全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 042318203
质子束 (H+ )处理甜瓜种子的辐射
生物学效应和利用研究
孙　逊1 　任瑞星1 　施巾帼2 　孟　晖1 　唐掌雄2 　陶先萍3
(11 河北省唐山市农业科学院 ,河北 唐山　063001 ;21 中国农业科学院原子能利用研究所 , 北京　100094 ;
31 中国农业科学院作物科学研究所 ,北京　100081)
摘 　要 :本文研究了用不同能量不同剂量的质子处理甜瓜干种子的生物学效应。结果表明 ,质子辐照可
诱发染色体结构变异及分裂行为异常 ,随着质子能量和剂量的提高 ,染色体畸变细胞率呈增加趋势。质
子对染色体的致畸效应有微核、染色体桥、断片等。从突变效应看 ,早熟突变较多 ,并从中选出 T63212
17282123 早熟突变系。
关键词 :质子束 ;甜瓜 ;辐照 ;生物学效应
BIOLOGICAL EFFECTS AND APPLICATION OF PROTON BEAM( H+ ) IMPLANTATION ON MELON SEEDS
SUN Xun1 　REN Rui2xing1 　SHI Jin2guo2 　MENG Hui1 　TANG Zhang2xiong2 　TAO Xian2ping3
(11 Tangshan Agricultural Sciences , Tangshan , Hebei 　063001 ;
21 Institute for Applications of Atomic Eneigy , Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 　100094 ;
31 Institute of Crop Sciences , Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 　100081)
Abstract :Various doses and energy of the proton beam ( H+ ) were used to treat dry seeds of melon ( Cucumis melo L. ) .
Results show that , the proton beam irradiation can induce structural variations of chromosomes and abnormal behaviors during
mitosis and meiosis. The percentage of cells with chromosomal aberration increased with the increment of energy and dose of
the proton. The micronuclei , chromosomal bridge and chromosomal fragments were included in chromosomal aberration. The
proton beam was effective in inducing mutants of early maturity. A early maturity line T 6321217282123 was selected from the
progenies of the seeds treated with the proton beam.
Key words :proton beam(H+ ) ; melon ; irradiation ;biologic effect
收稿日期 :2005210216
基金项目 :河北省科技厅硕博基金资助
作者简介 :孙逊 (19632) ,女 ,河北唐山人 ,副研究员 ,主要从事瓜类育种和生物技术研究。Tel :0315 2863678 ; Email :sunxun638 @1631com　　近年来 ,低能离子束注入技术在农作物诱变育种中得到了广泛应用 ,在水稻、小麦、棉花、烟草等作物的遗传改良上取得了显著成效。低能离子束应用较多的是 N + 离子 ,利用质子束诱变甜瓜并成功选育出品种(系)尚未见报道。从 1999 年开始 ,我们与中国农业科学院原子能利用研究所、北京大学等单位合作 ,以西瓜、甜瓜、黄瓜的干种子为材料 ,用不同能量和剂量的利用质子进行辐照处理 ,探讨质子束诱变效应和诱变结果。本文报道了利用质子处理甜瓜干种子的研究结果。 1 　材料和方法111 　供试材料T22 (早熟薄皮甜瓜) ,T63 (晚熟薄皮甜瓜) ,T21 (厚皮甜瓜) 。112 　诱变处理用不同能量和剂量的质子束处理上述 3 个甜瓜品种干种子 ,质子注入剂量为 :0、25、50 和 100C(1C = 416×108 H+ Πcm2 ) ,质子注入能量为 4、6、8MeV。质子注入
