全 文 ：　文章编号 :100028551 (2000) 0520268206
几种新的诱变因素对水稻的诱变效应
王彩莲　陈秋方　慎　玫　金　卫
(浙江省农业科学院原子能利用研究所　浙江 杭州　310021)
摘 　要 :利用返回式卫星搭载 5 个水稻品种的干种子进行空间诱变处理 ,以及用离子
束、质子、同步辐射 (软 X射线) 处理水稻干种子 ,并与γ射线处理作比较 ,研究其诱
变效应。结果表明 ,供试的几种诱变因素均可诱发各类染色体结构变异 ,其细胞染色
体畸变率均明显高于对照。空间环境促进根尖细胞有丝分裂活动 ,其它诱变因素均
不同程度地抑制根尖细胞有丝分裂活动。质子等处理在 M2 代能诱发较高频率的叶
绿素缺失突变、株高突变和抽穗期突变 ,其有益性状突变频率高于γ射线。
关键词 :诱变因素 ;细胞学效应 ;M2 突变 ;水稻
收稿日期 :1999201218
基金项目 :国家科技攻关 (962B12202201)
作者简介 :王彩莲 (1941～) ,女 ,浙江温岭人 ,浙江农业科学院原子能利用研究所研究员 ,从事核技术与生物技术的研究
人们已经大量研究了电离辐射对植物的生理损伤及遗传性状变异[1～3 ] ,植物诱变育种经
过半个多世纪的实践已取得巨大成就 ,其技术和方法得到不断改进和提高 ,但辐射诱发的有益
突变频率不高 ,变异的方向和性质难以控制。因此 ,开拓利用高效新型诱变因素 ,提高诱变效
率 ,是利用诱变改良作物的重要环节。
以高真空、微重力和强辐射为特征的太空环境能增加染色体畸变频率 ,引起同工酶谱变化
及农艺性状变异[4 ,5 ] 。随着加速器技术的发展 ,已能从一些大型加速器中获得各种具不同
L ET 的质子 ,并用于处理生物样品[6 ] 。同步辐射具有频谱宽 (从微波到 X射线) 、连续可调、通
量大、亮度高、偏振性好等优点 ,因此引起了人们的重视[7 ] 。低能离子束不仅具有能量作用 ,
而且还具有质量沉积效应和电荷交换作用 ,已逐步应用于作物品种改良[8 ] 。
为探索质子辐射等在作物诱变育种中的应用 ,本研究将 5 个水稻品种的干种子搭载返回
式卫星 ,进行空间诱变处理 ,并对其用质子、离子束、同步辐射及60 Coγ射线辐照进行处理 ,研
究其诱变效应 ,为进一步开拓利用新诱变因素提供依据。
1 　材料与方法
111 　供试材料
早籼品种浙 733、中选 5 号、舟 903、加育 293 和晚粳品种秀水 11 的风干种子。
112 　诱变处理
每品种取 200 粒干种子 ,搭载 1996 年 10 月 20 日第 17 颗返回式卫星 ,15d 空间运行 ,11
862 　核 农 学 报　2000 ,14 (5) :268～273Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
月 4 日返回。另一部分种子作地面对照 (CK) 。
质子辐照处理在北京大学重离子物理所进行 ,能量为 4、6 和 8MeV ,剂量为 3 ×109 和 5 ×
109protons/ cm2 。
软 X射线同步辐射辐照在北京 BEPC 国家同步辐射实验室进行。加速器运行的能量为
212 GeV ,束流为 60mA ,运行时的 X射线谱为 315～22keV ,照射时间为 30、50、70s。
氮离子注入在北京师范大学低能核物理所进行。注入能量为 75keV ,剂量为 1015 、5 ×1015
N + / cm2 。
113 　γ射线辐照
60Coγ射线剂量为 150、300 和 450 Gy ,剂量率为 0190 Gy/ min。
114 　细胞学观察
种子于 27 ±1 ℃浸种萌发 ,取根端分生组织制片显微观察。每处理观察 10 个左右根尖 ,
每个根尖随机观察约 600 个细胞 ,分类计数可见染色体结构变异的细胞率和有丝分裂指数
(M I) 。
115 　M2 突变
M1 成熟时 ,按处理随机混收种子 ,播于苗床 ,三叶一心时调查叶绿素突变。每处理按“一
穗少粒法”混种成 M2 代 ,观察抽穗和形态变异 ,成熟时测量株高 ,考查千粒重 ,按标准差法统
计抽穗期和株高突变。
2 　结果与分析
211 　M1 代辐射细胞学效应
21111 　对根尖细胞染色体的影响 　水稻种子经质子等处理后 ,在根尖细胞内可诱发各类染色
体结构变异 (表 1、表 3) 。由表 1 可见 ,供试品种的细胞染色体畸变率均明显高于相应的对照。
以空间环境诱发的染色体畸变率最低。但经 t 测验 ,除品种加育 293 外 ,其余 4 个品种与对
表 1 　不同诱变因素对水稻的细胞学效应
Tabel 1 　Cytological effects of various mutagens in rice
品种
variety
项目
item
诱　变　因　素　mutagens
CK γ2ray SE P N + Sy
浙 733 CRCA 0157 ±0108 1111 ±0105 1105 ±0121 1120 ±0105 1118 ±0114 1136 ±0121
Zhe733 MI 13174 ±1134 11190 ±1138 14177 ±1166 6193 ±0165 11103 ±1131 11156 ±0125
中选 5 号 CRCA 0173 ±0120 1131 ±0121 1126 ±0121
No. 5 Zhongxuan MI 15121 ±1124 13150 ±1165 17161 ±0178
舟 903 CRCA 0166 ±0107 1109 ±0112 0185 ±0108 1121 ±0110 1127 ±0111 1137 ±0115
