小苍兰、唐菖蒲辐射诱变后代生物学效应及小苍兰M1代辐射保护技术研究

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为了进一步了解γ、X射线辐射对小苍兰(Freesia refracta Klatt)M2代和唐菖蒲(Gladiolus gandavensis Vaniot Houtt)M3代的生物学特性及品质的影响,本试验将5个辐射剂量组的小苍兰(?F.armstrongii‘?F.corymbosa‘)2个品种的M2代和唐菖蒲(?道兰(Dowland)‘、?柏辽兹(Berlioz)‘)2个品种的M3代种球盆栽于温室大棚内,观察其后代生长发育状况、测定生理生化指标,并将结果与M1或M2代对比,以便寻找到辐射诱变育种的最佳辐射剂量。同时把在M1代中出现的变异单株单独种植,观察在M2代或M3中是否保持了变异性状和当代是否出现新的变异植株,最终筛选出变异性状可稳定遗传并具有一定观赏价值的变异单株。此外,为了能够有效减轻γ射线对小苍兰的辐射损伤,降低辐照后种球的死亡率,扩大变异群体,提高辐射诱变效果。因此本研究以小苍兰(Red River)为研究对象,用辐射剂量分别为55、65、75Gy的60Co-γ射线辐照处理小苍兰种球,并分别在辐照前、辐照后、发芽后三个不同的时间阶段,使用浓度为150、300、450mg/L的水杨酸(SA)和浓度为5、10、15mg/L的赤霉素(GA)、褪黑素(MT)3种保护剂,研究辐射保护剂对各辐射剂量组下小苍兰生长发育指标及丙二醛含量(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)的影响,探索筛选各剂量适宜的保护剂使用种类、浓度和时间,研究结果表明:(1)γ、X射线辐射后,对小苍兰M2代和唐菖蒲M3代生长发育产生一定的影响。小苍兰2个品种M2代的发芽率、存活率、株高、叶片数、开花率、小花数等指标与M1代基本相同,且各生长指标与辐照剂量呈负相关,说明小苍兰2个品种经γ、X射线辐射后M1代与M2代的相对生物学效应无显著差异。且各剂量下M2代的平均株高、叶片数、开花率和小花朵数均比M1代略高,说明辐照对小苍兰M2代的生长发育仍有一定抑制作用,但抑制效应相比M1代减弱。唐菖蒲经γ、X射线辐射后,对M1代的发芽率和存活率无显著影响,但在M2代时其发芽率和存活率随剂量的增大抑制程度比较明显,在M3代时发芽率和存活率也随剂量的增大而逐渐减小,说明γ、X射线的辐射损伤效应具有滞后性和延续性。同时在M1-M3代中均表现为低促高抑的现象,在25Gy辐射剂量下大多数生长发育指标高于对照组,说明25Gy可以作为改良唐菖蒲品种的适宜剂量。(2)小苍兰经历2代后,各变异单株的叶片性状易发生变化,出现较多不稳定现象。对于小苍兰(F.armstrongii)来说,50%的突变植株到M2代时性状全部消失,25%的变异单株保留部分变异性状,其中仅XH-X25-1和XH-X25-2两株变异单株完全保留了M1代的变异性状;对于小苍兰(F.corymbosa),57.14%的变异单株变异性状完全消失,只有42.86%的变异单株部分保留了上一代的变异性状,且没有完全保留变异性状的植株。同时小苍兰2个品种在M2代均未发现新的变异单株。总的来说,经γ、X射线辐射后,小苍兰2个品种通过营养繁殖2代之后,大多数变异单株变异性状较难稳定。唐菖蒲通过营养繁殖3代以后,各变异单株的叶片形态、株高等性状稳定性较差,辐射效应持续时间较长。从M1-M3仅有4株变异单株变异性状较稳定,其中变异编号为GR-D-4-8、GR-B-3-9表现为叶片基部白化,编号为GX-B-3-4表现为叶色黄绿相间,编号为GR-B-3-1表现为叶片嫩黄色。且在M3代中出现4株前两代未出现的变异单株,变异编号为GX-B-2-4、GX-B-3-5的2株变异单株表现为叶片基部白化并伴玫红色,编号为GX-D-3-3、GX-D-3-9的2株变异单株表现为叶片波浪形,说明唐菖蒲营养繁殖后代叶色变异性状较稳定易保留。(3)经2种射线处理后,对小苍兰M2代和唐菖蒲M3代的生理特性产生一定变化。小苍兰2个品种M2代的叶绿素总含量,均在25Gy达到最大值。当辐射剂量>25Gy时,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量均略有所降低。辐射小苍兰2个品种M1、M2代叶片内的MDA含量均表现为,随着辐照剂量的增加其含量逐渐增大。其叶片内的SOD酶活性,随辐射剂量的增加呈先上升后下降的趋势,但多数辐照处理组高于对照组。唐菖蒲2个品种的叶绿素总含量在M3代时,均表现为随辐射剂量增加而逐渐降低。经γ射线辐射后,道兰叶片内的MDA含量变化不大,而柏辽兹在M3代受γ射线的影响较大,随辐射剂量的增加MDA含量逐渐增大。25Gy辐照可提高唐菖蒲2个品种M3代的SOD酶活,分别比辐射对照组多42.22%、26.49%。(4)利用γ射线辐射处理小苍兰M1代种球,并使用水杨酸、褪黑素、赤霉素3种保护剂进行处理。实验结果表明,保护剂对小苍兰生长发育有较好的保护效果。从辐射小苍兰整体生长趋势来看,辐照后浸泡3种保护剂的保护效果>发芽后喷施>辐照前浸泡。其中在55Gy辐射下,辐照后浸泡150mg/LSA保护效果最好,其存活率和开花率分别达到了90%和33.33%;当辐照剂量为65、75Gy时,辐照后浸泡450mg/L SA、15mg/L MT和15mg/L GA保护效果较好,可明显提高小苍兰发芽率、存活率、叶片面积、开花株率和小花朵数,尤其是在高剂量(75Gy)辐照下,450mg/L SA使小苍兰存活率分别达到了66.67%,比未使用保护剂的辐射对照组多36.67个百分点,且开花株率比辐射对照组多500.6%。说明在低剂量辐射下选用低浓度保护剂,高剂量辐射下选用高浓度保护剂的保护效果较好。对小苍兰M1代各生长指标进行变异系数分析后发现,在不同辐照剂量下,小苍兰各生长指标的变异系数均大于未辐照组,且各生长指标的变异系数有随剂量增大而逐渐增大的趋势。变异度由大到小依次为叶片数>株高>开花数>叶长>叶宽。在高剂量(75Gy)辐照下的变异率达到24.44%,略低于55Gy下的变异率,其中在SA处理下的变异单株数最多。(5)使用不同浓度的SA、MT和GA 3种保护剂处理后,大多数处理组能明显降低小苍兰M1代叶片内的MDA含量。辐射后使用3种保护剂,大多数辐射保护剂处理组SOD酶活性没有提高,反而低于各剂量辐射对照组。这有可能是由于SA、MT、GA三种保护剂可以直接清除氧自由基,从而延缓植物体内抗氧化酶系统酶活。总体而言,小苍兰辐照后采用450mg/L的水杨酸(SA)浸泡处理的保护效果最好,能够提高高剂量辐射下的小苍兰发芽率、存活率、开花率和变异率。
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