糜子（Panicum miliaceum L.）起源于中国,又称黍、稷,在我国已经有7000多年的栽培历史,具有耐旱和耐瘠薄等优良特性[1]。但随着种植业结构调整以及人们饮食习惯的改变,糜子的种植面积缩减,逐步成为了小宗作物,导致糜子研究滞后于其他主要作物。近年来,随着人们健康饮食意识的不断提高,糜子受到了越来越多的关注,市场急需优质高产的糜子新品种。在长期的自然选择进化过程中,相对于其他作物,糜子自身遗传变异较小,遗传多样性不够丰富,依靠常规有性杂交手段育种,杂交后代变异性小,育种时间长,成本高,难以及时满足市场的需求。
1 材料与方法
1.1 参试材料与试验设计
以黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院选育的齐黍2号为试验材料。60Co-γ辐射源由黑龙江省农业科学院原子能研究所提供。设置150、200、250、300和350Gy共5个60Co-γ射线处理水平,每个处理辐射种子100g,以未辐射的种子为对照（CK）。
1.2 测定项目及方法
1.2.1 种子发芽指标 将经不同剂量60Co-γ辐射处理的糜子种子用75%乙醇消毒3min,清水冲洗3次后,用蒸馏水浸种10h,取出置于滤纸上沥干水分。每个处理选取饱满的种子50粒置于直径10cm的铺有3层滤纸培养皿内,每个处理设置3个重复,置于28℃人工气候箱中培养,7d后统计发芽种子数,并计算发芽率,发芽率（%）=n/N（n为培养7d时的发芽种子数,N为供试种子总数）×100。
1.2.2 幼苗形态指标 将辐射处理后的种子于2020年5月10日播种于大田,未辐射的种子为对照,每个处理播种400粒,3次重复。于出苗5d后计算出苗率,出苗率（%）=出苗数/种子数×100;于出苗20d后计算成苗率,成苗率（%）=成苗数/种子数×100。选取长势一致的10株幼苗,测定叶长、株高和苗鲜重。
1.2.4 半致死剂量（LD50） 参照王兆玉等[10]的回归分析方法,对糜子种子相对发芽率与辐射剂量进行相关回归分析。
1.3 数据分析
采用Excel和DPS 7.05软件分析数据。
2 结果与分析
2.1 不同辐射剂量对糜子种子萌发的影响
由表1可知,糜子种子的发芽率随不同辐射剂量而变化,辐射剂量为150Gy时,发芽率最高（97%）,辐射剂量为200Gy时,发芽率与CK基本持平,之后随着辐射剂量的增加,发芽率下降,已达显著水平。
表1不同辐射剂量对糜子种子萌发的影响
Table 1 Effects of different radiation dosages on the germination of broomcorn millet seed %
| 辐射剂量 Radiation dosage (Gy) | 发芽率 Germination rate | 出苗率 Emergence rate | 成苗率 Survived rate |
|---|---|---|---|
| 0 (CK) | 94b | 93.8b | 100.0a |
| 150 | 97a | 97.2a | 89.2b |
| 200 | 93b | 91.9b | 85.7c |
| 250 | 90c | 82.6c | 66.6d |
| 300 | 86d | 73.3d | 45.4e |
| 350 | 85d | 60.1e | 18.5f |
不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同
Different lowercase letters indicate significant difference between radiation treatments (P<0.05). The same below
从糜子种子出苗率的变化可以看出,当辐射剂量为150Gy时,出苗率最大（97.2%）,其趋势与发芽率的变化趋势大致相同。由此可以看出,较低的辐射剂量对糜子的出苗有一定的促进作用,随着辐射剂量的加大逐渐转变为抑制作用。
半致死剂量是确定辐射损伤的重要依据,而成苗率是确定半致死剂量的重要指标。通过确定半致死剂量,可以判断植物材料的辐射敏感性[11]。以成苗率为因变量（Y）,辐射剂量为自变量（X）,通过回归分析,得出辐射剂量与发芽率的线性回归方程Y=114.04-0.223049X（R2=0.8076）,根据回归方程计算出糜子60Co-γ辐射处理的半致死剂量为287Gy。
2.2 不同辐射剂量对糜子幼苗生长的影响
由表2可知,不同辐射剂量对糜子幼苗的生长产生不同影响,当辐射剂量为150Gy时,株高、叶长和苗鲜重与CK差异不显著,随着辐射剂量的增加,株高、叶长和苗鲜重均呈现出逐渐降低的趋势。
