离子束辐照甜叶菊种子当代生物学效应研究

苏婷婷^[1]，杨婷婷^[1]， 徐莉莉^[1]，王钰^[1]*，吴跃进^[2]

（1：安徽大学生命科学学院,安徽 合肥 230039；

2：中国科学院离子束生物工程学重点实验室，安徽 合肥230031）

摘要：本实验以N⁺离子束对甜叶菊种子进行注入，研究了不同注入剂量下甜叶菊种子发芽势以及发芽率的变化情况，并分析各处理间差异。经统计分析，不同剂量离子注入，甜叶菊种子发芽势和发芽率在α=0.05水平上差异显著。结果表明：随注入剂量的增大呈先升后降趋势；剂量为400×2.5×10³ N⁺/cm²时，发芽势和发芽率均达最高。

关键词：甜叶菊；离子束处理；发芽势；发芽率

Effect on Biological Effect of Ion Beam Implanted into Sweetening Chrysanthemum (Stevia rebaudianum)

Abstracts: The experiment conducted a variation study of the germinability and the gemination rate of Stevia under different doses of N⁺ ion beam implantation, and analysed the differences between groups. By statistical analysis, different doses had significant effect on the germinability and gemination rate at α=0.05. The results showed that the germinability and gemination rate first increased then decreased with the increase of doses. When the dose was 400×2.5×10³ N ⁺/cm², both the germinability and the gemination rate miximumed.

Key words:Stevia;ion beam;germinability;the rate of germination

甜叶菊（Stevia rebaudiana Bertoni）又名甜菊、甜草，属菊科，甜菊属，多年生、短日照、草本植物。原产于南美巴拉圭东北部与巴西接壤的阿曼拜/百山脉。甜叶菊糖苷是甜叶菊的主要化学成分之一，具有高甜度、低热能、易溶解、耐热和稳定等优点，其甜度约为蔗糖的200-300倍，热量却仅为蔗糖的1/200-1/300，且无毒副作用，是有益于人体健康的安全糖科，可代替糖和糖精等化学合成的甜味剂，被称为“第三糖源”^[1-6]。

自1986年中科院等离子体物理研究所率先用50keV N⁺离子注入水稻干种子进行诱变效应研究，获得可喜结果以来，离子束作为一种新的诱变源已被广泛应用在小麦、玉米、大豆、棉花、甘薯、烟草、果树、蔬菜等多种作物。舒世珍等应用N⁺离子注入技术选育出品质较好的R-A糖苷组分含量高的甜叶菊新品种。丁亮等应用RAPD技术分析N离子注入后甜叶菊幼苗基因组变化，从DNA水平确定

*：通讯作者

低能离子注入对甜叶菊的生物学效应^[7-11]。对于离子注入甜叶菊后对其发芽势和发芽率的影响，有关的研究内容报道甚少。本试验通过离子注入甜菊种子，以发芽势及发芽率测出各处理间差异及变化规律。探讨离子注入甜菊种子的最佳处理条件。为进一步探明离子注入甜叶菊的生物学效应，培育甜叶菊新品种奠定理论基础。

1 材料及方法

1.1 材料

甜叶菊（Stevia rebaudiana Bertoni）种子，由明光市科技局提供。

1.2 试验处理

离子束辐照在中国科学院等离子体物理研究所离子束注入机进行，注入离子类型为氮离子。注入能量为20keV ；实验组分别进行不同剂量离子束处理，剂量分别为100×2.5×10³ N ⁺／cm²、400×2.5×10³ N ⁺／cm²、1000×2.5×10³ N ⁺／cm²。对照组CK放于真空，不进行离子注入。每种剂量处理种子一至两千粒。1.3 试验方法

对于上述实验组和对照组，每组选取籽粒饱满的种子，约五百粒。将种子放于手掌中，轻轻揉搓，去冠毛。蒸馏水中浸泡2h，去除上浮的不实种子。收集饱实种子，用蒸馏水冲洗干净。

辐照后种子表面消毒，每组种子均先经75%酒精处理30s，无菌水冲洗1-2次，再用0.1% HgCl₂溶液浸泡10 min,无菌水反复冲洗4-5次。取已灭菌的培养皿（垫有两层滤纸），用无菌水湿润，每组种子放一百粒于培养皿中，设3个重复。于25℃温室中让其发芽，每天记录发芽种子数直至发芽完全。试验于无菌条件下，在超净工作台上进行。

1.4 测定指标

发芽势(%) = 规定天数内发芽种子粒数/供试种子粒数×100%

发芽率(%) = 正常发芽种子数/供试种子总数×100%

1.5 统计与分析软件

本实验数据均采用SPSS软件分析。

2 结果与分析

2.1 发芽试验统计结果

统计结果见表1和图1。随时间变化，各剂量处理的甜叶菊种子发芽数不断上升，前几天增长速度较快，后来达到稳定。第三天增长趋势最大，在第三天测定甜叶菊种子的发芽势。第八天起发芽数保持稳定，在第八天测定甜叶菊种子的发芽率。

表1：发芽试验统计结果

Tab.1:Statistical results for germination testing

图1：甜叶菊发芽情况统计

Fig.1: Germination of Stevia seeds under different doses of N⁺ ion beam

Implantation

2.2 不同剂量离子束处理对甜叶菊种子发芽势的影响

（1）不同剂量离子束处理后甜菊种子的发芽势

氮离子注入时，400×2.5×10³ N ⁺/cm²>1000×2.5×10³ N ⁺/cm²>100×2.5×10³ N ⁺/cm²>CK，平均发芽势分别为45.33%、35.33%、31.00%、28.67%。说明不同剂量注入对发芽势的影响不同。随剂量升高，由CK到400×2.5×10³ N ⁺/cm²，发芽势上升，剂量达到1000×2.5×10³ N ⁺/cm²时，发芽势下降。剂量为400×2.5×10³ N ⁺/cm²时，发芽势达到最高。见表2和图2。

