全 文 ：第21卷 第1期
Vol.21 No.1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 1月
Jan. 2013
60Co-γ辐射对菊苣种子发芽及幼苗生理的影响
张 玉,白史且∗,李达旭,王曾珍
(四川省草原科学研究院,四川 犀浦 611743)
摘要:为明确60Co-γ射线对菊苣(CichoriumintybusL.)辐照诱变效果,采用不同剂量60Co-γ射线(100Gy,150Gy,
200Gy和300Gy)辐照处理菊苣种子,测定其发芽率和相关生理指标。结果表明:随着辐照剂量的增加,菊苣发芽
率降低,200Gy以上辐照处理发芽率与对照差异显著(P<0.05);超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、
可溶性蛋白和可溶性糖含量随着辐照剂量增加均表现为先升后降的趋势,分别在辐射剂量为150Gy,100Gy,150
Gy,150Gy及以上时与对照差异显著(P<0.05);丙二醛(MDA)含量随着辐照剂量增加而逐渐升高,150Gy以上
辐照处理与对照差异显著(P<0.05);蛋白含量呈现先增后减的趋势,与对照差异均显著(P<0.05)。由此表明,菊
苣受低剂量(150Gy以下)辐照后,诱变效果不明显,高剂量(200Gy以上)辐照下菊苣理化性质发生明显改变,研
究结果将为菊苣辐射诱变育种提供一定的理论依据。
关键词:菊苣;辐射;发芽;生理特性
中图分类号:S335.21 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)01-0147-05
Effectsof60Co-γ-raysIrradiationonChicory
SeedGerminationandSeedlingPhysiology
ZHANGYu,BIAShi-qie∗,LIDa-xu,WANGZeng-zhen
(SichuanAcademyofGrasslandScicence,Xipu,SichuanProvince611731,China)
Abstract:Chicoryseedswereirradiatedwith60Co-γ-raysat100,150,200and300Gytodeterminegermi-
nationrateandphysiologicalcharacteristicsfrom mutageniceffectsofirradiationdoses.Resultsshowed
thatseedgerminationratedecreasedastheirradiationdosageincreased.Therewassignificantdifference
between200Gyirradiationdosageandcontrol(P<0.05).Superoxidedismutase(SOD)activities,peroxi-
dase(POD)activities,solubleproteinandsolublesugarcontentsfirstincreasedthendeclinedwithagrad-
ualirradiationincrease,anddifferedsignificantlybetweencontroland150Gy,100Gy,150Gy,150Gy
treatments(P<0.05),respectively.MDAcontentincreasedwithincreasedirradiationdosage,andthere
wassignificantdifferencebetweencontrolandthetreatmentsabove150Gydose(P<0.05).Theprotein
contentfirstincreasedthendeclined,anddifferedsignificantlybetweencontrolandtreatments(P<0.05).
Itwasconcludedthatthemutageniceffectofchicoryirradiatedbylowdosage(below150Gy)wasnotob-
vious.However,physiologicalandbiochemicalcharacteristicsofchicoryirradiatedabove200Gyweresig-
nificantlyaltered.Thestudyprovidesatheoreticalbasisforchicoryradiationmutationbreeding.
