%5E%2860%29Co-γ射线辐射对3种丁香幼苗形态及生理特性的影响.pdf

第3 8 卷第3 期2023年7 月文章编号：2 0 96-47 49(2 0 2 3)0 3-0 3 3 0-0 9引文格式：宋佳宝，许北华，李月，史宝胜，周晓慧.6 Co-射线辐射对3 种丁香幼苗形态及生理特性的影响J.林业与生态科学，2 0 2 3,3 8(3)：3 3 0-3 3 7,3 7 4.SONG Jiabao,XU Beihua,LI Yue,SHI Baosheng,ZHOU Xiaohui.Effect of 6 Co-irradiation on morphology and physio-logical properties of three species of SyringaLJJ.Forestry and Ecological Sciences,2023,38(3):330-337,374.60（Co射线辐射对3 种丁香幼苗形态及生理特性的影响林业与生态科学FORESTRY AND ECOLOGICAL SCIENCESDOI:10.13320/ki.hjfor.2023.0041Vol.38 No.3Jul.2 0 2 3宋佳宝，许北华，李月，史宝胜，周晓慧（河北农业大学园林与旅游学院，河北保定0 7 10 0 0）摘要：为探究Co射线辐射对3 种丁香的辐射效应，以紫丁香、红丁香、暴马丁香休眠期种子为试材，采用不同剂量（0、50、10 0、2 0 0、3 0 0 Gy)6Co-射线进行辐照处理，观测实生幼苗形态及生理特征。结果表明，与对照相比，50 Gy以内的辐射剂量能够促进3 种丁香的株高、叶长、叶宽的增加以及光合速率、SOD、PO D、CAT等抗氧化酶活性的提升，但高剂量的辐射可抑制丁香幼苗的生长。当辐射剂量最高时，3 种丁香的丙二醛（MDA)含量达最大值，叶绿素含量、可溶性蛋白含量达最低值，同时光合效率受到显著抑制。3 种丁香中，红丁香对辐射的敏感度最高，受伤害程度最大。关键词：丁香；Co-射线；诱变效应；生理指标中图分类号：S685.99Effect of 60 Co-irradiation on morphology and physiological文献标志码：Aproperties of three species of SyringaSONG Jiabao,XU Beihua,LI Yue,SHI Baosheng,ZHOU Xiaohui(College of Landscape Architerture and Tourism,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China)Abstract:In order to explore the effects of radiation on physiological characteristics for threespecies of Syringa,Syringa oblata,Syringa villosa,Syringa reticulata seeds were used asexperimental materials and were irradiated with 6 Co-ray of different doses(0、50、10 0.200,300 Gy).The seedling growth and physiological index were investigated.The resultsshowed that the plant height,leaf length,leaf width,photosynthetic rate and antioxidantenzyme activity of three species of Syringa increased with the radiation dose less than 50 Gy,however,high doses of radiation inhibited the growth of Syringa seedlings.When the radia-tion dose was the highest,the MDA content reached the maximum,the chlorophyll content,the activities of SOD,POD,CAT and the content of soluble protein reached the minimum,and the photosynthetic efficiency was significantly inhibited.Among the 3 species of Syrin-收稿日期：2 0 2 2-0 6-14基金项目：河北省科技厅项目（192 2 6 3 6 7 D)。