N+離子注入對辣椒生長特性的影響

蔡長龍，梁海鋒，馬睿，嚴(yán)一心

（西安工業(yè)大學(xué)離子束生物工程與生物多樣性研究中心，710032）

N+離子注入對辣椒生長特性的影響

蔡長龍，梁海鋒，馬睿，嚴(yán)一心

（西安工業(yè)大學(xué)離子束生物工程與生物多樣性研究中心，710032）

采用生物改性離子注入設(shè)備對辣椒干種子進(jìn)行了N+離子注入，研究了N+離子注入工藝參數(shù)及其對辣椒種子出苗時(shí)間、生長特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，離子注入能量和注入劑量是影響辣椒種子出苗時(shí)間的重要工藝參數(shù)，并且對辣椒后期的生長特性如莖高、葉片大小及外形有重要影響，另外，研究獲得了使辣椒產(chǎn)生變異的基本工藝參數(shù)及其變化規(guī)律。

N+離子注入；辣椒；出苗時(shí)間；生長特性

辣椒是一種重要的蔬菜作物，除了作調(diào)味品外，還具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，含有人體需要的碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素和鈣、磷、鐵礦物質(zhì)及人體需要的15種氨基酸，特別是維生素C含量豐富為各種蔬菜之冠。辣椒原產(chǎn)于中南美洲熱帶地區(qū)，我國資源相對貧乏，離子束誘變育種是獲得新種質(zhì)材料的一條重要途徑[1]。在國內(nèi)，目前采用離子注入技術(shù)進(jìn)行辣椒誘變育種的單位主要有北京師范大學(xué)、新疆大學(xué)和哈爾濱師范大學(xué)，已經(jīng)在辣椒抗病性和遺傳性上取得了一定的進(jìn)展[1～3]。

離子注入誘變育種研究的最終目的是獲取新的品種，研究離子注入后辣椒種子的出苗時(shí)間和生長特性非常重要，是獲取辣椒新品種的前提。本文擬采用生物改性離子注入設(shè)備對辣椒干種子進(jìn)行N+離子注入，研究了離子注入后辣椒的出苗時(shí)間、生長特性與離子注入能量和劑量之間的關(guān)系，從而了解離子注入能量和注入劑量對辣椒出苗時(shí)間和生長特性的影響。

1 材料與方法

采用的生物改性離子注入設(shè)備由成都同創(chuàng)材料表面新技術(shù)工程中心研制，該設(shè)備配備了高能氣體離子束源，具有氣體離子注入等功能，可實(shí)現(xiàn)植物或農(nóng)作物的誘變育種。設(shè)備包括主真空室、小處理室、真空及控制系統(tǒng)、高壓電源及控制系統(tǒng)以及高能氣體離子源等。高能氣體離子源加速電壓10～ 70 kV連續(xù)可調(diào)，最大束流8mA，Φ束斑≥100mm。試驗(yàn)中真空室的本底真空為9.0×10-4Pa，高純氮?dú)庾鳛殡x子源的工作氣體，其流量為6 mL/min，離子注入時(shí)真空室的工作氣壓為1.3×10-3Pa，燈絲電流10 A，引出電壓60 V，抑制電壓1 kV，離子注入采用間隙式注入方式，注入時(shí)間3 s，停止5 s，循環(huán)進(jìn)行，直到達(dá)到所需注入劑量。

試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，即研究某一工藝參數(shù)對試驗(yàn)結(jié)果的影響時(shí)，固定其他工藝參數(shù)。影響研究結(jié)果的因素主要有注入離子的種類、注入離子的能量和離子的注入劑量。在離子注入能量試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，參考前期的研究，試驗(yàn)中選用的離子注入能量為25 KeV，設(shè)計(jì)注入劑量分別為2.5×1015、5.0× 1015、7.5×1015、1.0×1016、1.25×1016、1.5×1016N+/mm2。在注入劑量試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，參考前期的研究，試驗(yàn)中選用的離子注入劑量為5.0×1015N+/mm2，設(shè)離子注入能量分別為15、20、25、30、35、40、45 KeV，對照處理是把辣椒種子放在真空室內(nèi)，保持時(shí)間與離子注入處理的相當(dāng)，但不注入離子源。

