全 文 ：文章编号 :100028551 (2004) 042303204
太空搭载结合离子注入进行白莲诱变育种的研究
谢克强1 　张香莲1 　杨良波1 　徐金星1 　苏　颖2 　张　涛2
(11 广昌白莲科学研究所 ,江西 广昌　344900 ;21 北京师范大学低能核物理所 ,北京　100875)
摘 　要 :3 年的试验观察表明 ,离子注入经太空诱变的白莲种子育出的花型由单瓣变为半重瓣、
重瓣花 ;花色由红色变成粉红、爪红色 ;莲蓬、莲籽变异出多种形状 ;始蕾期比对照提前 5～
21d ,末蕾期延迟到 9 月下旬 ;单缸现蕾数高达 14 朵 ,1m2 小区现蕾 21 朵 ;单株平均每蓬实粒数
最多的为 2116 粒 ,铁莲子最大粒重达 2102g ,鲜壳莲子最大粒重达 510g ,上述性状变异是常规
育种方法少见的。
关键词 :白莲 ;离子注入 ;诱变育种
EFFECTS OF ION IMPLANTATION ON LOTUS SEEDS FROM SPACE MUTATION
XIE Ke2qiang1 　ZHANG Xiang2lian1 　YANGLiang2bo1 　XU Jin2xing1 　SU Ying2 　ZHANG Tao2
(11 The Institute of Lotus Science , Guang Chang , Jiangxi , 344900 ;
21 Institute of Low Energy Nuclear Physics , Beijing Normal University , Beijing , 100875)
Abstract :Ion implantation on the lotus seeds from space mutation have been conducted for three years. Implanted
lotuses showed various changes. The growth period of some lotus ended in late of september. The average number of
the seedpods and the average weight of the seeds of the implanted lotuses are 14 and 413g , respectively , and
average output No. is 21 per square meter. These changes are solem found with traditional breeding methods.
Key words :lotus ; ion implantation ; mutation breeding
收稿日期 :2004204222
基金项目 :2004 科技部新品计划项目 (2004ED600083) ,2002 年广昌县三高农业专项
作者简介 :谢克强 (1966～) ,男 ,高级农艺师 ,主要从事白莲的育种及应用研究。
将离子注入技术用于生物诱变育种 ,是近年来兴起的一项生物育种新技术。有关资料表明[1～6 ] ,离
子注入法诱变育种 ,具有变异率高 ,变异谱宽 ,易稳定等优点。为了探索离子注入能否引起白莲性状变
异 ,我们对太空诱变育出的白莲进行离子注入诱变育种研究。
1 　材料与方法
111 　材料
选用江西省广昌县白莲科研所提供的太空莲 1、2、3 号种子 ,挑选大小均匀、籽粒饱满、无破损、无霉
菌污染的铁莲子作为试样。
112 　方法
离子注入在北京师范大学低能核物理所进行 ,采用 P+ 、C+ 、N + 离子 ,以 2MeV 和 3MeV 能量注入 ,共
设 15 个处理 (表 1) 。以未注离子的太空莲 1、2、3 号种子为对照 ,分别表示为 CK1、CK2 和 CK3。浸种前
将全部铁莲子沿种脐处破一小口 ,按编号放入装有少量清水的容器中浸种催芽 ,每隔 2～3d 换一次清
水 ,记载白莲种子的发芽及胚芽生长情况。白莲种子胚芽长至 15～20cm ,分粒植于覆有 25cm 左右水稻
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土的营养缸内 ,得 M1 代 ,观察 M1 代田间损伤效应 ,选择损伤植株 ,第 2 年将其种子或种藕单缸种植 ,得
M2 代或 VM2 代 ,M2 代或 VM2 代变异单株单缸种植 ,进行单株选育 ,得 M3 代或 VM3 代。在大田生长期
间 ,除进行辐照损伤、生物效应、生育期、植株性状变异等定向观察外 ,还进行了综合农艺性状选择。
2 　结果与分析
211 　离子注入对白莲 M1 代发芽、胚芽生长及成活率的影响
离子注入 M1 代种子发芽率无明显差异 ,而胚芽的生长则受到了一定的抑制 ,如 1 - 12 的胚芽长
14107cm ,较对照短 9138cm ,达 1 %显著水平 (LSD0101 = 4199cm) ,又如 3 - 4 的胚芽长 13162cm ,较对照短
4198cm ,达到 5 %显著水平 (LSD0105 = 3199cm) ,其胚芽损伤率 ( [平均值 - 对照 ]Π对照)在 8104 %～42145 %
之间 ,其中影响最大的为 1 - 12。种子成活率的表现与胚芽生长相似 ,但幅度较小 ,在 717～2713 %之
间。
表 1 　白莲离子注入情况
Table 1 　Treatments of ion implantation on seeds
处理编号
No. of treatment
种子数量
No. of seeds