第一简介：宋佳宝（1998-），女，河北迁安人，硕士研究生，研究方向为园林植物。通信作者：史宝胜（196 9-），男，河北高阳人，教授，博士生导师，研究方向为观赏植物遗传育种与栽培。第3 期ga,S.villosa was the most sensitive to radiation and the most damaged.Keywords:Syringa;Co-irradiation;mutagenic effects;physiological index紫丁香（Syringaoblata)、红丁香（Syringa vil-losa）、暴马丁香（Syringa reticulata）均为木犀科（O l e a c e a e）丁香属（Syringa）植物，花香独特、花序繁茂、花色丰富优雅、姿态秀丽丰满、抗逆性强。因其较高的观赏价值和较强的适应性，丁香属植物已然成为我国北方园林中不可或缺的早春观花植物。近十多年来，丁香育种工作已实现诸多突破，但育种手段较为单一，主要为杂交育种，也有利用多倍体诱导培育新品种2-3 。目前，国内外鲜见关于丁香属植物辐射育种的研究报道。辐射育种通过诱导植物基因突变或染色体结构变异,从而实现植物表型性状的变异，已被证明能够通过创造新品种来丰富遗传资源L4-5。其中，Co射线辐射是国内外研究者应用最多、最可靠的辐射育种手段之一6 。故本研究采用不同剂量的Co-射线处理紫丁香、红丁香、暴马丁香种子，探讨不同剂量的Co射线处理对3种丁香幼苗形态及生理指标的影响，以期为丁香属植物的辐射诱变育种提供一定的理论依据。1材料与方法1.1材料紫丁香（Syringa oblata)、红丁香（Syringa vil-losa）、暴马丁香（Syringa reticulata)等3 种丁香的种子购于开原市森源种业公司。除杂后分别挑选颗粒饱满、大小一致的3 种丁香种子，2 0 2 1年3 月3 1日在北京大学技物楼钻源室进行辐射处理，在河北农业大学园林实践教学智能温室内进行播种与幼苗管理。播种所用50 孔穴盘上口径为4.8 cm、下口径为2.3 cm，深度9cm，基质以草炭土、珍珠岩和蛭石按照1：1：1的体积比混合；幼苗管理所用营养钵高15cm、直径为13 cm，基质以营养土、珍珠岩和蛭石按照1：1：1的体积比混合。1.2方法1.2.1试验处理设置0、50、10 0、2 0 0、3 0 0 Gy共5个梯度,辐射剂量率为 2 Gy/min。将辐照处理后的种子播种于50 孔穴盘内，每孔2 粒种子，每天浇1次水。当幼苗长出4片真叶后移栽至营养钵内，每盆1株幼苗，每天浇1次水。1.2.2形态指标测定播种后6 0 d形成状态稳定的实生苗，开始对其表型特征进行测量。以卷尺测量从顶端叶芽到基部的距离，即为株高；以游标卡尺测量叶片基部到顶端的长度，即为叶长；以游标卡尺宋佳宝，等.Co-射线辐射对3 种丁香幼苗形态及生理特性的影响a25201510501614上121108士64F20331测量叶片最大宽度，即为叶宽。每隔3 0 d测定上述指标，每次测定5株，重复3 次，连续观测90 d。1.2.3生理指标测定播种后9 0 d时，选取生长正常、发育典型的实生苗，自上而下采摘枝顶第4叶位完全展开叶进行生理指标的测定，选取3 5片叶，重复测定3 次。叶绿素含量的测定采用乙醇浸提法；可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法；超氧化物歧化酶（SOD)活性的测定采用NBT比色法;过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法；过氧化氢酶（CAT)活性的测定采用紫外吸收法；丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法。采用CIRAS-3便携式光合测定系统仪器在晴天8：0 0 一11：0 0 进行光合参数的测定。1.2.4数据统计与分析运用Excel2010和SPSS26.0软件对测定数据进行作图及分析，采用单因素方差分析(One-Way ANOVA)和Duncan新复极差法进行多重比较。2结果与分析2.1“Co-射线辐射对形态指标的影响2.1.1对株高的影响不同辐射剂量对3 种丁香株高的影响，见图1。