1、2023.1 试验研究谷子（Setaria italica Beauv.）起源于中国，古时又称粟，据考古发现在我国已经有7 000多年的栽培历史，是一种营养价值丰富且具有耐旱、耐瘠薄等优良特性的粮饲兼用作物1。我国谷子产量占世界谷子总产量的80%左右，主要种植于黄河以北各省、自治区，因谷子具有较强耐逆性，是干旱、半干旱区的优势作物2。建国初期我国谷子种植面积为1 000万hm2左右，是北方三大主粮作物之一，但是由于在政策、环境及技术的影响下，谷子种植面积锐减，近几年稳定在80万hm2左右3。近年来随着人民群众健康饮食意识逐步提高，作为营养丰富、保健作用强的谷子越来越受到关注，市场上急需品质优、
2、适口性好、产量高的谷子新品种。由于长期人工育种选择，育种家们对优良谷子的判定标准日益趋同化，导致大量具有某些特异性的谷子资源遗失，谷子种质资源遗传基础愈发狭窄，遗传多样性降低。目前进行谷子种质资源创新的手段主要为有性杂交，但由于谷子是典型的自花授粉作物，该手段导致杂交率低且后代变异类型少，育种周期长。辐射诱变育种是利用各种放射性射线使植物产生基因突变，在短时间内获得突变体的育种方法，是获得新种质资源的有效途径之一，利用辐射诱变手段已成功的在多种作物上获得了各种类型（矮化、不育、早熟、优质）的突变体4。钴60-（60Co-）是目前最常用的辐射源，具有突变率高、突变谱宽、后代性状稳定快等优点5，已
3、经在甘薯6、花生7、柱花草8、糜子9等作物上得到了广泛应用。我国谷子辐射诱变育种始于20世纪60年代，取得了显著的成绩，到2002年利用辐射诱变技术共选育出谷子新品种（系）41个，如郑矮2号、豫谷6号、嫩选18、龙谷33等10。目前关于60Co-辐射在谷子上的诱变效应研究鲜见报导，本研究选用春谷品种嫩选17为参试材料，开展不同60Co-射线辐射剂量对谷子种子萌发、幼苗生长、幼苗生理等指标的影响研究，以期确定适宜谷子辐射诱变的剂量范围，为进一步开展谷子辐射诱变育种提供理论基础。1材料与方法1.1参试材料与种子辐射处理供试谷子品种嫩选17为黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院育成品种，该品种2019年通
4、过国家非主要农作物品种登记 登记编号：GDP谷子（2019）220071；60Co-辐射源由黑龙江省农业科学院原子能研究所提供。60Co-射线处理共设置150 Gy、200 Gy、250 Gy、300 Gy、350 Gy 5个水平，剂量率为1.1 Gy/min，每个处理辐射100 g干种子，以未辐射干种子为对照（CK）。6 0C o-射线对春谷的诱变效应研究董扬（黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院黑龙江齐齐哈尔161006）摘要：为了研究不同剂量60Co-射线对春谷种子的辐射诱变效应，以春谷品种嫩选17为材料，采用0、150 Gy、200 Gy、250 Gy、300 Gy和350 Gy的60Co-
5、射线辐射谷种，探究辐射对谷子的种子萌发、幼苗生长及生理生化指标的影响。结果表明，嫩选17在低辐射剂量（150200 Gy）下对种子发芽、出苗有显著的促进作用，随着辐射剂量升高种子萌发及幼苗生长逐渐受到抑制，350 Gy剂量下对谷子种子的损伤较大，严重影响其出苗及幼苗生长，幼苗成苗率急剧降低。根据半致死剂量回归方程计算出嫩选17的半致死剂量为284.1 Gy。关键词：春谷；60Co-射线；诱变效应基金项目：国家谷子高粱产业技术体系建设项目（CARS-06-14.5-B21）；农业科技创新跨越工程杂粮杂豆科技创新专项（HNK2019CX05-06）；黑龙江省杂粮产业技术协同创新推广体系谷糜病虫害绿
