全 文 ：山西农业科学2013，41（7）：665-667 Journal of Shanxi Agricultural Sciences
氮离子注入小扁豆的诱变效应
韩云丽，陈喜明，高克昌，程 丹
（山西省农业科学院玉米研究所，山西忻州034000）
摘 要：分析不同剂量氮离子注入（N+）对小扁豆出苗率及后代遗传变异的影响，初步探索氮离子注入小扁豆的诱
变效应，以期获得小扁豆优良变异株。结果表明，2.0×1016，4.0×1016N+/cm2这2个剂量对小扁豆的出苗率有一定
的提升作用，但与对照相比差异不显著，且这2个剂量间差异不显著；6.0×1016，8.0×1016，1.0×1017N+/cm2这3个
氮离子注入剂量与小扁豆出苗率呈显著负相关，且3个剂量处理之间及其与对照之间差异显著；N+注入可诱发
小扁豆生育期、株高、粒形、粒色等农艺性状发生突变，并且随着N+剂量的加大，变异株率呈现上升的趋势；诱变
当代（M1）产生的表型变异在后代是部分遗传的。
关键词：氮离子注入；小扁豆；遗传变异；诱变效应
中图分类号：S643.5文献标识码：A 文章编号：1002-2481（2013）07-0665-04
Mutagenic Effect of Nitrogen Ion Injecting Lentils
HANYun-li，CHENXi-ming，GAOKe-chang，CHENGDan
（InstituteofMaize，ShanxiAcademyofAgriculturalSciences，Xinzhou034000，China）
Abstract：By analyzing the impact of different dosages of nitrogen ion injecting lentils on emergence rate and heritable variation,
preliminaryexplorationofthemutageniceffectofnitrogenioninjectinglentilswasdonetoobtaingoodlentilsvariants.Theresultsshowed
that,twodosages,2.0×1016and4.0×116N+/cm2hadsomeincreasingimpacton germinationrateoflentilsbutnosignificantdifferences
compared with that of the control group. There were no significant differences between the two dosages. There was significant negative
correlationwithlentilsemergencerateandthreenitrogenioninjectingdosagesof6.0×1016,8.0×1016,1.0×1017N+/cm2.Eachtreatments
had significant difference compared with the control and there was a significant difference with the three dosages. N+injection could
inducelentilsgrowthperiod,plantheight,grainshapeandgrainofagronomictraitssuchascolorofmutations,andwiththeincreaseofN+
dose,thestrainratepresentedarisingtrend;contemporarymutagenesis（M1）ofphenotypicvariationispartlyg neticinoffspring.
Key words：N+ioninjecting;lentils;geneticvariation;mutageniceffect
收稿日期：2013-04-24
基金项目：山西省农业科学院育种工程项目（11yzgc137）
作者简介：韩云丽（1976-），女，山西寿阳人，助理研究员，主要从事玉米和杂粮遗传育种栽培研究工作。
doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2013.07.05
1986年中国科学院等离子体物理研究所的余
增亮发现离子束注入水稻的生物学效应，为离子束
生物工程的兴起揭开了序幕。其作用机理是将离子
注入作物种胚和生长点，通过能量输入、动能传递、
粒子植入、电荷交换，诱导作物发生可遗传变异[1]。
目前，离子注入已被广泛应用于作物品种的选
育与改良，并在转基因及远缘杂交上得到应用[2-6]。
刘志生等[7]利用2.0MeV氦离子注入获得了比玉米
自交系478早熟23d的自交系和籽粒产量特高的
自交系。李玉峰等[8]对N+注入介导大豆基因组DNA
转入紫花苜蓿进行了初步研究，结果表明，M2总性
状突变率达到19.8%，并得到3株叶片粗蛋白含量
比对照高约0.5%的突变株、1株叶绿素含量比对照
高33.3%的突变株。
离子注入技术应用于作物领域，具有损伤轻、
突变率高和突变谱广等特点，并已被大量试验证
明。但多项研究表明，诱变剂量、不同的作物以及同
一作物的不同品种对诱变的响应不尽相同[9-15]。小
扁豆（LenscalinarisMedik，2n＝2x＝14）又名冰豆、
鸡眼豆等，是世界上第7大食用豆类作物，抗寒、耐
旱，在我国北方地区有较悠久的种植历史。近年来，
随着种植业结构的调整、人们膳食结构的改变，小
扁豆以其重要的食疗保健作用倍受青睐，与之相关
的育种技术也正受到育种家的关注，但与育种相关
的种质资源狭窄问题一直是制约育种发展的瓶颈。
离子注入小扁豆的研究报道甚少，尚未见有N+注
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山西农业科学2013年第41卷第7期
入小扁豆的研究。
本试验对不同剂量N+注入小扁豆的诱变效应
进行了研究，将对小扁豆种质的创新及新品种选育
具有重要意义。
1 材料和方法
1.1植物材料和辐射处理
LD40，LD56这2个小扁豆品系是分别从地方
