氮離子注入對黃瓜當代生物學效應的影響

崔興華　劉楠等

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

關鍵詞：黃瓜；氮離子注入；誘變；當代；生物學效應；表型觀察

中圖分類號：Ｓ６４２．２；Ｑ９４７．９；Ｓ１２４＋．１ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）24－5665-04

黃瓜（ＣｕｃｕｍｉｓｓａｔｉｖｕｓＬ．）原產于溫暖濕潤的喜馬拉雅山南麓，屬葫蘆科（Ｃｕｃｕｒｂｉｔａｃｅａｅ）甜瓜屬（ＣｕｃｕｍｉｓＬ．）蔬菜作物。黃瓜一年內可以多茬栽培，市場供應時間長，經濟價值高，是中國保護地種植面積最大的蔬菜種類之一。近２０年來，我國的黃瓜育種工作雖取得了突破性進展，育成了大批優質、高產、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型之間的親緣關系較近，遺傳基礎相對狹窄，使育種工作再往前走很難再取得突破性的進展［１，２］。目前已有采用甲基磺酸乙酯（Ｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ，ＥＭＳ）［３］等化學誘變方法和６０Ｃｏγ射線等輻射誘變方法［４］進行誘變處理黃瓜育種材料的報道，但有關利用離子注入法對黃瓜材料進行誘變處理的研究鮮見報道。自１９８６年中國科學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，離子束生物技術在植物［６－１５］、微生物［１６－２２］誘變育種方面的研究已經取得了應用性成果，并且在相當多的作物種類應用方面帶來了比較好的經濟效益［９－１４］。離子注入法進行誘變與其他誘變方法相比較最大的特點就是對材料造成的損傷小、不破壞遺傳平衡、能夠獲得較多的有益突變體［６，２３－２５］。因此，試驗以黃瓜為研究對象，通過不同劑量的氮離子注入處理，對其誘變效果進行分析，以期為今后的蔬菜育種工作奠定基礎。

１ 材料與方法

１．１ 材料

供試材料為天津科潤農業科技股份有限公司黃瓜研究所自有育種材料，編號為Ｅ７－１，屬于華北型黃瓜，是一個用未受精子房培養獲得的加倍單倍體。

１．２ 方法

１．２．１ 氮離子注入 氮離子注入處理在中國科學院半導體研究所完成。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，將胚芽部分朝向離子束發出方向放置。氮離子能量為３０kｅＶ；選擇不同注入劑量作為各個處理，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照，共有１２個試驗處理。

１．２．２ 發芽率 分別取12個試驗處理的黃瓜種子各１００粒，浸泡后放入２８℃培養箱中催芽，重復３次。分別于２ｄ后和５ｄ后統計發芽率。

１．２．３ 生長期植株主要性狀 ２０１１年３月，將不同注入劑量處理的黃瓜種子和對照種子在天津科潤農業科技股份有限公司黃瓜研究所溫室中進行播種、育苗。３０ｄ后定植至大棚中，定植時各個處理種植區隨機分布，每處理３次重復，每重復種植２行，每行１００株左右，株距２５ｃｍ。定植前調查各處理的出苗率、成苗率和子葉形態，定植后每個劑量處理中的每個重復隨機抽取２０株，調查其第一雌花節位、株高、葉片形態和色澤、生長點數量等性狀。

１．２．４ 商品瓜性狀 在黃瓜成熟階段調查所有植株結瓜的商品性狀，統計每個劑量處理的商品瓜性狀改變情況，計算變異率。

１．２．５ 黃瓜子產量 在黃瓜開花后進行單株自交，從每個劑量處理的每個重復中隨機挑選２０株，統計單株坐瓜數、單株結子量和單瓜結子量。

２ 結果與分析

２．１ 氮離子注入對黃瓜種子發芽率的影響

２．２ 氮離子注入對黃瓜植株生長性狀的影響

２．３ 氮離子注入對黃瓜植株生長勢的影響

２．４ 氮離子注入對黃瓜商品瓜性狀的影響

２．５ 氮離子注入對黃瓜子產量的影響

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，對植株造成的損傷相對較小，且大部分能夠被修復，使其產生更多的正向突變，但是這種情況是在一定的劑量范圍內而言的。本試驗中，當氮離子注入劑量達到１０００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２時，出苗時雖然子葉的變異程度最突出，但是出苗２０ｄ內就全部死亡，這充分說明處理劑量過大也會給植株帶來不可修復的形態結構傷害，最終導致植株死亡。

而從傳統經驗來講，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［１１］，試驗經過數據分析和田間調查，得出在劑量為３００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２時對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％，遠遠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，還受到外界環境的影響，因此試驗得出的結論還需要進一步驗證，要通過多次試驗比較后確定最佳的氮離子誘變劑量，進而進行定向誘變，從而選育出新的品種，以獲得更大的經濟效益。

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