离子注入对红小豆农艺性状及产量的影响

李海金，刘化涛，晋凡生，常建忠，刘恩科

（山西农业大学山西有机旱作农业研究院，山西太原030031）

红小豆（Vigna umbellate）在我国栽培历史悠久，是我国北方主要的杂粮作物之一[1-2]。红小豆生育期短，耐瘠、耐阴、适应性强，在各种类型的土壤上都能种植，甚至在轻盐碱地土壤也能生长，并有固氮养地能力，是其他作物的好前茬，在农业种植结构调整和优质、高产、高效农业发展中具有重要作用。山西是全国红小豆种植面积较大的省份之一[3-4]，旱地红小豆品种繁杂，效益不稳定，本试验拟通过离子注入诱变技术，加快旱地红小豆新品种的选育，不断优化红小豆品种以达到农业生产中稳产、高产的目的。

国内农业科研人员对红小豆品种的选育、施肥量、施肥方式、栽培方式、除草剂的使用等进行了大量的研究[5-11]。关于离子注入对红小豆产量因素的影响研究很少，离子注入处理种子技术是一项农业物理新技术，它具有一定的重复性和方向性的特点[12]。离子注入已被广泛应用于作物品种的选育与改良[13-14]，红小豆播种前用离子注入机对种子进行处理，目的是改变植株农艺性状，提高产量或增强抗逆性[15]，离子注入的机理就是模拟太空育种的方法，在高真空条件下，通过离子源发射高能离子作用于种子，使生物体发生基因重组或基因突变，选育出优良的品种。

本试验对红小豆种子离子注入处理的生物效应进行了科学的分析，对红小豆离子注入诱变育种具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2018年在山西省农业科学院旱地农业研究中心阳曲县凌井店乡河村试验基地进行。该基地位于北纬 38°03′80″、东经 112°88′35″，海拔1 270 m，处于晋中盆地与忻州盆地之间，年平均气温6～7℃，年降雨量为441.2 mm，无霜期为120 d左右。土壤为褐土性土，0～20 cm土壤有机质14.35 g/kg，全氮 0.95 g/kg，碱解氮 40.3 mg/kg，速效磷 6.35 mg/kg，速效钾 105.12 mg/kg，pH 值 8.25。

1.2 试验材料

供试红小豆品种为晋红小豆5号，由山西省农业科学院作物科学研究所提供。

1.3 试验设计

试验地按照每公顷尿素600 kg、磷肥375 kg、钾肥150 kg进行施肥。试验设3次重复，随机排列种植。播种前用山西省农业科学院旱地农业研究中心的俄罗斯离子注入机处理红小豆种子。处理剂量分别为 2×1016、4×1016、6×1016个 /cm2氮离子，以空白处理为对照（CK）。试验小区面积3.5m×5.0m，行距50 cm、株距20 cm，每公顷留苗100 050株。2018年5月19日人工点播，8月20日收获。

1.4 测定项目及方法

收获前测量株高，收获后进行考种，测定红小豆单株荚数、百粒质量、小区产量。

1.5 数据统计分析

相关数据用Microsoft Excel 2003整理，用SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 离子注入对红小豆单荚荚数的影响

收获前各处理取10株样本测定单株豆荚的平均数，处理1为26.10个，处理2为25.40个，处理3为26.50个，对照为25.07个。由图1可知，处理3与CK间差异达显著水平（P＜0.05），比对照增加5.7%，处理1、3都比对照有所增加，说明离子注入不同的剂量对红小豆的单株荚数有一定的影响。

2.2 离子注入对红小豆百粒质量的影响

由图2可以看出，处理1的百粒质量与CK间差异达显著水平（P＜0.05），比对照增加17.2%。处理2、处理3表现不明显，说明随着离子注入剂量增大百粒质量有所降低。

