全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0220088205
中国野蚕辐射不育机理的研究
杨荣新1 　夏大荣1 　顾伟平1 孟智启2 　翁宏飚2
(11 浙江省农业科学院原子能利用研究所 ,浙江杭州　310021
21 浙江省农业科学院蚕桑研究所 ,浙江杭州　310021)
摘 　要 :本文从染色体结构变异角度探讨了60Coγ射线照射野蚕蛹造成其后代不育的
机理。野蚕的亚不育剂量为 250 Gy ,在此剂量照射下 ,当代雌虫完全不育 ,雄虫亚不
育 ,幼虫生殖细胞染色体产生明显的结构变异 (缺失、倒位等) 。带有此类异常染色体
的生殖细胞大多表现为不育 ,这是造成中国野蚕 ( Bom byx m andari na Moore) 辐射不
育的主要原因。
关键词 :中国野蚕 ( Bom byx m andari na Moore) ;辐射不育 ;机理 ;染色体
收稿日期 :1999212206
作者简介 :杨荣新 (1941 —) ,男 ,浙江海盐人 ,浙江省农科院原子能利用所副研究员 ,所长。从事昆虫辐射不育研究工
作。
　　昆虫辐射不育技术是原子能农业应用的重要内容之一 ,至今已有 40 余年的历史 ,世界上
约有 1/ 3 的国家和地区对 100 多种害虫开展了辐射不育研究 ,取得了令人可喜的结果[1 ] 。已
有 30 多种害虫进入中间试验和实际应用阶段[2 ,3 ,4 ] ,同时 ,关于辐射不育机理的研究也随着新
兴学科的诞生和渗透 ,取得了飞速的发展[5 ,6 ] 。
中国野蚕 ( Bom byx m andari na Moore)为中国、日本、朝鲜等国桑树食叶类主要害虫 ,广泛
分布于蚕桑主产区。我们在利用辐射不育技术防治野蚕的同时 ,开展了辐射不育机理的研究 ,
现将研究结果报告如下。
11 材料与方法
111 　供试虫
从浙江省桐乡县梧桐镇采集野蚕蛹作为虫源 ,羽化后自然交配产卵 ,孵化后在实验室中人
工饲养至 4～5 龄作为辐照材料。
112 　辐照剂量
辐照剂量为 250 Gy ,剂量率为 1 Gy/ min。以不辐照的蛹作为对照。
113 　配对组合
羽化的成虫按下列组合配对 : I ♀×U ♂( I :辐照成虫 ;U :正常成虫 ,下同) ;U ♀×I ♂; I ♀
×I ♂;对照 U ♀×U ♂,各组合重复 10 次 ,分别调查各处理的产卵数和孵化卵数。
114 　染色体观察标本器官的选择
为了能观察到减数分裂的偶线期和粗线期染色体联会行为 ,选择上述组合的父本或母本
88　 核 农 学 报　2000 ,14 (2) :88～92Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
幼虫期 5 龄 2～3d 的生殖巢作为制作染色体标本的器官。
115 　染色体标本的制作及观察
将取出的精巢或卵巢放在载玻片上 ,在显微镜下剔除外膜和脂肪 ,用磷酸缓冲液
(Na2 HPO4 4175g , KH2 PO4 4154g ,蒸馏水 1000ml p H710)清洗干净 ,加 2～3 滴固定液 Ⅰ(甲醇
3∶冰醋酸 3∶蒸馏水 4) ,用解剖针切碎后将载玻片置于水平台上 ,滴 2～3 滴固定液 Ⅱ(用甲醇
3∶冰醋酸 3) ,静置 10～20s ,使细胞均匀分散 ,待固定液 Ⅱ略干后 ,滴上固定液 Ⅲ(冰醋酸) 4～5
滴 ,静置过夜风干 ,再用 20∶1 的 Gimsa 染色液染色 3h ,用蒸馏水清洗 ,风干后在 Nikon 显微镜
下观察。
21 结果与讨论
211 　亚不育剂量 (250 Gy)照射下的辐射不育
表 1 　中国野蚕辐射不育的结果
Table1 Radiation sterilization of China mulberry wild silkworm
组合
combination
平均产卵量
average number of laid eggs
(eggs/ ♀)
平均孵化数
average number of hatching eggs
(eggs/ ♀)
孵化率
hatching rate
( %)
U ♀×I ♂ 14016 2219 16129
I ♀×U ♂ 15813 0 0
I ♀×I ♂ 16712 0 0
U ♀×U ♂ 15510 13217 85161
F1 ♀×U ♂3 12015 0 0
F1 ♂×U ♀3 11410 0 0
　　3 该组合为 F1U ♀×I ♂的第 1 代。3 The first generation of the combination.
