全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
核 农 亨 报 , 一
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扫描电镜 射线能谱分析法测定低能
重离子注入黄豆种子的深度
高清祥 杨汉民
兰州大学生物系 兰州
李文建 颇红梅 卫增泉
中国科学院兰州近 代物理研究所 兰州
利 用 离子注入机 产生 的 、 卜 和 种 重 离子 分 别 对黄 豆 种 子 进
行 百流注 入
, 以扫描 电镜 射线能谱分析法测 定低能重 离子 的注入深度 。 测 量定 结
果味 明 , 已 的最 大注 入深度未超过 拼 , 了 、 的最大注入深度可达 胖 。
类键词 低能 重 离子 直流注入 扫描 电镜 射线能谱分析 黄豆
前 言
作物低能重离子注入诱变研究已有近 年的历史 , 在理论研究和实践应用方面所取得的
成果虽然令人鼓舞 , 但是有关离子注入生物材料时所发生的物理过程和诱变机理仍然 了解甚
少 。 核物理学 家 认为 能量 小于 的低能重离子在 固体材料 中的射程 不 足
卜 飞 因此 人 们对低能重离子能否注入种胚深层表示怀疑 。 卫增泉等根据 理 论计算和
卢瑟福背散射实验 证明 的 注入小麦种子时的平均射程仅为 知 , 其最
大射程限于 , 以内〔‘ 。 我们曾用扫描电镜 射线能谱分析法测定 的 注入小
麦种子的实 际深度虽 已超 过 产 , 但仍未 穿透种皮 群 , 难 以进入胚部 。 本文应 用
的 、 十 和 种重离子分别对黄豆种子进行直流注入 , 应 用扫描 电镜 射线
能谱分析法 , 再次验证低能重离子注入生物材料时的实际穿透能力 , 为研究离子注入的作用过
程和 诱变机理提供依据 。
材 料 与 方 法
材料 供试材料为风干的黄豆种子 。
离子注人 在中国科学院兰 州近代物理研究所的 离子注入机上进行 。 选 用的离
子种类有 日 、 。 及 川 。 注入条件为 能量 一 , 剂量 ‘ 耐 。 离子注入
前先把种皮剥去 , 分开两片豆瓣 , 把豆瓣的平面朝上 , 凸面朝下粘贴在靶托上 , 使入射离子从豆
瓣平面垂直注入 。
扫描电镜样品的制备 取注入 、 十 和 ‘ 及未注入离子的豆瓣 , 从豆瓣 中部折断 ,
七文 〕几 年 丁 「收至上
卜 求自然科学 鹅金 资助项 「。
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核 农 学 报 卷
断面朝上 , 下部切平 , 用导电胶粘贴在扫描 电镜的样品台上 , 镀金后供能谱测定 。
射线能谱分析 在 一 分析电子显微镜上 , 应用扫描电镜 射线能谱分析
法 一 沿豆瓣断面 由离子注入面 向内进行点扫描测 定 。 电镜模式为 加速 电压
, 放大 倍 , 第 个测定点的边与注入面的边对齐 , 第 个测定点的中心离注入面的
边约 拼 , 两测定点的中心相距 拜 , 每个测定点的实际面积为 胖澎 , 计数收集
时间 。 加速 电压 , 放大 倍 , 第 个测定点的边与注入面的边对齐 , 第 个测
定点的中心离注入面的边约 拼 , 两测定点的中心相距 胖 , 每 个测定点的实际面积
为 拼 “ , 计数收集时间 。 每秒计数 和相对含量 由计算机 自动打出数据
并绘制出 谱图 。 铁元素的相对含量为铁元素在铁 、 硅 、磷 、 钾 、 钙 种元素中的重量百
分比 。 铜 、锌元素的相对含量为铜 、锌元素分别在铜 、锌 、 硅 、磷 、 钾 、 钙 种元素中的重量百分
比 , 铁元素的测定做放大 倍和放大 倍 的两种模式 , 铜 、 锌 元 素的测 定 只做放大
倍 种模式 。 同一样品在同一注入深度的不 同位置重复测定 一 次 , 求平均值 。 电镜
摄影记录豆瓣断面的二次电子成像图和背散射图 。
结 果 与 讨 论
一 的注人深度
放大 倍时 , 测定结果显示 , 注入 十 后 , 黄豆豆瓣横断面上表层第 个测 定点 一
拜 的 为 , 铁元素的相对含量为 。 随着测定点 由表 向内 深度加大 ,
铁元素的相对含量呈规律性递减 , 第 个测定点 一 卜 的 为 , 相对含量
第 个测定点 一 拼 的 为 , 相对含量为
,
第 ‘ 个测定
点 一 拌 的 为 , 相 对 含 量 为 。 到 第 个 测 定 点 一
拜 的 仍为 , 相对含量 为 , 超过对照样品 个测定点 一 拜 的
任一测定值 , 为 一 , 相对含量 一 详见表 。
放大 倍 , 将 拼 等分为 个测定点 , 由表向里逐点测定 , 结果显示 在 一 拼
范围内 , 个点的 和相对含量变化不大 。 最高 , 最低 , 相差 相对 含
量最高 , 最低为 , 相差仅 。 只有在第 个测定点才有较 明显的下降 ,
为 , 相对含量为 见表 。 由此认为 的最大注入深度可达到 拌 左
右 , 对 比分析扫描电镜二次电子成像的照片与背散射照片上亮度的差异程度 , 可以看出 , 黄豆
豆瓣横断面背散射照片沿 的注入面 照片左边 特别 明亮 , 其宽度约 拌 左右 , 图版 工
