全 文 ：文章编号 :100028551 (2003) 062405204
7Li 离子束诱变紫松果菊的生物效应研究初报
王　晶1 　刘录祥1 3 　赵世荣1 　杨俊诚2 　郭会君1 　赵林姝1 　陈文华1
(11 中国农科院作物科学研究所 ,农业部农业核技术和航天育种重点开放实验室 ,北京　100081 ;
21 中国农业科学院土壤肥料研究所 ,北京　100081)
摘 　要 :对紫松果菊的风干种子进行不同剂量的7Li 离子束注入和γ射线照射处理 ,结果表明 ,
与γ射线照射相比 ,7Li 离子束注入处理具有损伤效应轻的特点。二者虽然在一定剂量范围都
能够促进种子萌发 ,但对种子成苗的影响依诱变源和剂量不同而有所不同。7Li 109 ionsΠcm2 处
理对幼苗形成有明显促进作用 ,随着7Li 离子束剂量升高 ,幼苗生长受到一定程度的抑制 ,真叶
的生长发育迟缓 ,成苗率明显下降。γ射线处理的种子成苗受到显著抑制 ,处理剂量越高 ,成
苗率越低 ;当剂量高于 150Gy 时 ,一般不能萌发真叶而导致幼苗死亡。在7Li 离子束处理的 M1
代植株中出现花期、花径、花色、瓣形或瓣数的变异类型 ,变异主要发生在 1011 ionsΠcm2 和 1012
ionsΠcm2 两个剂量处理中 ,总体变异频率在 1167 %～6167 %之间。
关键词 :紫松果菊 ;7Li 离子束 ;60 Coγ射线 ;辐射诱变
收稿日期 :2003207217
作者简介 :王晶 (1968～) ,女 ,湖南祁阳人 ,副研究员 ,从事小麦和花卉诱变和生物技术育种研究。3 通讯作者
PRELIMINARY STUDY ON BIOLOGICAL EFFECTS OF 7Li ION BEAMS ON Echinacea purpurea
WANGJing1 　LIU Lu2xiang1 3 　ZHAO Shi2rong1 　Yang Jun2cheng2 　GUO Hui2jun1
ZHAO Lin2shu1 　CHEN Wen2hua1
(11 Institute of Crop Sciences , Chinese Academy of Agricultural Sciences ; Key Laboratory of Agricultural Nuclear Technology &
Aerospace Breeding , Ministry of Agriculture , Beijing 　100081 ; 21 Institute of Soil and Fertilizers , Chinese Academy
of Agricultural Sciences , Beijing 　100081)
Abstract :Air2dried seeds of Echinacea purpurea were used to study the seed germination , seedling formation , sur2
vival germination and flower characters after implantation of 7Li ion beams and irradiation of 60 Coγ2rays with differ2
ent doses. Initial results showed that the damage effect of 7Li ion beams was lighter than that ofγ2rays. Although
both 7Li ion beams andγ2rays could stimulate the seed germination within a certain range of doses , the seedling for2
mation and survival germination responded differently to these two mutagens. The seedling formation was obviously
promoted by 7Li ion beam treatment at the dose of 109 ionsΠcm2 . With the increase of the dose of 7Li ion beams , the
growth and development of euphylla progressed slower and the survival germination decreased obviously. The forma2
tion of seedlings from irradiated seeds byγ2rays was inhibited significantly. The higher the dose ofγ2rays was , the
lower the survival germination would be. When the dose ofγ2rays was higher than 150 Gy , the euphylla of seedlings
failed to come out and no germination survived. Among the plants in M1 generation of 7Li ion beam treatments , vari2
ations in flowering date , flower diameter , flower color , petal shape or petal number were selected. The variations
occurred mainly in the 7Li ion beam treatments at doses of 1011 ionsΠcm2 and 1012 ionsΠcm2 . The total frequency of
variation was between 1167 % and 6167 %.