454035上30ba60a6090播种后天数/dDays aftersowing(a)紫丁香ab90120播种后天数/dDays after sowing(b)红丁香120b150b150332403530252015aba10bc50口CK;50Gy;图10 0 Gy；2 0 0 G y;(c）暴马丁香图1不同辐射剂量处理的3 种丁香株高Figure1Plant height of 3 Syringa treated withdifferent radiation doses注：不同小写字母表示同一植物不同剂量处理与对照间差异显著（P0.05)，下同。经10 0 Gy以上剂量处理后的红丁香植株全部死亡，下同。由图1-（a)可知，在播种后6 0 150 d内，50Gy处理后的紫丁香株高始终显著高于对照，表现为播种6 0、90、12 0、150 d后分别比对照增加6 1.5%、15.6%、3 2.5%和8 4.2%；播种后6 0、12 0、150 d，100Gy下的紫丁香株高分别比对照显著增加31.3%、3 3.8%、2 2.4%;播种90、12 0 d,200Gy的Table 1 Leaf length and width of 3 Syringa treated with different radiation doses植物名称辐射剂量/GyPlantIrradiationnamedose紫丁香0(CK)Syringa50oblata100200300红丁香0(CK)Syringa50villosa100暴马丁香0(CK)Syringa50reticulata100200300注：不同小写字母表示同一植物不同剂量处理间差异显著（PCK100 Gy200 Gy300 Gy。林业与生态科学剂量对紫丁香幼苗的生长促进效果表现为：50 GyCK100 Gy200 Gy300 Gy。辐射对红丁香影响的综合评价，见表4。表4辐射对红丁香影响的综合分析Table 4 Comprehensive analysis of radiation effect on Syringa villosa隶属值 Membership value可溶性叶绿素SODPODCAT株高/叶长/叶宽/含量/活性/活性/活性/cmcmcm(mg(U(U.(U.(mgg)g1)0.480.440.510.350.510.490.500.530.570.600.420.430.560.560.440.360.490.58 0.650.600.50一一表5辐射对暴马丁香影响的综合分析Table 5Comprehensive analysis of radiation effect on Syringa reticulata气孔胞间蒸腾速隶属度叶绿素SODPODCAT株高/叶长/叶宽/含量/活性/活性/活性/含量/含量/(mol.(mol:浓度/(mmol.Averagecmcmcm(mg(U.(U.(U(mg(mol.m-2.m-2.(mol:m-2.g1)g)g-1)0.320.540.450.36 0.520.530.500.540.570.510.40 0.560.550.420.350.520.50 0.39 0.60 0.540.500.280.25 0.360.32 0.650.650.670.200.220.290.330.580.490.50第3 8 卷净光气孔胞间蒸腾速隶属度蛋白MDA合速率/导度/CO2含量/含量/(mol.(mol.浓度/(mmol:(mol.valuem-2m-2.(umol:m-2.g1)gi)0.470.650.510.32香幼苗的生长促进效果表现为：50 GyCK100Gy。辐射对暴马丁香影响的综合评价，见表5。隶属值 Membership value可溶性蛋白MDA合速率/导度/CO281)g1)0.550.350.560.500.330.46综合分析表3 至表5可知，紫丁香、红丁香和暴马丁香在50 Gy剂量下隶属值均最高，分别为0.52、0.51、0.52，生长状况最佳。紫丁香、红丁香、暴马丁香的综合隶属度平均值分别为0.49、0.2 8、0.48，说明3 种丁香对辐射的敏感度由强到弱依次为：红丁香 暴马丁香紫丁香。率平均值Averages-1)s-1)mol-1)s-1)0.740.520.410.520.320.400.290.29净光s-1)s-1)mol-1)s-1)0.560.640.590.500.490.510.410.420.630.380.540.490.460.510.370.390.270.230.510.560.620.570.63 0.330.620.350.390.500.55 0.460.380.400.550.510.640.520.600.500.350.450.390.400.510.480.570.490.470.510.500.420.310.28率平均值value第3 期33讨论与结论3.1讨论通过辐射诱导植物突变，是快速且有效地选育新种质的方法之一7。