60Co-γ射线对向日葵生长发育及变异的影响

摘要：本研究利用60Co-γ射线对向日葵进行辐照，设置向日葵种子辐照剂量为0、50、100、150、200Gy。对辐照后植株生长发育指标进行观察统计，分析其辐射敏感性，观察植株变异，探究了辐照对向日葵生长发育和变异的影响，以期为向日葵辐射诱变育种提供数据支持和新育种材料。实验结果表明：辐射对向日葵的生长发育产生了明显的影响。影响多表现为低剂量促进，高剂量抑制效应，150Gy-200Gy的高剂量辐照，随着辐射剂量的增加，向日葵的生长速度明显减缓，植株高度、茎粗度、叶面积等生长指标明显降低。向日葵的半发芽剂量为753.43Gy；半致矮剂量为325.39Gy；半存活剂量均高于200Gy。同时，辐照对向日葵的花期和也产生了显著的影响。变异类型主要为花器官变异和花期变异。本试验在向日葵M1代共获得135株突变株，其中17株优良变异株，总突变株率为12.53%，优变株率为0.74%。花期突变频率最高，为4.83%。向日葵在200Gy辐照下的突变株率与优变株率均最高。建议200Gy作为向日葵诱变育种的最适宜辐照剂量。为进一步研究60Co-γ射线辐照对向日葵的影响提供了参考依据。关键词：向日葵；辐射诱变；生长发育指标；变异

Theeffectof60Co-γraysirradiationonthegrowthandvariationofsunflowersAbstract:Thisstudyconducted60Co-γraysirradiationonsunflowers,settheirradiationdoseforsunflowerseedsto0,50,100,150,and200Gy.Observingandstatisticallyanalyzingthegrowthanddevelopmentindicatorsofirradiatedplants,analyzingtheirradiationsensitivity,observingplantvariation,andexploringtheimpactofradiationonthegrowth,development,andvariationofsunflowers,inordertoprovidedatasupportandnewbreedingmaterialsforsunflowerradiationinducedbreeding.Theexperimentalresultsindicatethatradiationhasasignificantimpactonthegrowthanddevelopmentofsunflowers.Theimpactismostlymanifestedaslowdosepromotion,highdoseinhibitioneffect,andhighdoseirradiationof150Gy-200Gy.Withtheexpandofradiationdose,thegrowthrateofsunflowersissignificantlysloweddown,andgrowthindicatorssuchasplantheight,stemthickness,andleafareaaresignificantlyreduced.Thehalfgerminationdoseofsunflowersis753.43Gy;Thesemidwarfdoseis325.39Gy;Thehalfsurvivaldoseishigherthan200Gy.Atthesametime,irradiationalsohadasignificantimpactonthefloweringperiodofsunflowers.Themaintypesofvariationarefloralorganvariationandfloweringperiodvariation.Inthisexperiment,atotalof135mutantplantswereobtainedintheM1generationofsunflowers,including17excellentmutantplants,withatotalmutationrateof12.53%andasuperiormutationrateof0.74%.Thehighestfrequencyofmutationduringfloweringis4.83%.Themutationrateandsuperiormutationrateofsunflowerswerethehighestunder200Gyirradiation.Suggest200Gyasthemostsuitableirradiationdoseforsunflowerandcockscombmutationbreeding.Forfurtherresearchon60Co-γTheeffectofradiationonsunflowersprovidesareferencebasis.Keywords:Sunflower;Radiationinducedmutation;Growthanddevelopmentindicators;variation