6、色防控岗位专家项目。作者简介:董扬（1982-），女，硕士，助理研究员，从事杂粮作物遗传育种工作。E-mail:24-试验研究 2023.11.2试验设计1.2.1种子发芽指标测定将不同辐射剂量处理的谷种用75%乙醇消毒3 min后再用清水连续冲洗5 min，取出置于滤纸上晾干水分。每个处理选取饱满的种子100粒置于铺有3层滤纸直径10 cm的培养皿内，设置3次重复。将培养皿置于28人工气候箱中培养，并计算发芽率，计算公式如下:发芽率GP=n/N（n为第7天时的种子发芽数，N为供试种子总数）。1.2.2幼苗形态指标测定将辐射处理及对照的种子于2021年5月11日播种于大田，每个处理单行播种，行
7、长5 m，播种量200粒/行，3次重复，于出苗5 d后计算出苗率（出苗数/种子数100%）、于出苗25 d后计算成苗率（成苗数/种子数100%），并在每个处理随机选取10株幼苗，用于测定叶长、苗高、苗鲜重。1.2.3半致死剂量（LD50）的确定参照王兆玉等11的回归分析方法，对谷子成苗率与辐射剂量间进行相关回归分析。1.3数据分析试验数据处理采用Excel统计，采用DPS 7.05软件分析处理。2结果与分析2.1辐射剂量对谷子发芽特性的影响2.1.1辐射剂量对发芽率的影响将不同辐射剂量的种子在室内做发芽试验，在种子发芽数不再变化时计算发芽率。由表1可知，发芽率随辐射剂量的不同而变化，嫩选17的
8、发芽率随着辐射剂量的增加整体呈先升高后降低的趋势。嫩选17在150 Gy辐射剂量时，发芽率达到最高（98.7%），显著高于对照；辐射剂量为200 Gy时，发芽率与对照基本持平，而后随着辐射剂量的加大，发芽率逐渐下降，显著低于对照。2.1.2辐射剂量对出苗率的影响由表1可知，嫩选17种子经过不同剂量的辐射处理后，出苗率表现出明显的差异，通过比较可以发现，出苗率的变化规律与发芽率基本相同。嫩选17出苗率呈先升高后下降的变化趋势，在辐射剂量为150 Gy时，出苗率达到最大（97.9%），显著高于对照。在辐射剂量为350 Gy时，出苗率最低（50.1%）。由此可知，较低的辐射剂量对嫩选17的出苗有一定
9、的促进作用，随着其辐射剂量的加大对嫩选17出苗率的抑制作用逐渐增强。2.1.3辐射剂量对成苗的影响及半致死剂量的确定由附图可知，嫩选17种子经过5种剂量射线辐射后，成苗率总体呈下降趋势，在150 Gy辐射剂量时，嫩选17的成苗率与对照无显著差异，随着辐射剂量逐渐增加，嫩选17的成苗率直线下降，在辐射剂量为300 Gy时成苗率已低于50.0%，当剂量为350 Gy时，成苗率只有18.5%。以成苗率为因变量（Y）、辐射剂量为自变量（X），通过回归分析统计出嫩选17辐射剂量与成苗率的线性回归方程:Y=-0.001 2X2+0.186 3X+93.932，根据回归方程计算出嫩选1760Co-辐射处理的
10、半致死剂量为284.1 Gy。2.2辐射剂量对谷子幼苗生长的影响由表2可知，随着辐射剂量的增大，嫩选17的苗高、叶长、苗鲜重均呈现出不同程度的下降趋势。不同辐射剂量对谷子幼苗的生长产生的影响不同，当辐射剂量为150 Gy时，嫩选17的苗高、叶长、苗鲜重与对照差异不显著，当辐射剂量升高到350 Gy时，苗高、叶长、苗鲜重均下降到最低，分别比对照降低33.2%、29.8%、39.2%，从结果来看低剂量的射线辐射对谷子幼苗生长影响不大。3讨论与结论3.1讨论3.1.1辐射对谷子种子萌发及幼苗生长发育的影响前人利用60Co-射线辐射植物干种子进行种质资源表1辐射剂量对种子萌发及出苗的影响注:不同小写字
11、母表示辐射处理间在0.05水平差异显著。下同。辐射剂量（Gy）发芽率（%）出苗率（%）成苗率（%）0（CK）95.2b94.5b94.0a15098.7a97.9a94.2a20094.8b91.9c88.7b25090.0c82.6d66.6c30086.4d73.3e45.4d35075.1e50.1f18.5e附图辐射剂量对嫩选17谷子成苗率的影响25-2023.1 试验研究辐射剂量(Gy)苗高（cm）叶长（cm）苗鲜重（g）0（CK）20.2a17.1a12.5a15019.7a17.8a12.1a20017.4b15.3b10.7b25015.9c13.4c9.2c30013.7d1
