全 文 ：Nd:YVO4激光照射向日葵种子的细胞
遗传学效应研究
王新风1 , 丁蕴丰2 , 朴铁夫1 , 谢浩镜2 , 许素莲2
(1.吉林农业大学农学院 , 长春 130118;2.长春理工大学材料与化工学院 , 长春 130021)
摘 要:采用功率密度为 338 mW/ cm2 的Nd:YVO4(532 nm)激光器对向日葵种子进行照射 ,处理时间分别为
1 , 5 , 10 , 15 , 20 min , 研究激光照射对向日葵种子根尖细胞的生物学效应。结果表明:与对照组相比较 , 随着照
射时间的延长 ,染色体的畸变率 、微核率也在增加 ,根尖细胞有丝分裂指数先上升然后逐渐下降。染色体的畸
变类型除了染色体桥 、断片外 , 在 15 min 和 20 min 的处理组中出现了染色体环。
关键词:激光;向日葵;有丝分裂指数;微核率;染色体畸变率
中图分类号:S565.5 文献标识码:A 文章编号:1000-5684(2006)02-0133-03
Cytogenetic Effects of Nd:YVO4 Laser Irradiation on Sunflower Seeds
WANG Xin-feng1 , DING Yun-feng2 , PIAO Tie-fu1 , XIE Hao-jing2 , XU Su-lian2
(1.College of Agronomy , Jilin Agricultural University , Changchun 130118 , China;2.College of Mate-
rials and Chemical Industry , Changchun Science and Engineering University , Changchun 130021 , Chi-
na)
Abstract:We studied the cytological effects of different doses of YVO4 laser at wavelength 532 nm on
sunflower root tip cells.The results showed that there was chromosomal aberration of sunflower tip cell in-
duced with laser 338 mW/cm2 power density.With irradiating time added from 1min to 20min , the type of
chromosomal aberration increased first and then decreased.Also the type of aberration increased.We
found the ring of chromosomal in 15-min and 20-min treatments but not in 5-min or 10-min treatment.At
the same time with the increase of irradiating time , the micronucleus rate and the rate of chromosome
aberration increased too.
Key words:laser;sunflower;mitotic index;micronucleus rate;rate of chromosome aberration
激光照射作为一种物理诱变技术已成功地应
用于作物的育种实践当中[ 1-2] 。许多研究表明 ,激
光照射处理可引起生物遗传基因的突变 ,并能稳
定地遗传[ 3] ,但诱变的遗传效应有待于从细胞和
分子水平开展更深入的探讨。为了使激光诱变育
种技术得到更广泛的应用 ,本研究利用新型 Nd:
YVO4激光器照射向日葵种子并对其进行细胞遗
传学研究 ,观察其染色体畸变情况 ,旨在探讨 Nd:
YVO4激光对向日葵诱变的生物学效应 ,为今后开
展激光诱变育种提供理论依据 。
1 材料与方法
1.1 试验材料与试剂
试验材料选用“匈牙利 4号”向日葵的干种
子。Nd:YVO4 激光器(长春理工大学提供),Oly-
pus bH2型光学显微镜 。化学试剂均为分析纯 。
1.2 试验方法
选择大小基本一致 、无病虫害 、完好的向日葵
种子 ,去壳 ,分成 6份 ,其中 5份用 Nd:YVO4激光
器进行激光照射 ,波长为 532 nm , 功率密度为
通讯作者
基金项目:吉林省自然科学基金资助项目(20000516)
作者简介:王新风(1975-),女 ,硕士研究生 ,主要从事细胞遗传学研究。
收稿日期:2005-02-23
第 28卷第 2 期 吉 林 农 业 大 学 学 报 Vol.28 No.2
2006 年 4月 Journal of Jilin Agricultural University Apr.2006
DOI :10.13327/j.j jlau.2006.02.004
338 mW/cm2 。光斑直径 1.5 mm ,照射距离10 cm ,
照射时间分别为 1 , 5 ,10 ,15 , 20 min。以不照射种