向日葵概述向日葵是菊科向日葵属的一年生草本。其花盘为主要观赏性状，整个花盘包括舌状花和管状花两部分。花瓣也有单瓣、双瓣、半重瓣、重瓣之分。观赏向日葵最初由欧洲人种植以供观赏，后经过人工选育出多个品种，花色明亮，观赏花期显著延长[1]。用于观赏的品种主要分为矮秆、高秆分枝型和单秆切花型三大类型。向日葵对重金属具有较强的耐受性和富集能力，利用向日葵来控制土壤的重金属污染程度[2]具有非常大的应用价值和前景。辐射诱变育种发展历程辐射诱变育种开始于Muller在1928年证明在X射线照射下会导致基因突变[3],进而有学者进行射线诱变植物获得有益突变体的研究。自从Stadler首次发表了关于辐射诱导玉米和大麦[4-5]的论文后，辐射已被广泛应用于开发用于作物生产的新品种和作为遗传资源。1934年，Tonenear用X射线辐照烟草[6]，培育成了世界上第一个突变的烟草品种，打开了农作物辐射育种的新纪元。至60年代末由于《突变育种手册》的发表及人们对诱变机理的进一步了解，辐射诱变育种技术逐渐走向成熟，并逐渐形成诱变育种高潮。迄今为止，国际原子能机构突变品种数据库已登记了3300多个突变品种，在全球范围内使用和推广的新品种超过1000个。我国的植物突变育种研究始于五十年代末，但在最初20年间，主要目标是培育农作物的优良品种[7]。20世纪六七十年代，我国的辐射诱变育种由于特殊的历史原因发展缓慢甚至阻滞不前，七十年代末，观赏植物的诱变育种才开始被重视起来。八十年代后期，我国观赏植物突变育种研究进入一个快速发展的时期[8]。到了八十年代进入了恢复发展时期。20世纪80年代末，分子生物学和分子遗传学被广泛应用于植物育种，这带来了新的可能性。自20世纪90年代以来，人们已经使用重离子束进行辐射诱变，并且对离子注入诱变的兴趣正在增加。后一种技术由于操作简单、经济，在中国的发展越来越普及。随着遗传学和分子生物学研究的深入和发展，核辐射诱变育种被广泛应用于农业生产中，如粮食作物、水果、花卉的育种中[9]。辐射诱变方式研究进展辐射诱变源辐射诱变育种一般分为经典辐射诱变、粒子诱变和空间辐射诱变。经典的辐射诱变主要以X射线和γ射线作为诱变源，X射线又叫阴极射线或伦琴射线，是由X光机产生的较短射线，波长0.1-1nm为软X射线，穿透力较小；波长0.01-0.001nm为硬X射线，穿透力较大，是最早用于植物育种的射线，穿透力不如y射线。γ射线[10]也称丙种射线，辐射源是放射性同位素60Co和137Cs，在园艺植物辐射诱变育种工作中，60Co-γ射线是最普遍的辐射源，γ射线波长较短，穿透力较强，射程较远，主要用于外照射，同时可以处理大量材料，且剂量也较均匀。还能进行快照射和慢照射[11-12]。γ射线辐照使植物的体内生理或体外形态产生变化，从而影响植株的生长和发育过程[13]，且与常规育种、生物技术、植物离体培养等相结合，形成一种综合性育种技术[14]。如今，γ射线已被广泛用于辐照植物材料诱发突变ADDINNE.Ref.{8950C4C1-5527-40F3-90F7-706B726A944B}[15]，已产生许多观赏价值高的植物品种。据报道，超过56.5%的新品种是由γ射线辐射诱变育成的ADDINNE.Ref.{1157F240-308B-4964-B45E-AAAE0C12203F}[16]。故本实验选用γ射线作为观赏草本植物的辐射源。β射线ADDINNE.Ref.{07FEAE03-9B51-4F19-AAC5-D8FF3973C0D3}[17]又称乙种射线，辐射源为放射性同位素32P和35S。β射线在空气中射程短，穿透力较弱，通常用于内照射，不适宜外照射。粒子诱变育种主要利用加速粒子，如质子或中子，它们具有独特的物理特性，在相对较低的辐射剂量下具有优良的生物诱变效果[18]。中子是不带电的电子流。中子可分为热中子、慢中子、快中子[19]、中能中子和超快中子。由于中子的诱变能力比较强，在植物育种中应用也日益增多。高能离子束，离子在经过加速器加速过后产生的放射线，能准确控制粒子射入的深度及部位，植物在处理后，M1代损伤轻，M2代诱变效率高。粒子辐射诱变技术的一个显著特点是在不影响它表型的情况下，可以培育出性状优良的新品种[20]。辐射剂量和剂量率当γ射线辐照的剂量小于半致死剂量时，种子发芽、根系生长和成苗率的影响幅度有限，在保证植株存活率的情况下，可以获得有益的突变植株；但当γ射线辐照的剂量达到半致死剂量以后，会阻滞种子的发芽，抑制根系生长和成苗[21]。但是对于花卉植物，普遍认为采用较低剂量更为有利。在辐射诱变育种研究中，一般采用半致死剂量作为适宜的诱变剂量[22]。辐照剂量根据辐射源特点和植物对辐射源的敏感性不同而大相径庭。不同的诱变源对同一植物材料，因其波长、穿透力及作用方式不同，适合的辐照剂量则不同。同一诱变源对不同的植物种类、品种、辐照部位，适宜的辐照剂量大不相同，甚至对不同生长期的同一部位适宜剂量也不同。安熙等[23]采用60Co-γ射线与组培相结合，研究菊花诱变育种表明，辐照愈伤组织的适宜剂量为0.8～1.6krad，辐照植株、根芽和枝条为2～3krad。刘玲等[24]采用5个不同剂量60Co-γ射线处理小苍兰两个品种的种球发现，两个品种的发芽率、株高、叶面积、根长、根数、开花率、花粉活力均随着剂量的增加而降低。金花菜种子在400Gy辐射剂量条件下，能明显提高发芽率，发芽率随辐射剂量（400~1200Gy）升高而下降[25]。