N+離子注入對辣椒生長特性的影響

蔡長龍，梁海鋒，馬睿，嚴一心

（西安工業大學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，嚴一心

（西安工業大學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備對辣椒干種子進行了N+離子注入，研究了N+離子注入工藝參數及其對辣椒種子出苗時間、生長特性的影響。試驗結果表明，離子注入能量和注入劑量是影響辣椒種子出苗時間的重要工藝參數，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生變異的基本工藝參數及其變化規律。

N+離子注入；辣椒；出苗時間；生長特性

辣椒是一種重要的蔬菜作物，除了作調味品外，還具有很高的營養價值，含有人體需要的碳水化合物、蛋白質、維生素和鈣、磷、鐵礦物質及人體需要的15種氨基酸，特別是維生素C含量豐富為各種蔬菜之冠。辣椒原產于中南美洲熱帶地區，我國資源相對貧乏，離子束誘變育種是獲得新種質材料的一條重要途徑[1]。在國內，目前采用離子注入技術進行辣椒誘變育種的單位主要有北京師范大學、新疆大學和哈爾濱師范大學，已經在辣椒抗病性和遺傳性上取得了一定的進展[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備對辣椒干種子進行N+離子注入，研究了離子注入后辣椒的出苗時間、生長特性與離子注入能量和劑量之間的關系，從而了解離子注入能量和注入劑量對辣椒出苗時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備由成都同創材料表面新技術工程中心研制，該設備配備了高能氣體離子束源，具有氣體離子注入等功能，可實現植物或農作物的誘變育種。設備包括主真空室、小處理室、真空及控制系統、高壓電源及控制系統以及高能氣體離子源等。高能氣體離子源加速電壓10～ 70 kV連續可調，最大束流8mA，Φ束斑≥100mm。試驗中真空室的本底真空為9.0×10-4Pa，高純氮氣作為離子源的工作氣體，其流量為6 mL/min，離子注入時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，注入時間3 s，停止5 s，循環進行，直到達到所需注入劑量。

試驗采用單因素試驗設計，即研究某一工藝參數對試驗結果的影響時，固定其他工藝參數。影響研究結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設計中，參考前期的研究，試驗中選用的離子注入能量為25 KeV，設計注入劑量分別為2.5×1015、5.0× 1015、7.5×1015、1.0×1016、1.25×1016、1.5×1016N+/mm2。在注入劑量試驗設計中，參考前期的研究，試驗中選用的離子注入劑量為5.0×1015N+/mm2，設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，保持時間與離子注入處理的相當，但不注入離子源。

離子注入后辣椒種子的育苗按常規方法進行，詳細記錄辣椒種子的出苗情況和出苗時間。

2 結果與分析

2.1 N+離子注入劑量對辣椒平均出苗時間的影響

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

2.2 離子注入能量對辣椒平均出苗時間的影響

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

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，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，葉片變化相對較小，但當離子注入能量為35 KeV時，葉片變化較大 （圖4）?？梢婋x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，離子注入已經使辣椒產生了一定變異。

圖1 離子注入劑量與種子出苗時間的關系

圖2 離子注入能量與辣椒種子出苗時間的關系

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。可見，合適的注入劑量和離子注入能量，有利于辣椒的生長，但注入劑量增大會對種子細胞產生損傷，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，辣椒植株在剛開始長嫩葉時就分杈了，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，已經使辣椒的生長情況產生了變化。

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 結論

本試驗結果表明，在所試驗的離子注入劑量和能量范圍內，隨著離子注入能量的增加，辣椒種子的平均出苗時間和生長情況都存在一個極值，相比對照而言，離子注入后的辣椒種子平均出苗時間較長，但生長較快；隨著注入劑量的增加，種子的平均出苗時間加長，與對照相比，低劑量時生長較快，高劑量時生長較慢。可見，經過不同注入劑量和離子能量的處理，辣椒的生長情況發生了變異。

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研究[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學，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].中國農學通報，2011，27（2）：109-113.

[3]王軍，武寶山，張伶，等.茄子、番茄、辣椒種子經N+離子注入后的生物效應[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效應研究[J].中國農學通報，2005（1）：29.

[5]余增亮.離子束生物技術引論[M].合肥：安徽科學技術出版社，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

陜西省教育廳專項科研計劃項目（12JK0838），陜西省科學技術研究發展計劃項目（2012K08-05）

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

2012-06-08