表2 不同辐射剂量对糜子幼苗生长的影响
Table 2
| 辐射剂量 Radiation dosage (Gy) | 株高 Plant height (cm) | 叶长 Leaf length (cm) | 苗鲜重 Fresh weight per plant (g) |
|---|---|---|---|
| 0 (CK) | 25.6a | 20.1a | 18.5a |
| 150 | 24.4a | 20.0a | 18.1a |
| 200 | 21.8b | 18.3b | 16.7b |
| 250 | 18.9c | 16.7c | 15.2c |
| 300 | 16.7d | 16.8c | 14.9c |
| 350 | 16.5d | 16.4c | 11.6d |
2.3 不同辐射剂量对糜子幼苗生理特性的影响
由表3可知,随着辐射剂量的增加,糜子幼苗叶片可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白含量均呈现先增大后减小的变化趋势。可溶性糖含量在300Gy时达到最大值,且辐射剂量250和300Gy的叶片可溶性糖含量显著高于其他剂量,这说明在一定范围内增加辐射剂量可促进幼苗叶片可溶性糖积累;脯氨酸含量在辐射剂量为150Gy时达到最大值（58.35μg/g）,在辐射剂量350Gy时为最小值（20.20μg/g）;可溶性蛋白含量在200Gy时达到最大,且除辐射剂量350Gy外,其余辐射剂量的可溶性蛋白含量均显著高于CK;MDA含量随着辐射剂量增加呈现出逐渐升高的变化趋势,辐射剂量150Gy时与CK差异不显著,其余辐射处理均显著高于CK。
表3 不同辐射剂量对糜子幼苗叶片生理指标的影响
Table 3
| 辐射剂量 Radiation dosage (Gy) | 可溶性糖含量 Soluble sugar content (mmol/L) | 脯氨酸含量 Proline content (μg/g) | 可溶性蛋白含量 Soluble protein content (mg/g) | 丙二醛含量 MDA content (μmol/L) |
|---|---|---|---|---|
| 0 (CK) | 2.15c | 37.91c | 0.73d | 4.62d |
| 150 | 2.31c | 58.35a | 0.95c | 4.94d |
| 200 | 2.34c | 50.74b | 1.26a | 5.80c |
| 250 | 3.41b | 38.97c | 1.11b | 6.41b |
| 300 | 4.51a | 29.46d | 0.99c | 7.78a |
| 350 | 2.58c | 20.20e | 0.71d | 7.83a |
3 讨论
3.1 辐射对糜子种子萌发及幼苗生长发育的影响
3.2 辐射对糜子幼苗渗透调节和膜脂过氧化作用的影响
3.3 适宜辐射剂量的确定
由于植物的品种特性不同,植物受到逆境刺激后的反应也不尽相同。通常来说,植物受到辐射剂量越大,出现变异的概率越大,成苗率越小;相反,辐射剂量过小,出现变异的概率也会随之降低,从而不能达到辐射处理预期的目标。因此,辐射育种中辐射剂量的确定尤为重要。
关于辐射诱变适宜剂量的确定,不同研究的结论也有所差异,徐冠仁[20]认为60%~70%致死的辐射剂量最适宜,周小梅等[21]认为半致死剂量最适宜。目前,多以成苗率50%作为最适育种辐射诱变剂量。本研究通过对成苗率和辐射剂量的回归分析计算出糜子品种齐黍2号的半致死剂量为287Gy。同一种植物的不同品种间由于存在遗传差异而对辐射的敏感性表现不同,耿兴敏等[22]将桂花种子分为辐射敏感型、中间型和迟钝型3种类型,朱宗文等[23]通过对不同品种番茄的种子辐射,发现番茄品种间对不同剂量辐射的敏感性差异显著。本研究仅对糜子品种齐黍2号的种子萌发和幼苗生长受辐射诱变的影响进行了初步探索,没有考虑糜子品种间的差异性,试验结果可能具有一定的局限性,将来有必要对更多的糜子品种进行辐射诱变研究,以期获得更加全面的结论。
4 结论
150Gy剂量60Co-γ辐射处理对糜子种子发芽和出苗有促进作用;在幼苗生长方面,与对照差异不显著。随着辐射剂量增加糜子种子发芽及幼苗生长受到明显抑制,尤其是高剂量（300和350Gy）辐射严重影响出苗率及幼苗生长;在150Gy剂量下糜子叶片中可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白和MDA等生理指标的含量均有不同程度的提高,从而增强了植物的抗逆性。根据半致死剂量公式可得糜子的半致死剂量为287Gy,该剂量是齐黍2号较为适宜的诱变剂量。