离子种类
kinds of ion
注量
implantation
(ionΠcm2)
1 - 1 107 P + 3 ×1012
1 - 3 107 P + 3 ×1011
1 - 7 107 C + 3 ×1012
1 - 11 109 P + 2 ×1012
1 - 12 107 C + P + 3 ×1011
1 - 14 107 N + 2 ×1011
2 - 5 112 C + 2 ×1011
2 - 6 112 C + 3 ×1012
2 - 8 112 N + 2 ×1012
2 - 9 112 P + C + 2 ×1011
3 - 2 124 P + 3 ×1011
3 - 4 124 C + 3 ×1012
3 - 10 124 C + P + 3 ×1011
3 - 13 124 N + 2 ×1012
3 - 15 124 N + 3 ×1012
表 2 　离子注入对白莲种子发芽、胚芽
生长及种子成活率的影响
Table 2 　Effect of ion inplantation on growth
ability of seeds
处理
treatment
发芽率 ( %)
germination rate
胚芽长 (cm)
plumule length
成活率 ( %)
survival rate
CK1 9510 24145 100
1 - 1 100 17195 33 7217 33
1 - 3 100 15137 33 8313 33
1 - 7 6814 19193 3 7619 33
1 - 11 8010 19195 3 8715
1 - 12 8517 14107 33 7510 33
1 - 14 100 18174 33 8812
CK2 100 21178 100
2 - 5 9117 15198 33 7217 33
2 - 6 9518 20103 8911
2 - 9 100 17193 9213
CK3 100 17162 100
3 - 2 8517 16162 8313 33
3 - 4 9213 13163 3 7813 33
3 - 10 9318 15198 7217 33
3 - 13 9117 16113 7217 33
3 - 15 9716 14126 8715
212 　M2 代和 VM2 代的性状变异
将 M1 代白莲种子或种藕单缸种植 ,得 M2 代或 VM2 代。白莲种子播种或种藕播种 ,其性状表现相
似 ,本文仅对 VM2 代的性状变异进行分析。
21211 　始蕾期 　始蕾期在生产中有一定的指导意义 ,本文仅对始蕾期加以分析。试验表明 ,离子注入
对白莲始蕾期有较大的影响 ,而且此影响是非定向的 ,即有的种子现蕾较对照早 ,有的较对照迟 ,如 1 -
7 始蕾最早为 5 月 24 日 ,较对照早 9 天 ,最迟现蕾为 7 月 21 日 ,较对照迟 46d。同一品种不同处理变异
幅度及频率也有差异。如 1 - 7 号最早现蕾与最迟相差达 57d ,而 1 - 14 号相差仅 14d ;又如 1 - 7 较对照
现蕾早的有 6 株 ,变异频率达 75 % ,而 1 - 11 仅为 30 %(见表 3) 。
21212 　M2 代或 VM2 代开花习性的影响 　离子注入能促进白莲 VM2 代现蕾 ,提高白莲的现蕾株率及单
株现蕾数 (见表 4) 。
21212 　形态特征的变异 　经离子注入后 ,白莲 VM2 代出现广谱变异 ,尤其花型变异更为明显。同一品
种的同一处理出现两种不同花型 (单瓣、半重瓣或重瓣) 变异 ,甚至在同一缸内出现两种花型 ,前两朵为
单瓣花 ,以后开出的是重瓣花 ;还有同一蓬种子开出两种花型。在花色变异方面 ,主要表现在花蕾和花
瓣的颜色上 ,花蕾由红色变为桃红或花蕾青绿 ,瓣尖泛红。花瓣由红色变为粉红色、爪红色等。同一品
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种的同一处理结出各种不同形状的莲蓬、莲籽。莲蓬有碗形、伞形、扁圆形、倒圆锥形和喇叭形 ,莲子有
卵形、卵圆形、长卵形和近圆形。
表 3 　离子注入对白莲种子始蕾期的影响
Table 3 　Effect of ion ionplantation of first budding of lotus
处理
treatment
最早
earliest budding
(mΠd) 最迟latest budding(mΠd) 变幅difference(d) 早于对照 earlier than CK 迟于对照 later than CK株数No. of plants 变异频率variation frequency( %) 株数No. of plants 变异频率variation frequency( %)
1 - 7 5Π24 (6Π5) 7Π21 57 6 75 1 1215
1 - 11 5Π25 7Π23 58 3 30 4 4010
1 - 14 5Π20 6Π4 14 6 4612 4 2816
3 - 15 5Π28 (6Π4) 7Π10 42 5 4117 3 2510
　　注 :括号内数据为对照始蕾期。
Note :data inner parentheses are from CK.
表 4 　离子注入对白莲种子 VM2 代现蕾的影响
Table 4 　Effect of ion plantation on budding of lotus VM2 generation
处理
treatment
苗数
No. of seedling
现蕾株数
budding of plant No.