Key words : Echinacea purpurea ; 7Li ion beams ; 60 Coγ2rays ; irradiation induction
504　核 农 学 报　2003 ,17 (6) :405～408Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
我国自 20 世纪 60 年代开展植物诱变育种研究工作以来 ,据不完全统计 ,截至 1999 年底已在 41 种
植物上育成推广了 605 个突变品种[1 ] ,其中 80 %左右是通过γ射线照射得到的。具体到观赏植物 ,自上
世纪 80 年代初开始 ,经过将近 20 年的发展 ,到 1999 年底 ,我国共在 6 种观赏植物上育成 67 个新品
种[1 ,2 ] ,全部是通过γ射线照射获得的。由此可见 ,γ射线在我国的植物辐射诱变育种中起着相当重要
的作用 ,同时 ,新的辐射诱变源的开发和利用具有巨大的潜力和广阔的前景。在这方面 ,国内外广大育
种工作者进行了各种有益的探索和尝试 ,将多种新的诱变源应用到育种工作中[3～7 ] 。实践证明 ,新的诱
变源的开发对提高诱变育种效率具有重要的意义。
从 1994 年开始 ,中国农业科学院原子能利用研究所进行了7Li 离子束注入小麦、大麦、玉米等作物
种子的研究 ,提出可以利用7Li 离子束内靶核反应的独特机制进行诱变育种[8 ,9 ] 。但将7Li 离子束用于花
卉的诱变研究尚未见报道。
紫松果菊 ( Echinacea purpurea Moench) 属菊科紫锥花属多年生草本 ,播种、分株均可繁殖。花期夏
季 ,头状花序 ,花径 8～10cm ,舌状花多呈玫瑰红或紫红色 ,管状花橙黄色 ,随着花盛开逐渐突显呈松果
状[10 ] ,故名之。本研究通过对紫松果菊种子进行7Li 离子束注入和γ射线照射 ,分析比较了两种诱变源
处理的生物学效应 ,以期为7Li 离子束在花卉植物诱变育种中的应用提供试验依据。
1 　材料与方法
111 　材料
供试植物材料为紫松果菊 ( Echinacea purpurea Moench)的风干种子。
112 　方法
7Li 离子束由 HI213 串列加速器 (中国原子能科学院)产生的初级束流经左 10°管道水平方向直接引
出 ,利用激光准直器使束流对准种胚 ,并使其均匀分布在靶材料的范围。γ射线由中国农业科学院原子
能利用研究所60 Co 源产生。
对紫松果菊的风干种子进行7Li 离子束注入 ,处理能量为 32MeV ,剂量分别为 109 、1010 、1011 、1012 ionsΠ
cm
2
,每个剂量处理 60 粒种子 ,处理后的种子温室盆播 ,每处理 1 盆 ,未经处理的种子作对照。γ射线剂
量分别为 25、50、75、100 和 150Gy ,每个剂量处理 60 粒种子 ,照射后的种子温室盆播 ,每处理 1 盆 ,未经
照射的种子作对照。
播种后调查统计种子萌发率、幼苗真叶萌发和生长情况以及成苗率。待幼苗长至 4～5 片真叶时移
栽下地 ,田间观察记载 M1 代植株生长情况 ,特别是开花后的主要花性状 ,如花期、花色、花径、瓣形、瓣
数等。
2 　结果与讨论
211 　诱变处理对紫松果菊种子萌发和幼苗的影响
表 1 和表 2 分别为7Li 离子束和γ射线处理后紫松果菊种子萌发率和成苗率的调查结果。从种子
萌发结果可以看出 ,7Li 离子束各处理的种子萌发率均高于对照 ,表明7Li 离子束在一定程度上能够促进
紫松果菊种子萌发。不同剂量γ射线处理 ,最低剂量 25Gy 和最高剂量 150Gy 处理的种子萌发率与对照
相比略有下降 ;而 50、75 和 100Gy 3 个处理的种子萌发率之间无明显差异 ,均高于对照 ,表明γ射线处理
在一定剂量范围内对种子的萌发起促进作用。这与其他研究者在用γ射线照射三色堇、万寿菊 、矢车
菊和一串红等草花种子的相关研究中所得出的结论是一致的[11 ] 。
对种子萌发后的幼苗继续观察发现 ,7Li 离子束和γ射线对紫松果菊种子成苗的影响依诱变源和剂
量不同而有所不同。从真叶萌发时间看 ,对照和7Li 离子束不同剂量处理均于播种后 29d 开始萌发真
叶。尽管7Li 离子束各处理间在种子萌发率和真叶萌发时间上无明显差异 ,但从真叶生长发育情况以及
