全 文 ：收稿日期:2007-07-15
作者简介:张月学 (1953-), 女 , 黑龙江巴彦人 , 研
究员 , 主要从事牧草辐射诱变和生物技术育种研究.
Email:zy xnky@163.com.
空间飞行和60Co-γ射线辐照
对苦荬菜种子的细胞学效应研究
张月学1 , 刘　丽2 , 唐凤兰1 , 韩微波1 , 刘杰淋1 , 蒿若超1 , 徐香玲2 , 李集临2
(1.黑龙江省农业科学院草业研究所 , 黑龙江 哈尔滨　150086;2.哈尔滨师范大学生命与环境科学学院生物
系 , 黑龙江 哈尔滨　150080)
摘　要:利用返回式卫星搭载苦荬菜干种子 , 研究比较其与用不同剂量γ射线辐照对苦荬菜根尖细胞的遗传学
效应.实验结果表明:与地面对照组相比 , 种子空间飞行可促进根尖细胞有丝分裂;而γ射线则抑制根尖细胞
有丝分裂 , 并随着辐照剂量的增加有丝分裂指数逐步下降.二者均可诱发根尖细胞产生微核 、 染色体断裂 、 染
色体粘连 、 落后染色体 、 游离染色体 、 桥等畸变.但空间飞行诱发畸变的频率明显低于γ射线辐照.在γ射线
辐照剂量 0-30Gy 范围内 , 随着剂量的增加 , 单微核 、 多微核和染色体总畸变频率逐步升高.
关　键　词:空间飞行;60Co-γ射线;有丝分裂指数;核畸变;染色体畸变;苦荬菜
中图分类号:Q345+.2 文献标识码:A
The cytological effect of aerospace flight and 60Co-γ-Rays
irradiation on the seeds of Lactuca indica L.
ZHANG Yue-xue1 , LIU Li2 , TANG Feng-lan1 , HAN Wei-bo1 ,
LIU Jie-l in1 , HAO Ruo-cao1 , XU Xiang-ling2 , LI Ji-lin2
(1.Biology Department , Life and Environment Science College , Harbin Normal University ,
Harbin , Heilong jiang 150080 , China;2.Inst itute of Pratacultural Sciences , Heilongjiang Academy
of Ag ricultural Sciences , Harbin , Heilong jiang 150086 , China)
Abstract:The experiment was designed to explore the induction mechanism of aerospace and 60Co-γ-ray s irradiation.
Seeds of Lactuca indica L.in aerospace by recoverable satellite and irradiated by different dose 60Co-γ-rays were used to
compare the cy tolog ical effects.I n the range of the dose from 0 to 30Gy , experimental results showed that aerospace
flight could stimulate the cell mitosis , but 60Co-γ-rays irradiation could inhibit mitosis.With the increase of 60Co-γ
-rays irradiation , mitosis rate has fall.Bo th aerospace and 60Co-γ-rays ir radiation induced various aberrations in root
tip cells , such as micronucleus , chromosome fragment , chromosome conglutination , lagging chromosome , dissociative
chromosome and bridge.However , the aberration rate caused by aerospace environment was low er than that caused by 60
Co-γ- ray s irradiation. The higher dosage of 60 Co -γ- ray , the higher rate of single micronucleus 、 mutil -
micronucleus and total chromosome aber ration in 0 to 30Gy.
Key words:space flight;60Co-γ-rays;mitotic index;nuclear aberration;chromosomal aberration;Lactuca indica L.
　　太空环境是一种地球上无法比拟的特殊资源.
大量的实践证明 , 空间飞行既能明显改善植物某些
性状 , 又可以获得地面育种难以得到且对重要经济
性状产生破坏性影响的罕见突变 , 因此已被广泛地
应用于植物育种中[ 1-3] .近年来 , 许多研究者将这
一新的诱变方法用应用于牧草研究 , 获得了一些重
要的研究进展[ 4-6] .而γ射线作为一种传统的诱变
手段 , 多年来为作物的育种及改良带来了重大收
益.各种研究已显示 , 辐射剂量与突变频率间存在
着一定的相关性 , 在一定范围内 , 随着辐射剂量的
提高 , 一般突变频率随之增加.目前 , 对各种牧草
的诱变育种工作已相继展开 , 牧草品种对射线的辐
射敏感性 、育种的适宜剂量及其辐射诱变规律 , 已
第 33 卷
2007 年 8 月
湖南农业大学学报 (自然科学版)
Journal of Hunan Ag ricultural University (Natural Sciences)
Vol.33
Aug.2007
DOI :10.13331/j.cnki.jhau.2007.s1.040
成为各国学者普遍关注和研究课题[ 7-8] .然而 , 由
于研究时间不长 , 机会有限 , 迄今对空间环境的诱
变作用尚缺少深入研究 , 有关空间飞行与γ射线辐
照效果比较的报道也较少.
苦荬菜 (Lactuca indica L.)属菊科莴苣属.