813　 核 农 学 报　2006 ,20 (4) :318～320Journal of Nuclear Agricultural Sciences
处理在北京大学重离子物理研究所进行。
113 　细胞学观察
经质子束处理的甜瓜种子在 28 ℃±2 ℃下浸种催
芽 ,根长至 1cm 时切下根尖用 Carnoy 氏液固定 ,改良
品红染色 ,压碎法制片 ,每处理显微观察 5 个根尖 ,每
个根尖随机观察约 600 个细胞 ,计数根尖分生组织内
携有可见染色体结构变异及有丝分裂行为异常的细胞
数 ,计算染色体畸变细胞率 ,并做统计分析。观察细胞
数由公式 n = 3184qΠpL2 确定 ,式中 n 为观察细胞总
数 ,p 为畸变细胞数 , q = 1 - p ,L 为样本允差 (定为
20 %) 。分别统计微核、断片、桥、落后、多极等染色体
畸变类型。
114 　M1～M6 突变体的选择
对 M1 代采用单粒点播 ,每个水平 100 粒 ,M1 单株
自交 ,单瓜收获。M2 仍采用单粒点播 ,每个水平种植
150 株 ,并按水平分株分瓜收获。M3 代重点选择突变
体 ,M4～M6 定向系统选择。各世代均调查记载生育期
和性状。
2 　结果与分析
211 　质子对甜瓜的细胞学效应
21111 　质子处理甜瓜的根尖细胞染色体畸变频率　
质子束处理甜瓜干种子在 M1 代根尖细胞内可诱发各
类染色体结构变异。在 8MeV 处理中 ,3 个品种对不同
剂量质子处理的细胞学效应表现基本一致。质子辐照
后 ,参试品种的染色体畸变率均较对照增加 ,且随着质
子剂量的提高 ,染色体畸变细胞率呈增加趋势 (表 1) 。
剂量为 100 416 ×108 H+ Πcm2 时 3 个参试品种都表现较
高畸变细胞率。方差分析结果表明 ,各处理剂量之间
达极显著差异 ( F = 3519) 。对其进行多重比较 (新复
极差法) ,100 416 ×108 H+ Πcm2 、50 416 ×108 H+ Πcm2 与
对照存在极显著差异 ,100 416 ×108 H+ Πcm2 与 25 416
×108 H+ Πcm2 差异也在 1 %水平上显著。25 416 ×
108 H+ Πcm2 与对照差异不显著。
品种间差异未达显著水平 ,表明不同的品种对质
子束的敏感程度差异不大。
21112 　质子束诱变的染色体畸变类型　质子束诱发
的染色体畸变类型中 ,以微核为主 ,也诱发桥、断片、落
后染色体、多极分裂等。微核发生数量与染色体畸变
细胞率呈正相关 ( r = 01918) ,随质子处理剂量的增加
而提高。各种染色体畸变类型发生顺序为 :微核 > 桥
> 断片 > 落后染色体 > 多极分裂。
21113 　质子辐照能量与剂量的细胞学互作效应 　质
子的能量与剂量对甜瓜的细胞学效应存在相互促进作
用 (表 2) 。在同一品种中 ,能量越强 ,剂量越高 ,染色
体畸变细胞率就越高。
表 1 　根尖细胞染色体畸变频率和类型(能量 :8MeV)
品种
处理
剂量
(c)
观察分裂
细胞数
畸变细胞
率
( %)
染色体畸变类型 (个)
桥 落后 断片 微核 多极
T22 0 603211 0128 3 3 5 4 2
25 592810 0198 73 7 27 81 4
50 610212 2102 38 2 8 69 6
100 599411 3120 73 7 27 81 4
T63 0 542012 0129 4 3 6 2 1
25 712010 1105 15 7 20 31 2
50 633710 3131 29 7 50 121 3
100 613011 3154 62 2 31 117 5
T21 0 699012 0124 3 1 4 7 2
25 638411 1125 10 11 13 39 7
50 513013 1170 13 10 24 37 3
100 613011 2127 25 7 38 64 5
