全 文 ：植物生理学通讯 第41卷 第5期，2005年10月600
低能氩离子注入对甜瓜种子发芽及幼苗某些生理生化指标的影响
齐丽杰 李冠* 杜钰
新疆大学生命科学与技术学院，乌鲁木齐830046
提要 以能量 25 keV、不同剂量 Ar+ 离子注入甜瓜种子，其发芽率均有所降低，且可不同程度提高 O2－·产生速率和 H2O2
含量，同时过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性增加，膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量
下降；剂量过大时，CAT、SOD 活性下降，MDA 含量上升。
关键词 Ar+ 离子束; 甜瓜种子; 保护酶; 活性氧
Effect of Low Energy Ions Implantation on Seed Germination and Several
Physiological and Biochemical Indexes of Musk Melon (Cucumis melo L.) Seed
QI Li-Jie, LI Guan*, DU Yu
College of Life Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
Abstract The results showed that the different dosages of Ar+ ion beam with energy of 25 keV could inhibit the
germinating rate and increase the rate of O2·¯ generation and H2O2 content, and the activities of catalase (CAT),
peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD) were enhanced but the MDA content was decreased.
However, excessive dosage of Ar+ ion beam irradiation reduced the activities of CAT and SOD and increased
MDA content.
Key words ion beam of argon; Cucumis melo L. seed; protective enzymes; activated oxygen
收稿 2004-11-22 修定 　2005-05-16
*通讯作者(E-mail: guanli@xju.edu.cn, Tel: 0991-
8583290)。
低能离子注入具有诱变率高，突变率广，可
控性强等特点，近十几年来在生物学领域发展迅
速，且在水稻、小麦等作物以至微生物品种诱变
和改良中的应用已有一些报道[1,2] 。离子束集能量
沉积、质量沉积、动量交换与电荷交换多种因子
于一体，还能引起氨基酸和肽链等生物小分子的
变异、碱基缺失和 D N A 链的断裂及突变、细胞
表面刻蚀和细胞膜通透性的改变，以及其它一系
列生理性状的变化。因此，离子束在生物育种工
作中有很好的应用前景[3]。
新疆甜瓜(Cucumis melo L.)品质优良，但近
年来其品质有所下降且病虫害日益严重。本文探
讨低能氩离子注入对甜瓜种子发芽和幼苗某些生理
生化指标的影响，以期能为用离子束诱变甜瓜新
品种以及决定剂量范围提供参考。
材料与方法
新疆甜瓜(Cucumis melo L.)主栽品种“伽师”
和“皇后”种子由新疆农业科学院提供。Ar+ 离
子由新疆大学离子束生物工程中心LCD-1000型离
子注入机注入。选取 2 个品种饱满的种子分别置
于6个靶盘，种胚向上，注入能量为25 keV，Ar+
离子注入剂量分别为：2×1016、4×1016、5×1016、
6×1016、7×1016 ions·cm-2。对照放入靶室进行抽真
空处理。靶室真空度10-3 Pa，脉冲注入。
将2 个品种各处理和对照种子经消毒后接种
于MS培养基上， 置于 26℃下萌发。每处理3次
重复，每个重复 10 0 粒。第 10 天统计发芽率，
第 15 天取真叶测定生理生化指标。
过氧化物酶(peroxidase, POD)活性测定采用愈
创木酚法[4], 过氧化氢酶(catalase, CAT)活性的测定
参照文献5的方法，超氧化物歧化酶(superoxide
dismutase, SOD)活性测定参考文献6的方法。丙
二醛(malondialdehyde, MDA)含量测定参照文献7
的方法。O 2－· 产生速率测定参考文献 8 的方法，
H2O2 含量的测定参照文献 9 的方法。以上测定均
重复 3 次。
植物生理学通讯 第41卷 第5期，2005年10月 601
结果与讨论
1 氩离子注入对甜瓜种子发芽特性的影响
接种于MS培养基上的甜瓜种子3 d左右开始
萌发，10 d后的统计结果显示，处理后的发芽率
随注入剂量的不同而变化，总趋势是剂量越大，
发芽率越低(图 1)。说明剂量越高，种子受到的
辐射损伤越大，自身修复能力降低。但变化的趋
势稍有不同，“皇后”种子的发芽率呈现先降后
升再降的马鞍形曲线，这可能与生物材料的自我
