全 文 ：核 农 学 报 ,
以 通 “ “ ‘ 以介口 心 ”
重离子注入与电离辐射作用下小
麦种胚内非按期 合成的比较
韩 榕 杨汉 民 高清祥
兰州大学生物系 兰州
卫增泉 刘玉岩 王桂玲
中国科学院兰州近代物理研究所 兰州 。。。
用放射性 同位素 ’ 一胸腺咭吮核普渗入法 , 研 究 注入 与‘ ℃。了 射线辐照 条件
下 , 小 麦种子 萌发早期种胚内 的合成动态 , 以昨按期 合成为标志 , 比较重
离子束与 下射线作用下 损 伤 、修复程度的差异 。 同时采用 扫描 电镜 射线能语
分析法 一 对造成这种差异的机制进行 了探讨研究 。 研 究结果表 明 , 丫 射线
辐照 后 , 种胚 内存在典型的 昨按期 合 成 , 但在重 离子注入条件下 , 这 一 现象并
未表现 出来 。 因此重 离子的作用过程和诱变机理与 射线 的作用有所不 同 。 重 离子
对种子的诱变是一 种 问接 的作用 , 因 为 一 的 结果证 明 离子 注 入 种 子 的深
度 为 拌 , 并未真正到 达小 麦种胚内部 。
关键词 小 麦 重 离子 , ‘。 了 射线 抹按期 合成 一
前 言
损伤修复是生物的基本属性之一 。 电离辐射作用下 损伤修复的机理 , 在原核
生 物 及动物方面 已有不少报道 〔卜 ’〕, 在高等植物中 , 近十年来也 已证 明 电离辐射能够引起
链断裂后的修复 ’。丘泉发等阁在研究 下射线的辐射效应时证实 , 射线能够引起花生和
水稻种胚内的非按期 合成 , 等川指出 , 受 射线照射过的大麦种胚第 叶的
分生组织细胞 , 在染色体复制前若干小时 , ’ 一 ’ 一胸腺啼吮核昔 渗入量有所增多 。 当用
咖啡 因和 等非按期 合成抑制剂进行对 比实验后证明 , ’ 一 的特殊渗入是辐
射损伤后植物细胞的修复复制 。 等闭证明 , 受 射线照射后的豌豆幼苗 中也存在着非
按期 合成 。 上述研究工作所用的外照射源均为传能 线密度 低的 射线或 射
线 。 年中国科学院合肥等离子体物理研究所与安徽农科院合作 , 在国际上首次用高
的低能重离子束处理水稻种子 , 进行离子注入诱变育种研究 , 经过短短数年的努力 , 在理论研
究和实际应用方面都已取得明显进展 。 目前 , 这一研究领域已扩展到小麦 、 玉米 、大豆 、棉花 、烟
此文子 年 月 日收到 。
国家 自然科学基金资助项 目 。
核 农 学 报
草 、果树及蔬菜等各种作物 。 当前研究规模和范 围虽在不断扩大 , 但对有关重离子的作用过程
与诱变机理仍然了解甚少 。 重离子能否造成 损伤 损伤能否修复 修复效率怎样 另外 ,
重离子的穿透能力和注入深度如何 这些 已引起了众多学者的关注和研究 。 为阐明这些问题 ,
本文用放射性同位素化合物渗入法和双道液闪计数器 , 研究了 射线辐射和重离子注入后小
麦种子萌发早期种胚内的 合成动态 , 比较两种不同处理条件下非按期 合成 的差
异 。 同时用 一 法研究了低能 的注入深度 , 分析了造成这种差异的原因 。 希望能
为离子注人诱变的研究和应用提供参考资料 。
材 料 与 方 法
材料 实验材料为春小麦新品系 风干种子 。
离子注人与 了射线辐照 离子注入在中国科学院兰州近代物理研究所 离子注入
机上进行 。 离子种类为 ’ , 注入能量为 , 束流强度在 一 “ 之间 , 离子流密度为
” 耐 。 为了提高离子注入效果 , 注入前先剥去种胚上部种皮 , 注入后的种子相对发芽
率为 。 ℃ 射线辐照在兰州辐照中心进行 , 辐照剂量为 。 辐照后的种子相对发芽
率亦为 。
种子的萌发与 一 的标记 将 ’ 注入和‘ ℃ 射线辐照后的种子置于培养皿 内的
吸水纸上 , 加水少许后 , 于 ℃培养箱 内发芽 , 分别在培养后 、 、 、 、 、 、 时取 出种