　　由表 1 结果可见 ,在 250 Gy 剂量辐照下 ,辐照后雌虫表现为全不育 ,无论其与正常雄虫或
与辐照雄虫交尾 ,其产下的卵均表现为不育 ,孵化率为 0 ,对照的孵化率达 8516 % ;而辐照后的
雄虫与正常雌虫交尾 ,雌虫所产卵的孵化率仍有 16129 % ,表现为亚不育 ,但该组合的 F1 代
雌、雄虫与正常雄、雌虫交尾后所产卵的孵化率均为 0 ,在该剂量辐照下的野蚕 F1 代辐射遗传
不育效应表现为全不育 ,说明 250 Gy 的照射量对野蚕辐射不育是可行的。
212 　野蚕染色体结构变异
已经有多项研究查明 ,当细胞开始分裂时 ,辐射对细胞核的损伤主要表现为染色体畸变
(缺失、易位、重复、倒位等) [5 ] ,不同的畸变类型在染色体复制分裂过程中会出现典型的特征
结构[7 ] 。在本研究中 ,分别观察到了缺失、倒位的典型特征结构。
21211 缺失 　缺失是指染色体丢失了带有基因的节段 ,染色体丢失的节段若在末段称顶端缺
失 ,染色体丢失的节段位于两臂内段 ,则称之为中间缺失。在细胞学上的鉴别顶端缺失比较困
难 ,而中间缺失若缺失的节段较大 ,在减数分裂同源染色体联会时 ,会出现染色体缺失圈结构 ,
这是鉴别染色体中间缺失的典型特征[7 ] 。在本项研究中 ,我们在辐照后的野蚕精巢细胞中 ,
发现了顶端缺失和中间缺失的染色体结构 ,结果如图版 Ⅰ、Ⅱ所示。
98　2 期 中国野蚕辐射不育机理的研究
图版 Ⅰ　中国野蚕 ( Bombyx m andorina Moore)
染色体顶端缺失结构 (3500 ×)
Plate ⅠChromosome top deficiency
structure of Bom byx m andori na
Moore (3500 ×)
N 代表杂合体中正常染色体 ;
D 代表顶端缺失染色体。
N :normal chromosome ;
D :top deficiency chromosome
图版 Ⅱ　中国野蚕 ( Bombyx m andorina Moore)
染色体中间缺失结构 (3500 ×)
Plate ⅡChromosome middle
deficiency structure of
Bom byx m andori na Moore (3500 ×)
箭头所指处为缺失环。
arrow points middle deficiency
　　图版 Ⅰ是野蚕染色体减数分裂联会时顶端缺失的结构。Mcclintock 最早在玉米上发现了
染色体顶端缺失的结构 ,他发现玉米第 6 染色体的短臂上有核仁组织区 ,在减数分裂前期 Ⅰ总
是与核仁联系在一起 ;长臂上有一个大的染色结 ,如果长臂顶端缺失 ,则在杂结合的情况下 ,同
源染色体的长臂末端有一段没有配对 ,缺失染色体短了一段[7 ] 。从图版 Ⅰ反映的结构特征来
看 ,我们判断此结构也属于顶端缺失 ,图版 Ⅰ中 N 是代表杂合体中正常染色体 ,D 是代表顶端
缺失染色体 ,由于缺失 2 条同源染色体间无法紧密联会 ,因而形成了染色体一端的分离状 ,但
在图版 Ⅰ所示的结构而言 ,在 2 条同源染色体的分离端点 ,似有“点联会”形成 ,因此这一结构
属于顶端缺失还是中间缺失值得进一步研究探讨。图版 Ⅱ是野蚕染色体减数分裂联会时中间
缺失的典型结构 ,箭头所指处为缺失环。这是在野蚕染色体结构变异研究中首次揭示的中间
缺失细胞学证据 ,其形态特征与家蚕的染色体中间缺失形态相似[6 ,8 ,9 ] 。
21212 　倒位 　倒位是自然界动、植物群体中所发现的最普遍的染色体畸变类型。其产生原因
是在外界诱发因子作用下 ,正常染色体上某一节段发生断裂后 ,倒转了 180 度又重新接上 ,发
生倒位的染色体上的基因总量没有改变 ,但基因的排列顺序和原来的正好相反。由于发生倒
位节段的部位不同 ,倒位可分成臂内倒位和臂间倒位 ,前者指倒位的节段发生在染色体的一个
臂上 ,后者的倒位节段涉及着丝点在内的两个臂。如果倒位节段很长 ,包括染色体的大部分 ,
则在联会时期因倒位节无法配对 ,染色体开叉呈“Y”状。在本研究中观察到了野蚕染色体倒
位结构 ,结果如图版 Ⅲ所示。图版 Ⅲ所揭示的倒位结构属于大节段倒位 ,其倒位染色体占整条
09 核　农　学　报 14 卷
染色体的 3/ 4 ,由于倒位部分无法配对 ,2 条同源染色体呈开叉状。这一倒位属于臂内倒位还
是臂间倒位 ? 由于在光学显微镜下较难识别染色体的着丝粒 ,因此很难作出鉴别。此外 ,在非
配对区域的其中一条染色体的顶端部分短了一小截 ,这一结构又是典型的顶端缺失结构 ,笔者
推论 :图版 Ⅲ的染色体结构是一个缺失和倒位的复合异常结构 ,其中短的一条是异常结构的染
色体。
图版 Ⅲ　中国野蚕 ( Bombyx m andorina Moore)