12、3.5c8.9c35013.5d12.0d7.6d表2辐射剂量对谷子幼苗生长的影响创新或探究植物对辐射的生理响应，已做过大量研究。种子辐射处理后最直观的生理损伤是发芽率降低、幼苗长势弱，辐射剂量过高还会造成种子不能萌发或幼苗生长受到严重抑制，大量研究也印证了辐射剂量与种子萌发及幼苗生长呈负相关12-14，但有些研究表明，较低剂量的辐射有利于种子萌发，较高剂量的辐射对种子萌发有抑制作用，且随着辐射剂量的提高抑制作用加强15。本研究中在150 Gy剂量下嫩选17的发芽率、出苗率均比对照显著提高，随着辐射剂量升高，发芽率、出苗率、成苗率逐渐降低，这种变化趋势与赵丽娟等22的利用60Co-射线辐射谷子
13、干种子的诱变效应研究结果较一致。辐射剂量对幼苗生长的诱变效应与谷种萌发规律大体相同，嫩选17在150 Gy辐射剂量下反应不敏感，苗高、叶片长、苗鲜重与对照差异不显著，随着辐射剂量的增加，嫩选17各项指标均呈现下降趋势，且与对照差异显著。3.1.2适宜诱变剂量的确定由于植物自身生物学特性不同，对辐射剂量的敏感度也不尽相同。一般情况下所受到的辐射剂量越大，M1代中出现变异个体的概率会加大，存活率也会下降;相反，辐射剂量过小，出现变异个体的概率也随之降低，从而不能达到辐射处理预期的目标，因此辐射剂量的确定极为重要16。根据多年的育种实践表明，将M1代的成苗率及半致死剂量作为确定谷子适宜诱变剂量的依据
14、更为合理。关于辐射诱变适宜剂量的确定，不同的研究结论有一定差异，赵丽娟17利用60Co-辐射4个春谷型谷子品种，对诱变效应进行了研究，结果表明4个春谷品种半致死剂量在250300 Gy之间，本研究中同为春谷型的嫩选17半致死剂量为284.1 Gy，这与赵丽娟研究结果差异不大。另外，辐射诱变效应不仅与品种自身特性有关，也与辐射处理时温度、湿度等环境条件有关，鉴于本研究中只采用了1.1 Gy的辐射剂量率，可在后续工作中对不同剂量率在辐射诱变的影响展开研究，以对本试验结果加以验证、完善。3.2结论嫩选17在低剂量辐射下发芽受到促进，幼苗生长未受到明显影响。随着辐射剂量升高，种子萌发及幼苗生长受到明显
15、抑制，尤其是高剂量（350 Gy）辐射对谷子种子损伤较大，严重影响幼苗存活率及幼苗生长。根据半致死剂量回归方程可以得出嫩选17的半致死剂量为284.1 Gy，可作为60Co-辐射诱变进行种质创新的适宜剂量。参考文献1刁现民.中国谷子产业与产业技术体系M.北京:中国农业科学与技术出版社,2011.2智慧,牛振刚,贾冠清,等.谷子干草饲用品质性状变异及相关性分析J.作物学报,2012,38（5）:800-807.3李顺国,刘斐,刘猛,等.中国谷子产业和种业发展现状与未来展望J.中国农业科学,2021,54（3）:459-470.4杨震,彭选明,彭伟正.作物诱变育种研究进展J.激光生物学报,2016
16、,25（4）:302.5原蒙蒙,李妍,王献.60Co-辐射对紫薇种子生物学效应的影响J.河南农业科学,2015,44（1）:101-104.6张聪,冯俊彦,李明,等.60Co-辐射诱变选育菜用甘薯耐旱材料J.分子植物育种,2021,19（20）:6827-6833.7陈静,胡晓辉,苗华荣,等.60Co-射线辐照花生种子后代的SSR分析J.华北农学报，2010,25（3）:68-72.8罗铭欣,刘凤民,陈纪言,等.60Co-辐射柱花草M3代的农艺性状及遗传多样性分析J.草地学报,2021,29（9）:1992-2000.9闫锋,李清泉,董扬,等.60Co-辐射对糜子种子萌发及幼苗生长的影响J.作物杂志,2021（4）:202-205.10伊虎英,鱼红斌,马建中.中国谷子辐射育种的成就和展望J.核农学报,2002,16（2）:125-128.11王兆玉,林敬明,萝莉,等.小油桐种子的60Co-射线辐射敏感性及半致死剂量的研究J.南方医科大学学报,2009,29（3）:506-508.12李志能,刘国锋,包满珠.悬铃木种子60Co-辐照及其苗期生物学性状调查J.核农学报,2006,20（4）