一般而言，较高剂量的辐射处理对幼苗的生长有抑制作用，且随剂量的增加抑制作用加剧。本试验中，10 0、2 0 0 Gy及以上的剂量处理分别抑制红丁香、紫丁香、暴马丁香的株高、叶片等表型指标，甚至导致幼苗死亡，推测辐射影响了促进植物生长类激素的合成或表达，从而减缓幼苗的生长速度，降低株高、叶长、叶宽等指标。叶绿素是植物光合作用的基础物质，其含量的高低能够反映叶片的光合能力和植物的生长状态8 。本试验中，3 种丁香幼苗叶片的叶绿素含量随辐射剂量的增加而减少，这与叶盈的研究结果类似9。有学者指出辐射导致植物叶绿体膨胀，基粒基质类囊体扭曲，构成基粒的片层数量减少，由此推测叶绿素含量不断降低一方面由于叶绿体的结构变化导致叶绿素的合成受阻，同时叶绿体的降解加剧10。这也导致高剂量辐射后3 种丁香的净光合速率降低。SOD（超氧化物歧化酶）、POD（过氧化物酶）、CAT(过氧化氢酶）、可溶性蛋白能够清除细胞中过多的活性氧(ROS),减缓氧自由基对细胞膜系统的伤害，维持细胞的结构功能正常运行,其活性高低或含量多少反映出植物抗逆性能力的强弱1-12 。本试验中，随辐射剂量的增加，3 种丁香的SOD、PO D、CAT酶活性增加,能够提高丁香体内H2O2的清除能力；而2 0 0 3 0 0 Gy的高剂量下，紫丁香和暴马丁香的SOD和CAT活性显著降低，膜脂过氧化程度加剧，导致丁香体内自由基积累量增加，丁香生物膜系统遭到损坏，说明过高剂量的辐射致使丁香本身的保护能力降低。MDA是植物细胞质膜过氧化的最终产物，能够在一定程度上反映植物体内有害物质的积累程度13 。本研究中，3 种丁香的MDA含量随诱变剂量的增大不断升高，说明叶片细胞的过氧化程度不断加剧，细胞功能不断受损，细胞内各种酶和膜系统的损害程度加重。不同种（品种）、不同状态的试验材料对Co射线辐射的敏感度存在差异，这在前人研究不同种（品种的桂花、观赏海棠、百合、露地菊等试验中已宋佳宝，等.6 Co-射线辐射对3 种丁香幼苗形态及生理特性的影响337得到印证14-17。本试验中，经辐射后3 种丁香的幼苗中，红丁香在10 0 Gy剂量以上辐射处理后全部死亡，耐受剂量远小于紫丁香和暴马丁香，原因可能是多方面的,或与植物的细胞结构、基因表达、进化程度等因素有关18 。3.2结论本试验采用Co射线辐射处理3 种丁香种子,并对3 种丁香幼苗的形态及生理生化指标进行了研究。结果表明，50 10 0 Gy的低剂量下，3 种丁香的株高比对照显著增加3 7.6%8 4.2%，叶长、叶宽显著高于对照16.1%19.1%、5.4%10.4%；10 0 G y 和3 0 0 Gy的高剂量下，红丁香、紫丁香和暴马丁香的株高能够显著低于对照19.8%40.2%，叶长、叶宽显著降低14.2%2 4.8%、21.7%2 4.8%；说明5低剂量处理可促进3 种丁香的株高生长和叶片伸长、加宽，而高剂量处理表现为抑制作用。随着辐射剂量的增加，3 种丁香的SOD、C A T等抗氧化酶活性、叶绿素含量、光合速率呈先增强后减弱的规律，而可溶性蛋白含量不断降低、MDA含量不断增加。最高剂量下，3 种丁香的叶绿素含量、可溶性蛋白含量、净光合速率均达到最低值，分别比对照显著降低2 6.4%44.6%、16.9%2 5.0%、30.3%52.0%，此时的MDA含量、POD活性最高，分别显著增加15.5%3 4.0%、2 7.7%114.8%，说明高剂量处理抑制丁香幼苗生长。通过隶属函数分析辐射对3 种丁香的影响可知，与其他剂量相比，3 种丁香的隶属度平均值在50Gy下最高，得出50 Gy为最适辐射剂量的结论。比较隶属度平均值发现：紫丁香（0.49）暴马丁香（0.48)红丁香（0.2 8），反映红丁香对辐射的敏感程度高于紫丁香和暴马丁香，受伤害程度最大。参考文献：1何芮庆，杨云尧，胡增辉，等.紫丁香195个实生单株花表型性状变异分析J.植物研究，2 0 2 1，41（2）：2 13-2 2 0.2 LATTIER J D.,CONTRERAS R N.Ploidy and genome size inlilac species,cultivars,and interploid hybridsJJ.Journal of theAmerican Society for Horticultural Science,2017,142(5):355-366.3 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