氮离子注入对黄瓜当代生物学效应的影响

崔兴华　刘楠等

摘要：试验研究了氮离子注入黄瓜种子后引起的当代诱变效应。结果表明，氮离子注入剂量在０．０５×１０１４～１０００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２范围内对黄瓜的种子发芽率、出苗率、第一雌花节位和黄瓜子产量等影响不大；成苗率则随着注入剂量的增大而减少；各个处理对株高的日增长量均有不同程度的影响，以５×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２处理的株高日平均增长高度最大。在试验处理范围内，氮离子处理区间在植株和商品瓜形态上表现出了广泛的变异，以３００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２处理的变异率最高，其子叶畸形率、植株形态变化率和商品瓜变异率分别达到了１６．０％、４．３％和５．２％。

关键词：黄瓜；氮离子注入；诱变；当代；生物学效应；表型观察

中图分类号：Ｓ６４２．２；Ｑ９４７．９；Ｓ１２４＋．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）24－5665-04

黄瓜（ＣｕｃｕｍｉｓｓａｔｉｖｕｓＬ．）原产于温暖湿润的喜马拉雅山南麓，属葫芦科（Ｃｕｃｕｒｂｉｔａｃｅａｅ）甜瓜属（ＣｕｃｕｍｉｓＬ．）蔬菜作物。黄瓜一年内可以多茬栽培，市场供应时间长，经济价值高，是中国保护地种植面积最大的蔬菜种类之一。近２０年来，我国的黄瓜育种工作虽取得了突破性进展，育成了大批优质、高产、抗病、适合多种栽培模式的黄瓜新品种，但由于育种材料不同生态型之间的亲缘关系较近，遗传基础相对狭窄，使育种工作再往前走很难再取得突破性的进展［１，２］。目前已有采用甲基磺酸乙酯（Ｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ，ＥＭＳ）［３］等化学诱变方法和６０Ｃｏγ射线等辐射诱变方法［４］进行诱变处理黄瓜育种材料的报道，但有关利用离子注入法对黄瓜材料进行诱变处理的研究鲜见报道。自１９８６年中国科学院等离子体物理研究所余增亮等［５］率先开展重离子注入水稻诱变育种研究以来，离子束生物技术在植物［６－１５］、微生物［１６－２２］诱变育种方面的研究已经取得了应用性成果，并且在相当多的作物种类应用方面带来了比较好的经济效益［９－１４］。离子注入法进行诱变与其他诱变方法相比较最大的特点就是对材料造成的损伤小、不破坏遗传平衡、能够获得较多的有益突变体［６，２３－２５］。因此，试验以黄瓜为研究对象，通过不同剂量的氮离子注入处理，对其诱变效果进行分析，以期为今后的蔬菜育种工作奠定基础。

１ 材料与方法

１．１ 材料

供试材料为天津科润农业科技股份有限公司黄瓜研究所自有育种材料，编号为Ｅ７－１，属于华北型黄瓜，是一个用未受精子房培养获得的加倍单倍体。

１．２ 方法

１．２．１ 氮离子注入 氮离子注入处理在中国科学院半导体研究所完成。挑选干燥、饱满的供试黄瓜种子，去除部分种皮后放入真空靶室内，将胚芽部分朝向离子束发出方向放置。氮离子能量为３０kｅＶ；选择不同注入剂量作为各个处理，分别是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。以不做氮离子注入的黄瓜种子为对照，共有１２个试验处理。

１．２．２ 发芽率 分别取12个试验处理的黄瓜种子各１００粒，浸泡后放入２８℃培养箱中催芽，重复３次。分别于２ｄ后和５ｄ后统计发芽率。

１．２．３ 生长期植株主要性状 ２０１１年３月，将不同注入剂量处理的黄瓜种子和对照种子在天津科润农业科技股份有限公司黄瓜研究所温室中进行播种、育苗。３０ｄ后定植至大棚中，定植时各个处理种植区随机分布，每处理３次重复，每重复种植２行，每行１００株左右，株距２５ｃｍ。定植前调查各处理的出苗率、成苗率和子叶形态，定植后每个剂量处理中的每个重复随机抽取２０株，调查其第一雌花节位、株高、叶片形态和色泽、生长点数量等性状。

１．２．４ 商品瓜性状 在黄瓜成熟阶段调查所有植株结瓜的商品性状，统计每个剂量处理的商品瓜性状改变情况，计算变异率。

１．２．５ 黄瓜子产量 在黄瓜开花后进行单株自交，从每个剂量处理的每个重复中随机挑选２０株，统计单株坐瓜数、单株结子量和单瓜结子量。

２ 结果与分析

２．１ 氮离子注入对黄瓜种子发芽率的影响

２．２ 氮离子注入对黄瓜植株生长性状的影响

２．３ 氮离子注入对黄瓜植株生长势的影响

２．４ 氮离子注入对黄瓜商品瓜性状的影响

２．５ 氮离子注入对黄瓜子产量的影响

３ 讨论

虽然说低能离子注入植物种子后是直接作用于植物的ＤＮＡ上，与其他诱变方式相比，对植株造成的损伤相对较小，且大部分能够被修复，使其产生更多的正向突变，但是这种情况是在一定的剂量范围内而言的。本试验中，当氮离子注入剂量达到１０００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２时，出苗时虽然子叶的变异程度最突出，但是出苗２０ｄ内就全部死亡，这充分说明处理剂量过大也会给植株带来不可修复的形态结构伤害，最终导致植株死亡。

而从传统经验来讲，一般多以处理后使植株存活一半的低能离子注入剂量（半致死剂量）作为诱变敏感性指标［１１］，试验经过数据分析和田间调查，得出在剂量为３００×１０１４Ｎ＋／ｃｍ２时对黄瓜种子诱变的效果最佳，此剂量下的植株存活率（成苗率）为６８．５％，远远大于半致死剂量的植株存活率。但植物诱变效果除受本身的遗传特性制约外，还受到外界环境的影响，因此试验得出的结论还需要进一步验证，要通过多次试验比较后确定最佳的氮离子诱变剂量，进而进行定向诱变，从而选育出新的品种，以获得更大的经济效益。

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