N+离子注入对辣椒生长特性的影响

蔡长龙，梁海锋，马睿，严一心

（西安工业大学离子束生物工程与生物多样性研究中心，710032）

N+离子注入对辣椒生长特性的影响

蔡长龙，梁海锋，马睿，严一心

（西安工业大学离子束生物工程与生物多样性研究中心，710032）

采用生物改性离子注入设备对辣椒干种子进行了N+离子注入，研究了N+离子注入工艺参数及其对辣椒种子出苗时间、生长特性的影响。试验结果表明，离子注入能量和注入剂量是影响辣椒种子出苗时间的重要工艺参数，并且对辣椒后期的生长特性如茎高、叶片大小及外形有重要影响，另外，研究获得了使辣椒产生变异的基本工艺参数及其变化规律。

N+离子注入；辣椒；出苗时间；生长特性

辣椒是一种重要的蔬菜作物，除了作调味品外，还具有很高的营养价值，含有人体需要的碳水化合物、蛋白质、维生素和钙、磷、铁矿物质及人体需要的15种氨基酸，特别是维生素C含量丰富为各种蔬菜之冠。辣椒原产于中南美洲热带地区，我国资源相对贫乏，离子束诱变育种是获得新种质材料的一条重要途径[1]。在国内，目前采用离子注入技术进行辣椒诱变育种的单位主要有北京师范大学、新疆大学和哈尔滨师范大学，已经在辣椒抗病性和遗传性上取得了一定的进展[1～3]。

离子注入诱变育种研究的最终目的是获取新的品种，研究离子注入后辣椒种子的出苗时间和生长特性非常重要，是获取辣椒新品种的前提。本文拟采用生物改性离子注入设备对辣椒干种子进行N+离子注入，研究了离子注入后辣椒的出苗时间、生长特性与离子注入能量和剂量之间的关系，从而了解离子注入能量和注入剂量对辣椒出苗时间和生长特性的影响。

1 材料与方法

采用的生物改性离子注入设备由成都同创材料表面新技术工程中心研制，该设备配备了高能气体离子束源，具有气体离子注入等功能，可实现植物或农作物的诱变育种。设备包括主真空室、小处理室、真空及控制系统、高压电源及控制系统以及高能气体离子源等。高能气体离子源加速电压10～ 70 kV连续可调，最大束流8mA，Φ束斑≥100mm。试验中真空室的本底真空为9.0×10-4Pa，高纯氮气作为离子源的工作气体，其流量为6 mL/min，离子注入时真空室的工作气压为1.3×10-3Pa，灯丝电流10 A，引出电压60 V，抑制电压1 kV，离子注入采用间隙式注入方式，注入时间3 s，停止5 s，循环进行，直到达到所需注入剂量。

试验采用单因素试验设计，即研究某一工艺参数对试验结果的影响时，固定其他工艺参数。影响研究结果的因素主要有注入离子的种类、注入离子的能量和离子的注入剂量。在离子注入能量试验设计中，参考前期的研究，试验中选用的离子注入能量为25 KeV，设计注入剂量分别为2.5×1015、5.0× 1015、7.5×1015、1.0×1016、1.25×1016、1.5×1016N+/mm2。在注入剂量试验设计中，参考前期的研究，试验中选用的离子注入剂量为5.0×1015N+/mm2，设离子注入能量分别为15、20、25、30、35、40、45 KeV，对照处理是把辣椒种子放在真空室内，保持时间与离子注入处理的相当，但不注入离子源。

离子注入后辣椒种子的育苗按常规方法进行，详细记录辣椒种子的出苗情况和出苗时间。

2 结果与分析

2.1 N+离子注入剂量对辣椒平均出苗时间的影响

由图1可知，在离子注入能量为25 KeV的条件下，当注入剂量大于7.5×1015N+/mm2时，辣椒种子没有出苗，对照的平均出苗时间为9.8 d。当注入剂量小于7.5×1015N+/mm2时，随着离子注入剂量的增加，辣椒种子的出苗时间变长。在注入剂量为2.5× 1015N+/mm2时，平均出苗时间仅为10 d，而注入剂量增加为7.5×1015N+/mm2时，平均出苗时间接近20 d。这主要原因可能是种子细胞的物理损伤程度与离子注入剂量是正相关的[4]，当注入剂量增加后，种子细胞的损伤程度加剧，而损伤程度直接影响种子细胞的生长时间，损伤过度，将直接导致种子死亡。