闫一皓等研究发现牛至种子的半致死剂量为16.39Gy[26]。以60Co-γ射线处理的蓝粒小麦蓝-58为材料,杨国华等[27]发现了一些染色体结构发生很大变异的材料,表明γ射线在基因水平的诱变效应。分子标记技术随分子生物学的发展，在诱变育种中不断得到应用[28]。关于分子水平上的诱变机理的研究主要围绕DNA损伤、修复及其变异形成的关系。辐射处理能够诱导植物遗传物质的变化，组织培养时还可发生一定的变异，综合二者，双重变异，大群体筛选可在限定时间里完成，从而增强辐射诱变效率[29-30]。如用60Co-γ射线照射红掌阿拉巴马愈伤组织，以再生植株叶色，花色变化为依据，对突变体进行筛选，能够提高红掌选育效率[31]。辐射诱变育种的过程始于辐射与DNA的相互作用，主要是利用各种射线，直接或间接地将能量沉积到DNA上，诱导大量基因组突变，加速突变性状的产生，包括通过辐射能量直接改变DNA分子的结构和功能，以及通过水分子和电离辐射相互作用产生的自由基间接损伤[32]。为了保持基因的完整性，细胞已经进化出一套修复机制来解决DNA损伤，根据所发生的DNA损伤类型来进行修复[33-34]。基因突变是修复过程中“失误”的结果，突变类型基本为碱基置换的点突变[35]。具有高能量的加速粒子在离子轨道上引起高密度电离，在小范围内对DNA造成损伤，这种损伤很难有效和正确修复，导致游离DNA片段产生，促进染色体重排和缺失[36]，由此可以产生更多的基因突变点位组合，从而打破性状的连锁遗传，有望获得更多的优良性状的突变体，且辐射对DNA造成的损伤可直接遗传给下一代。此外，RNA、蛋白质的合成反应受到抑制，相关生理活性物质的代谢受到影响，表现出细胞死亡和突变[37]。不同剂量的辐射对植物所产生的生理学效应不相同，辐射对生物的影响也受到温度，有氧情况、含水量和其他外界环境条件等因素影响[38]。我国园艺植物辐射育种在20世纪90年代时试验材料涉及月季、菊花、美人蕉、大丽花、荷花等约40种植物，并获得了较多优良突变体，在多种植物上育成60多种突变品种[39]。进入90年代诱变机理的研究进一步深入，育出的品种数也大大增加，在园艺植物上的应用进一步扩大。用独立的一串红新品种神州红作原料，采用150Gy60Co-γ射线对其繁殖体进行处理，采用田间多代系统选育，可培育出新品种红运[40]。谢新春等[41]用60Co-γ射线诱发结缕草性状变异，获得综合性状良好的突变株‘80-1’和‘10-1’，为进一步利用辐照技术改良植物提供了一定依据。彭镇华先生首次用辐射诱变培育出浓香型矮化水仙[42]。胡瑶等[43]发现用60Co-γ射线辐射中国水仙金盏银台鳞茎可使植株器官发生变化，尤其在10Gy的辐射剂量下其株高矮化，抗倒伏，花量较大，副花冠呈齿轮状，提高其观赏价值。林兵等[44]经多代选育，筛选出深蓝紫色、紫罗兰色，白色三种荷兰鸢尾变异新株系，表明60Co-γ辐射诱变可成为荷兰鸢尾新品系选育的一种有效途径。90年代以来,我国对一些名花，如水仙、梅花、菊花等辐射诱变获得了一些突变品种[45-46]。但相对于我国农作物的应用和世界发达国家水平而言，我国在花卉上诱变育种的步伐太慢，应用范围狭窄，无论在基础理论研究上还是生产实践上都有较大差距。因此，探索适宜的诱变方法以及辐照敏感性对花卉诱变育种后植物生长发育的影响，为成功选育花卉新品种奠定基础。研究的目的、意义及研究内容研究目的本实验选用向日葵这种具有生态修复作用的观赏植物，用60Co-γ射线对向日葵种子进行辐照，对辐照后生长发育的植株各生物学效应进行探究，以达到以下研究目的：（1）探究向日葵种子经60Co-γ射线辐照后，植株的半致死剂量、最适宜辐照剂量及其他生物学效应，建立辐射敏感性分类级别，为构建向日葵的辐射诱变育种技术指标体系、品种培育提供新的数据参考和技术支持。（2）提高植物突变体存活率、获得更多优良突变体，培育向日葵的优良突变体。（3）经过系统的形态学、解剖学检测，精心筛选出M1代突变体，以期有效地改善植物的品质，为基因组学研究和遗传改良提供材料，有望开发出更多的优质新品种。研究意义中国的生物资源十分丰富，被誉为“世界园林之母”。但是中国几乎没有一种园艺植物具备完善的育种技术，优良品种的产生在很大程度上依赖于多年栽培中的偶然运气。对已经拥有的优秀品种，也缺少必要的保护，致使很多品种资源得而复失。生产中需求的优良品种，几乎完全从国外购买，中国花卉产业要想走向世界，关键是培育具有中国特色、品质稳定的观赏植物品种，这也是中国园艺产业发展存在的根本性的战略问题。诱变育种是指利用人工诱变获得新的生物品种的方法，主要通过辐射诱变或化学诱变。相比化学诱变，辐射诱变具有更复杂的遗传突变和更多的有益突变表型的特点，此外，辐射诱变育种还具有突变率高、育种周期短、随机遗传力大、创造新基因型、改良单一性状等优点。通过诱导变异进行育种，该方法便捷经济，突变率高，但辐射诱变存在变异的随机性，易产生有害的突变，导致存活率较低。为获得更多优良变异，扩大植株的变异谱，需研究植株辐射敏感性及半致死剂量，以提高变异植株存活率。向日葵作是应用十分广泛的观花植物，常用种子繁殖，除了可观花以外，还具有极高的经济价值，植株可入药，还可用于重金属富集，种子可用于食品加工。目前，国内对向日葵种子的辐射诱变研究还较少，且多集中在适宜的辐射剂量，对突变体库的构建的报道还较为鲜见。