氮離子注入對(duì)黃瓜當(dāng)代生物學(xué)效應(yīng)的影響

崔興華　劉楠等

摘要：試驗(yàn)研究了氮離子注入黃瓜種子后引起的當(dāng)代誘變效應(yīng)。結(jié)果表明，氮離子注入劑量在０．０５×１０１４～１０００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２范圍內(nèi)對(duì)黃瓜的種子發(fā)芽率、出苗率、第一雌花節(jié)位和黃瓜子產(chǎn)量等影響不大；成苗率則隨著注入劑量的增大而減少；各個(gè)處理對(duì)株高的日增長(zhǎng)量均有不同程度的影響，以５×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２處理的株高日平均增長(zhǎng)高度最大。在試驗(yàn)處理范圍內(nèi)，氮離子處理區(qū)間在植株和商品瓜形態(tài)上表現(xiàn)出了廣泛的變異，以３００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２處理的變異率最高，其子葉畸形率、植株形態(tài)變化率和商品瓜變異率分別達(dá)到了１６．０％、４．３％和５．２％。

關(guān)鍵詞：黃瓜；氮離子注入；誘變；當(dāng)代；生物學(xué)效應(yīng)；表型觀察

中圖分類號(hào)：Ｓ６４２．２；Ｑ９４７．９；Ｓ１２４＋．１ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：0439－８114（２０12）24－5665-04

黃瓜（ＣｕｃｕｍｉｓｓａｔｉｖｕｓＬ．）原產(chǎn)于溫暖濕潤(rùn)的喜馬拉雅山南麓，屬葫蘆科（Ｃｕｃｕｒｂｉｔａｃｅａｅ）甜瓜屬（ＣｕｃｕｍｉｓＬ．）蔬菜作物。黃瓜一年內(nèi)可以多茬栽培，市場(chǎng)供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，是中國(guó)保護(hù)地種植面積最大的蔬菜種類之一。近２０年來，我國(guó)的黃瓜育種工作雖取得了突破性進(jìn)展，育成了大批優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病、適合多種栽培模式的黃瓜新品種，但由于育種材料不同生態(tài)型之間的親緣關(guān)系較近，遺傳基礎(chǔ)相對(duì)狹窄，使育種工作再往前走很難再取得突破性的進(jìn)展［１，２］。目前已有采用甲基磺酸乙酯（Ｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ，ＥＭＳ）［３］等化學(xué)誘變方法和６０Ｃｏγ射線等輻射誘變方法［４］進(jìn)行誘變處理黃瓜育種材料的報(bào)道，但有關(guān)利用離子注入法對(duì)黃瓜材料進(jìn)行誘變處理的研究鮮見報(bào)道。自１９８６年中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所余增亮等［５］率先開展重離子注入水稻誘變育種研究以來，離子束生物技術(shù)在植物［６－１５］、微生物［１６－２２］誘變育種方面的研究已經(jīng)取得了應(yīng)用性成果，并且在相當(dāng)多的作物種類應(yīng)用方面帶來了比較好的經(jīng)濟(jì)效益［９－１４］。離子注入法進(jìn)行誘變與其他誘變方法相比較最大的特點(diǎn)就是對(duì)材料造成的損傷小、不破壞遺傳平衡、能夠獲得較多的有益突變體［６，２３－２５］。因此，試驗(yàn)以黃瓜為研究對(duì)象，通過不同劑量的氮離子注入處理，對(duì)其誘變效果進(jìn)行分析，以期為今后的蔬菜育種工作奠定基礎(chǔ)。

１ 材料與方法

１．１ 材料

供試材料為天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司黃瓜研究所自有育種材料，編號(hào)為Ｅ７－１，屬于華北型黃瓜，是一個(gè)用未受精子房培養(yǎng)獲得的加倍單倍體。

