射下,幼苗的葉片鮮質(zhì)量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢[19]。

3.2 輻射對2種錦帶花葉綠素含量的影響

在本試驗(yàn)中,隨著輻射劑量的增加,2種錦帶花葉片內(nèi)葉綠素含量均呈現(xiàn)出降低的趨勢且低于未經(jīng)處理的對照株葉綠素含量。此結(jié)果與范菁研究茭白、Thiede等研究金蕎麥得出的結(jié)論一致[20-21]。輻射會對錦帶花產(chǎn)生葉綠素有抑制作用,這可能是因?yàn)槿~片經(jīng)過輻射作用后其內(nèi)在的葉綠素酶會加快對葉綠素的分解作用[17]。相關(guān)研究表明:輻射能引發(fā)植物類囊體膨脹, 阻礙葉內(nèi)同化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)及葉綠素的合成,改變光合作用。Fan等研究100 Gy輻射劑量的60Co-γ輻照茭白時,葉綠素a顯著下降,電子傳遞速率也呈現(xiàn)明顯的下降趨勢[17]。Kim等研究擬南芥時也得到了一致的結(jié)論[15]。綜上所述,輻射會使植物產(chǎn)生一種保護(hù)機(jī)制來維持自身的生長,具體表現(xiàn)為葉綠素含量的下降以及光合作用參數(shù)的上升。

3.3 輻射對2種錦帶花酶活性的影響

許多學(xué)者研究了輻射對植物酶活性的影響,結(jié)果顯示:輻射會使多數(shù)植物的丙二醛含量會上升,但是SOD、POD酶活性會隨著輻射劑量的增加而呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。然而,酶活性的變化趨勢也會因植物種類不同而差異。在本試驗(yàn)中,隨著輻射劑量的升高,“白花錦帶花”與“錦帶花”的SOD、POD酶活性均為先上升后下降,50 Gy時酶活性最高。此結(jié)論與Zaka等研究針茅、Vandenhove等研究擬南芥、王瑞玲研究水蠟得出低劑量輻射促進(jìn)幼苗酶活性增加,高劑量起抑制作用的結(jié)論相似[17-18]。植物遭受外界環(huán)境脅迫會對其體內(nèi)的細(xì)胞膜造成影響,在細(xì)胞膜發(fā)生反應(yīng)膜脂質(zhì)氧化的同時會釋放出丙二醛(MDA)這種物質(zhì),脅迫越加重,其膜脂化反應(yīng)越強(qiáng)烈,MDA含量就越高[22]。因此MDA含量的多少可以反映植株受害程度的大小,MDA含量越高,說明植株受害越嚴(yán)重[23]。

3.4 輻射對2種錦帶花可溶性蛋白的影響

植物的可溶性蛋白含量反映出植物的抗逆性強(qiáng)弱。為應(yīng)對外界的輻射并維持自身的生長,植物會主動積累可溶性蛋白,從而維持其自身的生長。本試驗(yàn)在供試劑量范圍內(nèi),錦帶花的可溶性蛋白含量均有所下降,與鄭賓國等研究魚腥藻得出的結(jié)論一致,可能是輻射增強(qiáng)了錦帶花蛋白質(zhì)的分解與代謝,導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和蛋白酶活性增加,可溶性蛋白含量降低[16]。

4 結(jié)論

為了探究輻射誘變對“白花錦帶花”和“錦帶花”形態(tài)及生理特性的影響,采用不同劑量(0～300 Gy)的60Co-γ射線輻射“白花錦帶花”與“錦帶花”休眠期種子,觀測輻射對錦帶花生長的影響,測定其生長量及幼苗葉片的葉綠素含量、葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)、光合作用參數(shù)、SOD、POD、MDA和可溶性蛋白含量。

(1) 隨著輻射劑量的增加,2種錦帶花幼苗的株高、葉長、葉寬、節(jié)間距均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢,當(dāng)輻射劑量達(dá)到50 Gy時其各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)達(dá)到最高值,當(dāng)輻射劑量達(dá)到 200 Gy時,各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。說明低劑量輻射促進(jìn)幼苗的生長,高劑量輻射抑制幼苗的生長。

(2) 輻射對于2種錦帶花葉片葉綠素含量以及光合作用參數(shù)也有顯著影響。本試驗(yàn)中隨著輻射劑量的增加,2種錦帶花葉綠素含量均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。說明輻射會對錦帶花產(chǎn)生葉綠素有抑制作用;隨著輻射劑量的增加,2種錦帶花的光和作用參數(shù)先升高后降低,說明在低劑量輻射作用下可以提高植物的光合作用參數(shù),高劑量輻射則抑制植物的光合參數(shù)。

(3) 輻射對2種錦帶花葉片酶活性也有顯著影響。隨著輻射劑量的升高,POD活性、SOD活性呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢;錦帶花葉片可溶性蛋白含量呈現(xiàn)"降-升-降"的趨勢,但是都低于對照。說明輻射降低可溶性蛋白含量。

綜上所述,錦帶花幼苗對0～100 Gy劑量的60Co-γ具有一定的耐受力。在60Co-γ射線誘變育種中,“白花錦帶花”種子最佳輻射量為50 Gy,而"錦帶花"最佳輻射量為50～100 Gy。劑量過高會抑制錦帶花的生長發(fā)育。本試驗(yàn)選定的是相同劑量率條件下不同劑量γ輻射對錦帶花種子的影響,可以進(jìn)一步研究不同劑量率輻射對錦帶花的影響,從而提高篩選和利用有利變異的效率。