深入研究向日葵辐射诱变生物学效应，可为后人辐射诱变育种提供数据参考。构建突变体筛选体系与突变体库，提供表型丰富、数量庞大的遗传变异材料，不仅可直接应用于品种选育，还可为功能基因及调控机制的研究提供重要的遗传资源，具有一定研究参考价值和现实意义。研究内容（1）辐照对向日葵生长发育的影响。在用不同剂量60Co-γ射线辐照向日葵种子后，统计种植后植株的根数、最长根长、发芽率、存活率、株高、冠径、叶长、叶宽、叶片数、茎秆直径、分枝数，生殖生长阶段统计开花数、花期、开花率、花朵高度、花朵直径、花朵数、花瓣数、开花株率、花直径和物候期等，对所得数据进行统计与分析，探索辐照对向日葵的生物学效应。（2）向日葵半致死剂量与适宜辐照剂量探究。根据不同剂量辐射处理下，向日葵形态学、细胞学和生理生化的变化情况，计算变异率与死亡率，分别探究向日葵种子的辐射敏感性、半致死剂量与最适宜的辐照剂量。（3）筛选M1的突变体。在植株进行辐照后，从M1代中筛选变异植株，对M1代进行进行形态学鉴定、解剖学鉴定、细胞学鉴定、生物化学鉴定和分子生物学鉴定，筛选不同类型的突变体。技术路线图图1-1试验技术路线图Fig.1-1ExperimentalRoadmap

试验材料选用向日葵‘大微笑’为研究对象，干种子于2022年3月购买于北京金土地农业技术研究所，为杂交F1代种。辐照处理本实验辐射源为60Co-γ射线，向日葵种子的辐照剂量为0Gy、50Gy、100Gy、150Gy、200Gy，剂量率为1Gy/min。2022年3月18日，用信封将种子包裹成长15cm宽4cm的长条，带至四川省农科院生物技术核技术研究所进行辐照处理。田间栽培方法将未辐照种子和经过辐照处理的种子种子带至西南科技大学温室大棚准备播种。采用的花盆为高13cm、底部直径15cm的塑料花盆；试验用土比例为菜园土：泥炭土：珍珠岩=5：4：1。花盆按照随机区组实验摆放，向日葵每个处理300株，设置三个重复。M0种子生长的植株为M1代；对M1代植株进行自花授粉，分株收获M1代突变植株种子并按株系种植，生长的植株作为M2代植株。同时分株收获对照组M1代植株种子并按株系种植，生长的植株作为M2代对照组。统计植株M1代、M2代存活株数、突变株数和优良变异株数。析测定方法生长发育指标测定方法与半存活剂量的计算田间试验统在向日葵开花前的特定时间统计种子发芽率、植株的成活率、株高、茎直径、单株叶片数、叶长、叶宽、叶厚度、叶变异株数情况，在开花后统计开花数、花盘直径、花瓣宽、花瓣长、花盘厚度、花朵变异株数、结实数。统计和检验步骤见表2-1。表2-1向日葵各生物学性状统计与测定方法汇总Tab.2-1StatisticsanddeterminationmethodsofbiologicalcharactersofCelosiaplumosecv.'Hongta'andHelianthusannuuscv.'BigSmile'性状统计指标Traitstatisticalindex测定方法Assaymethod测试仪器Measuringandtestinstruments发芽数Numberofgermination观察到的植株发芽数成活数Survivalnumber 观察到的植株成活数株高Plantheight从植株顶部至土表的垂直距离直尺（估读：0.01cm）叶长Leaflength植株基部向上第三片叶的尖端到基部的长度直尺（估读：0.01cm）叶宽Leafwidth植株基部向上第三片叶处垂直主叶脉最宽宽度直尺（估读：0.01cm）叶面积Leafarea参照于守超[47]叶面积测定方法测第三片叶叶面积直尺（估读：0.01cm）叶片数No.ofblades所有真叶的数量茎秆直径Stalkdiameter近基部茎直径BS153015电子数显卡尺（电子游标卡尺）叶片形态变异数Leafmorphologicalvariation观察到的相对对照组有所区别的叶片数花期florescence植株花蕾开放至花朵完全凋谢的天数，开花期与花谢期写在标牌上，后期统计花盘直径Flowerpotdiameter向日葵花盘直径直尺（估读：0.01cm）花瓣长度Petallength向日葵花瓣最长处长度直尺（估读：0.01cm）花瓣宽度Petalwidth向日葵花瓣最宽处宽度直尺（估读：0.01cm）花盘厚度Thicknessofflowerplate向日葵花盘中心底部到顶部厚度BS153015电子数显卡尺花朵数Numberofflowers单株花朵数花瓣数Numberofpetal单朵花瓣数开花株率Floweringplantrate每个剂量总开花植株数/存活植株总数×100%突变株数Numberofmutantplants观察到的与对照组外观有所区别的植株数色度值Chromaticvalue花瓣中心色度值NH300+色差仪注：YP10001B十分之一天平为上海力辰仪器科技有限公司生产，BS153015电子数显卡尺为宁波世际波斯工具公司生产；NH300+色差仪为深圳市三恩时科技有限公司生产。