氮離子束注入時長對冬小麥M₂代生物學性狀的影響

摘要：為了探索氮離子束注入對冬小麥輻照合適的時長，用３０ ｋｅＶ，４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２的Ｎ＋束對冬小麥西城１號分別進行了５ ｍｉｎ和１０ ｍｉｎ的輻照處理，對兩種處理的Ｍ２代以及對照的出苗率、分蘗率、小穗數、穗粒數、千粒重、株高進行了分析。結果表明，５ ｍｉｎ的Ｎ＋輻照處理雖然對西城１號的部分生物學性狀有不利影響，但其能夠降低西城１號Ｍ２代株高，可以考慮將其作為今后冬小麥品種矮化、改良的方法之一。

關鍵詞：冬小麥；氮離子束；時長；生物學效應

中圖分類號：Ｓ５１２．１＋１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）11－2187-03

Effect of Irradiation Time of Nitrogen Ion Beam on Biological Features of M2 Winter Wheat

ＳＨＩ Ｗｅｉ，ＴＡＮＧ Ｘｕｅ－ｓｏｎｇ

（Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１１３０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｏｎ ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ， ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｖａｒｉｅｔｙ Ｘｉｃｈｅｎｇ １ ｗａｓ ｔｒｅａｔｅｄ by ５ ｍｉｎ or １０ ｍｉｎ ｏｆ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ from Ｎ＋ ｂｅａｍｓ ｏｆ ３０ ｋｅＶ， ４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ， ｔｉｌｌｅｒｉｎｇ， ｐａｎｉｃｌｅｓ ｐｅｒ ｐｌａｎｔ， ＦＧＰＰ， ＫＧＷ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｍ２ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｎ＋ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ５ ｍｉｎ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｐｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ， ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｓｏｍｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｗａｒｆ ｂｒｅｅｄｉｎｇ of ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： wｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ； ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｏｎ ｂｅａｍ； ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｉｍｅ； ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ

１９３４年，Ｔｏｌｌｅｒｎｅａｒ利用α射線育成了第一個作物突變品種即煙草Ｃｈｌｏｒｉｎａ Ｆ１，并得到推廣應用。隨著人們對誘變育種機理的不斷認識，到２０世紀６０年代誘變育種在世界范圍內有了較大的發展。據不完全統計［１，２］，目前世界上已有６１個國家在１６４種植物上誘變育成２ ２７７個品種（其中中國６３０個），取得了顯著的經濟效益和社會效益，但傳統的誘變育種方法也存在著諸如誘變損傷嚴重、誘變效率不高等缺點［３］。為了克服這些缺點，育種者進行了新的誘變因素的發掘，氮離子束注入技術就是近年來發展起來的一種誘發突變的新技術。

關于低能氮離子束注入技術在小麥育種中運用的報道較多。王衛東等［４］采用能量為３０ ｋｅＶ的氮離子束不同劑量注入小麥種子，研究氮離子束注入后形態生理變化，結果表明，氮離子束注入后對麥苗生長有明顯的抑制作用；劉志芳等［５］用８ ｍｅＶ／μ的１６Ｏ和１２Ｃ氮離子束分別輻照冬小麥種子，Ｍ１代幼苗苗高顯著下降，且第六葉的主葉脈處均出現葉綠素條狀缺失現象；廖平安等［６］用不同劑量的離子束分別輻照冬小麥種子，發現氮離子束對種子的出苗、分蘗、成穗影響較大。周小云等［７］用不同劑量的低能氮離子束輻照兩個春小麥品種，得出氮離子束注入對兩個春小麥品種的出苗、分蘗、成穗數、穗粒數、千粒重都有一定的作用。本文通過對四川冬小麥品種西城１號用４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２的氮離子束注入進行了５ ｍｉｎ和１０ ｍｉｎ時長處理來探索離子束誘變效果與氮離子束注入時長之間的關系。