子为对照(ck)。将所有种子置于沙土中 ,待种子
胚芽长到约 1 cm 后将根尖切下 ,进行制片观察。
染色体制片采用常规压片法[ 4] 。取根尖放入卡诺
氏固定液[ V(无水乙醇)∶V(冰醋酸)=3∶1]中室
温下固定 3 ～ 24 h ,70%酒精保存。观察时取根尖
的分生组织进行常规制片 ,用改良的石碳酸品红
染液染色 ,压片镜检 ,观察统计细胞有丝分裂指
数 、染色体畸变率[ 5] 、微核分率[ 6] ,采用 3次重复 ,
并对具有畸变的细胞进行显微摄影 。
2 结果与分析
2.1 激光照射对向日葵根尖细胞有丝分裂指数
的影响
Nd:YVO4 激光照射对向日葵种子的有丝分
裂指数有很大影响(图 1)。
图 1 Nd:YVO4激光对向日葵种子有丝分裂的影响
Fig.1.Effect of mitosis on Nd:YVO4 laser irradiating
sunflower root tip
由图1可看出 ,激光处理1 min即可使有丝分
裂指数达到最大值 ,之后随着激光照射时间的延
长 ,其有丝分裂指数逐渐下降 。
2.2 激光照射对向日葵根尖染色体的畸变效应
由图 2可见 ,与对照组相比 ,Nd:YVO4激光照
射的 5个剂量均能诱发染色体畸变 ,并且随着照
射时间的延长 ,染色体畸变率也增加 ,照射 20 min
的处理染色体畸变率达到最大为 6%。畸变类型
主要有染色体单桥(图 3-1)、染色体双桥(图 3-
2)、染色体多桥(图 3-3)、断片(图 3-4)、落后染
色体(图 3-5)、微核(图 3-6 ,7)等 。在处理1 min
和5 min的材料中桥出现较多 ,15min处理的染色
体畸变类型中出现了染色体环(图 3-8)。
图 2 Nd:YVO4 激光照射对向日葵染色体的畸变效应
Fig.2.Effect of chromosome aberration on Nd:YVO4
laser irradiating sunflower
2.3 激光照射对向日葵根尖细胞微核率的影响
由图3可见 ,Nd:YVO4激光能诱发较高的微核
率。随照射时间增加 ,微核率也在增加 ,且主要以
单微核的形式出现。在照射时间为20 min时达到
最大值 ,接近2.1%,而对照几乎不出现微核。
1.单桥 Single bridge;2.双桥Double bridges;3.多桥Multiple bridges;4.断片Chromosome fragment;5.带落后染色体的后期Anaphase with
laggards;6.后期微核 Anaphase with micronucleus;7.间期单微核 Interphase with single micronucleus;8.染色体环Chromosome ring
图 3 染色体畸变类型
Fig.3.Types of chromosome aberration
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图 4 Nd:YVO4 激光照射对向日葵根尖细胞微核率的
影响
Fig.4.Effect of the micronucleus rate on Nd:YVO4 laser
irradiating sunflower root tip
3 讨 论
本研究结果表明 ,随着Nd:YVO4 激光照射时
间的延长 ,向日葵种子根尖分生组织细胞分裂指
数先上升 ,在1 min达到最大之后下降 ,说明较短
时间的激光照射即可促进细胞的分裂 ,随着照射
时间的增加其细胞分裂将逐渐受到抑制 。Nd:
YVO4激光还能诱发较高频率的微核率 , 5个处理
组均高于对照组 ,且随处理时间的延长微核率增
加。与此同时 ,染色体桥 、落后染色体 、染色体断
片 、染色体粘连的频率也增加。照射 20 min时微
核率 、染色体畸变率均明显高于前 4个处理。一
般认为 ,微核有 2条形成途径:一是由于分裂周期
G2期后产生的染色体断片在分裂过程中不能与
正常染色体协调活动 ,在进入间期时即被排斥于
核外;二是由各种形式的落后染色体 、未到赤道板
集合的染色体以及染色体分组形成[ 7] 。染色体畸
变也有 2种途径:一是由于外界因素干扰蛋白质
的合成或 RNA的转录 ,使与染色体运动有关的物
质不能合成而形成染色体畸变;二是通过干扰某
些损伤的正常修复过程 ,阻止染色体在正常情况
下的重建 ,而形成新的重接 ,出现染色体桥 、环 、断
片等的重排。落后染色体的产生可能是由于激光
照射干扰了染色体某些自身运动规律而使染色体
不能及时到达赤道板 ,形成落后染色体 。染色体
数目的多倍性也是由于纺锤丝被破坏使子染色体
移向两极受到障碍 ,从而造成 2 组子染色体滞留
在同一细胞内 。
本试验中出现了染色体桥 、染色体片段 ,说明
Nd:YVO4 激光对向日葵根尖细胞染色体的主要
组成物质 DNA 的结构已造成了一定影响 。Nd:
YVO4激光用于向日葵诱变研究尚处于起步阶段 ,
本试验证实 Nd:YVO4 激光对向日葵具有一定的
细胞遗传学效应 ,但对向日葵的其他生物学效应
及其分子机制还有待于进一步研究 。
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