修复作用有关。将 2 个品种分别经 6 个剂量处理
后的种子发芽率的原始数据，用SPSS 12.0 统计
分析软件进行分析，结果表明不同品种贡献的离
差平方和为6696.694，均方为6696.694。不同剂量
贡献的离差平方和为21417.250，均方为4283.450。
可见，不同剂量的影响要比品种的影响大。他们
对应的F值和相伴概率分别是726.148、0.000和
464.470、0.000，说明不同品种和不同剂量都对
发芽率造成了显著的影响，这里品种和剂量交互
作用的离差平方和为1805.472，均方为361.094。
F值和相伴概率分别为39.155和0.000，表明他们
的交互作用对观察结果有显著影响。
2 氩离子注入对甜瓜幼苗活性氧自由基的影响
O2－·伤害植物的机制之一在于参与启动膜脂过
氧化或膜脂脱脂作用，从而破坏膜结构。H2O2 不
是自由基，但由于其具有强氧化性，也可以造成
毒害。图 2 表明，随着离子注入剂量的增加，幼
苗中O2－· 产生速率和H2O2 含量都升高，但两指标
升高的程度不同，“皇后”品种的变化较为剧
烈，呈现先增加后下降再上升的趋势，在 4×1016
ions ·cm -2 剂量时达到峰值之后开始下降。表明
“皇后”品种对离子束辐射的敏感性更强一些。
3 氩离子注入对甜瓜幼苗 POD、CAT 和 SOD 活
性的影响
“伽师”、“皇后”幼苗的 P O D 酶活性随
着离子注入剂量的增大而逐渐上升(图3-a)，其相
关系数分别为0.44、0.81 (P<0.05)。CAT、SOD
酶活性都有提高，且均随着离子注入剂量的增大
而呈现出先上升后下降的趋势(图 3-b、c)。“伽
师”的 C A T 和 S O D 活性、“皇后”的 C A T 和
SOD 活性与剂量之间的相关系数分别为 0.2 5
(P<0.05)、0.35 (P<0.05)与 0.37 (P<0.05)、
0.49 (P<0.05)。这表明生物体为了防止膜脂过氧
化作用，通过提高参与膜保护的酶的活性来减轻
环境中逆因子对细胞的损伤。只是两品种甜瓜幼
图1 离子注入对甜瓜种子发芽率的影响
Fig.1 Effect of Ar+ ion implantation on seed
germination of musk melon
图2 离子注入对甜瓜幼苗中O2－· 产生速率和
H2O2 含量的影响
Fig.2 Effect of Ar+ ion implantation on O2－· generation rate
and H2O2 content of musk melon
植物生理学通讯 第41卷 第5期，2005年10月602
参考文献
1 汪秀峰, 张有顺. 皖稻42号(中粳63)的选育及栽培技术.安
徽农业科学, 1999, 27(5): 453~456
2 余增亮, 霍裕平. 离子注入生物学研究述评. 安徽农业大学
学报, 1994, 21(3): 221~225
3 周长芳, 钦佩, 谢民等. 离子注入对狐米草几种生理生化指
标的影响.植物生理学通讯, 2002, 38(3): 237~239
4 张志良. 植物生理学实验指导. 北京: 高等教育出版社, 1990.
210~212
5 罗广华, 王爱国, 邵从本等. 高浓度氧对水稻幼苗的伤害和
活性氧防御酶的研究. 中国科学院华南植物研究所集刊
1989, (4): 169~176
6 Giannoplitis CN, Ries SK. Superoxide dismutase I. Occur-
rence in higher plants. Plant Pathol, 1977, 12: 309~314
7 赵世杰, 许长成, 邹琦等. 植物组织中丙二醛测定方法的改
进. 植物生理学通讯, 1994, 30(3): 207~210
8 王爱国, 罗广华. 植物的超氧物自由基与羟胺反应的定量关
系. 植物生理学通讯, 1990, (6): 55~57
9 林植芳, 李双顺, 林桂珠等. 衰老叶片和叶绿体中H2O2的积
累与膜脂过氧化的关系. 植物生理学报, 1988, 14(1): 16~22
苗的 C A T 、S O D 酶活性达到峰值的剂量不同，
“伽师”在5×1016 ions·cm-2 剂量时酶活最大，而
“皇后”则在 4×1016 ions·cm-2 剂量时活性最大，
且前者酶活变化趋势没有后者明显(图 3-b、c)，
说明不同甜瓜品种对离子束辐射的敏感性不同。
4 氩离子注入对甜瓜幼苗MDA 含量的影响
甜瓜经离子注入后其幼苗 MDA 含量都呈现先
下降后上升的趋势，“伽师”、“皇后”分别在
剂量5×1016、4×1016 ions·cm-2 时 MDA的含量达到
最低点，之后出现上升的趋势(图 4)。说明离子
注入起始阶段生物体自身修复系统发挥了作用，
脂质过氧化作用受到了削弱；当离子剂量过大
时，细胞损伤严重，保护酶活性可能受到抑制，
因而膜质过氧化产物积累。
图3 离子注入对甜瓜幼苗POD、CAT 和 SOD 活性的影响
Fig.3 Effect of Ar+ ion implantation on activities of
POD, CAT and SOD of musk melon
图 4 离子注入对甜瓜幼苗MDA含量的影响
Fig.4 Effect of Ar+ ion implantation on MDA
content of musk melon