１材料與方法

１．１材料

冬小麥品種西城１號（西城１號對冬小麥具有很強的代表性，因此，本試驗以西城１號代表冬小麥）是由四川大學生命科學學院王成俊教授于２００７年９月惠贈，并于當年１０月１０日在核工業西南物理研究院進行了氮離子束注入，然后種在成都農業科技職業學院實訓中心試驗地內。觀察發現通過氮離子束處理過的Ｍ１代的兩種處理之間以及與對照之間在生物學性狀上并無顯著差異，并于２００８年５月１９日將其收獲，得到了Ｍ２代。

１．２方法

１．２．１氮離子束注入氮離子束注入在核工業西南物理研究院進行。將待處理的小麥種子置于靶室，分單層均勻排布在直徑為１０ ｃｍ的培養皿內，胚部向上以便離子束直接輻照種胚。用能量為３０ ｋｅＶ，劑量為４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２的氮離子束對種子進行不同時長的處理，處理時長分別為：０ ｍｉｎ（ＣＫ）、５ ｍｉｎ（低能）、１０ ｍｉｎ（高能）。

１．２．２小區設計將兩種處理的種子（M2代）和對照的種子于２００８年１１月６日播入成都農業科技職業學院實訓中心的試驗地，試驗地面積６６６．７ ｍ２。試驗采用隨機區組設計，共３個處理，３次重復，小區面積６６．７ ｍ２，小區間距３５．０ ｃｍ。

１．２．３田間種植管理及調查統計播種采用開溝條播，行距２０ ｃｍ，穴距１０ ｃｍ，每穴播種７～８粒小麥，按常規種植方法進行田間管理，１１月１５日調查出苗率；從小麥出苗后每４ ｄ記錄1次株高、葉長、葉寬、分蘗情況；５月１４日統計收獲的單株小穗數、穗粒數和千粒重，每個小區調查２０株，取其平均值。

２結果與分析

通過不同時期對Ｍ２代小麥的出苗率、單株分蘗數、千粒重、每穗粒數、單株小穗數、株高等重要的生物學性狀的調查，對調查結果進行了整理和方差分析（新復極差測驗），得到如下結果（表１）。

２．１氮離子束注入對冬小麥出苗率的影響

用氮離子束處理種子后，種子的出苗率受到影響，如表１和圖１。試驗結果表明，隨著氮離子束注入時間的增長，西城１號出苗率先降低后增加，經過５ ｍｉｎ氮離子束處理的冬小麥的出苗率比沒有處理的（ＣＫ）下降了９．５個百分點，比經過１０ ｍｉｎ氮離子束輻照處理的低８．８個百分點，而用氮離子束輻照處理１０ ｍｉｎ的小麥與對照差異并不顯著，此種現象在Ｍ１代中并未表現出來。

２．２氮離子束注入對冬小麥單株分蘗數的影響

有效分蘗決定了冬小麥的單位面積穗數，而單位面積穗數又是經濟產量的構成因素，因此小麥分蘗在某種程度上決定了小麥的產量，試驗中非常有必要研究氮離子束注入對冬小麥分蘗的影響。試驗結果如表１和圖２所示，西城１號接收氮離子束輻射，隨著輻照時間的增長，各處理之間單株分蘗數差異并不明顯。

２．３氮離子束注入對冬小麥千粒重的影響

小麥品種千粒重的遺傳力較高，屬于品種的主要特性之一。此前在Ｍ１代中表現并不明顯，而在Ｍ２代研究中，氮離子束輻照種子后與對照比較，輻照５ ｍｉｎ的處理在千粒重上有明顯變化，如表１和圖３所示，經過１０ ｍｉｎ輻照的處理雖然比對照有略微增加，但并不顯著。說明盡管種子受氮離子束的刻蝕或穿透作用，影響了種子的活力，但種子出苗抽穗后，仍然能正常灌漿成熟，只是短時間的氮離子束輻照會使種子千粒重降低。