Zhou903 MI 12170 ±1162 11158 ±0193 17114 ±1149 7169 ±0138 11189 ±1108 11171 ±1144
加育 293 CRCA 0183 ±0109 1125 ±0110 0194 ±0114 1134 ±0114 1154 ±0115
Jiayu293 MI 15184 ±1167 11199 ±1124 16107 ±1134 9191 ±1105 10117 ±0169
秀水 11 CRCA 0167 ±0110 1117 ±0114 1118 ±0117 1141 ±0123
Xiushui11 MI 9166 ±0164 7188 ±0198 14178 ±1114 7125 ±1137
　　注 :CRCA —细胞染色体畸变率 ; MI —有丝分裂指数 ; P —质子 (6MeV5 ×109 protons/ cm2) ; Sy —软 X2射线同步辐射 ;
N + —氦离子 5 ×1015N + / cm2
Note :CRCA —Cell rate of chromosomal aberration ; MI —Mitosis index ; P —Protons (6MeV 5 ×109 protons/ cm2) ; Sy —Soft
X2rays synchronous irradiation ; N + —Nitrogen ions 5 ×1015N + / cm2
962　5 期 几种新的诱变因素对水稻的诱变效应
表 2 　空间环境的细胞学效应与地面对照和γ射线辐照比较的 t 值
Tabel 2 　t value for comparison of cytological effects between space environment (SE)
and gronnd control (CK) orγ2irradiation
品种
variety
染色体畸变细胞率的 t 值
t value of cell rate of
chromosomal aberration
空间环境与
地面对照
SE and CK
空间环境与γ射线
SE andγ2ray 有丝分裂指数的 t 值t value of mitosis index空间环境与地面对照
SE and CK
空间环境与γ射线
SE andγ2ray
浙 733 Zhe733 614171 3 3 017273 112894 315884 3 3
中选 5 号 No. 5 Zhongxuan 417237 3 3 014125 319126 3 3 515541 3 3
舟 903 Zhou903 416117 3 3 317925 3 3 418340 3 3 717980 3 3
加育 293 Jiayu293 115257 317850 3 3 013388 418886 3 3
秀水 11 Xiushui11 716923 3 3 011241 912269 3 3 1116811 3 3
表 3 　不同诱变因素对根尖细胞的染色体畸变效应
Tabel 3 　Effect of various mutagens on chromosomal aberration of root tip cell
品种
variety
　
　
诱变因素
mutagens
　
　
观察细胞数
No. of cell
　
　
微核
micronucleus
　
　
单桥
single
chromosomal
bridge
多桥
multiple
chromosomal
bridge
断片
fragments
　
　
落后染
色　体
laggards
　
多极
multiple
pole
　
浙 733
Zhe733
中选 5 号
No. 5 Zhongxuan
舟 903
Zhou903
加育 293
Jiayu293
秀水 11
Xiushui11
CK 6948 24 (0135) 11 (0116) 1 (0101) 3 (0104) 1 (0101)
γ2rays 6888 40 (0158) 19 (0127) 4 (0106) 11 (0116) 3 (0104)
SE 3965 25 (0163) 5 (0112) 0 (0100) 5 (0112) 7 (0118)
protons 5854 40 (0168) 13 (0122) 3 (0105) 7 (0112) 4 (0107)
N + 6600 49 (0174) 20 (0130) 2 (0103) 5 (0108) 2 (0103)
Sy 3374 31 (0192) 5 (0115) 1 (0103) 6 (0118) 3 (0109)
CK 3935 16 (0141) 5 (0113) 0 (0100) 2 (0105) 5 (0113)
γ2rays 4370 36 (0182) 11 (0125) 0 (0100) 6 (0114) 4 (0109)
SE 4874 39 (0180) 4 (0108) 0 (0100) 4 (0108) 15 (0131)
CK 4534 17 (0137) 3 (0107) 0 (0100) 5 (0111) 5 (0111)
γ2rays 7285 42 (0158) 14 (0119) 6 (0108) 12 (0117) 5 (0107)
SE 4796 24 (0150) 5 (0110) 0 (0100) 5 (0110) 6 (0113)
