蘇婷婷 楊婷婷 紀國宏 項興佳 陳學濤 王 鈺 吳躍進
1(安徽大學生命科學學院 合肥 230039)
2(中國科學院合肥物質科學研究院離子束生物工程學重點實驗室 合肥 230031)
甜葉菊(Stevia Rebaudiana Bertoni)又名甜菊、甜草,菊科甜菊屬,系多年生、短日照、草本植物。原產(chǎn)于南美巴拉圭東北部與巴西接壤的阿曼拜/百山脈。甜葉菊糖苷具有高甜度、低熱能、易溶解、耐熱和穩(wěn)定等優(yōu)點,其甜度為蔗糖的200–300倍,熱量卻僅為蔗糖的1/200–1/300,且無毒副作用,是有益于人體健康的安全糖科,可代替糖和糖精等化學合成的甜味劑,被稱為“第三糖源”[1–6]。
離子束誘變已廣泛應用于小麥、玉米、大豆、棉花、甘薯、煙草、果樹、蔬菜等多種作物的新品種選育。丁亮等用 RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA), 隨機擴增的多態(tài)性 DNA)技術分析 N離子注入后甜葉菊幼苗基因組變化,從DNA水平確定低能離子注入對甜葉菊的生物學效應[7–11]。舒世珍等[11]用N+離子注入提高甜葉菊當代的R-A糖苷組分含量。
為進一步研究離子束輻照甜葉菊種子的當代效應,本實驗通過離子注入甜菊種子,分析其當代發(fā)芽勢及發(fā)芽率變化以及不同劑量間差異及變化規(guī)律。探討離子注入甜菊種子的最佳處理條件。為進一步探明離子注入甜葉菊的生物學效應,培育甜葉菊新品種奠定理論基礎。
甜葉菊種子,由明光市科技局提供。離子束輻照在中國科學院等離子體物理研究所離子束注入機進行,注入離子為 20 keV氮離子,注量分別為100×2500、400×2500、1000×2500 N+/cm2。對照組CK置于靶室內(nèi),但未離子注入。每組種子2000粒左右。
對于實驗組和對照組各選取籽粒飽滿的種子,約500粒。將種子輕輕揉搓,去冠毛。蒸餾水中浸泡2 h,去除上浮的不實種子。收集飽實種子,用蒸餾水沖洗干凈。
種子發(fā)芽條件:輻照后種子表面消毒,每組種子均先經(jīng)75%酒精處理30 s,無菌水沖洗1–2次,再用0.1% HgCl2溶液浸泡10 min,無菌水反復沖洗4–5次。取已滅菌的培養(yǎng)皿(墊有兩層濾紙),用無菌水濕潤,每組種子放100粒于培養(yǎng)皿中,設3個重復。于25℃溫室中讓其發(fā)芽,每天記錄發(fā)芽種子數(shù)直至發(fā)芽完全。試驗于無菌條件下,在超凈工作臺上進行。
發(fā)芽勢以統(tǒng)計第3天發(fā)芽種子情況計算,發(fā)芽勢=(規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%。發(fā)芽率以統(tǒng)計第8天發(fā)芽種子情況計算,發(fā)芽率=(正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。本實驗數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件分析。
統(tǒng)計結果列于表 1。隨時間變化,各劑量處理的甜葉菊種子發(fā)芽數(shù)不斷上升,前幾天增長速度較快,后來達到穩(wěn)定。第3天增長趨勢最大,在第3天測定甜葉菊種子的發(fā)芽勢。第8天起發(fā)芽數(shù)保持穩(wěn)定,在第8天測定甜葉菊種子的發(fā)芽率。
表1 發(fā)芽試驗統(tǒng)計結果(發(fā)芽平均數(shù))Table 1 Statistical results for germination testing (mean germination number).
2.2.1 不同注量離子束處理后甜菊種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率(表2)
由表 2,發(fā)芽勢基本隨氮離子注量上升,但其影響為400×2500 /cm2>1000×2500 /cm2>100×2200/cm2>CK;而氮離子注量對發(fā)芽率的影響為400×2500 /cm2> 100×2500 /cm2> CK > 2500 /cm2>1000×2500 /cm2。
表2 不同劑量離子束處理下甜葉菊種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率Table 2 Germinability and germination rate of Stevia seeds implanted with different doses of N+ ions.