２．４氮離子束注入對冬小麥每穗粒數的影響

穗粒數是構成小麥經濟產量性狀的一個非常重要的因素，它的高低直接影響著經濟產量的高低，本試驗也專門研究了氮離子束對小麥小穗數的影響。結果如表１和圖４所示，冬小麥無論是經５ ｍｉｎ、還是１０ ｍｉｎ氮離子束注入后，它們均與對照的差異不大。

２．５氮離子束注入對冬小麥單株小穗數的影響

單株小穗數與穗長和穗粒數有關，試驗也研究了氮離子束對小麥小穗數的影響，結果如表１和圖５所示。經過５ ｍｉｎ氮離子束輻照的處理相比對照有較大變化，經過１０ ｍｉｎ氮離子束輻照的處理與對照相比，雖然單株小穗數有所增加，但并不明顯，說明較短時間的氮離子束注入會使冬小麥Ｍ２代的小穗數降低，但此種情況在Ｍ１代并沒有表現出來。

２．６氮離子束注入對冬小麥株高的影響

株高是小麥抗倒伏的一個非常重要的性狀指標，在小麥品種選育過程中往往要對該性狀進行研究。本試驗中，在氮離子束處理過的西城１號Ｍ１代的株高觀察中，并未發現兩種不同處理有明顯差異，而在Ｍ２代試驗研究中，兩者卻有明顯差異。如表１和圖６所示，其中，經過１０ ｍｉｎ氮離子束輻照的處理與對照無明顯變化，而經過５ ｍｉｎ輻照處理的株高明顯低于對照，說明短時間的氮離子束注入可使冬小麥Ｍ２代株高變矮。

３討論

用同一劑量的低能氮離子束注入冬小麥種子，注入的時間長短對冬小麥多項生物學指標產生一定影響，短時間的低能氮離子束注入對冬小麥既有積極作用，也有不利的影響，積極作用表現在它能夠降低冬小麥株高，為進一步選育矮化小麥品種有幫助，不利方面為它會降低冬小麥的出苗率、千粒重和小穗數。研究認為，短時間的低能氮離子束注入對冬小麥的生物學性狀的負面影響更大，較長時間的低能氮離子束注入對冬小麥的生物學性狀沒有較大影響。這需要進一步對其做生理生化指標和遺傳方面研究來進行解釋。本試驗給我們的啟示是，短時間的氮離子束注入可以使冬小麥的Ｍ２代矮化，我們可以充分利用氮離子束誘導產生的變異對四川冬小麥品種進行品質改良，并以此作為小麥育種的手段之一。

參考文獻：

［１］ 辛慶國，劉錄祥，于元杰，等．離子注入技術及其在小麥育種中的應用［Ｊ］． 麥類作物學報，２００７，２７（２）：３５４－３５７．

［２］ 韓微波，劉錄祥，郭會君，等．小麥誘變育種新技術研究進展［Ｊ］． 麥類作物學報，２００５，２５（６）：１２５－１２９．

［３］ 余增亮．離子束生物技術引論［Ｍ］．合肥：安徽科學技術出版社，１９９６．１７６－１９０．

［４］ 王衛東，王燕，王雪青．離子注入對小麥當代形態生理影響的初步研究［Ｊ］．激光生物學報，２００３（５）：３６０－３６３．

［５］ 劉志芳，邵俊明，唐掌雄．不同能量重離子注入農作物的誘變效應［Ｊ］． 核農學報，２００６（１）：１－５．

［６］ 廖平安，靳文奎，郭春強．離子束注入對小麥生理效應的影響［Ｊ］．安徽農業科學，２００４，３２（３）：４０５－４０６．

［７］ 周小云，計巧靈，劉亞萍，等．氮離子束注入對新疆春小麥Ｍ１代生物學效應的影響［Ｊ］．新疆大學學報，２００５，２２（４）：４６２－４６４．

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文