利用等離子體注入棗樹接穗的誘變技術(shù)初探

郝學(xué)金，王麗娜，閆六英，陳紅玉

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西 太原 030006；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生院，山西 太谷 030801；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，山西 太原 030031）

等離子體注入是近年來興起的生物誘變新方法、新技術(shù)，該方法可以引起植物、動物、微生物基因突變或改性，被用于種質(zhì)資源創(chuàng)新、作物育種及微生物菌種改良，可處理植物種子、花粉、營養(yǎng)器官及微生物菌種等多種生物材料[1-3]。國內(nèi)目前主要是將其應(yīng)用于蔬菜和糧食作物方面，以提高作物品種在產(chǎn)量、抗逆性等方面的性狀，縮短作物改良時間，減少育種的工作量。主要設(shè)備是離子注入機，在較高的真空條件下，由高壓加速的氣體離子轟擊目標(biāo)材料，使之產(chǎn)生突變，極大地增加了生物基因的突變幾率，直接或間接地用于育種工作，從而選育新品種、新材料[4]。然而，該技術(shù)在果樹育種、無性繁殖領(lǐng)域尚未見到成功的誘變報道。

本試驗通過對棗樹接穗的等離子體注入，以探索果樹無性繁殖誘變育種的新途徑。

1 材料和方法

1.1 供試材料

棗樹接穗（山西省農(nóng)科院園藝研究所提供）主要品種是駿棗、壺瓶棗、梨棗、小龍棗和葫蘆棗（當(dāng)年3月中旬采集）。創(chuàng)面密封石蠟，幅寬1.5 cm的防水耐高溫膠紙，幅寬1.5 cm的普通洋皮紙，供試設(shè)備為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心的真空等離子體注入機（由俄羅斯科學(xué)院強度物理材料科學(xué)研究所生產(chǎn)）。供試氣體是高純氮、高純氬（99.9999 %）。試驗基地選擇在榆次市河口村鳳麒山莊棗園和山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所棗園。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗接穗 供試接穗當(dāng)年3月中旬采集，創(chuàng)面蠟封、冰柜冷藏，4月下旬進行等離子體注入處理，5月上旬嫁接[5-7]。前處理：將供試枝條剪切成5～7 cm長、只取一個腋芽的Y字形接穗，然后采取3種方法進行處理。

（1）將剪好的接穗用雙層防水耐高溫膠紙嚴(yán)密纏裹，只露被輻照的芽體部分。（2）將剪好的接穗用石蠟把剪切創(chuàng)面封閉，并用雙層洋皮紙包裹，只露芽體。（3）將剪好的接穗不進行任何處理，只用石蠟封閉創(chuàng)面。

樣品處理過程如圖1所示。

1.2.2 處理劑量 將準(zhǔn)備好的接穗放入樣品盤相對固定，被照芽體朝上，送入等離子體注入機處理。注入氣體是氮氣和氬氣[8]，注入劑量分別為2×1016/cm2，4×1016/cm2，6×1016/cm2，8×1016/cm2，注入速率分別為5 mA×28 kV，10mA×28 kV，15 mA×28 kV，靶室真空度為4×10-4MPa。每處理24個重復(fù)。

樣品處理完畢后，將纏裹物去除，用濕毛巾包裹于冰柜冷藏，用常規(guī)方法嫁接，一周內(nèi)嫁接完畢，用紅漆作好標(biāo)記以備調(diào)查。

1.2.3 調(diào)查內(nèi)容及方法 每年主要調(diào)查2次，第1次在6月上旬，主要調(diào)查成活率，對所處理的樣品全部登記，分別統(tǒng)計不同前處理、不同氣體、不同注入劑量和不同注入速率的成活率情況。第2次調(diào)查一般在8月中下旬，主要調(diào)查不同處理成活后的生長速度、坐果率和變異情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣品前處理對駿棗接穗成活率的影響

試驗結(jié)果表明，在3種不同的前處理條件下，只有用防水耐高溫膠紙密封的被處理樣品有等離子體注入誘變意義，其余2種方法經(jīng)注入處理后幾乎沒有嫁接成活率（表1）。

表1 不同前處理對等離子體注入駿棗接穗成活率的影響（10mA×28 kV） %

2.2 不同注入氣體對不同棗樹接穗成活率影響

在注入環(huán)境、注入劑量、注入速率相同的條件下，用不同氣體分別對不同的棗樹接穗進行注入處理發(fā)現(xiàn)，用相同氣體注入不同棗樹品種，其嫁接成活率存在一定的差異，在被處理的5個品種中，不論用氮離子還是氬離子處理，駿棗的嫁接成活率都是最高的；壺瓶棗的次之，略高于其余3個品種；而其余3個品種之間嫁接成活率差異都在5百分點之內(nèi)。由此看來，注入氣體的種類和注入劑量是影響嫁接成活率的主要因素。分別用氬氣和氮氣注入同一品種，氬氣注入的成活率比氮氣注入的普遍高5～10百分點（表2）。

表2 不同注入氣體對棗樹接穗成活率的影響（10mA×28 kV） %

2.3 相同注入劑量、不同注入速率對棗樹接穗成活率的影響

試驗表明，同樣的氣體、相同的注入劑量，用不同的注入速率處理的接穗，其嫁接成活率是有差別的，注入速率越慢，成活率越高，分析認為，注入速率過高會導(dǎo)致靶室溫度升高過快、過猛，樣品失水嚴(yán)重而使樣品的嫁接成活率降低，詳細情況如表3所示。

表3 不同注入速率對棗樹接穗成活率的影響 %

2.4 注入劑量對樣品變異的影響

在處理嫁接后第3年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，被注入樣品出現(xiàn)多種變異現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在果形、生育期提前或推后等方面。這些變異多出現(xiàn)在6×1016/cm2～8×1016/cm2范圍內(nèi)，氮、氬離子處理的結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，只要采用適當(dāng)?shù)臉悠非疤幚矸椒ǎ瑮棙浣铀胧强梢杂玫入x子體注入進行誘變的，樣品處理后的嫁接成活率和誘變幾率與品種之間沒有明顯關(guān)系，而與處理劑量、所用氣體、注入氣體速率有直接的關(guān)系，綜合田間調(diào)查的成活率，生長情況和變異情況可以確定。對于棗樹接穗而言，利用氮、氬離子注入的最適合劑量為6×1016/cm2～8×1016/cm2，最適合注入速率為10mA×28 kV。

分析認為，果樹枝條和塊莖等含水量較大的活體樣品屢經(jīng)等離子體注入不能成活，其主要原因是因為靶室真空度較高，處理過程中瞬時溫度可超過130℃，在此環(huán)境下樣品水分蒸發(fā)損失太快，因而失水窒息而死[9-10]。只要針對樣品進行相應(yīng)的保水降溫處理，就有可能達到預(yù)期目的。這已在最近對葡萄、蘋果、梨接穗的試驗中得到證實。

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