【氮离子束注入时长对冬小麦M2代生物学性状的影响】小麦施肥氮磷钾比例

　　摘要：为了探索氮离子束注入对冬小麦辐照合适的时长，用３０ ｋｅＶ，４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２的Ｎ＋束对冬小麦西城１号分别进行了５ ｍｉｎ和１０ ｍｉｎ的辐照处理，对两种处理的Ｍ２代以及对照的出苗率、分蘖率、小穗数、穗粒数、千粒重、株高进行了分析。结果表明，５ ｍｉｎ的Ｎ＋辐照处理虽然对西城１号的部分生物学性状有不利影响，但其能够降低西城１号Ｍ２代株高，可以考虑将其作为今后冬小麦品种矮化、改良的方法之一。
　　关键词：冬小麦；氮离子束；时长；生物学效应
　　中图分类号：Ｓ５１２．１＋１文献标识码：Ａ文章编号：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射线育成了第一个作物突变品种即烟草Ｃｈｌｏｒｉｎａ Ｆ１，并得到推广应用。随着人们对诱变育种机理的不断认识，到２０世纪６０年代诱变育种在世界范围内有了较大的发展。据不完全统计［１，２］，目前世界上已有６１个国家在１６４种植物上诱变育成２ ２７７个品种（其中中国６３０个），取得了显著的经济效益和社会效益，但传统的诱变育种方法也存在着诸如诱变损伤严重、诱变效率不高等缺点［３］。为了克服这些缺点，育种者进行了新的诱变因素的发掘，氮离子束注入技术就是近年来发展起来的一种诱发突变的新技术。
　　关于低能氮离子束注入技术在小麦育种中运用的报道较多。王卫东等［４］采用能量为３０ ｋｅＶ的氮离子束不同剂量注入小麦种子，研究氮离子束注入后形态生理变化，结果表明，氮离子束注入后对麦苗生长有明显的抑制作用；刘志芳等［５］用８ ｍｅＶ／μ的１６Ｏ和１２Ｃ氮离子束分别辐照冬小麦种子，Ｍ１代幼苗苗高显著下降，且第六叶的主叶脉处均出现叶绿素条状缺失现象；廖平安等［６］用不同剂量的离子束分别辐照冬小麦种子，发现氮离子束对种子的出苗、分蘖、成穗影响较大。周小云等［７］用不同剂量的低能氮离子束辐照两个春小麦品种，得出氮离子束注入对两个春小麦品种的出苗、分蘖、成穗数、穗粒数、千粒重都有一定的作用。本文通过对四川冬小麦品种西城１号用４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２的氮离子束注入进行了５ ｍｉｎ和１０ ｍｉｎ时长处理来探索离子束诱变效果与氮离子束注入时长之间的关系。
　　１材料与方法
　　１．１材料
　　冬小麦品种西城１号（西城１号对冬小麦具有很强的代表性，因此，本试验以西城１号代表冬小麦）是由四川大学生命科学学院王成俊教授于２００７年９月惠赠，并于当年１０月１０日在核工业西南物理研究院进行了氮离子束注入，然后种在成都农业科技职业学院实训中心试验地内。观察发现通过氮离子束处理过的Ｍ１代的两种处理之间以及与对照之间在生物学性状上并无显著差异，并于２００８年５月１９日将其收获，得到了Ｍ２代。
　　１．２方法
　　１．２．１氮离子束注入氮离子束注入在核工业西南物理研究院进行。将待处理的小麦种子置于靶室，分单层均匀排布在直径为１０ ｃｍ的培养皿内，胚部向上以便离子束直接辐照种胚。用能量为３０ ｋｅＶ，剂量为４×１０１６ Ｎ＋／ｃｍ２的氮离子束对种子进行不同时长的处理，处理时长分别为：０ ｍｉｎ（ＣＫ）、５ ｍｉｎ（低能）、１０ ｍｉｎ（高能）。
　　１．２．２小区设计将两种处理的种子（M2代）和对照的种子于２００８年１１月６日播入成都农业科技职业学院实训中心的试验地，试验地面积６６６．７ ｍ２。试验采用随机区组设计，共３个处理，３次重复，小区面积６６．７ ｍ２，小区间距３５．０ ｃｍ。
　　１．２．３田间种植管理及调查统计播种采用开沟条播，行距２０ ｃｍ，穴距１０ ｃｍ，每穴播种７～８粒小麦，按常规种植方法进行田间管理，１１月１５日调查出苗率；从小麦出苗后每４ ｄ记录1次株高、叶长、叶宽、分蘖情况；５月１４日统计收获的单株小穗数、穗粒数和千粒重，每个小区调查２０株，取其平均值。
　　２结果与分析
　　通过不同时期对Ｍ２代小麦的出苗率、单株分蘖数、千粒重、每穗粒数、单株小穗数、株高等重要的生物学性状的调查，对调查结果进行了整理和方差分析（新复极差测验），得到如下结果（表１）。
　　２．１氮离子束注入对冬小麦出苗率的影响
