离子束辐照甜叶菊种子的当代生物学效应

苏婷婷 杨婷婷 纪国宏 项兴佳 陈学涛 王 钰 吴跃进

1（安徽大学生命科学学院 合肥 230039）

2（中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程学重点实验室 合肥 230031）

甜叶菊(Stevia Rebaudiana Bertoni)又名甜菊、甜草，菊科甜菊属，系多年生、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。甜叶菊糖苷具有高甜度、低热能、易溶解、耐热和稳定等优点，其甜度为蔗糖的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]。

离子束诱变已广泛应用于小麦、玉米、大豆、棉花、甘薯、烟草、果树、蔬菜等多种作物的新品种选育。丁亮等用 RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA), 随机扩增的多态性 DNA)技术分析 N离子注入后甜叶菊幼苗基因组变化，从DNA水平确定低能离子注入对甜叶菊的生物学效应[7–11]。舒世珍等[11]用N+离子注入提高甜叶菊当代的R-A糖苷组分含量。

为进一步研究离子束辐照甜叶菊种子的当代效应，本实验通过离子注入甜菊种子，分析其当代发芽势及发芽率变化以及不同剂量间差异及变化规律。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 种子与处理

甜叶菊种子，由明光市科技局提供。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，注入离子为 20 keV氮离子，注量分别为100×2500、400×2500、1000×2500 N+/cm2。对照组CK置于靶室内，但未离子注入。每组种子2000粒左右。

1.2 实验方法

对于实验组和对照组各选取籽粒饱满的种子，约500粒。将种子轻轻揉搓，去冠毛。蒸馏水中浸泡2 h，去除上浮的不实种子。收集饱实种子，用蒸馏水冲洗干净。

种子发芽条件：辐照后种子表面消毒，每组种子均先经75%酒精处理30 s，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100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。

1.3 测定指标与统计分析

发芽势以统计第3天发芽种子情况计算，发芽势=(规定天数内发芽种子粒数/供试种子粒数)×100%。发芽率以统计第8天发芽种子情况计算，发芽率=(正常发芽种子数/供试种子总数)×100%。本实验数据均采用SPSS软件分析。

2 结果与讨论

2.1 甜叶菊种子发芽趋势分析

统计结果列于表 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3天增长趋势最大，在第3天测定甜叶菊种子的发芽势。第8天起发芽数保持稳定，在第8天测定甜叶菊种子的发芽率。

表1 发芽试验统计结果(发芽平均数)Table 1 Statistical results for germination testing (mean germination number).

2.2 不同注量处理对种子发芽势、发芽率的影响

2.2.1 不同注量离子束处理后甜菊种子的发芽势与发芽率(表2)

由表 2，发芽势基本随氮离子注量上升，但其影响为400×2500 /cm2>1000×2500 /cm2>100×2200/cm2>CK；而氮离子注量对发芽率的影响为400×2500 /cm2> 100×2500 /cm2> CK > 2500 /cm2>1000×2500 /cm2。

表2 不同剂量离子束处理下甜叶菊种子的发芽势、发芽率Table 2 Germinability and germination rate of Stevia seeds implanted with different doses of N+ ions.

表2结果表明， 1000×2500 /cm2的氮离子注入对发芽率的抑制作用强于对发芽势的抑制作用。

2.2.2 甜叶菊发芽势、发芽率差异显著性分析

经SPSS(社会科学统计软件包)处理，采用方差分析以及 LSD(最小显著差数)检验，所得结果以柱形图上字母表示，不同的字母表示在P<0.05水平上有显著性差异。

(1) 不同注量离子束处理对甜叶菊种子的发芽势影响(图1)。

对发芽势的多重比较结果表明，注量为400×2500 N+/cm2的实验组与 CK 组和注量为100×2500 N+/cm2实验组间差异显著；与注量为1000×25 N+/cm2实验组间差异不显著。

(2) 不同剂量离子束处理对甜叶菊种子的发芽率影响(图2)。

对发芽率的多重比较表明，注量为400×2500 N+/cm2的实验组与其余三组间均有差异显著。

图1 不同注量离子束对甜叶菊种子发芽势的影响Fig.1 Germinability of Stevia seeds under different doses of N+ ion beam implantation.

图2 不同剂量离子束对甜叶菊种子发芽率的影响Fig.2 Stevia germination rate under different doses of N+ ion beam implantation.

3 结果与讨论

(1) N+离子束注入对甜叶菊种子发芽能力的影响。结果表明，离子束辐照甜叶菊干种子可影响当代的发芽势和发芽率，随注量增大，发芽势和发芽率均呈先升后降趋势；这种变化可能与离子束对甜叶菊种子表面的溅射刻蚀作用有关，在离子刻蚀作用下种子表面的通透性改变，萌发过程中吸水透气性变强，提高了种子的发芽势和发芽率，随着注量增加，这种过程加剧，离子束的种子的损伤作用增加，造成了种子的发芽势和发芽率下降。所以可进一步优化注量，筛选到更加适合的处理注量。

(2) 甜叶菊生产显示，甜叶菊种子发芽率低下，整齐度差，是生产一个急待解决的问题。利用低能离子束注入可使当代种子出苗整齐一致，促进早生快发，有利于打下高产基础。本实验中 20 keV、400×2500 N+/cm2离子束辐照对提高发芽率、发芽势有较好的效应，但需要进一步优化辐照条件，特别是不同品种的适宜辐照条件。

(3) 舒世珍等[11]的研究表明，离子束辐照提高了当代甜叶菊R-A糖苷组分含量，这种变化与辐照提高发芽势和发芽率之间是否有关，尚待深入研究；另外离子束注入具有较高的诱变效应，所以对辐照群体进行续代分析，筛选有益突变体也是甜叶菊品种改良的重要途径。

1 马磊, 石岩.中国糖科, 2009, 1: 68–70 MA Lei, SHI Yan.Sugar Crops of China, 2009, 1: 68–70

2 赵秀玲.中国调味品, 2009, 34(5): 110–113 ZHAO Xiuling.China Condiment, 2009, 34(5): 110–113

3 董振红, 王贵民, 王彦超.中国糖科, 2008, 2: 28–29 DONG Zhenhong, WANG Guimin, WANG Yanchao.Sugar Crops of China, 2008, 2: 28–29

4 宋耀远.现代化农业, 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 刘瑞峰, 张志飞, 刘卫东.中南林业科技大学学报,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.中国科学院院刊, 2005, 20(6): 520–523 YU Zenliang.Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2005, 20(6): 520–523

8 宋道军, 余增亮.中国科学基金, 2001, (02): 102–105 SONG Daojun, YU Zenliang.Science Foundation in China, 2001, (02): 102–105

9 袁成凌, 余增亮.中国生物工程杂志, 2003, (04): 57–61 YUAN Chenglin, YU Zenliang.China Biotechnology,2003, (04): 57–61

10 王鸣刚, 罗茂春, 张向红.武汉植物学研究, 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, 朱风缨, 陆挺, 等.安徽农业大学学报, 1994,21(3): 299–302 SHU Shizhen, ZHU Fengying, LU Ting, et al.Journal of Anhui Agricultural University, 1994, 21(3): 299–302