发芽率（%)=种子结束发芽时的发芽数/播种种子数×100%（式2-1）成活率（%）=（最终植株成活数/播种种子数）×100%（式2-2）开花株率=（已开花株数/总株数）×100%（式2-3）花形态变异率=（花形态变异植株数/成活植株总数）×100%（式2-4）红绿色差值Δa*=a*处理组-a*对照组（式2-5）黄蓝色差值Δb*=b*处理组-b*对照组（式2-6）明度色差值ΔL*=L*处理组-L*对照组（式2-7）总色差值ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*2+(Δb*)2]1/2（式2-8）半存活剂量计算根据向日葵存活率计算半存活剂量通过直线回归方程y，可以确定半存活剂量，其中b表示回归系数，a表示常数。在这个方程中，y与x之间存在相关性。利用相关系数公式（式2-9）通过绘制图表，可以清楚看到存活率和辐射剂量之间的关系。筛选M1代突变体通过生长发育指标和表观特征，从M1代中筛选出具有稳定遗传变异的突变体，以便更好地利用这些优良突变体繁殖后代，培育新品种。数据分析在本次实验中，利用MicrosofTExcel2010软件系统解析所有指标的测量结果，各指标测定包括3个重复，每个重复有3个平行。利用SPSS25.0软件系统检测各处理间的差异，利用单因素方差分析和独立样本T检测来解析组间的差异性。最后采用LSD和SSD来多次对比实验的差异性。当p<0.05时，两组之间的差异显著；而当p>0.05时，则无明显差异。绘图采用MicrosoftExcel2010软件。

60Co-γ射线对向日葵营养生长的影响60Co-γ射线对向日葵发芽、生根和存活的影响，对向日葵发芽率进行统计，对比不同辐照剂量对向日葵不同时间段发芽率的影响，见图3-1。图3-1不同γ射线辐照剂量对第5-17天向日葵发芽率的影响Fig.3-1Effectsofdifferentγ-rayirradiationdosesonthegerminationrateofHelianthusannuusL.由图可以看出，当第5天,辐照组的发芽率均低于对照组,第10天左右,辐照组的发芽率均高于对照组;第17天,50Gy处理组的发芽率最高，而其他处理组的发芽率均低于对照组，其中200Gy处理组的发芽率最低。综上所述,50Gy辐照有助于向日葵的早期发芽。150-200Gy的高剂量γ射线辐照对向日葵发芽率具有显著抑制作用（图3-1）。为计算向日葵半发芽剂量，根据向日葵发芽率与剂量的相关性，求得辐射剂量与向日葵发芽率的回归方程为:Y=-0.058x+85.644(式3-1)Y为向日葵发芽率，x为辐照剂量（图3-1）。相关系数:R=0.9465。代入对照50%的发芽率，可得向日葵经60Co-γ射线辐照后半发芽剂量为614.55Gy。值得注意的是，本次试验选取的辐射辐照剂量最大为200Gy，超过200Gy的辐照剂量与向日葵发芽率是否具备线性关系，有待进一步研究。图3-2向日葵辐照剂量与发芽率相关性分析Fig.3-2CorrelationanalysisbetweenirradiationdoseandgerminationrateofHelianthusannuusL.经60Co-γ射线辐照后，150、200Gy辐照对向日葵发芽具有明显抑制作用（图3-2）。向日葵发芽率随着剂量的升高，先升高再降低，在50-100Gy辐照下显著升高，当辐照剂量达到200Gy时,发芽率最低。表3-1不同辐照剂量对向日葵生根与存活的影响Table3-23EffectsofdifferentradiationdosesonrootingandsurvivalofHelianthusannuusL.剂量/Gy050100150200单株生根数40.00±1.41a39.00±5.33a37.67±4.63a29.00±3.29b10.33±3.14c单株生根数变幅38~4233~4630~4224~327~15根长/cm5.17±0.22c7.07±0.90b8.23±1.05b10.87±2.19a4.83±0.53c根长变幅4.9~5.55.5~86.8~108.4~14.83.9~5.4存活率/%0.26±0.01b0.39±0.01a0.38±0.01a0.25±0.02b0.17±0.01c经60Co-γ射线辐照后,150、200Gy辐照对向日葵生根数有显著抑制作用，使生数分别降为对照组的72.50%、25.83%。50-150Gy辐照均会显著提高向日葵根长，150Gy辐照组根长最长，为对照组的210.25%。向日葵存活植株均生根，故未再展示生根率。向日葵存活率随着剂量的升高，先升高再降低，50-100Gy辐照下显著升高，在200Gy辐照下显著降低（表3-1）。向日葵存活率与0-200Gy辐照剂量无线性关系，推测向日葵半致死剂量高于200Gy。所有辐照剂量处理均会导致单株生根数变幅增大，50Gy辐照组单株生根数变幅最大，极值之差由对照都由4增大为13。50-150Gy辐照根长变幅均明显增加，150Gy辐照组根长变幅最大，极值之差由对照都0.6增大为6.4。60Co-γ射线对向日葵茎生长的影响经60Co-γ射线辐照后，150、200Gy辐照组向日葵株高显著低于对照组，分别为对照组的82.66%、68.04%。随辐照剂量的增加，向日葵茎粗先增加后降低，在100Gy辐照后达到最大值。其中100Gy辐照组茎粗显著高于对照组，为对照组的120.22%；200Gy辐照组茎粗显著低于对照组，为对照组的77.09%（表3-2）。株高变幅与变异系数均随辐照剂量的增加呈先增加后降低的趋势，均在100Gy辐照下达最大值。