全 文 ：收稿　2001-07-27　　　　修定　2001-11-23
　＊　国家自然科学基金资助项目(编号:39900030)。
＊＊　联系人。
致谢　龚津平和张强同学参与了部分实验。
离子束注入对狐米草几种生理生化指标的影响＊
周长芳　钦　佩＊＊　谢　民(南京大学生物技术研究所 , 南京 210093)
李国卿　牟宗信(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室 ,辽宁大连 116023)
Effect of Ions Implantation on Several Physiological and Biochemical Indexes of
Spartina patens
ZHOU Chang-Fang , QIN Pei , XIE Min(Institute of Biotechnology , Nanjing University , Nanjing , Liaoning 210093)
LI Guo-Qing , MU Zong-Xin(StateKey Laboratory of Material Surface Modi fication , Dalian University of Science and Tech-
nology , Dalian , Liaoning 116024)
提要　N+、Zn2+、Ar+离子束注入狐米草种子 , 其萌发率均明显降低。相同剂量 , 同种离子束抑制作用随加速电压(能量)的
升高而加强。低能离子束对已萌发种子愈伤组织诱导率无显著影响 , 但能在不同程度上提高 SOD、POD、CAT 活性。多数
离子束处理的狐米草愈伤组织中可溶性蛋白含量增加。
关键词　离子束　狐米草　萌发率　可溶性蛋白　保护酶
　　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 , 其对生物体的损伤和诱
变不同于紫外线和亚硝基[ 1] , 能引起氨基酸和肽
链等生物小分子结构的变异 、碱基缺失和 DNA链
的断裂及突变 、细胞表面蚀刻和细胞膜通透性的改
变 ,以及其它一系列生理性状的变化 。由于其高效
率的复合诱变效应 , 离子束在生物育种工作中有
很好的和潜在的应用前景。然而目前有关离子束
作用机制和应用的研究多集中于不同剂量的比
较[ 2 ,3] , 而对加速电压(能量)的效果尚无报道 。狐
米草是禾本科米草属一种耐盐牧草[ 4] 。本文检测
了不同加速电压下 N+、Zn2+、Ar+ 3 种低能离子
束注入后狐米草种子的萌发率 、愈伤组织诱导率 、
愈伤组织中可溶性蛋白含量及几种保护酶活性的
变化 。
材料与方法
　　狐米草(S partina patens)种子来自江苏射阳
农场。用大连理工大学三束材料改性国家重点实
验室中型 TITAN 80-10离子注入机进行离子束注
入 ,其工作参数见表 1 。每次注入 10 s ,间隔 10 s ,
以减少大剂量注入下可能的热效应。对照也放入
离子束注入机 ,只抽真空而不注入离子 。
　　选取离子束注入和未注入的饱满狐米草种子 ,
经消毒后置于 MS 培养基上萌发 ,接种 30 d后统
计萌发率 。
表 1　离子束注入狐米草种子参数组合
编号 离子种类 加速电压/KeV 剂量/ Ions·cm-2
0 - - -
1 N + 30 7×1016
2 N + 45 7×1016
3 Zn2+ 30 7×1016
4 Zn2+ 45 7×1016
5 Ar+ 30 5×1016
6 Ar+ 45 5×1016
　　愈伤组织诱导方法参照文献 5 。继代 3次(萌
发后 120 d)的新鲜愈伤组织称重后于冰浴中匀浆 ,
以 0.1 mol·L-1磷酸缓冲液(pH 7.8)提取 ,16 000
×g 离心 20 min (4℃),上清液用于测定各种指
标。可溶性蛋白含量采用 Bradford[ 6] 的方法
测定 。以邹国林等[ 7] 的邻苯三酚自氧化法测定
237植物生理学通讯　第 38 卷 第 3 期 , 2002年 6月
DOI :10.13592/j.cnki.ppj.2002.03.009
超氧化物歧化酶(SOD)活性 ,50 mmol·L-1 , pH 8.