子 , 剥离 出种胚 , 每次 粒 , 称重后分成 组 , 投人 个小瓶中 , 每瓶 粒
。
加入 浓度为
拼 的 ’ 一 溶液 , ℃下培养 后倒 出 ’ 一 液 , 用蒸馏水洗 次 , 将胚转入
离心管中 , 于 一 ℃烘箱中烘干 一 。
材料消化与液 闪测定 分别向离心管中加入高氯酸 滴 , 过氧化氢 滴 , 于 一 ℃烘
箱 中消化 左右 , 待材料全部消化后 , 将消化液倒入闪烁瓶中 , 用无水 乙醇洗 次 次 ,
再加人 闪烁液 , 摇匀 , 置 一 双道液闪计数器上计数 。 以 。 表示 中’ 一 的
渗入量 , 以时 间为横坐标 , 为纵坐标 , 绘制 曲线 , 表示 ’ 一 的渗入量和 合成的动
态过程 。 以上整个实验至少重复 次 , 。 取其平均值 。
扫描电镜样品的制备 取注入 及未注入 ’ 的种子数粒 , 用徒手切片法 , 沿种子上
方切成厚约 的横切片 。 经真空干燥后进行粘台 、镀碳 、镀金等处理后制成扫描 电镜整体
样品 , 供纵向单元素线扫描分析 。
射线能谱分析 射线能谱分析在 分析 电镜上 的能谱分
析仪上进行 。 纵 向单元素线扫描分析在 同一分析系统中进行 。 所用 电镜模式为 加速 电压
, 束流强度 拜 , 谱线收集时间 , 阀值 , 积分时间 一 。
结 果 与 讨 论
图 、表 显示了 ’十 注人与 ℃。了射线辐照后小麦种子萌发早期种胚内’ 一 的渗入
量 。 可以看出 , 注入 ’ 的种子萌发后 , 种胚中’ 一 的渗入量呈直线上升趋势 , 并于 时
达到高峰 。 这是其第 个按期 合成高峰 , 这与对照组的实验结果相吻合 。 ’ 注入后 , 在
重离子注人与电离辐射作用下小麦种胚内非按期 合成的比较
第 时的 合成高峰为第 个按期 合成高峰 , 比对照组 第 提前 。 但是 , 在
前并无特异 的渗入峰 出现 。 ℃。了 射线辐照过的种子 , 胚 内第 个按期 合成高峰发 生
在萌发后第 。 这一结果不仅 比对照组和 ’ 组晚 , 而且还在 ’ 一 渗入量最高峰前的
第 出现了第 个渗入低峰 。
上述结果表 明 , 射线辐照过的种胚中存在着 损伤修复的非按期 合成 , 但
是这一过程在 十 注入过的种胚中未能表现出来 。
表 , 十 注人与“ 丫 射线辐照小麦种胚萌发过程中
一 的渗人 内渗人且 胚
’ 一 一
’
处 理 萌 发 时 间
泣
‘ 射线
‘ 一
’ 注入
对 照
注入 的种胚中何故未测 出非按期 合成呢 其中一个重要的原因很可能与离子
注入的深度有关 。
图版 为 注入小麦种胚的 一 谱图 。 图谱中的横坐标表示距起始测试点的
距离 , 满标度对应 图版 一 的纵 向长度 , 纵坐标满标度表示测试样 品中 元素的最大计数
该元素在扫描线上的最高含量 。 从图版 一 看 出 , 右端无 峰的位置对应于图版 卜 上
方无样品的部分 , 最高 峰位置对应于图版 卜 中的果皮部分 , 最高 峰左侧对应于 图版
一 中的种皮 。 糊粉层及胚乳部位的 含量与对照样品的谱图相似 图版 一 。单元素纵向
线扫描 图上每一测试点所对应的实际距离为 拼 , 经计算 , 图版 一 中最高 峰的位置
是果皮内 拌 处 。 实验共测定了 个样品 , 经计算分析 , 表明 ‘ 注入小麦种子时
所能达到的最小深度为 拜 图版 卜 , 最大深度仅有 拜 图版 一 。 根据扫描 电镜
的观察与测量 , 春小麦 种子中果皮的平均厚度为 拜 , 种皮的平均厚度为 产 , 因
此“ 种皮 ”的平均厚度为 “ , 也就是说 , ’ 未能穿透种皮到达胚深层 , 无法直接导致种胚
细胞中 分子的结构损伤 , 因此无法测出表示损伤修复的非按期 合成 。
年余增亮等人 用 ’十 对玉米种子进行注入后 , 测量了 自由基的电子 自旋共