别名山莴苣 、苦麻菜等 , 原在南方大面积种植的饲
料苦荬菜已逐步北移到东北 , 黑龙江省已有部分种
植.苦荬菜鲜嫩多汁微带苦味 , 茎叶营养价值高 ,
适口性好 , 是各种畜禽的良好青饲料[ 9-10] .本实
验利用的苦荬菜种子经第 18 颗返回式卫星搭载 ,
进行空间飞行处理 , 研究其细胞学效应 , 并与地面
对照组及γ射线处理组相比较 , 从细胞学方面探讨
其差异.
1　材料与方法
1.1　供试材料
试验材料选用黑龙江省农科院草业研究所选育
的龙饲 0374苦荬菜干种子.
1.2　诱变处理
在第 18颗返回式卫星上搭载苦荬菜干种子 5g ,
2003年 11月 3日卫星在酒泉发射基地升空 , 卫星
在近地点 200 公里 , 远地点 350 公里的轨道上运
行 , 轨道倾角 63°, 轨道周期平均为 90分钟 , 运行
18天返地 (用 SP 表示).另留取部分种子作地面
对照 (用 CK 表示).同时 , 用同一批相同重量的
苦荬菜干种子 , 2003年 12月 11日在黑龙江省农科
院玉米研究所60Co -γ钴源进行照射 , 射线的剂量
分别为 10 , 20 , 30 Gy.
1.3　细胞学观察
2006年 12月-2007年 1 月间 , 将对照与不同
处理的苦荬菜干种子 50 粒水洗后分别放入培养皿
中 , 置于 25℃温箱中培养至萌发露白 , 低温 4℃处
理 24小时 , 然后恢复 25℃继续培养 , 根尖长至 1
-1.5cm 左右剪下 , 用卡诺氏固定液 (无水乙醇:
冰醋酸=3:1)固定 22小时 , 醋酸洋红染色 24小
时以上 , 40 倍显微镜下镜检计数 , Leica4000 MB
高倍显微镜下拍照.
每个处理随机取 25-30 个根尖进行染色体制
片 , 在 40倍镜下 , 每张染色体制片随机观察约 200
个细胞 , 进行细胞学统计.最后根据统计结果分别
计算出细胞有丝分裂指数 (分裂细胞数占总观察细
胞数的百分数)、 染色体畸变率 (染色体畸变细胞
数占总观察细胞数的百分数)和微核率 (微核畸变
细胞数占总观察细胞数的百分数).
2　结果与分析
2.1　空间飞行及不同剂量 γ射线对苦荬菜根尖细
胞有丝分裂指数的影响
　　如表 1所示 , 苦荬菜种子经卫星搭载后 , 其根
尖细胞有丝分裂指数高于地面对照组 , 达到
15.29%.种子经过 10 , 20 , 30 Gy 的 γ射线辐照
处理后 , 其有丝分裂指数均低于地面对照组 , 分别
为 11.81%、 10.62%、 8.88%, 并且随着辐射剂量
的增大 , 有丝分裂指数呈下降趋势.这说明空间飞
行可促进根尖细胞的有丝分裂 , 而γ射线辐照抑制
了根尖细胞的有丝分裂 , 并且抑制效果随着辐射剂
量的增大而愈加显著.
表 1　空间环境和γ射线辐照苦荬菜根尖细胞有丝分裂指数
Table 1 　The mitotic index in root t ip cells of the seeds of
Lactuca indica L.irradiated by aerospace flight and
60Co-γ-rays
处理 细胞总数
有丝分裂
细胞数
细胞有丝
分裂指数/ %
对照 CK 5 067 680 13.42
空间飞行 SP 3 499 535 15.29
γ射线辐照 6 018 673 11.18
γ-ray 5 828 619 10.62
irradiation (Gy) 6 249 555 8.88
2.2　空间飞行及不同剂量 γ射线对苦荬菜根尖细
胞核畸变的影响
　　经空间飞行和γ射线辐照的苦荬菜种子根尖细
胞都出现了微核的畸变 , 并以单微核为主.由表 2
可见 , 从卫星上回收的种子 , 其核总畸变率为
2.29‰, 与γ射线辐照相比 , 其核总畸变率明显低
于三种γ射线辐照的.这说明空间飞行所产生的
SP1代生理损伤 , 与 γ射线辐照相比要轻.另外 ,
种子经 10Gy 、 20Gy 、 30Gyγ射线辐照处理后 , 其
核总畸变率分别为 9.14‰、 19.73‰、 28.16‰, 随
剂量的提高而呈逐渐上升.
2.3　空间飞行及不同剂量 γ射线对苦荬菜根尖细
胞染色体畸变的影响
　　由表 3可见 , 经卫星搭载的苦荬菜种子 , 在根
139第 33 卷 张月学等　空间飞行和60Co-γ射线辐照对苦荬菜种子的细胞学效应研究
尖细胞内可诱发各类染色体变异 , 其中 , 落后染色
体率和游离染色体率与其他畸变率相比相对较高 ,
而桥的诱发频率很低.γ射线辐照的种子根尖细胞
染色体总畸变率分别为 5.82‰, 7.55‰, 8.16‰,
染色体总畸变率随着辐射剂量的加强而增大 , 但它
们都明显高于空间飞行的 4.29‰.这进一步说明空
间飞行所产生的 SP1代生理损伤 , 与γ射线辐照相
比要轻.