Keywords:Chicory;Irradiation;Germination;Physiologicalcharacteristics
菊苣(CichoriumintybusL.)为菊科(Compositae)
菊苣属(CichoriumL.)多年生草本植物,原产于地中
海、中亚和北非。菊苣具有适应性广、抗逆性强、再生
快、营养丰富、适口性好、产草量高、用途多等优良特
性,是一个具有重要经济价值和开发潜力的新兴优质
饲料作物。但菊苣品种单一,种质资源遗传基础狭窄,
优异资源缺乏,在南方高温高湿季节生长速度缓慢,易
发生软腐病,限制了其在南方更为广泛的推广应用[1]。
因此,如何拓宽菊苣遗传基础,创新菊苣种质资源,并
采用多途径和多种方法选育新品种,显得十分重要。
收稿日期:2012-08-15;收回日期:2012-10-20
基金项目:国家“十二五”科技支撑计划(2011BAD17B03);四川省科技厅“十二五”牧草育种攻关(2011NZ0098-11);国家牧草产业技术体
系阿坝综合试验站资助
作者简介:张玉(1975-),女,四川仁寿人,博士,研究方向为牧草种质资源与育种,E-mail:zhyforage@126.com;∗通信作者 Authorforcor-
respondence,E-mail:baiturf@yahoo.com.cn
草 地 学 报 第21卷
辐射诱变是改良种质性状、创造新种质的有效
手段。近年来我国辐射诱变育种研究发展很快,辐
射诱变育种研究工作已与现代生物技术、杂种优势
育种技术、常规育种技术相结合,成为一种综合性的
育种新技术,取得了一定的成果。根据国际原子能
机构2002年的统计,全世界利用辐射诱变技术育成
的2316个作物新品种中,中国科学家育成的达625
个,约占世界总量的27%[2]。在牧草方面,诱变育
种工作较农作物起步较晚,还基本处于较基础的探
索研究中,通过辐射诱变成功的品种还很少,只在沙
打旺(Astragalusadsurgens)、苜蓿(Medicagosati-
va)等有突变品种育成[3]。近年来在牧草和草坪草
方面,辐照诱变育种发展迅速,辐照处理材料主要有
苜蓿[4]、红三叶(Trifoliumpratense)[5]、高羊茅
(Festucaarundinacea)[6]、苏丹草(Sorghumsu-
danense)[7]、柱花草(Stylosanthesguianensias)[8]、
狗牙根(Cynodondactylon)[3,9-10]、野牛草(Buchloe
dactyloides)[11]、草地早熟禾(Poapretensis)[12]、黑
麦草(Loliumperenne)[13]等。并对辐照材料的种子
发芽、植株形态学、农艺学、酶活性等特性进行了研
究,最后找出了适宜的辐照剂量,筛选出了部分变异
材料。但是,对于菊苣种子辐照诱变及其生理机制
的研究尚未见报道。
本试验采用不同剂量60Co-γ射线辐照菊苣干种
子,对辐照后种子的发芽率、抗氧化酶活性、渗透调
节物质含量等进行了探讨研究,以期为菊苣辐射诱
变育种提供科学依据和参考。
1 材料与方法
1.1 材料
试验材料采用四川省草原科学研究院提供的菊
苣单株种子。
1.2 方法
辐射诱变处理:经过筛选的菊苣种子装入种子
袋,在四川省农科院生核研究所辐照场进行不同剂量
的60Co-γ射线辐射,辐照剂量分别为100,150,200和
300Gy,剂量率为2.4Gy·min-1,每剂量处理种子数
为100粒,重复3次,以没有辐照的种子为对照。
发芽试验:将不同剂量处理的菊苣种子进行发
芽试验,每处理3次重复,每重复选取100粒种子,
整齐排列于垫双层滤纸的培养皿中,放入20℃光照
培养箱中发芽,并保持发芽期间滤纸的湿润,3d后
开始统计发芽数(以子叶外露长度超过种子大小的
一半以上为发芽),10d发芽结束,计算发芽率。发
芽率=发芽菊苣种子数/试验菊苣种子数×100%。
生理生化指标测定方法:当菊苣达到4~5片小
叶时,采集不同处理的幼苗叶片,每个处理重复3次,
每次重复随机选取20株,用蒸馏水清洗,滤纸吸干水
分,放入-20℃低温冰箱备用。各指标具体测定方法
如下:脯氨酸含量参照张殿忠等[14]的磺基水杨酸法
测定;可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定[15];
SOD活性采用NBT光还原法[15-16]测定;丙二醛含量
(MDA)、可溶性总糖含量的测定采用硫代巴比妥酸
(TBA)法[15];POD活性测定采用愈创木酚法[15-16]。
1.3 数据分析
