離子注入對(duì)紅小豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

李海金，劉化濤，晉凡生，常建忠，劉恩科

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)研究院，山西太原030031）

紅小豆（Vigna umbellate）在我國栽培歷史悠久，是我國北方主要的雜糧作物之一[1-2]。紅小豆生育期短，耐瘠、耐陰、適應(yīng)性強(qiáng)，在各種類型的土壤上都能種植，甚至在輕鹽堿地土壤也能生長，并有固氮養(yǎng)地能力，是其他作物的好前茬，在農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有重要作用。山西是全國紅小豆種植面積較大的省份之一[3-4]，旱地紅小豆品種繁雜，效益不穩(wěn)定，本試驗(yàn)擬通過離子注入誘變技術(shù)，加快旱地紅小豆新品種的選育，不斷優(yōu)化紅小豆品種以達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目的。

國內(nèi)農(nóng)業(yè)科研人員對(duì)紅小豆品種的選育、施肥量、施肥方式、栽培方式、除草劑的使用等進(jìn)行了大量的研究[5-11]。關(guān)于離子注入對(duì)紅小豆產(chǎn)量因素的影響研究很少，離子注入處理種子技術(shù)是一項(xiàng)農(nóng)業(yè)物理新技術(shù)，它具有一定的重復(fù)性和方向性的特點(diǎn)[12]。離子注入已被廣泛應(yīng)用于作物品種的選育與改良[13-14]，紅小豆播種前用離子注入機(jī)對(duì)種子進(jìn)行處理，目的是改變植株農(nóng)藝性狀，提高產(chǎn)量或增強(qiáng)抗逆性[15]，離子注入的機(jī)理就是模擬太空育種的方法，在高真空條件下，通過離子源發(fā)射高能離子作用于種子，使生物體發(fā)生基因重組或基因突變，選育出優(yōu)良的品種。

本試驗(yàn)對(duì)紅小豆種子離子注入處理的生物效應(yīng)進(jìn)行了科學(xué)的分析，對(duì)紅小豆離子注入誘變育種具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心陽曲縣凌井店鄉(xiāng)河村試驗(yàn)基地進(jìn)行。該基地位于北緯 38°03′80″、東經(jīng) 112°88′35″，海拔1 270 m，處于晉中盆地與忻州盆地之間，年平均氣溫6～7℃，年降雨量為441.2 mm，無霜期為120 d左右。土壤為褐土性土，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)14.35 g/kg，全氮 0.95 g/kg，堿解氮 40.3 mg/kg，速效磷 6.35 mg/kg，速效鉀 105.12 mg/kg，pH 值 8.25。

1.2 試驗(yàn)材料

供試紅小豆品種為晉紅小豆5號(hào)，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地按照每公頃尿素600 kg、磷肥375 kg、鉀肥150 kg進(jìn)行施肥。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)排列種植。播種前用山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心的俄羅斯離子注入機(jī)處理紅小豆種子。處理劑量分別為 2×1016、4×1016、6×1016個(gè) /cm2氮離子，以空白處理為對(duì)照（CK）。試驗(yàn)小區(qū)面積3.5m×5.0m，行距50 cm、株距20 cm，每公頃留苗100 050株。2018年5月19日人工點(diǎn)播，8月20日收獲。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

收獲前測量株高，收獲后進(jìn)行考種，測定紅小豆單株莢數(shù)、百粒質(zhì)量、小區(qū)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

相關(guān)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003整理，用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 離子注入對(duì)紅小豆單莢莢數(shù)的影響

收獲前各處理取10株樣本測定單株豆莢的平均數(shù)，處理1為26.10個(gè)，處理2為25.40個(gè)，處理3為26.50個(gè)，對(duì)照為25.07個(gè)。由圖1可知，處理3與CK間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），比對(duì)照增加5.7%，處理1、3都比對(duì)照有所增加，說明離子注入不同的劑量對(duì)紅小豆的單株莢數(shù)有一定的影響。

2.2 離子注入對(duì)紅小豆百粒質(zhì)量的影響

由圖2可以看出，處理1的百粒質(zhì)量與CK間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），比對(duì)照增加17.2%。處理2、處理3表現(xiàn)不明顯，說明隨著離子注入劑量增大百粒質(zhì)量有所降低。

2.3 離子注入對(duì)紅小豆株高的影響

從圖3可以看出，處理1的株高比對(duì)照增加11.4%，處理3比對(duì)照增加11.1%，且處理1和處理3與對(duì)照間差異達(dá)顯著水平；處理2株高與對(duì)照差異不大。說明離子注入對(duì)作物的株高有一定的影響，不同的劑量表現(xiàn)有所不同。

2.4 離子注入對(duì)紅小豆產(chǎn)量的影響

從圖4可以看出，處理1的小區(qū)產(chǎn)量最高，為3.0 kg，比對(duì)照增產(chǎn)42.8%；處理2為2.7 kg，比對(duì)照增產(chǎn)28.6%；處理3為2.8 kg，比對(duì)照增產(chǎn)33.3%。離子注入處理紅小豆，增產(chǎn)效應(yīng)均達(dá)顯著水平，低劑量處理紅小豆種子產(chǎn)量效果最顯著，劑量增大產(chǎn)量有所降低。