3　讨论
本试验对经卫星搭载和γ射线辐照的苦荬菜干
种子在其根尖细胞学方面进行了对比研究.从研究
的结果看 , 太空环境对苦荬菜种子的细胞学效应与
γ射线辐照有相同之处 , 即二者均能诱发染色体的
畸变 , 随着γ射线辐射剂量的增大各种畸变率有不
断提高的趋势 , 这与前人的研究是一致的[ 11-13] .
表 2　空间环境和γ射线辐照苦荬菜根尖细胞核畸变率
Table 2　The rate of nucleolar aberration in root tip cells of the
seeds of Lactuca indica L. irradiated by aerospace
f light and 60Co-γ-rays
处理 细胞总数
单微核率
/ 0.1%
多微核率
/0.1%
核总畸变
率/0.1%
对照 CK 5 067 0.00 0.00 0.00
空间飞行 SP 3 499 2.29 0.00 2.29
γ射线辐照 6 018 8.64 0.50 9.14
γ-ray 5 828 18.19 1.54 19.73
irradiation (Gy) 6 249 24.80 3.36 28.16
表 3　空间环境和γ射线辐照苦荬菜根尖细胞染色体畸变率
Table 3　The rate of chromosomal aberration in root tip cells of the seeds of Lactuca indica L.irradiated by aerospace flight and 60
Co-γ-rays
处理 细胞总数 染色体桥总畸变率/ 0.1% 染色体落后率/ 0.1% 染色体断片率/0.1% 染色体游离率/ 0.1% 其它畸变率/ 0.1% 染色体总畸变率/0.1%
对照 CK 5 067 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
空间飞行 SP 3 499 0.00 1.43 0.86 1.72 0.29 4.29
γ射线辐照 6 018 0.33 1.50 0.50 2.82 0.67 5.82
γ-ray 5 828 0.17 3.78 0.34 2.92 0.34 7.55
irradiation(Gy) 6 249 0.32 3.52 0.80 2.72 0.80 8.16
　　试验结果显示 , 空间飞行和γ射线辐照均可诱
发 M1根尖细胞产生核畸变和染色体变异 , 变异类
型丰富.在处于有丝分裂中期的细胞中 , 染色体的
变异已经发生 , 主要是以落后染色体 、游离染色体
和染色体断片为主 , 而在有丝分裂末期 , 多为染色
体桥和微核.落后染色体 、游离染色体和染色体断
片能引起基因片段的丢失和基因的重组 , 同时也是
后期微核产生的主要来源[ 16] .郭桂云等[ 17-18]的试
验结果支持 “微核是衡量辐射对染色体损伤的可靠
指标” 这一观点.本试验中 , 60Co -γ射线辐照会
使苦荬菜种子根尖细胞产生微核 , 其微核率随剂量
升高而增加 , 但空间飞行诱发畸变的频率又低于三
个剂量的γ射线辐照 , 这表明 , 在一定的剂量范围
内 , 空间飞行产生的生理损伤要比γ射线辐照轻 ,
许多研究显示了相似的结果[ 14-15 ,19] .
本试验中空间飞行明显地促进了根尖细胞的有
丝分裂活动 , 这是 γ射线诱变所未曾观察到的现
象 , 但是否是空间飞行的普遍现象 , 尚待进一步研
究.空间飞行是空间辐射 、 微重力 、 高真空等因素
综合作用的结果 , 是一个很复杂的过程 , 在诱因上
与地面单一的理化诱变因素完全不同 , 其在诱变机
制上也可能与60Co -γ射线辐照不完全相同 , 这可
能就是其诱变效果与γ射线不同的原因之一.
4　结　论
与地面对照相比 , 空间飞行促进了种子根尖细
胞有丝分裂;而γ射线则抑制了种子根尖细胞有丝
分裂 , 在γ射线辐照剂量 0 ～ 30 Gy 范围内 , 随着
辐照剂量的增加 , 有丝分裂指数逐步下降.
空间飞行和γ射线辐照均可诱发根尖细胞产生
微核 、染色体断裂 、染色体粘连 、 落后染色体 、游
离染色体 、桥等畸变.但空间飞行诱发畸变的频率
明显低于γ射线辐照.在γ射线辐照剂量 0 ～ 30 Gy
范围内 , 随着剂量的增加 , 单微核 、 多微核和染色
体总畸变频率逐步升高.
140 湖南农业大学学报 (自然科学版) 2007年 8 月
1.正常的有丝分裂中期;2.粘连染色体;3.染色体断片;4.正常的有丝分裂中期;5.游离染色体;6.正常的有丝分裂后
期;7.桥;8.落后染色体;9.三级;10.单微核;11.双微核;12.多微核
图 1　空间飞行和60Co-γ射线辐照诱发的苦卖菜细胞染色体畸变
Fig.1　Pictures of different types of chromosome aberrations of Lactuca indica L irradiated by aerospace flight and 6 0Co-γ-rays
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责任编辑:黄燕妮
141第 33 卷 张月学等　空间飞行和60Co-γ射线辐照对苦荬菜种子的细胞学效应研究