采用SPSS11.0和SigmaPlot11.0等分析软
件对试验数据进行显著性分析和作图。
2 结果与分析
2.1 辐照对种子发芽率的影响
从图1可知,各辐射剂量处理后的平均发芽率
均低于对照,随着辐照剂量的增加,种子发芽率降
低,着床后第3d,各处理种子都开始萌发,其中以对
照种子发芽最快最齐,发芽率达35.8%,显著高于
各辐照处理(P<0.05)。随着发芽时间的延长,各
处理种子发芽率均逐渐升高,与对照相比,100和
150Gy处理的种子发芽率与对照差异不显著,200
和300Gy处理后与对照差异显著(P<0.05)。
图1 60Co-γ射线辐照对菊苣种子发芽率的影响
Fig.1 Effectof60Co-γraysirradiationon
chicorygerminationrate
2.2 抗氧化酶活性
试验主要研究了不同剂量对超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的影响(图2)。随着辐
照剂量增加,幼苗SOD和POD活性都表现为先升高后
841
第1期 张玉等:60Co-γ辐射对菊苣种子发芽及幼苗生理的影响
图2 辐射诱变对菊苣幼苗SOD(A)和POD(B)活性的影响
Fig.2 Efectof60Co-γraysirradiationonSOD(A)andPOD(B)activitiesinchicoryseedlings
注:不同小写字母间差异显著(P<0.05),下同
Note:Diferentsmallettersmeansignificantdiferencesatthe0.05level,thesameasbelow
降低的趋势,且分别在150和100Gy时出现峰值,较好
地反映了不同辐射强度对植物保护酶活性的影响情
况。在100Gy辐照下,SOD活性与对照差异不显著,
当辐照剂量达到150Gy后,各处理SOD活性与对照差
异显著(P<0.05)(图2-A)。各辐照强度处理的POD
活性均与对照差异显著(P<0.05)(图2-B)。
2.3 辐照对渗透调节物含量变化的影响
可溶性蛋白含量变化:随着辐照剂量增加,可溶
性蛋白先上升然后急剧降低。100Gy处理的可溶
性蛋白与对照和150Gy处理差异不显著,150Gy
处理的显著高于对照(P<0.05),200和300Gy处
理的显著低于对照及100和150Gy处理(图3-A)。
图3 60Co-γ射线辐照对菊苣幼苗可溶性蛋白(A)、可溶性糖(B)、丙二醛(C)和脯氨酸(D)含量的影响
Fig.3 Effectsof60Co-γraysirradiationonsolubleprotein(A),solublesugar(B),
MDA(C)andproline(D)contentsinchicoryseedlings
941
草 地 学 报 第21卷
辐照对可溶性糖含量变化的影响:由图3-B可
知,辐照处理后,可溶性糖含量随着辐照剂量的增加
先上升然后下降,100Gy辐照后可溶性糖含量略微
增加,但与对照差异不大;150Gy处理后,可溶性糖
含量达到最大值,与对照差异显著(P<0.05);200
Gy以上处理可溶性糖含量都降低,其中200Gy处
理降低了44.65%,300Gy处理降低了55.35%,都
与对照差异显著(P<0.05)。
辐照对丙二醛含量的影响:丙二醛(MDA)是
膜脂过氧化的主要产物之一,代表膜受损伤程度。
MDA含量随着辐照剂量的增加而逐渐升高,且150
Gy以上处理的 MDA 含量均显著高于对照(P<
0.05),其中150Gy处理增加52.74%,200Gy处理
增加84.83%,300Gy处理增加近100% (图3-C),
说明150Gy以上辐照处理对 MDA有显著影响,辐
照产生了诱变,同时对膜伤害较严重。
脯氨酸含量变化:植物在正常生长条件下,游离
脯氨酸(Pro)含量很低,但是遇到各种逆境时,游离
脯氨酸便会大量积累,其含量的提高也是在逆境条
件下植物的自卫反应之一[17]。对于幼苗Pro含量
而言,随着辐照剂量增加,Pro含量呈现先增后减的
趋势,当辐照剂量达到100Gy时,Pro含量达到最
大值,对辐照造成的伤害的保护能力达到最大。各
辐照处理后Pro含量均与对照差异显著(图3-D),
说明辐照处理对Pro有显著影响。
3 讨论
诱变剂量的选择对于诱变育种起着重要的作
用。一般采用较多的是对种子发芽率的影响,常选
择辐射后种子的半致死剂量或致死剂量作为适宜剂
量的选择标准,但是采用哪种诱变剂量才能获得最
多的有益突变,尚无定论。尽管一定剂量范围内增
加辐照剂量,可以增加诱变率,但同时也增加损伤,
涉及到辐射的敏感性问题。对于菊苣60Co-γ射线辐