染色体倒位结构 (3500 ×)
Plate ⅢChromosome inversion structure
of Bom byx m andori na Moore (3500 ×)
3 　不育机理的探讨
在本实验研究中分别观察到了电离辐射
后生殖细胞染色体变异的结构 (缺失、倒位、
易位) ,并且其后代均表现出不育。究其原因
主要是由于染色体结构变异的遗传效应造成
的 ,缺失对生物体的生长发育有很大的影响 ,
其影响的程度视缺失的大小、缺失的基因以
及物种染色体倍数性而定。大的缺失相当于
显性致死 ,小的缺失在纯合状态可能是致死
或半致死。缺失在杂合状态下一般对当代生
活力没有影响 ,但由其产生的生殖细胞多是
不育的。在本实验中观察到的中间缺失和顶
端缺失个体 ,在形成配子时缺失染色体和正
常染色体彼此分离 ,当 2 个带有缺失染色体
的配子结合时 ,后代致死。当 1 个缺失配子
和 1 个正常配子结合时形成杂和体 ,能够成
活但生活力明显减弱。缺失杂合体后代的致死比例大约为 25 %左右。在本实验中还观察到
染色体倒位的细胞学现象。染色体倒位的重要表现之一就是后代不育 ,因为倒位的实质是原
来染色体上直线排列的基因顺序 ,经过断裂、重接与正常染色体上的基因顺序互为逆向。由此
在染色体复制分裂过程中 ,往往会产生因非同源节段的无法配对形成特异结构 ,而在染色体行
动过程中 ,造成倒位节段的丢失配子致死 ,后代不育。在现代农业技术中 ,利用射线照射雄性
害虫使染色体发生结构变异 ,来降低害虫群体和创造核遗传雄性不育的保持系 ,其机理亦在于
此。
参考文献 :
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19　2 期 中国野蚕辐射不育机理的研究
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STUDY ON THE RADIATION STERIL E MECHANISM
OF CHINA MULBERRY WILD SIL KWORM
( Bombyx mandorina Moore)
YAN G Rong2xin1 　XIA Da2rong1 　GU Wei2ping1 　MEN G Zhi2qi2 　WEN G Hong2biao2
(11 Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Zhejiang Academy of
A gricult ural of Sciences , Zhejiang prov . Hangz hou 　310021
21 Instit ute of Sericult ure , Zhejiang Academy of A gricult ural Sciences , Zhejiang pror. Hangz hou 　310021)
ABSTRACT: The sterile mechanism of China mulberry wild silkworm ( Bombyx mandorina2
Moore) was studied on the chromosome structure variation by means of 60 Coγ2rays irradiation
of the pupae. The dose of sub2sterill ization for the wild silkworm was 250 Gy , under which the
females of present generation were whole steril ized and the males were sub2steril ized. The chro2
mosome structure variation such as def iciency and inversion of larva reproductive cells could be
obviously observed. Most of cells with the abnormal chromosomes were steril ized , which was the
main reason or radiation steril ization of Bombyx mandorina2Moore.
Key words :Bom byx m andori na Moore , radiation , sterilization , mechanism , chromosome
29 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (2) :88～92