2.2 离子注入能量对辣椒平均出苗时间的影响

由图2可知，离子注入剂量为5.0×1015N+/mm2时，当离子注入能量大于35 KeV时，辣椒种子不出苗，对照的平均出苗时间为9.8 d。离子注入能量为30KeV时，辣椒种子平均出苗时间最长。当离子注入能量小于30 KeV时，随着离子注入能量增大，辣椒种子平均出苗时间增加。当离子注入能量为35 KeV时，辣椒种子的平均出苗时间缩短。其主要原因是当离子注入能量小于30 KeV时，随着离子能量增大，辣椒种子细胞的损伤程度加剧，从而导致种子细胞生长发育缓慢，出苗时间延长；而当离子注入能量为35 KeV时，辣椒种子的平均出苗时间缩短，这可能是因为注入离子在与生物体细胞作用的过程中有损伤和修复 2种情况[5]，而当离子能量为35KeV时，注入离子对个别种子的细胞修复作用大于损伤作用，从而缩短了个别种子的出苗时间，并且离子注入能量较大时，种子的出苗率本身就很低，因而导致辣椒种子平均出苗时间缩短。

2.3 不同离子注入能量对辣椒生长特性的影响

离子注入剂量为5.0×1015N+/mm2，注入能量分别为15，20，25，35 KeV，对照处理为把辣椒种子放在真空室中保持大约5min。播种后54 d测量各处理辣椒的茎高和叶片大小。从图3可见，在离子注入剂量为5.0×1015N+/mm2条件下，离子注入能量为25 KeV时，辣椒长得最慢，但各离子注入处理的辣椒植株的茎高均高于对照植株（220 mm），可见，合适的注入剂量和离子注入能量有利于辣椒的生长。

从表1可见，不同离子注入能量下，辣椒叶片大小的变化趋势和茎高的变化趋势差不多，离子注入能量为15、20、25 KeV时，叶片变化相对较小，但当离子注入能量为35 KeV时，叶片变化较大 （图4）。可见离子注入能量对辣椒的生长有重要的作用，而且从目前的情况看，离子注入已经使辣椒产生了一定变异。

图1 离子注入剂量与种子出苗时间的关系

图2 离子注入能量与辣椒种子出苗时间的关系

图3 不同离子注入能量对辣椒茎高的影响

表1 不同离子注入能量下辣椒叶片大小

2.4 不同注入剂量对辣椒生长特性的影响

在离子注入能量为25 KeV的条件下，研究2.5×1015、5.0×1015、7.5×1015N+/mm2的注入剂量对辣椒生长特性的影响。从图5可见，随着离子注入剂量的增大，辣椒的长势变缓，相比对照（茎高220mm）而言，2.5×1015、5.0×1015N+/mm2处理的辣椒长势稍快，但7.5×1015N+/mm2处理的长势慢。可见，合适的注入剂量和离子注入能量，有利于辣椒的生长，但注入剂量增大会对种子细胞产生损伤，影响辣椒植株生长。从表2可见，不同离子注入剂量对辣椒叶片大小的影响趋势和对茎高的影响趋势是一致的。从图6和图7可见，在离子注入能量为25 KeV，注入剂量为2.5×1015、5.0×1015N+/mm2时，辣椒植株在刚开始长嫩叶时就分杈了，而对照却没有，可见，离子注入剂量对辣椒的生长有重要的作用，已经使辣椒的生长情况产生了变化。

图4 35 KeV处理（左）与对照（右）的叶片大小

图5 注入剂量对辣椒茎高的影响

3 结论

本试验结果表明，在所试验的离子注入剂量和能量范围内，随着离子注入能量的增加，辣椒种子的平均出苗时间和生长情况都存在一个极值，相比对照而言，离子注入后的辣椒种子平均出苗时间较长，但生长较快；随着注入剂量的增加，种子的平均出苗时间加长，与对照相比，低剂量时生长较快，高剂量时生长较慢。可见，经过不同注入剂量和离子能量的处理，辣椒的生长情况发生了变异。

表2 不同注入剂量下辣椒叶片大小

图6 2.5×1015N+/mm2条件下辣椒幼苗生长情况

图 7 5.0×1015N+/mm2条件下辣椒幼苗生长情况

[1]王德慧.航天搭载和Li3+离子束注入对辣椒的诱变效应研究[D].哈尔滨：哈尔滨师范大学，2011.

[2]汪宁，许峥，张丰收，等.离子注入线辣椒F2代表型观察及变异分析[J].中国农学通报，2011，27（2）：109-113.

[3]王军，武宝山，张伶，等.茄子、番茄、辣椒种子经N+离子注入后的生物效应[J].种子，2002（5）：9-10，13.

[4]代西梅，黄群策，黄延伟.低能氮离子束注入马齿苋的生物学效应研究[J].中国农学通报，2005（1）：29.

[5]余增亮.离子束生物技术引论[M].合肥：安徽科学技术出版社，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

陕西省教育厅专项科研计划项目（12JK0838），陕西省科学技术研究发展计划项目（2012K08-05）

蔡长龙（1972-），通信作者，博士，教授，主要从事离子束技术及其应用的研究，电话：029-83208207，E-mail：changlongcai@126.com

2012-06-08