射诱变剂量的选择研究和利用较少。陈光尧等[18]
用60Co-γ射线照射甘蓝型油菜(Brassicachinensis)
干种子,以低剂量效果照射时,较低剂量(335.2~
419Gy)已有明显效果,而以高剂量率照射时,高剂
量(670.4Gy)才有效果。本试验采用低剂量辐照
菊苣,在150~200Gy时,各个指标间有差异,说明
菊苣在较低剂量下有变异,这可能与辐射的剂量率
不同有关,还可能与诱变处理材料的品种不同,辐射
敏感性不同有关。
诱变可引起植物体内活性氧含量增加,进而导
致抗氧化酶活性及 MDA含量等生理指标发生变
化[19]。丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的产物之一,
是膜脂过氧化程度的标志,其含量与膜脂过氧化程
度成正相关,可间接反映膜系统受损程度以及植物
受伤害的程度,通过测定 MDA的积累量可衡量膜
脂过氧化程度。本研究中生理指标测定分析结果说
明,随着菊苣辐照剂量的增加,MDA 含量逐渐升
高,当辐照达到150Gy以上时,各辐照处理后的
MDA与对照均差异显著,膜脂过氧化增强,细胞内
活性氧等有害物质含量增加,进而可能刺激幼苗体
内 MDA含量逐渐增加及保护酶活性升高,修复辐
射对细胞产生的损伤。本研究中,抗氧化酶活性峰
值出现在200Gy剂量左右。Zhang等[20]认为抗氧
化酶的活性存在一个阈值,SOD和POD等保护酶
对膜系统的保护作用是有一定限度的;金梦阳等[21]
也认为当辐射强度增大到一定程度时,续随子(Eu-
phorbialathyris)内的保护酶系统也表现出不同程
度的紊乱,使得保护酶活性随辐射剂量的增加呈现
先增后降的趋势。谭美莲等[22]通过高剂量率(10
Gy/rain)不同剂量60Co-γ射线辐照(200~1500Gy)
处理蓖麻(Ricinuscommunis),随着辐射剂量的增
加,MDA含量、SOD活性及POD活性都呈现先升
后降的趋势,在1000Gy时,达到最高峰值,这与本
研究结果较为一致。本研究所测生理指标较好地反
映了菊苣的辐射诱变效应。
植物体内可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸的含
量与植物的抗逆性有关,逆境条件下会主动积累这
些物质,以适应外界环境的变化,同时对植物起着有
效的保护作用。200Gy辐照处理后,菊苣可溶性蛋
白达到最大值,表明该辐照对菊苣的修复达到了极
值,超过该辐照剂量,对损伤的修复能力减弱。150
Gy辐照菊苣后,可溶性糖积累量达到最大值,这说
明中等辐射剂量可以促进菊苣体内可溶性糖的积
累,提高其对辐照损伤的承受能力。本试验中,Pro
含量呈现出先增后减的趋势,当辐照剂量为100Gy
时,Pro含量最高,但高剂量的辐射易导致Pro含量
的减少,降低菊苣对辐照损伤的修复能力。
4 结论
综上所述,菊苣受低剂量辐照时,发芽率和理化
性质与对照没有差异,说明低剂量60Co-γ射线辐照
菊苣后,其诱变效果不明显,或者是菊苣在受到低剂
051
第1期 张玉等:60Co-γ辐射对菊苣种子发芽及幼苗生理的影响
量60Co-γ射线辐照后,其本身修复能力较强,使得发
芽率或理化性质没有发生明显改变。当菊苣受到
200Gy以上高剂量辐照后,菊苣发芽率和理化性质
发生了显著的改变,辐照对菊苣产生了较严重的损
伤,说明高剂量60Co-γ辐照对菊苣诱变效果较明显,
但诱变是正向还是逆向需要在农艺性状等方面做进
一步研究。
参考文献
[1] 张玉,白史且,王曾珍,等.航天搭载菊苣种子的生物学特性研
究[J].草业学报,2012,21(4):300-304
[2] 王志东.我国辐射诱变育种的现状分析[J].同位素,2005,18
(3):183-185
[3] 宣继萍,郭爱桂,刘建秀,等.狗牙根辐射诱变后代外部性状变
异分析[J].草业学报,2005,14(6):107-111
[4] 康玉凡,马鹤林,陈有军,等.我国苜蓿品种的适宜辐射剂量
[J].内蒙古农牧学院学报,1998,19(2):68-74
[5] 段雪梅,田新会,姚泽恩,等.辐射对巫溪红三叶种子发芽率及
幼苗生长的影响[J].贵州农业科学,2009,37(6):123-125
[6] 费永俊,吴亭谦.60Co-γ辐射在高羊茅表型和子代上的响应
[J].中国草地学报,2009,31(4):53-56
[7] 支中生,高卫华,张恩厚,等.苏丹草辐射敏感性及适宜剂量预
测[J].内蒙古草业,1999(3):54-57
[8] 黄慧德,易克贤.60Co-γ辐射对柱花草种子发芽的影响[J].热