注 :1c = 416 ×108 H + Πcm2 。下表同。
表 2 　质子辐照能量与剂量对染色体细胞
畸变率的互作效应 (品种 :T22)
能量 (MeV) 剂量 (c) 染色体畸变细胞率 ( %)
4 0 0130
25 0198
50 1109
100 1132
6 0 0125
25 0193
50 2113
100 2101
8 0 0128
25 0198
50 2102
100 3120
212 　质子束对处理后代性状变异的影响
21211 　质子束处理对种子萌发率、成苗率的影响 　各
品种处理的 M1 代中 ,T63 表现出胚根短小、细弱 ,外观
异常 ;T21 表现叶片变黄等生理损伤现象。但瓜形、产
量、糖度等未表现出明显变异。表 3 结果表明 ,因造成
生理损伤 ,质子束处理对当代种子萌发率与出苗有一
定影响。
21212 　质子束处理对甜瓜 M2 性状变异的影响 　取
M1 代单株自交收获的每个单瓜种子种植 100 株 ,观察
其变异类型。M2 出现了以下突变类型 : ①早熟突变 :
比对照早开花 3～7d ; ②子蔓性状突变 : T63 原为孙蔓
结瓜类型 ,而处理出现 8 株子蔓结瓜性状 ; ③晚熟突
变 :比对照雌花晚开花 4～5d ,且有空果枝 ; ④花冠变
913　4 期 质子束 (H + )处理甜瓜种子的辐射生物学效应和利用研究
异 :花冠由原来较大且有萼片变成较小无萼片等突变
类型。从表 4 看出 ,M2 突变率随剂量的增加而提高 ,
以 8MeVΠ100 416 ×108 H+ Πcm2 处理为最高 ,突变率为
6186 %。质子处理的总突变率为 5109 % ,其中早熟突
变占总突变的 3915 %。上述结果显示 ,控制熟期的基
因较控制其他性状的基因对 H+ 更敏感 ,表明质子较
易诱发早熟性状的突变。
表 3 　质子束处理对 M1 种子萌发率、成苗率
的影响( 8MeV ,100 ×416 ×108 H+ Πcm2 )
品种 处理 萌发率 ( %) 成苗率 ( %)
T22 H + 8317 7915
CK 9510 9310
T21 H + 8812 8511
CK 9810 9610
T63 H + 8110 7510
CK 9613 9215
表 4 　质子束处理 M2 突变类型与突变率
质子注入 调查株数
突变类型 (株或蔓)
早熟 子蔓结瓜 晚熟 瓜皮色 花冠变异
突变率
( %)
CK 200 0 1 0 0 0 015
8MeVΠ25C 180 1 0 2 3 1 3189
8MeVΠ50C 260 5 3 1 0 0 3146
8MeVΠ100C 306 9 8 2 1 1 6186
总计 746 15 12 5 4 2 5109
213 　有利基因突变的定向选择
21311 　早熟突变的定向选择 　将 M2 代中表现早熟的
突变个体 (25 株) 进行单株系选 ,在 M3 代仍有 6 个单
株保持了早熟性 ,比对照早开花 5～7d ,继续对其定向
选择 ,到 M6 代选出 3 个系 : T222125272829 ,开花 - 成熟
从未处理的 25d 缩短到 20d ; T6321217282123 ,其熟期从
原来亲本 30d 缩短为 23d ,其他性状如抗病性、糖度等
保持不变。
21312 　子蔓性状的定向选择 　T63 原为孙蔓坐瓜为
主 ,经 H+ 处理后 ,M2 有 14 株表现子蔓坐瓜 ,对其进行
6 代单株系选 ,仅有 3 株遗传子蔓坐瓜性状而被选中 :
T632221232121 ,T6322022221217 ,T6321217282123。
21313 　对有利突变系的利用 　经过 8 个世代的筛选 ,
笔者从中选出早熟子蔓突变系 T6321217282123 试配杂
交组合 ,其 F1 表现出早熟、子蔓坐瓜、结瓜集中、糖度
较高等优良农艺性状。该突变系可作为甜瓜杂交种的
早熟亲本应用。
3 　结论与讨论
质子束处理对细胞染色体有一定的致畸效应 ,致
畸类型以微核比例较高。经 6 代以上的选育 ,笔者已
成功选育出早熟、子蔓坐瓜的材料 T6321217282123 ,其
比亲代早熟 6 - 7d ,综合性状优良。本研究结果表明
用质子束处理甜瓜干种子进行诱变育种是可行和有效
的。
致谢 :本试验得到北京大学重离子物理研究所巩铃华、
宋广华老师的大力支持 ,在此深表谢意 !
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