现蕾株率
budding rate ( %)
现蕾数总数
total No. of bud
单株现蕾数
bud No. of single plant
CK1 9 3 3313 7 0178
1 - 1 8 4 5010 24 3
1 - 3 6 4 6614 18 3
1 - 7 24 21 8010 118 419
1 - 11 13 10 7114 62 418
1 - 12 6 4 6617 26 413
1 - 14 39 32 8211 179 416
CK2 10 2 20 6 016
2 - 6 9 5 5516 19 211
2 - 8 17 9 5219 29 117
CK3 10 2 20 9 019
3 - 10 20 16 80 77 319
3 - 15 62 38 6113 139 213
表 5 　离子注入对白莲 VM2 代每蓬实粒数及粒重的影响
Table 5 　Effect of ion implantation on seedpod and seed weight of lotus VM2 generation
处理
treatment
每蓬实粒数 seed No. per seedped 粒重 seed weight
平均值
average
变异率
variation rate ( %)
最大值
Max. (g)
最小值
Min. (g)
平均值 (g)
average
变幅
variation range ( %)
变异率
variation rate ( %)
CK1 7167 - 1119 0197 1109 20118 -
1 - 1 8167 3 13104 1147 0193 1105 37110 3167
1 - 3 615 - 15125 1150 1104 1124 3 3 54140 13176
1 - 7 7108 - 7169 1192 0193 1182 3 3 43185 13176
1 - 11 9185 3 28142 1184 1127 1130 3 3 27159 - 17143
1 - 12 7157 - 1130 1151 1111 1145 3 3 27159 33103
1 - 14 11162 3 3 51150 1175 0187 1102 86128 - 6142
CK2 7180 0 1130 1115 1120 1215 0
2 - 5 7157 - 2195 1120 1115 1118 716 - 1167
2 - 6 6181 3 - 12169 1125 1112 1117 37161 - 2150
2 - 9 1315 33 7311 1154 1109 1129 19138 9117
CK3 8150 0 1120 1115 1116 4131 0
3 - 10 13167 3 3 60182 1171 1118 1125 4214 7176
3 - 15 9131 9153 2102 1111 1130 3 7010 12107
　　注 :变异率 = (平均值 - 对照)Π对照×100 % ;变幅 = (最大值 - 最小值)Π平均值×100 %。
Note :variation rate = (mean - CK)ΠCK×100 % ;variation range = (Max. - Min. )Πmean ×100 %.
503　4 期 太空搭载结合离子注入进行白莲诱变育种的研究
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21213 　经济性状的变异 　不同处理对白莲种子每蓬实粒数有较大的影响 ,其变异率在 - 15125 %～
78123 %之间 ,其中变异最大的是 3 - 10。而不同处理间及同一处理内粒重均有明显差异 ,同一处理白莲
粒重变幅在 716～70 %之间 ,其中变幅最大的是 3 - 15 ,颗粒最大达 2102g ,最小为 1111g ,相差 0191g ,变
幅达 70 % ,不同处理间变异率在 - 17143～33103 % ,最大的为 1 - 12 (见表 5) 。
213 　植株性状的变异遗传及 VM3 代优良单株(系)的选育
经离子注入后 ,单缸种植植株性状的变异主要有 :花型发生明显变异 (由单瓣变为半重瓣) ,花色的
变异 (淡红色变为红色、粉红色等) ,同一品种结出各种不同形状的莲蓬、莲籽。莲蓬有碗形、伞形、扁圆
形、倒圆锥形和喇叭形 ,莲子有卵形、卵圆形、长卵形和近圆形等。这些变异第 2 年、第 3 年仍然表现 ,初
步判断其变异性状可稳定遗传。
根据其综合农艺性状表现 ,选出 56 株优良变异单株 ,将其移载于 1m2 小池内 ,得 VM3 代 ,进行系统
选育 ,目前已初步选育出 3 个综合性状好的优良株系 (见表 6) 。
表 6 　VM3 代单株综合经济性状表
Table 6 　Economy traits of single plant in VM3 generation
处理
treatment
池号
始蕾
date of first budding
(mΠd) 总蓬数total No. of seedpod 实粒Π蓬grain No. per seedpod 粒重 (g)seed weight
1 - 14 15 6Π11 16 2017 3176
1 - 3 25 6Π20 10 1510 4101
3 - 10 42 6Π6 9 1619 4133
3 　结论
本研究表明 :离子注入对白莲的变异是不定向的 ,有良性变异 ,也有不利变异 ,总的来看是良性变异
多于不利变异。离子注入的种类和能量对变异的好坏方向和程度有重要影响。离子注入对白莲的变异
作用主要表现在生长期、现蕾数、现蕾期、花形和花色、莲子单粒重 ,特别是莲子粒重变异明显 ,选出的 3
个单株 (系)平均粒重分别达 3176、4101 和 4133g ,大大超过目前优良品种的平均粒重。采用 N+ 、2MeV
处理的太空 1 号白莲在花形、花色、单粒重和亩产量等方面表现出优异的变异效果 ,特别是其平均单粒
重达 413g ,花变异为重瓣 ,花色鲜艳。这些结果显示了离子注入诱变白莲新品种的良好应用前景。
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