, , 可以认为 , 主要沉积在豆瓣下 一 拼 的范围内 。 因为背散射照片中的亮度与样品
中所测元素的含量有关 , 含量高 , 亮度大 , 含量低 , 亮度小 。
二 的注人深度
注入 后 , 黄豆豆瓣横断面上表层 一 拌 处铜元素的 为 , 相对含量 为
, 随着深度的加深 , 和相对含量递减 。 到 一 拼 处 , 为 , 相对
含量为 巧 。 但仍超过对照样品表层下 一 拌 处 个测定点的最高测定值 , 为
一 , 相对含量 一 见表 。
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期 扫描电镜 射线能谱分析法测定低能重离子注入黄豆种子的深度
表 · 测定 ’十 注人黄豆种子的深度
一
注 入 深 度
每 秒 计 数 相对百分 含量
胖
注入
凡
对照 十 注入
口
对照
门之
汇巧
⋯邓
巧乐卜几,一‘︺,,乙内︶长
表 · 测定注人 十 后黄豆种子 卜 内不同部位的铁含量
拌
一
注入深度
。 ”
每秒计数
相对百分含量
从尸
表 测定 十 、 十 注人黄豆种子的深度
‘ 十
一
注 入深 度
拜。、
每秒 计数
注入 对照
’ 一 。
相对百分含量
伙 ,
每秒计数 相对百 分含量
注 入
乍
对照 注 入 对照
七,
上 注入
十 一
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对 比分析二次电子成像图与背散射图 图版 一 , 的亮度差异 , 发现豆瓣沿 ‘ 的注入
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面 照 片右边 有一宽约 拜 的明亮 区域 , 参考表 的测定值 , 认为 十 主要沉积在黄豆豆瓣
表层下 一 拼 处 , 其最大注入深度达 巧 一 尸 。
图版 工 黄豆种子横断面的扫描电镜图
〔〕
注 入 十 后的二次电子成像图 从左到右注入
十
注入 后的背散射图 从左到右注入
十
注 入 十 后的二次电子成像图 从右到左注入
十 、
,
注 入 十 后的背散射图 从右到左注入
十
对照的二次电子成像图
对照的背散射图
三 十 的注人深度
注入
一
后 , 黄豆豆瓣横断面上表层 。一 “ 处锌元素的 为 , 相对含量为
咒 , 然后随注入深度而递减 。 到 一 林 处 , 为 , 相对含量为 ,
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儿
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‘ 之亡 汉 政 ” 视
一
超过对照样品 一 拌 内 个测定点的任一测定值 , 为 一 , 相对含 量 为
一 见表 。 需要指出 , 由于 卜 和 了 是同时注入 , 元素含量是在 同一样品上
测定 , 因此 注入的二次电子成像图和背散射图与 十 注入的图像完全相 同 参考 图版
, 的 十 注入 图像 。 结合所测数据和图像分析 , 同样可 以认 为 , 的注 入深度达 巧 一
拌 。
相 比之下 , 对照材料二次电子成像图和背散射图像边缘的亮度要弱得 多 图版
一 , 。
参考所测数据 , 可认为对照材料
、 、 在豆瓣表层和 内部分布 比较均匀 。
利用扫描电镜 射线能谱测定 , 结合背散射照片分析 , 可以看到 , 低能重离子的注入深度
是极为有限的 。 、 十 、 虽然可注入 一 拼 , 比卫增泉在小麦材料中的测定结果和
。 等在 酶中的测定结果 〔” 要深得多 , 但仍然只有 一 个细胞直径的深度 对
一般的作物种子 , 注入离子只能沉积在果皮或种皮处 , 难以 直接注入胚部 。 因此 , 低能重离子
注入造成胚细胞损伤看来不是直接作用所致 , 而是 由离子引起的某些次级过程的间接作 用 。
据测定计算 , 软 射线的射程要 比注入离子的射程长得多〔 。 注入过程的热效应 以及 由各种
物理因素造成的化学变化 , 如 自由基的产生 , 同样能作用于生物大分子 , 引起生物的遗传变异 。
利用 射线能谱法测定低能重离子的注入深度 , 有速度快 、 灵敏度高的特点 。 对照样 品
中 , 在细胞的不同位置上测到的数据虽然有所变化 , 但只要测定条件相对固定 , 多次重复 误差
能够减少 。 与对照相比 , 注入离子后测到的数据变化是十分明显的 , 这种变化完全能够代表离
子的注入深度 , 而注入深度的研究对探讨注入离子的诱变机理是十分重要的 。
参 考 文 献
卫增泉等 低能重离子注入 小麦胚 内的作用范围 辐射研究与辐射 上艺学报 ,
, 一
杨汉 民等 扫描电镜
一 射线能谱分析法测定重离子束注 入小麦种子的深度 核农学报 , 一
, 一 ’ , ‘、 十 , 子压 卜 , , 。
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卫增泉等 低能重离子注入麦胚引起深层细胞损伤的一种可能机制 核技术 , 一
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