与对照相比，50-100Gy的低剂量辐照使株高最大值分别增大了14.29%、28.57%，有利于诱导高杆向日葵；150-200Gy的高剂量辐照缩小了株高变幅，且使株高最小值和最大值均变小，有利于诱导矮杆向日葵。经50-150Gy辐照后，茎粗最大值与最小值均增大，变异随机性增大。Table3-2EffectsofdifferentradiationdosesonstemindexamplitudeofHelianthusannuusL剂量/Gy株高/cm株高变幅变异系数CV/%茎粗/mm茎粗变幅变异系数CV/%022.03±4.70ab16.6~3521.336.33±1.23b3.02~7.9819.355023.93±7.09a15~4029.636.95±0.82ab5.69~8.1811.8410020.55±8.25ab15.4~4540.137.61±1.26a5.26~10.1316.5415018.21±6.20bc11~3134.066.49±0.83b5.31~8.1312.7720014.99±3.47c8.9~2223.114.88±0.70c3.53~5.8914.25为求得向日葵半致矮剂量，根据向日葵株高与剂量的相关性，求得辐射剂量与向日葵株高的回归方程为:(式3-8)Y为向日葵株高，x为辐照剂量（图3-3）。相关系数:R=0.9026。代入对照50%的株高，可得向日葵经60Co-γ射线辐照半致矮剂量为325.39Gy。本次试验选取的辐射辐照剂量最大为200Gy，超过200Gy的辐照剂量与向日葵发芽率是否具备线性关系，有待进一步研究。Fig.3-3Correlationanalysisbetweendifferentradiationdosesofγ-raysandplantheightofHelianthusannuusL.60Co-γ射线对向日葵叶生长的影响经60Co-γ射线辐照后，在第7-11周每周统计一次向日葵单株单株叶片数。在7-11周，200Gy辐照组的向日葵单株叶片数均低于其它处理。在第11周，只有200Gy辐照组的向日葵单株叶片数与对照组相比差异显著，降为对照组的87.50%。说明200Gy辐照对向日葵单株叶片数具有显著抑制作用。在第7-9周，100Gy辐照组叶片数大于对照组；在第10-11周，100Gy辐照组叶片数低于对照组（图3-4）。说明低剂量辐照有助于提高向日葵前期叶片数增速。图3-4第7-11周不同辐照剂量对向日葵单株叶片数的影响表Fig.3-27EffectsofdifferentradiationdosesonthenumberofHelianthusannuusL.leavesfrom经60Co-γ射线辐照后，随着辐照剂量的增加，向日葵叶宽、叶长与叶面积均先升高后降低，且均在50Gy辐照下达到最大值。50Gy辐照组叶长、叶宽与叶面积显著高于对照组，分别为对照组的111.52%、109.69%、121.71%。150-200Gy辐照组叶长、叶宽与叶面积显著低于对照组（表3-3）。说明50Gy低剂量辐照可显著增大向日葵叶，150-200Gy的高剂量辐照会显著减小向日葵叶。150、200Gy辐照组向日葵叶长/叶宽显著高于对照组，分别为对照组的111.89%、123.02%。说明150Gy-200Gy的γ射线辐照可使向日葵叶形更窄长。50Gy辐照组向日葵的叶长、叶宽、叶面积的最大值、最小值均大于对照组。叶长/叶宽变幅和变异系数随辐照剂量的增加而增加。200Gy辐照组叶长/叶宽极值之差由对照组的0.17增大为0.73，变异系数增大为对照组的255.69%。辐照组单株叶片数变幅均高于对照组（表3-3）。表3-3不同辐照剂量对向日葵叶片形态和单株叶片数的影响Table3-3EffectsofdifferentradiationdosesonleafshapeindexandleafnumberamplitudeofHelianthusannuusL.剂量/Gy叶长/cm叶长变幅变异系数CV/%叶宽/cm叶宽变幅变异系数CV/%叶面积/cm2叶面积变幅变异系数CV/%叶长/叶宽叶长/叶宽变幅变异系数CV/%单株叶片数单株叶片数变幅变异系数CV/%012.33±1.30b10.1~14.710.5110.32±1.29b8.4~12.912.5202.51±45.36b140.58~297.8422.41.20±0.06c1.12~1.294.9216.67±1.50a15~198.985013.75±1.17a12.5~15.88.5311.32±1.29a9.6~13.711.38246.48±47.38a191.98~339.7819.221.22±0.08c1.09~1.356.3917.08±3.26a12~2319.0810012.24±0.82bc11~13.56.7110.27±0.77b9~11.47.48198.09±22.37b164.98~236.6311.291.20±0.11c1.09~1.499.0516.08±2.15ab12~1913.3815011.43±1.18c10.1~13.910.318.57±0.88c7.5~1110.27155.08±27.91c126.83~224.94181.34±0.15b1.18~1.7611.1715.67±1.97ab13~2012.572009.33±1.13d8.2~12.412.116.40±0.88d4.8~813.895.44±21.19d65.91~148.7122.21.47±0.19a1.06~1.7912.5814.58±2.19b12~2115.0460Co-γ射线对向日葵生殖生长的影响（1）60Co-γ射线对向日葵花瓣数和花瓣形态的影响对各处理组向日葵花瓣数、花瓣长、花瓣宽、花瓣长/宽进行统计后发现，60Co-γ射线辐照对花瓣数无明显影响，对花瓣形态有一定影响。