protons 5810 36 (0162) 9 (0116) 2 (0103) 10 (0117) 7 (0112)
N + 6478 46 (0171) 12 (0119) 4 (0106) 15 (0123) 5 (0108)
Sy 3715 26 (0170) 13 (0135) 2 (0105) 7 (0119) 3 (0108)
CK 4758 26 (0154) 4 (0108) 0 (0100) 6 (0113) 4 (0108)
γ2rays 5282 35 (0166) 16 (0130) 2 (0104) 7 (0113) 7 (0113)
SE 4719 23 (0149) 2 (0104) 0 (0100) 6 (0113) 13 (0118)
N + 5810 50 (0186) 17 (0129) 1 (0102) 6 (0110) 4 (0107)
Sy 3037 29 (0195) 11 (0136) 2 (0107) 4 (0113) 1 (0103)
CK 7207 26 (0136) 8 (0111) 1 (0101) 8 (0111) 6 (0108)
γ2rays 6569 33 (0150) 14 (0121) 11 (0117) 13 (0120) 6 (0109)
protons 5071 35 (0169) 11 (0122) 3 (0106) 7 (0114) 6 (0112)
SE 4428 30 (0168) 4 (0109) 0 (0100) 4 (0109) 14 (0132) 1 (0102)
　　注 :括号内数据为百分数
Note : Figures in brackets are percentages.
照的差异均达极显著水平 (表 2) 。与γ射线辐照相比较 ,从卫星上回收的种子 ,其细胞染色体
072 核　农　学　报 14 卷
畸变率均明显低于 150 Gyγ射线辐照的 ,其中舟 903 和加育 293 的差异达极显著水平。其余
几种诱变因素处理的细胞染色体畸变率均显著高于 150 Gyγ射线处理。质子处理的细胞染色
体畸变率高于空间环境处理的 ,N + 处理的染色体畸变率高于质子处理 ,同步辐射软 X 射线辐
照高于 N +处理 ,供试品种的反应趋势基本一致。
所有诱变因素诱发的畸变类型均以微核为主 (表 3) ,但质子等处理的微核率明显高于γ
射线的处理。γ射线和质子等诱变因素处理诱发的断片比例高于落后染色体 ,而空间环境诱
发的落后染色体的比例则高于断片 ,供试品种表现基本相似。此外 ,γ射线诱发的多桥、多微
核的频率较高 ,多极类型仅在γ射线处理中观察到 (表 3) 。
21112 　对根尖细胞有丝分裂指数 (M I)的影响 　从表 1 可看出 ,除卫星搭载外 ,其余几种诱变
因素均在诱发根尖细胞染色体畸变的同时 ,还不同程度地抑制根尖细胞有丝分裂活动。
值得一提的是 ,经卫星搭载后 ,5 个供试水稻品种的根尖细胞有丝分裂指数 (M I) 均明显
高于地面对照 ,其中秀水 11、舟 903 和中选 5 号与地面对照的差异达极显著水平 (表 2) ,与γ
射线和质子等其它诱变因素相比 ,其差异均达极显著。
212 　M2 突变
21211 　幼苗叶绿素缺失突变 　从表4可见 ,未经处理的叶绿素突变频率为 0 ,质子等处理均
表 4 　不同诱变因素处理的 M2 突变频率
Tabel 4 　M2 mutation frequency induced with various mutagens ( %)
品种
variety
　
诱变因素
mutagens
　
叶素素突变
chlorophyll
mutation
抽穗期突变
mutation in heading period
早 early 迟 late
株高突变
mutation in plant height
高 high 矮 short
浙 733
Zhe733
中选 5 号
No. 5 Zhongxuan
舟 903
Zhou903
加育 293
Jiayu293
秀水 11
Xiushui11
CK 0 0 0 0 0
γ2ray 1106 1100 1120 0120 1140
SE 1149 1140 0140 0120 1120
protons 1128 1160 0100 0120 1140
N + 1134 1140 0120 0120 1140
Sy 1129 1140 0120 0120 1140
CK 0 0 0 0 0
γ2ray 1102 1100 1120 0120 1120
SE 1134 1180 0120 0120 1140
CK 0 0 0 0 0
γ2ray 1111 0180 1120 0140 1140
SE 1157 1120 0140 0140 1160
protons 1133 2100 0 0120 1160
N + 1131 1180 0120 0120 1140
Sy 1134 1140 0120 0140 1160
CK 0 0 0 0 0
γ2rays 1106 0160 1140 0160 0180
SE 1120 1120 0160 0180 1100
N + 1135 1160 0120 0160 1160
Sy 1132 1160 0140 0140 1180
CK 0 0 0 0 0
γ2ray 1102 1100 0120 0160 1120
SE 1114 1160 0120 0160 1120
protons 1130 2100 0 0140 1120
172　5 期 几种新的诱变因素对水稻的诱变效应