離子注入后辣椒種子的育苗按常規(guī)方法進(jìn)行，詳細(xì)記錄辣椒種子的出苗情況和出苗時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 N+離子注入劑量對辣椒平均出苗時(shí)間的影響

由圖1可知，在離子注入能量為25 KeV的條件下，當(dāng)注入劑量大于7.5×1015N+/mm2時(shí)，辣椒種子沒有出苗，對照的平均出苗時(shí)間為9.8 d。當(dāng)注入劑量小于7.5×1015N+/mm2時(shí)，隨著離子注入劑量的增加，辣椒種子的出苗時(shí)間變長。在注入劑量為2.5× 1015N+/mm2時(shí)，平均出苗時(shí)間僅為10 d，而注入劑量增加為7.5×1015N+/mm2時(shí)，平均出苗時(shí)間接近20 d。這主要原因可能是種子細(xì)胞的物理損傷程度與離子注入劑量是正相關(guān)的[4]，當(dāng)注入劑量增加后，種子細(xì)胞的損傷程度加劇，而損傷程度直接影響種子細(xì)胞的生長時(shí)間，損傷過度，將直接導(dǎo)致種子死亡。

2.2 離子注入能量對辣椒平均出苗時(shí)間的影響

由圖2可知，離子注入劑量為5.0×1015N+/mm2時(shí)，當(dāng)離子注入能量大于35 KeV時(shí)，辣椒種子不出苗，對照的平均出苗時(shí)間為9.8 d。離子注入能量為30KeV時(shí)，辣椒種子平均出苗時(shí)間最長。當(dāng)離子注入能量小于30 KeV時(shí)，隨著離子注入能量增大，辣椒種子平均出苗時(shí)間增加。當(dāng)離子注入能量為35 KeV時(shí)，辣椒種子的平均出苗時(shí)間縮短。其主要原因是當(dāng)離子注入能量小于30 KeV時(shí)，隨著離子能量增大，辣椒種子細(xì)胞的損傷程度加劇，從而導(dǎo)致種子細(xì)胞生長發(fā)育緩慢，出苗時(shí)間延長；而當(dāng)離子注入能量為35 KeV時(shí)，辣椒種子的平均出苗時(shí)間縮短，這可能是因?yàn)樽⑷腚x子在與生物體細(xì)胞作用的過程中有損傷和修復(fù) 2種情況[5]，而當(dāng)離子能量為35KeV時(shí)，注入離子對個(gè)別種子的細(xì)胞修復(fù)作用大于損傷作用，從而縮短了個(gè)別種子的出苗時(shí)間，并且離子注入能量較大時(shí)，種子的出苗率本身就很低，因而導(dǎo)致辣椒種子平均出苗時(shí)間縮短。

2.3 不同離子注入能量對辣椒生長特性的影響

離子注入劑量為5.0×1015N+/mm2，注入能量分別為15，20，25，35 KeV，對照處理為把辣椒種子放在真空室中保持大約5min。播種后54 d測量各處理辣椒的莖高和葉片大小。從圖3可見，在離子注入劑量為5.0×1015N+/mm2條件下，離子注入能量為25 KeV時(shí)，辣椒長得最慢，但各離子注入處理的辣椒植株的莖高均高于對照植株（220 mm），可見，合適的注入劑量和離子注入能量有利于辣椒的生長。

從表1可見，不同離子注入能量下，辣椒葉片大小的變化趨勢和莖高的變化趨勢差不多，離子注入能量為15、20、25 KeV時(shí)，葉片變化相對較小，但當(dāng)離子注入能量為35 KeV時(shí)，葉片變化較大 （圖4）。可見離子注入能量對辣椒的生長有重要的作用，而且從目前的情況看，離子注入已經(jīng)使辣椒產(chǎn)生了一定變異。