振信号 结果发现 , 在 拜 剥离层处信号基本消失 , 因而认为 , 辐射损伤范围只在
科 厚的某一层 。 最近 , 卫增泉等人阂利用卢瑟夫背散射方法 , 研究了 ’ 离子注
入小麦种子的深度时证明 ’ 的平均射程为 , 而最大射程为 。 从这些结果中可
明显看出 , 低能重离子的穿透能力或直接作用范围是极为有限的 。
核 农 学 报
出,旧一、乞‘。亡日已,
蔺发时间
图 , 十 注入与 射线辐照小麦种胚萌发过程中 一 的渗入量
’ 一 ‘ 下一
离子注入后没有非按期 合成出现的第 种原因可能是 分子的损伤较轻 , 这种
轻度损伤可能在种子贮存期间得到恢复 , 或 因修复过程甚少而被正常 的 合成过程所掩
盖 。 在本研究中 , 注人前 , 胚部上方的表皮 已被剥去 , 注入后的种子发芽率仅有 , 说明
离子注入 已经产生了明显的生物学效应 。此外 , 通过显微标本的观察证明 , ’ 注入过的种子 ,
胚根细胞中染色体的畸变频率 已由对照的 编上升到 。 因此 , 低能离子的注人可能导
致 的损伤 , 只是 由于损伤较轻 , 因而微量的非按期 合成过程可被正常的 合
成过程所掩盖 。
作者认为 , 由于低能离子的穿透能力有限 , 较难进入种胚深层直接造成种胚细胞中
分子的明显损伤 , 因此无法测出表示 损伤修复的非按期 合成 。
在本文中 , 注入 十 的种子相对发芽率 已下降到 。 引起这种结果的原因 , 除了
的直接作用外 , 尚有离子注入过程中注入机内的真空状态 、 高温条件
、 离子注入过程中所产生
的 射线和次级电子 , 以及种子本身吸收能量后通过化学反应所产生的各类 自由基等因素的
影响 。
核 农 学 报
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蔺发时间
图 , 十 注入与 射线辐照小麦种胚萌发过程中 一 的渗入量
’ 一 ‘ 下一
离子注入后没有非按期 合成出现的第 种原因可能是 分子的损伤较轻 , 这种
轻度损伤可能在种子贮存期间得到恢复 , 或 因修复过程甚少而被正常 的 合成过程所掩
盖 。 在本研究中 , 注人前 , 胚部上方的表皮 已被剥去 , 注入后的种子发芽率仅有 , 说明
离子注入 已经产生了明显的生物学效应 。此外 , 通过显微标本的观察证明 , ’ 注入过的种子 ,
胚根细胞中染色体的畸变频率 已由对照的 编上升到 。 因此 , 低能离子的注人可能导
致 的损伤 , 只是 由于损伤较轻 , 因而微量的非按期 合成过程可被正常的 合
成过程所掩盖 。
作者认为 , 由于低能离子的穿透能力有限 , 较难进入种胚深层直接造成种胚细胞中
分子的明显损伤 , 因此无法测出表示 损伤修复的非按期 合成 。
在本文中 , 注入 十 的种子相对发芽率 已下降到 。 引起这种结果的原因 , 除了
的直接作用外 , 尚有离子注入过程中注入机内的真空状态 、 高温条件
、 离子注入过程中所产生
的 射线和次级电子 , 以及种子本身吸收能量后通过化学反应所产生的各类 自由基等因素的
影响 。
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顾瑞琦译 诱变剂伤害的高等植物 中 的修复 原子能农业译丛 , ,
丘泉发等 丫辐射引起花生和 水稻 种胚 非按时 合成效应的研究 遗传学报 , , 」一
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余增亮等 离子注入生物效应及育种研究进展 安徽农 学院学报 , ,
卫增泉等 低能重离子注人小麦胚 内的作用 范 围 辐射研究与辐射工艺学 报 , , 一 弓
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