１．２ 方法

１．２．１ 氮離子注入 氮離子注入處理在中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所完成。挑選干燥、飽滿的供試黃瓜種子，去除部分種皮后放入真空靶室內(nèi)，將胚芽部分朝向離子束發(fā)出方向放置。氮離子能量為３０kｅＶ；選擇不同注入劑量作為各個(gè)處理，分別是０．０５×１０１４、０．１×１０１４、０．５×１０１４、１×１０１４、５×１０１４、１０×１０１４、５０×１０１４、１００×１０１４、３００×１０１４、６００×１０１４、１０００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２。以不做氮離子注入的黃瓜種子為對(duì)照，共有１２個(gè)試驗(yàn)處理。

１．２．２ 發(fā)芽率 分別取12個(gè)試驗(yàn)處理的黃瓜種子各１００粒，浸泡后放入２８℃培養(yǎng)箱中催芽，重復(fù)３次。分別于２ｄ后和５ｄ后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

１．２．３ 生長(zhǎng)期植株主要性狀 ２０１１年３月，將不同注入劑量處理的黃瓜種子和對(duì)照種子在天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司黃瓜研究所溫室中進(jìn)行播種、育苗。３０ｄ后定植至大棚中，定植時(shí)各個(gè)處理種植區(qū)隨機(jī)分布，每處理３次重復(fù)，每重復(fù)種植２行，每行１００株左右，株距２５ｃｍ。定植前調(diào)查各處理的出苗率、成苗率和子葉形態(tài)，定植后每個(gè)劑量處理中的每個(gè)重復(fù)隨機(jī)抽取２０株，調(diào)查其第一雌花節(jié)位、株高、葉片形態(tài)和色澤、生長(zhǎng)點(diǎn)數(shù)量等性狀。

１．２．４ 商品瓜性狀 在黃瓜成熟階段調(diào)查所有植株結(jié)瓜的商品性狀，統(tǒng)計(jì)每個(gè)劑量處理的商品瓜性狀改變情況，計(jì)算變異率。

１．２．５ 黃瓜子產(chǎn)量 在黃瓜開花后進(jìn)行單株自交，從每個(gè)劑量處理的每個(gè)重復(fù)中隨機(jī)挑選２０株，統(tǒng)計(jì)單株坐瓜數(shù)、單株結(jié)子量和單瓜結(jié)子量。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 氮離子注入對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率的影響

２．２ 氮離子注入對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)性狀的影響

２．３ 氮離子注入對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)勢(shì)的影響

２．４ 氮離子注入對(duì)黃瓜商品瓜性狀的影響

２．５ 氮離子注入對(duì)黃瓜子產(chǎn)量的影響

３ 討論

雖然說低能離子注入植物種子后是直接作用于植物的ＤＮＡ上，與其他誘變方式相比，對(duì)植株造成的損傷相對(duì)較小，且大部分能夠被修復(fù)，使其產(chǎn)生更多的正向突變，但是這種情況是在一定的劑量范圍內(nèi)而言的。本試驗(yàn)中，當(dāng)?shù)x子注入劑量達(dá)到１０００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２時(shí)，出苗時(shí)雖然子葉的變異程度最突出，但是出苗２０ｄ內(nèi)就全部死亡，這充分說明處理劑量過大也會(huì)給植株帶來不可修復(fù)的形態(tài)結(jié)構(gòu)傷害，最終導(dǎo)致植株死亡。

而從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)來講，一般多以處理后使植株存活一半的低能離子注入劑量（半致死劑量）作為誘變敏感性指標(biāo)［１１］，試驗(yàn)經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和田間調(diào)查，得出在劑量為３００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２時(shí)對(duì)黃瓜種子誘變的效果最佳，此劑量下的植株存活率（成苗率）為６８．５％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于半致死劑量的植株存活率。但植物誘變效果除受本身的遺傳特性制約外，還受到外界環(huán)境的影響，因此試驗(yàn)得出的結(jié)論還需要進(jìn)一步驗(yàn)證，要通過多次試驗(yàn)比較后確定最佳的氮離子誘變劑量，進(jìn)而進(jìn)行定向誘變，從而選育出新的品種，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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