品种右玉小扁豆和宁武小扁豆中单株连续定向选
育的新品系，均由山西省农业科学院玉米研究所小
杂豆课题组育成。试验从这2个品系风干种子中分
别挑选其大小均匀、籽粒饱满、无破损、无霉菌污染
的籽粒作为试样。部分试样留存作为空白对照，剩
余种子于2010年4月在山西省农业科学院旱地农
业研究中心经能量为60keV的N+注入，注入剂量
分别为 2.0×1016，4.0×1016，6.0×1016，8.0×1016，
1.0×1017N+/cm2。
1.2试验方法
2010年4月22日，把经各剂量N+注入的种子
及未注入N+的种子共12份材料播种于大田。每次
处理均取300粒种子，随机区组设计，3次重复，每
小区5行，行长1m，行距33cm，共36个小区。调查
M1出苗率，筛选出明显的变异单株（指2个或2个
以上性状发生变异的单株，考察性状主要有株高、
单株分枝数、花色、单株荚数、生育期和单株产量）。
2011年4月20日，将M1筛选出的明显变异
单株分别种成株系，并从上代无表型变异的混收材
料中随机抽取100粒种植2行，以观察后代变异情
况。突变频率用出现的突变株占观察总个体数的比
例来估算。
1.3数据处理
利用DPS6.50数据处理系统对试验数据进行
线性回归和多重比较，其中，多重比较中，用A～E
表示0.01水平上的差异显著情况。
2 结果与分析
2.1N+注入对小扁豆出苗率的影响
由表1可知，LD40，LD56这2个小扁豆品系的
对照出苗率分别为94.1%和90.3%；与对照相比，不
同剂量N+注入对2个小扁豆品系出苗率均出现诱
变效应，且诱变效应基本一致，2.0×1016，4.0×1016
N+/cm2剂量对小扁豆的出苗率有一定的提升作用，
但与对照相比差异不显著，且2个剂量间差异不显
著；6.0×1016，8.0×1016，1.0×1017N+/cm2这 3 个 N+
离子注入剂量中，随着剂量的逐步增加，小扁豆出
苗率直线下降，LD40，LD56的出苗率3个剂量依次
下降为75.1%，62.3%，42.8%和74.0%，61.3%，40.7%。
多重比较表明，这3个剂量处理与对照间差异极显
著，且3个剂量间差异也达极显著水平。适当的注
入剂量可以促进不同品种小扁豆田间出苗。
2.2N+注入小扁豆引发的遗传变异情况
表2为N+注入不同剂量处理对2个小扁豆品
系M1田间变异统计。
根据小扁豆株高、单株分枝数、花色、单株荚
数、生育期和单株产量等主要性状，筛选出的2个
或2个以上性状发生变异的单株确认为是明显变
异的单株，结果表明，不同处理的2个品系当代的
田间观察中均发现变异株。变异主要表现在叶片变
厚、变大，叶面皱缩，豆荚变长变短，茎秆出现畸形，
熟期变晚等性状。并随着N+剂量的加大，各品系变
异株率呈现增加的趋势。多重比较结果表明，品系
内各剂量处理间的变异株率差异极显著，2个小扁
豆品系间的变异株率差异极显著。
表 1 N+注入对小扁豆出苗率的影响
品系
LD40
LD56
N+注入剂量/（N+/cm2）
0
2.0×1016
4.0×1016
6.0×1016
8.0×1016
1.0×1017
0
2.0×1016
4.0×1016
6.0×1016
8.0×1016
1.0×1017
出苗率/%
94.1A
95.4A
95.7A
75.1B
62.3C
42.8D
90.3A
90.4A
91.0A
74.0B
61.3C
40.7D
表 2 N+注入田间小扁豆变异株统计及多重比较
品系
LD40A
LD56B
N+注入剂量/
（N+/cm2）
0
2.0×1016
4.0×1016
6.0×1016
8.0×1016
1.0×1017
0
2.0×1016
4.0×1016
6.0×1016
8.0×1016
1.0×1017
调查株数
847
858
861
677
561
385
813
814
819
666
552
366
变异株
率/%
0.23F
1.74E
2.21D
3.25C
5.00B
8.56A
0.12F
0.86E
1.59D
2.85C
4.17B
7.92A
变异株数
2
15
19
22
28
33
1
7
13
19
23
29
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韩云丽等：氮离子注入小扁豆的诱变效应
对不同剂量处理的 2 个品系 M2田间观察显
示，有些植株当代出现的变异在M2出现分离，也有
些植株虽在诱变当代出现变异但在下一代又恢复
了原来品种的特征特性，可能原因是作物自身的调
节能力对外界的伤害有一定的修复功能；M2有些
植株仍然保持M1的变异性状，说明诱变当代产生
的表型变异在后代是部分遗传的。
3 讨论
孙兰弟等[16]对不同剂量的C+辐照小扁豆进行
了研究，结果表明，辐射后小扁豆M1不同剂量下的
出苗率和对照间相差很小，但90Gy剂量辐照有利
于其生长；M2发芽率降低，30 Gy剂量辐射长势较
好。本试验低剂量N+间小扁豆出苗率差异不显著，
而高剂量N+间小扁豆出苗率差异极显著。这可能
是由不同N+注入及其剂量高低对同一作物的响应
不同所致。试验中各处理间出苗率的差异可能主要
由诱变处理与品种的不同基因型互作所致。
陈冬花等[17]对拟南芥种子引起 M1和 M2变异
的遗传分析认为，N+注入剂量在5×1013～5×1015
N+/cm2范围内，DNA的变异频率随着剂量的增加呈
明显的上升趋势，与本试验不同剂量N+对小扁豆
变异的诱变效果基本一致。
低剂量处理虽能保持或提高种子的发芽率，但
创造的变异有限；而为提高诱变变异效果，加大诱
变剂量又会使诱变过程中种皮受损严重，这可能是
导致诱变处理后出苗率较低的重要原因之一。
适宜的诱变剂量既能保证足够的植株成活率，
又能诱发出较多的突变类型和较高的突变频率，是
植物辐射诱变育种成功的关键因素之一。预测适宜
辐射诱变剂量的方法有 LD50（半致死剂量）、HD50
（半致矮剂量）和VID50（活力指数下降50%的剂量）
等，但一般以LD50作为辐射育种中适宜诱变剂量的
参考[18-21]。本试验仅对小扁豆的N+注入诱变效应进
行初步研究，如对HD50进行研究或分析，可得出N+
注入小扁豆的最佳辐射剂量，这还有待进一步研究。
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