最终的成苗率看 ,7Li 109 ionsΠcm2 处理对幼苗形成有明显促进作用 ,真叶不仅萌发早而且发育好 ,生长健
壮 ,成苗率接近对照 (96177 %) ,达到 93155 %。随着7Li 离子束剂量升高 ,幼苗生长受到一定程度的抑
制 ,表现为真叶生长发育进程迟缓 ,但没有明显的形态变异 ;成苗率明显下降 ,7Li 1012 ionsΠcm2 处理最后
604 核　农　学　报 17 卷
的成苗率仅为 40 %。
表 1 　7Li 离子束处理对紫松果菊种子萌发和成苗的影响
Table 1 　Effect of 7Li ion beams on seed germination
and seedling survival of Echinacea purpurea
7Li 处理剂量
7Li dose
(ionsΠcm2) 种子萌发率germination percentage( %) 成苗率survival germination( %)
0(CK) 31. 00 96. 77
109 51. 67 93. 55
1010 50. 72 77. 14
1011 52. 46 75. 00
1012 50. 00 40. 00
表 2 　γ射线处理对紫松果菊种子萌发和成苗的影响
Table 2 　Effect ofγ2rays on seed germination and
seedling survival of Echinacea purpurea
γ射线剂量
γ2rays dose
( Gy)
种子萌发率
germination percentage
( %)
成苗率
survival germination
( %)
0(CK) 25. 50 97. 37
25 21. 75 78. 61
50 32. 50 48. 51
75 30. 00 13. 37
100 31. 25 11. 19
150 22. 25 0. 00
　　γ射线处理则具有延迟并抑制真叶萌发的作用。随着γ射线照射剂量由低到高 ,各处理开始萌发
真叶的时间分别为 :对照和 25Gyγ射线处理 ,播种后 29d ;50Gyγ射线处理 ,播种后 32d ;75Gyγ射线处
理 ,播种后 37d ;100Gyγ射线处理 ,播种后 41d ;150Gyγ射线处理 ,真叶始终不萌发。由此可以看出 ,剂
量越高 ,延迟时间越长 ,抑制作用也越明显 ,使γ射线处理的种子成苗率与对照相比均显著下降 ,150Gy
γ射线处理的成苗率甚至降为 0。
γ射线处理还导致了紫松果菊幼苗的形态变异 ,突出表现为真叶由心形变为披针形或线形 ,叶缘皱
折或有缺刻且较对照正常发育的真叶小。从 75Gyγ射线处理开始 ,γ射线严重抑制真叶发育 ,叶形态变
异显著增多 ,这种损伤变异在生长后期逐渐消失。50Gyγ射线处理的种子成苗率与对照相比下降了一
半 ,分别为 48151 %和 97137 % ,由此认为 ,50～75Gy 可作为γ射线照射紫松果菊种子诱变效果较好的适
宜剂量。
212 　7Li 离子束诱变处理对紫松果菊 M1 代植株花性状的影响
对7Li 离子束和γ射线处理后 M1 代植株的花期观察表明 ,γ射线照射后的 M1 代植株花性状的变异
主要表现为花色深浅和花大小的变化。与γ射线相比 ,7Li 离子束处理的紫松果菊 M1 代植株花性状变
异类型更丰富。在7Li 离子束各处理的 M1 代植株中不仅有花色、花大小的变异 ,更出现了在花期、花瓣
形状和花瓣数量等性状上发生明显变化的变异类型 (表 3 ,图 1) 。植株花性状变异主要发生在7Li21011
ionsΠcm2 和 1012 ionsΠcm2 两个剂量处理中 ,总变异频率分别为 1167 %和 6167 %。
表 3 　7Li 离子束对紫松果菊 M1 代植株花性状的影响
Table 3 　Effect of 7Li ion beams on flower characters of Echinacea purpurea in M1 generation
材料
materials
7Li 处理剂量
dose of 7Li ion