表2結果表明, 1000×2500 /cm2的氮離子注入對發(fā)芽率的抑制作用強于對發(fā)芽勢的抑制作用。
2.2.2 甜葉菊發(fā)芽勢、發(fā)芽率差異顯著性分析
經(jīng)SPSS(社會科學統(tǒng)計軟件包)處理,采用方差分析以及 LSD(最小顯著差數(shù))檢驗,所得結果以柱形圖上字母表示,不同的字母表示在P<0.05水平上有顯著性差異。
(1) 不同注量離子束處理對甜葉菊種子的發(fā)芽勢影響(圖1)。
對發(fā)芽勢的多重比較結果表明,注量為400×2500 N+/cm2的實驗組與 CK 組和注量為100×2500 N+/cm2實驗組間差異顯著;與注量為1000×25 N+/cm2實驗組間差異不顯著。
(2) 不同劑量離子束處理對甜葉菊種子的發(fā)芽率影響(圖2)。
對發(fā)芽率的多重比較表明,注量為400×2500 N+/cm2的實驗組與其余三組間均有差異顯著。
圖1 不同注量離子束對甜葉菊種子發(fā)芽勢的影響Fig.1 Germinability of Stevia seeds under different doses of N+ ion beam implantation.
圖2 不同劑量離子束對甜葉菊種子發(fā)芽率的影響Fig.2 Stevia germination rate under different doses of N+ ion beam implantation.
(1) N+離子束注入對甜葉菊種子發(fā)芽能力的影響。結果表明,離子束輻照甜葉菊干種子可影響當代的發(fā)芽勢和發(fā)芽率,隨注量增大,發(fā)芽勢和發(fā)芽率均呈先升后降趨勢;這種變化可能與離子束對甜葉菊種子表面的濺射刻蝕作用有關,在離子刻蝕作用下種子表面的通透性改變,萌發(fā)過程中吸水透氣性變強,提高了種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率,隨著注量增加,這種過程加劇,離子束的種子的損傷作用增加,造成了種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率下降。所以可進一步優(yōu)化注量,篩選到更加適合的處理注量。
(2) 甜葉菊生產(chǎn)顯示,甜葉菊種子發(fā)芽率低下,整齊度差,是生產(chǎn)一個急待解決的問題。利用低能離子束注入可使當代種子出苗整齊一致,促進早生快發(fā),有利于打下高產(chǎn)基礎。本實驗中 20 keV、400×2500 N+/cm2離子束輻照對提高發(fā)芽率、發(fā)芽勢有較好的效應,但需要進一步優(yōu)化輻照條件,特別是不同品種的適宜輻照條件。
(3) 舒世珍等[11]的研究表明,離子束輻照提高了當代甜葉菊R-A糖苷組分含量,這種變化與輻照提高發(fā)芽勢和發(fā)芽率之間是否有關,尚待深入研究;另外離子束注入具有較高的誘變效應,所以對輻照群體進行續(xù)代分析,篩選有益突變體也是甜葉菊品種改良的重要途徑。
1 馬磊, 石巖.中國糖科, 2009, 1: 68–70 MA Lei, SHI Yan.Sugar Crops of China, 2009, 1: 68–70
2 趙秀玲.中國調(diào)味品, 2009, 34(5): 110–113 ZHAO Xiuling.China Condiment, 2009, 34(5): 110–113
3 董振紅, 王貴民, 王彥超.中國糖科, 2008, 2: 28–29 DONG Zhenhong, WANG Guimin, WANG Yanchao.Sugar Crops of China, 2008, 2: 28–29
4 宋耀遠.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè), 2007, 10: 10–11 SONG Yaoyuan.Modernizing Agriculture, 2007, 10:10–11
5 Tanaka S, A rai T, Tanaka K.Entomolgical Science, 1999,(2): 173–182
6 劉瑞峰, 張志飛, 劉衛(wèi)東.中南林業(yè)科技大學學報,2008, 28(5): 81–83 LIU Ruifeng, ZHANG Zhifei, LIU Weidong.Journal of Central South Forestry University, 2008, 28(5): 81–83
7 余增亮.中國科學院院刊, 2005, 20(6): 520–523 YU Zenliang.Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2005, 20(6): 520–523
8 宋道軍, 余增亮.中國科學基金, 2001, (02): 102–105 SONG Daojun, YU Zenliang.Science Foundation in China, 2001, (02): 102–105
9 袁成凌, 余增亮.中國生物工程雜志, 2003, (04): 57–61 YUAN Chenglin, YU Zenliang.China Biotechnology,2003, (04): 57–61
10 王鳴剛, 羅茂春, 張向紅.武漢植物學研究, 2001, 19(2):143–148 WANG Minggang, LUO Maochun, ZHANG Xianghong.Journal of Wuhan Botanical Research, 2001, 19(2):143–148
11 舒世珍, 朱風纓, 陸挺, 等.安徽農(nóng)業(yè)大學學報, 1994,21(3): 299–302 SHU Shizhen, ZHU Fengying, LU Ting, et al.Journal of Anhui Agricultural University, 1994, 21(3): 299–302