圖1 離子注入劑量與種子出苗時(shí)間的關(guān)系

圖2 離子注入能量與辣椒種子出苗時(shí)間的關(guān)系

圖3 不同離子注入能量對辣椒莖高的影響

表1 不同離子注入能量下辣椒葉片大小

2.4 不同注入劑量對辣椒生長特性的影響

在離子注入能量為25 KeV的條件下，研究2.5×1015、5.0×1015、7.5×1015N+/mm2的注入劑量對辣椒生長特性的影響。從圖5可見，隨著離子注入劑量的增大，辣椒的長勢變緩，相比對照（莖高220mm）而言，2.5×1015、5.0×1015N+/mm2處理的辣椒長勢稍快，但7.5×1015N+/mm2處理的長勢慢?？梢姡线m的注入劑量和離子注入能量，有利于辣椒的生長，但注入劑量增大會(huì)對種子細(xì)胞產(chǎn)生損傷，影響辣椒植株生長。從表2可見，不同離子注入劑量對辣椒葉片大小的影響趨勢和對莖高的影響趨勢是一致的。從圖6和圖7可見，在離子注入能量為25 KeV，注入劑量為2.5×1015、5.0×1015N+/mm2時(shí)，辣椒植株在剛開始長嫩葉時(shí)就分杈了，而對照卻沒有，可見，離子注入劑量對辣椒的生長有重要的作用，已經(jīng)使辣椒的生長情況產(chǎn)生了變化。

圖4 35 KeV處理（左）與對照（右）的葉片大小

圖5 注入劑量對辣椒莖高的影響

3 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在所試驗(yàn)的離子注入劑量和能量范圍內(nèi)，隨著離子注入能量的增加，辣椒種子的平均出苗時(shí)間和生長情況都存在一個(gè)極值，相比對照而言，離子注入后的辣椒種子平均出苗時(shí)間較長，但生長較快；隨著注入劑量的增加，種子的平均出苗時(shí)間加長，與對照相比，低劑量時(shí)生長較快，高劑量時(shí)生長較慢?？梢?，經(jīng)過不同注入劑量和離子能量的處理，辣椒的生長情況發(fā)生了變異。

表2 不同注入劑量下辣椒葉片大小

圖6 2.5×1015N+/mm2條件下辣椒幼苗生長情況

圖 7 5.0×1015N+/mm2條件下辣椒幼苗生長情況

[1]王德慧.航天搭載和Li3+離子束注入對辣椒的誘變效應(yīng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學(xué)，2011.

[2]汪寧，許崢，張豐收，等.離子注入線辣椒F2代表型觀察及變異分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（2）：109-113.

[3]王軍，武寶山，張伶，等.茄子、番茄、辣椒種子經(jīng)N+離子注入后的生物效應(yīng)[J].種子，2002（5）：9-10，13.

[4]代西梅，黃群策，黃延偉.低能氮離子束注入馬齒莧的生物學(xué)效應(yīng)研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005（1）：29.

[5]余增亮.離子束生物技術(shù)引論[M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1996：171-175.

Research on Growth Characteristics of Pepper after N+Implantation

CAIChanglong,LIANG Haifeng,MA Rui,YAN Yixin
(Research Center of Ion Beam Bio-engineering and Biodiversity,Xi'an Technological University,Shaanxi710032)

In this paper,we implanted N+into the dry seeds of pepper using the biological modified ion implantation equipment,and studied the suitable ion implantation process parameters and their effects on the emergence time and growth characteristics of dry pepper seeds.The results showed that,the ion implantation energy and dose were the important technicalparameters influencing the germination time,and had importanteffectson the latergrowth characteristics, such as the stem height,leaf size and leave shape.We obtained the basic process parameters and change rules to get peppermutants after N+was implantated.

Ion implantation;Pepper;Germination time;Growth characteristics

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.20.010

陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目（12JK0838），陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2012K08-05）

蔡長龍（1972-），通信作者，博士，教授，主要從事離子束技術(shù)及其應(yīng)用的研究，電話：029-83208207，E-mail：changlongcai@126.com

2012-06-08