beams (ionsΠcm2) 花期flowering date(M2D) 花径diameter of flower(cm) 花瓣颜色petal color 花瓣形状petal shape 花瓣数petal number
对照
CK
0 06214 11. 0 粉色 ,较浅
pink
匙柄状 ,先端平 ,略有缺刻
like tablespoon handles ;
square apexes slightly incised
22
变异 1
variation 1 10
11 06220 9. 0 淡粉 ,近白色
pale pink , nearly white
(同对照)
the same as the control
22
变异 2
variation 2 10
12 06214 13. 0 深粉deep pink 瓣形长 ,半重瓣half2double flowers with longer petals 31
变异 3
variation 3 10
12 06204 8. 5 深粉deep pink 先端变尖petal apexes pointed 20
变异 4
variation 4 10
12 06214 10. 5 深粉
deep pink
长椭圆形 ,先端圆近全缘
oblong , petal apexes with
smooth margins
16
变异 5
variation 5 10
12 06214 11. 5 浅粉
light pink
细长 ,近线形
slender , like strings 13
704　6 期 7Li 离子束诱变紫松果菊的生物效应研究初报
图 1 　7Li 离子束诱发紫松果菊 M1 代植株的花朵变异
Fig. 1 　Flower variations of Echinacea purpurea in M1 generation induced by 7Li ion beams
11 紫松果菊对照花 ;21 变异 1 ,花色变浅 ,近白色 ,花期晚 ;31 变异 2 ,花瓣变多 ,半重瓣 ,瓣形长 ,颜色变深 ;41 变异
3 ,花瓣先端变尖 ,花期早 ;51 变异 4 ,花瓣长椭圆形 ,先端圆近全缘 ,颜色变深 ;61 变异 5 ,花瓣细长 ,近线形 ,花瓣数
明显变少
11Flower of the control ; 21Variation 1 , lighter petal color , nearly white , blooming later ; 31Variation 2 , more petal number , half2
double flowers with longer petals , deeper petal color ; 41Variation 3 , petal apexes pointed , blooming earlier ; 51Variation 4 , ob2
long petals , apexes with smooth margins , deeper petal color ; 61Variation 5 , slender petals , like strings , less petal number
　　一般情况下 ,诱变的 M1 代中出现的变异多为生理损伤效应所致。但另一方面 ,不同诱变源的诱变
机制不同 ,对生物体的损伤和诱变特点也不同。对7Li 离子束生物诱变机理的研究证明 ,串列加速器7Li
离子束可直接注入种胚 ,并与生物体中遗传物质上的氢素定量地发生内靶核反应 ,从而诱发变异[8 ] 。本
研究中7Li 离子束注入紫松果菊种子的位点即为种胚部位 ,试验中发现随着7Li 离子束剂量升高 ,其对紫
松果菊成苗产生抑制作用 ,表现为真叶生长发育进程变迟缓 ,成苗率明显下降 ,但幼苗没有明显的形态
变异。这与γ射线辐射处理引起的各种叶型损伤变异显著不同。
为确定紫松果菊 M1 代出现的各种表型是否确为7Li 离子束诱发产生的基因突变 ,仍需对 M1 代表
现出花变异的植株进一步研究其 M2 代表现 ,确定变异是否为可遗传的诱发突变 ,以选择稳定、优良的
突变体采用分株或组培方法繁殖 ,最终形成园艺品种。该项研究正在继续进行中。
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