随着辐照剂量的增加，向日葵花瓣数先增加后减少；花瓣长逐渐升高，100、150、200Gy辐照组显著高于对照组，分别为对照组的123.85%、124.31%、126.15%；花瓣宽先升高后降低，50、100、150G辐照组显著高于对照，分别为对照组的159.68%、148.39%、159.68%；长/宽先降低后升高，50、100、150Gy辐照组显著低于对照，分别为对照组的69.32%、80.55%、76.16%。说明50-150Gy的中低剂量辐照使花瓣形态更宽、更圆。50-200Gy辐照组花瓣数的变幅与变异系数均大于对照组，与对照相比最小值减小、最大值增大。200Gy辐照组花瓣数、花瓣长、花瓣宽、长/宽变异系数均大于对照组，分别增大为对照组的489.61%、143.23%、130.87%、161.55%（表3-4）。表3-4不同辐照剂量对向日葵花瓣数和花瓣形态的影响Table3-4EffectsofdifferentradiationdosesonthenumberandmorphologyofHelianthusannuusL.petals剂量/Gy花瓣数花瓣数变幅变异系数CV/%花瓣长/cm花瓣长变幅变异系数CV/%花瓣宽/cm花瓣宽变幅变异系数CV/%长/宽长/宽变幅变异系数CV/%029.00±1.73a27~305.972.18±0.46b0.7~2.821.210.62±0.12b0.4~0.819.473.65±0.83a0.88~5.2522.685029.00±3.46a25~3111.952.31±0.44b1.7~318.960.99±0.30a0.5~1.430.222.53±0.77b1.36~3.7130.410032.00±8.19a25~4125.582.70±0.55a1.5~3.420.210.92±0.13a0.7~1.213.692.94±0.54b1.88~418.3315030.00±3.61a27~3412.022.71±0.44a2~3.416.150.99±0.20a0.7~1.419.962.78±0.45b2~3.5716.3320028.00±8.19a19~3529.232.75±0.84a1.2~430.380.74±0.19b0.4~1.125.483.88±1.42a2.3~6.836.64（2）60Co-γ射线对向日葵花萼层数和花盘尺寸的影响对向日葵花萼层数、花盘直径和厚度进行测定统计后发现，随着辐照剂量的增加，向日葵花盘直径和厚度逐渐降低。150、200Gy辐照组花盘直径均显著低于对照，分别降为对照组的85.60%、77.70%。200Gy辐照组花盘厚度显著低于对照组，降为对照组的82.17%（表3-5）。说明150-200Gy的高剂量辐照对花盘直径和厚度的抑制作用较为明显。200Gy辐照组花盘厚度变异系数和变幅均大于对照组，变异系数增大为对照组的156.40%。表3-5不同辐照剂量对向日葵花萼层数和花盘尺寸的影响Table3-27EffectsofdifferentradiationdosesoncalyxlayernumberanddisksizeofHelianthusannuusL.剂量/Gy花萼层数花萼层数变幅变异系数CV/%花盘直径/cm花盘直径变幅变异系数CV/%花盘厚度/cm花盘厚度变幅变异系数CV/%04.07±0.46a3~511.267.22±1.46a5.3~10.320.182.30±0.29a1.7~2.812.73503.80±0.41a3~410.96.40±1.16ab5.1~9.218.122.33±0.28a2~312.191004.00±0.53a3~513.366.29±1.44ab3.4~8.322.942.18±0.31a1.8~314.211504.00±0.38a3~59.456.18±1.09b3.5~7.517.592.25±0.30a1.7~2.613.412003.93±0.59a3~515.095.61±0.97b4~7.517.21.89±0.38b1.4~2.819.91（3）60Co-γ射线对向日葵花瓣色度的影响测定各处理组向日葵花瓣中心的色度值后，色度值三维分布图表明，50-200Gy的γ射线辐照对向日葵花瓣色度值分布有不同程度的影响。对照组向日葵花瓣的a*值（红绿色度值）分布于3.6~4.5之间，b*值（黄蓝色度值）分布于27.3~33.7之间，C*值（饱和度值）分布于27.5~34.6之间（图3-5）。50Gy辐照组花瓣色度值与对照相比，在低饱和度区域分布明显较多，C*最大值与最小值均减小，多处于25~31之间；a*值向红色区域偏移，最大值与最小值均增加，多处于5~6之间；b*值变化不大。因此50Gy辐照组花瓣整体颜色更偏向橙色（图3-5）。100Gy辐照组花瓣色度值与对照相比，a*值、C*值与对照分布范围大致一样；b*值向右（黄色区域）偏移，最大值增加，处于32~36之间的值增多。