带农业科学,2001,92(4):22-25
[9] 郭海林,刘建秀,郭爱桂,等.杂交狗牙根诱变后代综合评价
[J].草地学报,2008,16(2):145-149
[10]王文恩,包满珠,张俊卫.60Co-γ射线对狗牙根干种子的辐射
效应(简报)[J].草地学报,2007,15(2):187-189
[11]王文恩,张俊卫,包满珠.60Co-γ辐射对野牛草干种子的刺激
生长效应[J].核农学报,2005,19(3):191-194
[12]王月华,韩烈保,尹淑霞,等.60Co-γ射线辐射对早熟禾种子发
芽及种子内酶活性的影响[J].中国草地学报,2006,28(1):54-
57
[13]王传海,郑有飞,王鑫,等.UV-B辐射增加对黑麦草生长及产
量影响的初步研究[J].草业学报,2005,14(1):78-81
[14]张殿忠,汪沛洪,赵会贤.测定小麦叶片游离脯氨酸含量的方法
[J].植物生理学通讯,1990(4):62-65
[15]郝再彬,苍晶,徐仲.植物生理实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大
学出版社,2004
[16]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出
版社,2000
[17]曹兵,宋丽华,谢应吉.土壤干旱胁迫对臭椿苗木生理指标的影
响[J].东北林业大学学报,2008(9):11-13
[18]陈光尧,王国槐,罗峰.油菜辐射育种研究进展[J].湖南农业大
学学报,2007,33(2):162-165
[19]古今,陈宗瑜,訾先能,等.植物酶系统对 UV-B辐射的响应机
制[J].生态学杂志,2006,25(10):1269-1274
[20]ZhangJB,HuangW N.Advancesonphysiologicalandeco-
logicaleffectsofcadmiumoilplants[J].ActaEcologicaSinica,
2000,20(5):515-520
[21]金梦阳,危文亮.续随子辐射效应研究及适宜辐射剂量预测
[J].中国油料作物学报,2008,30(4):428-432
[22]谭美莲,汪磊,严明芳.辐射对蓖麻种子生长及生理指标的影响
[J].作物研究,2012,26(1):35-39
(责任编辑 刘云霞)
■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
(上接146页)
[19]周中亮,包满珠,王文恩.高温胁迫对6个高羊茅株系生理指
标的影响[J].草业科学,2011,28(7):1284-1290
[20]LiuXZ,HuangBR.Heatstressinjuryinrelationtomeme-
branelipidperoxidationincreepingBentgrass[J].CropSci-
ence,2000,40(2):503-510
[21]马博英,徐礼根,金松恒,等.多效唑对多年生黑麦草耐热性的
影响[J].园艺学报,2005,32(6):1118-1120
[22]张鹤山,刘洋,王凤,等.18个三叶草品种耐热性综合评价[J].
草业科学,2009,26(7):44-49
[23]徐胜,李建龙,何兴元,等.冷季型草坪草对高温胁迫的生理生
态适应机理研究进展[J].生态学杂志,2006,25(6):698-670
[24]AlmeselmaniM,DeshmukhPS,SairamRK,etal.Protec-
tiveroleofantioxidantenzymesunderhightemperaturestress
[J].PlantScience,2006,171(3):382-388
[25]汤日圣,汪军,邓国平,等.高温胁迫对草地早熟禾某些生理指
标的影响[J].江苏农业学报,2010,26(6):1192-1196
[26]LyonsEM,PoteJ,DaCostaM,etal.Whole-plantcarbonre-
lationsandrootrespirationassociatedwithroottoleranceto
highsoiltemperatureforAgrostisgrasses[J].Environmental
andExperimentalBotany,2007,59(3):307-313
[27]陈传军,沈益新,周建国,等.高温季节草地早熟禾草坪质量与
叶片抗氧化酶活性的变化[J].草业学报,2006,15(4):81-87
(责任编辑 李美娟)
151