　　用氮离子束处理种子后，种子的出苗率受到影响，如表１和图１。试验结果表明，随着氮离子束注入时间的增长，西城１号出苗率先降低后增加，经过５ ｍｉｎ氮离子束处理的冬小麦的出苗率比没有处理的（ＣＫ）下降了９．５个百分点，比经过１０ ｍｉｎ氮离子束辐照处理的低８．８个百分点，而用氮离子束辐照处理１０ ｍｉｎ的小麦与对照差异并不显著，此种现象在Ｍ１代中并未表现出来。
　　２．２氮离子束注入对冬小麦单株分蘖数的影响
　　有效分蘖决定了冬小麦的单位面积穗数，而单位面积穗数又是经济产量的构成因素，因此小麦分蘖在某种程度上决定了小麦的产量，试验中非常有必要研究氮离子束注入对冬小麦分蘖的影响。试验结果如表１和图２所示，西城１号接收氮离子束辐射，随着辐照时间的增长，各处理之间单株分蘖数差异并不明显。
　　２．３氮离子束注入对冬小麦千粒重的影响
　　小麦品种千粒重的遗传力较高，属于品种的主要特性之一。此前在Ｍ１代中表现并不明显，而在Ｍ２代研究中，氮离子束辐照种子后与对照比较，辐照５ ｍｉｎ的处理在千粒重上有明显变化，如表１和图３所示，经过１０ ｍｉｎ辐照的处理虽然比对照有略微增加，但并不显著。说明尽管种子受氮离子束的刻蚀或穿透作用，影响了种子的活力，但种子出苗抽穗后，仍然能正常灌浆成熟，只是短时间的氮离子束辐照会使种子千粒重降低。
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　　穗粒数是构成小麦经济产量性状的一个非常重要的因素，它的高低直接影响着经济产量的高低，本试验也专门研究了氮离子束对小麦小穗数的影响。结果如表１和图４所示，冬小麦无论是经５ ｍｉｎ、还是１０ ｍｉｎ氮离子束注入后，它们均与对照的差异不大。
　　２．５氮离子束注入对冬小麦单株小穗数的影响
　　单株小穗数与穗长和穗粒数有关，试验也研究了氮离子束对小麦小穗数的影响，结果如表１和图５所示。经过５ ｍｉｎ氮离子束辐照的处理相比对照有较大变化，经过１０ ｍｉｎ氮离子束辐照的处理与对照相比，虽然单株小穗数有所增加，但并不明显，说明较短时间的氮离子束注入会使冬小麦Ｍ２代的小穗数降低，但此种情况在Ｍ１代并没有表现出来。
　　２．６氮离子束注入对冬小麦株高的影响
　　株高是小麦抗倒伏的一个非常重要的性状指标，在小麦品种选育过程中往往要对该性状进行研究。本试验中，在氮离子束处理过的西城１号Ｍ１代的株高观察中，并未发现两种不同处理有明显差异，而在Ｍ２代试验研究中，两者却有明显差异。如表１和图６所示，其中，经过１０ ｍｉｎ氮离子束辐照的处理与对照无明显变化，而经过５ ｍｉｎ辐照处理的株高明显低于对照，说明短时间的氮离子束注入可使冬小麦Ｍ２代株高变矮。
　　３讨论
　　用同一剂量的低能氮离子束注入冬小麦种子，注入的时间长短对冬小麦多项生物学指标产生一定影响，短时间的低能氮离子束注入对冬小麦既有积极作用，也有不利的影响，积极作用表现在它能够降低冬小麦株高，为进一步选育矮化小麦品种有帮助，不利方面为它会降低冬小麦的出苗率、千粒重和小穗数。研究认为，短时间的低能氮离子束注入对冬小麦的生物学性状的负面影响更大，较长时间的低能氮离子束注入对冬小麦的生物学性状没有较大影响。这需要进一步对其做生理生化指标和遗传方面研究来进行解释。本试验给我们的启示是，短时间的氮离子束注入可以使冬小麦的Ｍ２代矮化，我们可以充分利用氮离子束诱导产生的变异对四川冬小麦品种进行品质改良，并以此作为小麦育种的手段之一。
　　参考文献：
　　［１］ 辛庆国，刘录祥，于元杰，等．离子注入技术及其在小麦育种中的应用［Ｊ］． 麦类作物学报，２００７，２７（２）：３５４－３５７．
　　［２］ 韩微波，刘录祥，郭会君，等．小麦诱变育种新技术研究进展［Ｊ］． 麦类作物学报，２００５，２５（６）：１２５－１２９．
　　［３］ 余增亮．离子束生物技术引论［Ｍ］．合肥：安徽科学技术出版社，１９９６．１７６－１９０．
　　［４］ 王卫东，王燕，王雪青．离子注入对小麦当代形态生理影响的初步研究［Ｊ］．激光生物学报，２００３（５）：３６０－３６３．
　　［５］ 刘志芳，邵俊明，唐掌雄．不同能量重离子注入农作物的诱变效应［Ｊ］． 核农学报，２００６（１）：１－５．
　　［６］ 廖平安，靳文奎，郭春强．离子束注入对小麦生理效应的影响［Ｊ］．安徽农业科学，２００４，３２（３）：４０５－４０６．
　　［７］ 周小云，计巧灵，刘亚萍，等．氮离子束注入对新疆春小麦Ｍ１代生物学效应的影响［Ｊ］．新疆大学学报，２００５，２２（４）：４６２－４６４．
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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