2.3 离子注入对红小豆株高的影响

从图3可以看出，处理1的株高比对照增加11.4%，处理3比对照增加11.1%，且处理1和处理3与对照间差异达显著水平；处理2株高与对照差异不大。说明离子注入对作物的株高有一定的影响，不同的剂量表现有所不同。

2.4 离子注入对红小豆产量的影响

从图4可以看出，处理1的小区产量最高，为3.0 kg，比对照增产42.8%；处理2为2.7 kg，比对照增产28.6%；处理3为2.8 kg，比对照增产33.3%。离子注入处理红小豆，增产效应均达显著水平，低剂量处理红小豆种子产量效果最显著，剂量增大产量有所降低。

2.5 产量与红小豆农艺性状的相关分析

由表1可知，主要农艺性状之间都呈正相关，方向是一致的。产量与单株荚数相关系数为0.96，达极显著水平；产量与百粒质量、株高呈正相关，虽相关性未达显著水平，但相关系数比较大。所以筛选优良红小豆品种应该把单株荚数作为首要性状进行选择。

表1 红小豆产量与主要农艺性状之间的相关分析

3 结论与讨论

作物种子是制约现代农业发展的主要因素之一，其质量好坏直接影响植株的产量、产品的品质。研究种质资源创新是育种工作的重中之重，常规育种技术特点是基因重组，工作量大，时间比较长，且有些植物性状使用常规育种方法很难改变。作物自发突变频率非常低，离子注入红小豆种子，能提高变异频率，加速育种进程，能够改变影响产量因素的农艺性状。本试验应用离子注入处理红小豆种子，对单株荚数、百粒质量、株高、产量都产生了影响。处理1（剂量2×1016个/cm2氮离子）的产量、株高、百粒质量与CK间差异达显著水平（P＜0.05），但单株荚数与CK间差异未达显著水平。处理2（剂量4×1016个/cm2氮离子）的表现一般，其株高、单株荚数、百粒质量与CK间差异未达显著水平。处理3（剂量6×1016个/cm2氮离子）的单株荚数、株高、产量与CK间差异达显著水平（P＜0.05），但百粒质量差异未达显著水平。依据相关系数综合分析，处理剂量2×1016个/cm2氮离子对创制新种质资源有积极的作用，在红小豆诱变育种中具有应用价值。

农作物某一性状对产量影响的主导地位不是一成不变的，地区不同、土壤肥力不同以及品种间的差异都可能导致影响产量的主导因子发生变化[16-17]。申慧芳等[18]对红小豆主要农艺性状的灰色关联与相关性分析结果表明，分枝数、二级分枝数、单株产量、主茎节数、百粒质量和单株荚数具有较大的变异系数。刘兴叶等[19]对绿豆性状研究表明，各性状与产量的相关性大小为荚粒数＞荚长＞株高＞主茎节数＞百粒质量＞单株荚数＞主茎分枝数。本试验结果表明，各性状与产量的相关性大小为单株荚数＞株高＞百粒质量。红小豆不同农艺性状的表现是由品种基因所决定的，离子注入技术能够改变它的株高、百粒质量和单株荚数等农艺性状，对这些性状进行选择，能够获得优良突变体。

离子注入机处理种子是在离子源的作用下剥离气体原子核外围的电子使其成为带正电的离子，经过高压加速将离子注入作物种子胚和生长点，能够激活种子潜在的酶的活性[20]，改变植株的农艺性状，诱导作物发生遗传变异，创制新的种质资源，离子注入技术快捷方便，可以显著提高育种效率。前人对离子注入影响植株性状变异的机制做过很多研究[21-24]，不同作物有所差异，同一作物不同品种表现也不一样。为达预期效果，应根据田间试验的表现，考虑各性状之间的相互影响，确定适宜的离子注入剂量，选出适合离子注入诱变的作物品种进行诱变育种。本试验结果表明，离子注入剂量2×1016个/cm2氮离子适宜红小豆诱变处理，但也仅是一年试验结果，还需长期积累研究。