表2：不同剂量离子束处理下甜叶菊种子的发芽势

Tab.2: Germinability of Stevia seeds under different doses of N⁺ ion beam

Implantation

图2：不同剂量离子注入对甜叶菊种子发芽势的影响

Fig.2:Effect on Stevia germinability under different doses of N⁺ ion beam

implantation

（2）甜叶菊发芽势的统计分析

经SPSS(社会科学统计软件包)处理如下，见表3—6。

表3：发芽势数据统计分析

Tab.3: statistical analysis for germinability

表4：发芽势方差齐性分析

Tab.4: Test of homogeneity of variances for germinability

表5：发芽势方差分析

Tab.5: Analysis of variance for germinability

由方差分析（表5）可知，Sig.＜0.05。各处理剂量间甜叶菊种子的发芽势存在显著差异。但这并不是说在每对处理之间都存在差异。为了弄清究竟在哪些对之间存在显著差异，哪些对之间无显著差异，必须在各处理平均数之间一对一对地做比较，即多重比较。此处采用LSD（最小显著差数）检验。

表6：发芽势多重比较

Post Hoc Tests

对发芽势进行多重比较（表6），结果表明：剂量为400×2.5×10³ N ⁺/cm²的实验组与CK组和剂量为100×2.5×10³ N ⁺/cm²实验组间差异显著；与剂量为1000×2.5×10³ N ⁺/cm²实验组间差异不显著。

2.3不同剂量离子束处理对甜叶菊种子发芽率的影响

（1）不同剂量离子束处理后甜叶菊种子的发芽率

处理剂量以400×2.5×10³ N ⁺/cm²>100×2.5×10³ N ⁺/cm²>CK×2.5×10³ N ⁺/cm²>1000×2.5×10³ N ⁺/cm²。其平均值分别为61.33%、57.33%、56.33%、54.33%。说明不同剂量注入对发芽率的影响不同。随剂量升高，由CK×2.5×10³ N ⁺/cm²到400×2.5×10³ N ⁺/cm²，发芽率上升，剂量达到1000×2.5×10³ N ⁺/cm²时，发芽率下降。剂量为400×2.5×10³ N ⁺/cm²时，发芽率达到最高。见表7和图3。

上述发芽势和发芽率的分析结果还显示。剂量达到1000×2.5×10³ N ⁺/cm²时，离子注入对发芽率的抑制作用强于对发芽势的抑制作用。

表7：不同剂量处理下甜叶菊种子的发芽率

Tab.7:Stevia gemination rate under different doses of N⁺ ion beam

implantation

图3：不同剂量离子注入对甜叶菊种子发芽率的影响

Fig.3:Effect on Stevia gemination rate under different doses of N+ ion beam

Implantation

（2）甜叶菊发芽率的统计分析

经SPSS处理如下，见表8-11。

表8：发芽率数据统计分析

Tab.8: statistical analysis for gemination rate

表9：发芽率方差齐性分析

Tab.9: Test of homogeneity of variances for gemination rate

表10：发芽率方差分析

Tab.10: Analysis of variance for germinability

由方差分析（表10）可知，Sig.＜0.05。各处理剂量间甜叶菊种子的发芽率存在显著差异。如上发芽势，进行多重比较，采用LSD检验，见表11。

表11：发芽率多重比较

对发芽率进行多重比较（表11），结果表明：剂量为400×2.5×10³ N ⁺/cm²的实验组与CK组、剂量为100×2.5×10³ N ⁺/cm²的实验组、剂量为1000×2.5×10³ N ⁺/cm²的实验组间均差异显著。

3 讨论

3.1 N⁺离子束注入对甜叶菊种子发芽能力的影响

（1） 经SPSS统计分析，不同剂量离子注入，发芽势和发芽率在α=0.05水平上差异显著。

   （2） 随注量的增大发芽势和发芽率均呈先升后降趋势；剂量为400×2.5×10³ N⁺／cm²时，发芽势和发芽率均达最高。由此得出剂量400×2.5×10³ N⁺／cm²为最佳处理条件。

（3）甜菊种子经离子注入后，无论是发芽势，还是发芽率均有相同趋势，多数处理发芽能力均高于对照，且一定范围内随剂量增加能促进发芽。但高剂量时，抑制发芽。

3.2.离子束诱变技术的展望
     离子束生物技术作为一门新的交叉学科,虽然还有许多不完善和有待开发的领域, 但已展示了其强大的生命力和广阔的应用前景。通过离子束生物技术已获得了大批生物优良品种,取得了显著的经济效益,随着离子束生物技术的不断发展,离子束生物技术将在更多的生物上得到应用,发展前景将会更加广阔。

3.3 即将开展的工作

离子注入的核心目的是使育种材料产生可选择的变异，从其发芽率的高低并不能简单的看出是否产生有益诱变，最终是要通过对育种材料当代及后代性状的进一步观测才能确定^[6]。本试验只是一个初步探讨，继此试验后，本实验室将开展不同剂量离子束处理后高产、高糖苷新品种的选育，以及从单倍体加倍、多倍体培育等方面选育新品种。

参考文献

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