2的 Tris-HCl缓冲液中含 0.1 mmol·L-1邻苯三
酚 ,以每 min 抑制邻苯三酚自氧化速率达 50%的
酶量为 1个酶单位。以 Maehly[ 8]的愈创木酚氧化
法测定过氧化物酶(POD)活性 ,100 ml 、100 mmol·
L-1磷酸缓冲液(pH 6.0)中含 28 μl愈创木酚 。以
徐镜波等[ 9] 的紫外分光光度法测定过氧化氢酶
(CAT)活性 ,100 ml、0.067 mol·L-1的磷酸缓冲液
(pH 7.0)中含 0.16 m l H 2O2 。
实验重复 3次 ,所有测定均取平均值。
结果与讨论
1　不同离子束对狐米草种子萌发和愈伤组织诱导
的影响
　　接种于 MS培养基上的狐米草种子 10 d左右
开始萌发 ,未注入离子的种子出芽较整齐 ,各离子
束处理的出芽都有不同程度的延迟 。接种 30 d后
的统计结果显示 ,所有处理的萌发率都明显降低 ,
同种离子束加速电压高者萌发率低(表 2)。
表 2　离子束处理对狐米草种子萌发率的影响
编号 离子种类 加速电压/KeV 种子总数/粒 萌发种子数/粒 萌发率/ %
0 - - 89 68 76.4
1 N + 30 72 43 59.7
2 N + 45 79 36 45.6
3 Zn2+ 30 80 38 47.5
4 Zn2+ 45 72 11 15.3
5 Ar+ 30 73 32 43.8
6 Ar+ 45 79 13 16.5
　　种子萌发形成的无菌幼苗都能诱导出愈伤组
织 ,新鲜愈伤组织在继代过程中长势良好 ,无褐化
现象。各处理组的诱导率和愈伤组织外观无明显
差异 。
2　离子束处理对狐米草愈伤组织中几种生理生化
指标的的影响
　　从图 1可见:
　　(1)除45 KeV N+处理(编号2)的狐米草愈
图 1　不同离子束注入对狐米草胚性愈伤组织几种生理生化指标的影响
238 植物生理学通讯　第 38 卷 第 3 期 , 2002年 6月
伤组织中可溶性蛋白含量略有降低外 ,其它各处理
的都有所增加(图 1-A)。在同种离子束处理中 ,高
加速电压处理的可溶性蛋白含量都低于低加速电
压处理的含量。
　　(2)30 KeV(编号 1)和 45 KeV N+(编号 2)离
子束处理的狐米草愈伤组织中 SOD活性和比活性
均明显增高 。30 KeV Zn2+处理(编号 3)的 SOD
活性也有上升 , 但比活性无明显变化 。45 KeV
Zn2+处理(编号 4)的 SOD活性与比活性均下降 。
不同加速电压 Ar+处理的 SOD活性与比活性均明
显下降 , 30 KeV 处理(编号 5)的比 45 KeV 处理
(编号 6)的更明显(图 1-B)。
(3)除 30 KeV N+处理的狐米草愈伤组织中
POD活性略低外 ,其余的 POD活性均有所增高 ,
且在同种离子束中 ,高加速电压的作用都强于低加
速电压。45 KeV Ar+处理的 POD活性最高 , 30
KeV各离子束处理的比活性都略低 ,而 45 KeV各
离子束处理的比活性则都增大(图 1-C)。
(4)不同离子束处理对狐米草愈伤组织中
CAT 活性的影响与对 POD的影响规律相似。除
30 KeV N+处理的活性 、比活性都略低外 ,其余的
都增高。但高加速电压的 Zn2+和 Ar+对 CAT 活
性的作用都不如低加速电压(图 1-D)。
　　总之 ,不同种类离子束注入狐米草的生物学效
应是有差异的。相同剂量下 ,同种离子束的作用效
应随加速电压的变化而变化 。本文未得到前人报
道的离子束对水稻 、甜菜等种子萌发率的正向刺激
作用[ 1 ,10] 的结果 ,这可能与我们所选择的剂量及
种子本身的敏感与耐受性的范围有关。还可能涉
及离子束导致 DNA 等生物大分子的大量损伤及
种子萌发生理代谢过程的中断等问题。另外 ,前人
的实验证明离子束注入过程能诱发机体内自由基
的积累[ 2 , 11] 。本文结果也显示 ,适当能量的 N+ 、
Zn2+、Ar+都能导致狐米草 SOD 、POD及 CA T 活
性的提高 。一般认为 3种酶活性大小都是与狐米
草清除过多自由基的能力有关的 ,所以能在一定程
度上缓解离子辐射对植物的损伤 。
参考文献
1　余增亮.离子束生物技术引论.合肥:安徽科学技术出版社 ,
1996.176～ 190
2　韩建伟 , 余增亮.KeV离子辐照丙氨酸的剂量效应研究.生物
物理学报 , 1998 , 14(2):342～ 345
3　杜严华, 丘冠英 ,李国红等.低能离子束及γ辐照对小菜蛾颗粒
体病毒的影响及剂量效应关系的拟合分析.生物物理学报 ,
1997 , 13(2):267～ 272
4　John LG.In:National Research Council(ed).Saline Agriculture
(Salt-tolerant Plants for Developing Count ries).Washington:Na-
t ional Academy Press , 1990.79～ 80
5　Li XG , S eliskar DM , Moga JA et al.Plant regeneration f rom cal-
lus cultures of salt marsh hay , Spartina patens , and it s cellular-
based salt tolerance.Aquat ic Bot , 1995 ,51:103～ 113
6　Bradford MM.A rapid and sensit ive method for the quantity of
protein dye binding.Anal Biochem , 1976 , 72:248～ 254
7　邹国林 , 桂兴芬 , 钟晓凌等.一种 SOD的测活方法.生物化学
与生物物理进展 , 1986, 4:71～ 73
8　Maehly AC.Plant Peroxidase.In:Abelson JL.S imon MI(eds).
Methods in Enzymology (Vol Ⅱ).San Diego:Academic Press ,
1955.801～ 813
9　徐镜波, 袁晓凡 , 郎佩珍.过氧化氢酶活性及活性抑制的紫外
分光光度法测定.环境化学 , 1997 , 16(1):73～ 76
10　蒋明山 ,蒋先志 ,徐金森等.注入碳离子对甜菜的生物学效应.
植物学报 , 2000 , 42(9):892～ 897
11　宋道军 , 李　红 , 余增亮.N +离子注入对不同辐射敏感性微
生物超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物
酶(POD)活性的影响.生物物理学报 , 1998 , 14(2):325～ 330
239植物生理学通讯　第 38 卷 第 3 期 , 2002年 6月