因此100Gy辐照组花瓣整体颜色更偏向黄色（图3-5）。150Gy辐照组花瓣色度值与对照相比，a*值多分布于两侧，分布于3.0~4.2、5.2~7两个区域；b*最大值与最小值均减小，分布于23.8~31.8之间；C*最小值减小3.56。因此150Gy辐照组花瓣各色度值变幅最大，且变化随机性增加（图3-5）。200Gy辐照组花瓣色度值与对照相比，分布偏右上角，a*值整体偏大，多处于5.2~6之间；b*值整体偏大，多处于32~36之间，且最小值与最大值均远大于对照；C*值也整体偏大，多处于33~37之间。因此200Gy辐照组花瓣与对照相比颜色差异最大，颜色加深，饱和度增大（图3-5）。色差值ΔE*与视觉感知色差之间成线性关系，可体现花瓣颜色变化造成的视觉差异[48]。计算各处理组向日葵花瓣色差值后发现，50-150Gy辐照使向日葵花瓣颜色发生了微小差异，200Gy辐照使向日葵花瓣颜色发生了可被察觉的差异。除100Gy外，其他辐照组Δa*均为正，绝对值均小于1，使花瓣红色度轻微增加。50-150Gy辐照组的向日葵花瓣色差值ΔE*在0-1之间，使花瓣颜色发生了微小差异，但不明显。200Gy辐照组的向日葵色花瓣色差值ΔE*、Δb*、ΔC*均大于2（表2-6），使花瓣颜色发生了可被察觉的差异，颜色更偏向橙色，饱和度也更大。ΔE*大小排列为：200Gy>150Gy>50Gy>100Gy。剂量/GyΔLΔaΔbΔCΔE00000050-0.210.6-0.04-1.450.641000.29-0.060.330.30.44150-0.180.66-0.57-0.460.892000.210.462.732.762.78（4）60Co-γ射线对向日葵开花株率的影响在播种后第65-100天时，每隔5天统计一次各处理组向日葵开花株率。在第65天，只有150Gy和200Gy辐照组有植株开始开花。在第70天，各处理组向日葵均开始开花。在前期第70-85天，同一时刻，辐照组向日葵开花株率均显著高于对照组，且随辐照剂量的增加，开花株率逐渐升高（图3-6）。说明50-200Gy的γ射线辐照可促进向日葵提早开花，剂量越高，促进效果越明显。从最终开花株率来看，经150Gy辐照组向日葵开花株率最高，显著高于其它处理组，增大为对照组的108.92%；100、200Gy辐照组开花株率显著低于对照组（图3-6）。说明低剂量（50Gy、100Gy）和过高剂量（200Gy）60Co-γ射线辐照显著抑制向日葵开花株率；150Gy剂量辐照会使向日葵开花时间提前，显著增加开花株率。图3-6不同γ射线辐照剂量对向日葵开花株率的影响Fig.3-6Effectsofdifferentγ-rayirradiationdosesonHelianthusannuusL.floweringrate（5）60Co-γ射线对向日葵结实的影响经60Co-γ射线辐照后，随着辐照剂量的增加，向日葵单株结实粒数先增加后降低，200Gy辐照组向日葵单株结实粒数显著低于对照，降为对照组的50.75%。变异系数随剂量增加呈逐渐增加趋势。100-150Gy辐照会明显增大向日葵单株结实粒数变幅，最大值分别增加为对照的182.14%、180.95%（表3-7）。表3-7不同γ射线辐照剂量对向日葵单株结实粒数的影响Table3-7Effectsofdifferentγ-rayradiationdosesonseedseedsofHelianthusannuusL.剂量/Gy单株结实粒单株结实粒变幅变异系数CV/%026.62±16.27a5~8461.15026.56±16.75a3~7663.0610036.98±36.19a1~15397.8515030.93±37.14a1~152120.0520013.51±14.92b1~80110.4360Co-γ射线对向日葵生育期的影响对向日葵开花前天数进行统计后发现，50-200Gy的γ射线辐照均可扩大向日葵开花前天数的变幅。辐照剂量越高，开花前天数分布越离散。随着辐照剂量的增加，平均开花前天数呈波浪形变化趋势（图3-7）。对照组开花前天数分布范围为68~95天。50Gy辐照下，开花前天数晚花期植株变多。在100Gy、150Gy辐照下，分布变离散，分布范围分别为63~106天、65~108天，早花期与晚花期植株均变多。200Gy辐照下，集中分布于65~75天之间，早花期植株变多，均值相比对照组短6天，但最长天数相比对照组长9天。说明50Gy辐照有利于诱变晚花期植株，100-200Gy的γ射线辐照有利于诱变早花期和晚花期植株，200Gy诱变效果最明显。对向日葵开花天数进行统计后发现，50-200Gy辐照可扩大向日葵开花天数变幅，延长或缩短开花天数，150Gy辐照组变幅最大（图3-8）。随着辐照剂量的增加，平均开花天数先降低后增加。对照组开花天数变幅为11~18天，均值为14.09天。50Gy辐照下开花天数变幅扩大为7~17天，短花期植株变多。100Gy辐照下开花天数变幅扩大为7~22天，长花期与短花期植株均变多。150Gy辐照下开花天数变幅扩大为6~25天，变幅最大，短花期植株最多。200Gy辐照下开花天数变幅为8~24天，长花期植株最多。说明50Gy辐照有利于诱变短花期植株；100-200Gy辐照有利于诱变长花期和短花期植株，150Gy诱变效果最明显。100-200