2.5 產(chǎn)量與紅小豆農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

由表1可知，主要農(nóng)藝性狀之間都呈正相關(guān)，方向是一致的。產(chǎn)量與單株莢數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.96，達(dá)極顯著水平；產(chǎn)量與百粒質(zhì)量、株高呈正相關(guān)，雖相關(guān)性未達(dá)顯著水平，但相關(guān)系數(shù)比較大。所以篩選優(yōu)良紅小豆品種應(yīng)該把單株莢數(shù)作為首要性狀進(jìn)行選擇。

表1 紅小豆產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)分析

3 結(jié)論與討論

作物種子是制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一，其質(zhì)量好壞直接影響植株的產(chǎn)量、產(chǎn)品的品質(zhì)。研究種質(zhì)資源創(chuàng)新是育種工作的重中之重，常規(guī)育種技術(shù)特點(diǎn)是基因重組，工作量大，時(shí)間比較長，且有些植物性狀使用常規(guī)育種方法很難改變。作物自發(fā)突變頻率非常低，離子注入紅小豆種子，能提高變異頻率，加速育種進(jìn)程，能夠改變影響產(chǎn)量因素的農(nóng)藝性狀。本試驗(yàn)應(yīng)用離子注入處理紅小豆種子，對(duì)單株莢數(shù)、百粒質(zhì)量、株高、產(chǎn)量都產(chǎn)生了影響。處理1（劑量2×1016個(gè)/cm2氮離子）的產(chǎn)量、株高、百粒質(zhì)量與CK間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），但單株莢數(shù)與CK間差異未達(dá)顯著水平。處理2（劑量4×1016個(gè)/cm2氮離子）的表現(xiàn)一般，其株高、單株莢數(shù)、百粒質(zhì)量與CK間差異未達(dá)顯著水平。處理3（劑量6×1016個(gè)/cm2氮離子）的單株莢數(shù)、株高、產(chǎn)量與CK間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），但百粒質(zhì)量差異未達(dá)顯著水平。依據(jù)相關(guān)系數(shù)綜合分析，處理劑量2×1016個(gè)/cm2氮離子對(duì)創(chuàng)制新種質(zhì)資源有積極的作用，在紅小豆誘變育種中具有應(yīng)用價(jià)值。

農(nóng)作物某一性狀對(duì)產(chǎn)量影響的主導(dǎo)地位不是一成不變的，地區(qū)不同、土壤肥力不同以及品種間的差異都可能導(dǎo)致影響產(chǎn)量的主導(dǎo)因子發(fā)生變化[16-17]。申慧芳等[18]對(duì)紅小豆主要農(nóng)藝性狀的灰色關(guān)聯(lián)與相關(guān)性分析結(jié)果表明，分枝數(shù)、二級(jí)分枝數(shù)、單株產(chǎn)量、主莖節(jié)數(shù)、百粒質(zhì)量和單株莢數(shù)具有較大的變異系數(shù)。劉興葉等[19]對(duì)綠豆性狀研究表明，各性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為莢粒數(shù)＞莢長＞株高＞主莖節(jié)數(shù)＞百粒質(zhì)量＞單株莢數(shù)＞主莖分枝數(shù)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，各性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性大小為單株莢數(shù)＞株高＞百粒質(zhì)量。紅小豆不同農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)是由品種基因所決定的，離子注入技術(shù)能夠改變它的株高、百粒質(zhì)量和單株莢數(shù)等農(nóng)藝性狀，對(duì)這些性狀進(jìn)行選擇，能夠獲得優(yōu)良突變體。

離子注入機(jī)處理種子是在離子源的作用下剝離氣體原子核外圍的電子使其成為帶正電的離子，經(jīng)過高壓加速將離子注入作物種子胚和生長點(diǎn)，能夠激活種子潛在的酶的活性[20]，改變植株的農(nóng)藝性狀，誘導(dǎo)作物發(fā)生遺傳變異，創(chuàng)制新的種質(zhì)資源，離子注入技術(shù)快捷方便，可以顯著提高育種效率。前人對(duì)離子注入影響植株性狀變異的機(jī)制做過很多研究[21-24]，不同作物有所差異，同一作物不同品種表現(xiàn)也不一樣。為達(dá)預(yù)期效果，應(yīng)根據(jù)田間試驗(yàn)的表現(xiàn)，考慮各性狀之間的相互影響，確定適宜的離子注入劑量，選出適合離子注入誘變的作物品種進(jìn)行誘變育種。本試驗(yàn)結(jié)果表明，離子注入劑量2×1016個(gè)/cm2氮離子適宜紅小豆誘變處理，但也僅是一年試驗(yàn)結(jié)果，還需長期積累研究。