能诱发叶绿素突变 ,其叶绿素突变频率普遍高于γ射线的处理。供试品种的反应存在一定的
差异 :浙 733、中选 5 号和舟 903 以空间环境诱发的叶绿素突变最高 ;加育 293 以同步辐射最
高 ,秀水 11 以质子处理最高。
21212 　农艺性状突变 　由表 4 可见 ,质子等诱变因素诱发 M2 抽穗期的突变频率是早抽穗高
于迟抽穗 ,且早抽穗的突变频率高于γ射线处理 ,供试品种的趋势相似。γ射线诱发的抽穗期
突变是迟抽穗高于早抽穗。供试品种经质子等处理的 M2 代株高突变是矮秆高于高秆 ,与γ
射线处理的趋势基本相似。
质子等处理还能诱发微突变 ,使千粒重增加。由此可见 ,空间环境、质子、离子束和同步辐
射等诱变因素能诱发较高频率的早抽穗、矮秆突变 ,使千粒重提高 ,这显然对育种十分有利。
3 　讨 　论
质子等处理不仅能诱发水稻染色体畸变 ,而且能诱发较高频率的 M2 幼苗叶绿素突变和
农艺性状变异。与γ射线相比 ,可获得较高频率的有益性状变异。
太空放射生物学的研究表明 ,植物种子太空处理后所产生的诱变作用是高真空、微重力和
强辐射的空间环境综合作用的结果。许多研究表明 ,植物种子进入空间飞行后会发生遗传性
损伤。顾瑞琦等[4 ]报道 ,空间飞行后小麦种子的根尖细胞染色体畸变率高于地面对照组。本
研究结果表明 ,空间环境既对水稻根尖细胞染色体具一定的致畸作用 ,同时又较明显地促进根
尖细胞的有丝分裂活动 ,这是其它理化因素诱变未曾观察到的现象 ,但是否是空间诱变的普遍
现象 ,尚待进一步研究。
Nagasawa 等[9 ]比较了 317MeV 的α粒子与γ射线辐照处理中国仓鼠细胞产生的染色体
畸变 ,发现γ射线能较有效地诱发产生双着丝点染色体及染色体环 ,而α粒子诱导染色体断裂
的能力较强。本试验结果亦表明 ,高、低 L ET 辐射诱导不同类型的染色体畸变能力有所不同 ,
315keV～ 22keV 同步辐射的软 X 射线 (L ET 为 613keV/μm) 和 6MeV 的质子 (L ET 为
6193keV/μm) [9 ]产生的微核比例明显高于γ射线 (L ET 为 0127keV/μm) ,染色体桥、多桥和多
极等类型低于γ射线处理的。这表明质子等对染色体结构的损伤作用小于γ辐射 ,有可能较
多地诱发微突变和点突变。本试验中 ,在各种诱变因素处理的 M2 代观察到千粒重提高的突
变株。
从本试验结果看 ,上述几种诱变因素作为一种新技术应用于生物品种改良是有效的。经
多种能量、剂量组合试验表明 ,质子辐射以 6MeV、5 ×109protons/ cm2 为宜 ,氮离子注入为
75keV、5 ×1015 N + / cm2 ,315～22keV 同步辐射软 X 射线处理 50s。但其试验条件易变化 ,有
必要进一步深入研究 ,探明其规律 ,更好地用于诱变育种。
致谢 :质子和同步辐射处理得到中国农业科学院原子能所唐掌雄研究员支持 ,特此致谢。
272 核　农　学　报 14 卷
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MUTAGTNIC EFFECT OF SOME NEW MUTAGENS ON RICE
WAN G Cai2lian 　CHEN Qiu2fang 　SHEN Mei 　J IN Wei
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Zhejiang Academy of A gricult ural Sciences , Hangz hou Zhejiang Prov . 310021)
ABSTRACT :Air2dried seed of rice varieties were carried by recoverable satell ite( RS) for space
mutation and were irradiated by protons , N+ ions and synchronous irradiation ( soft X2rays) .
The mutagenic effects were studied and the results indicated that all the mutagens could induce
the variation of the chromosome structure in rice plant. The space environment had stimulating
mitosis action on root tip cells. Other mutagens had inhibiting mitosis action. The mutagens in2
duce high frequency of chlorophyll def icient mutation and mutation in plant height and heading
date in M2 generation. Frequency of benef icial mutation induced by proton treatment were high2
er than those induced byγ2ray.
Key words :mutagens ; cytological effects ; mutation in M2 ; rice
372Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (5) :268～273