全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0320139205
零磁空间处理水稻干种子诱变效应研究
虞秋成1 　刘录祥2 　徐国沾3 　施金裕3
(11 江苏省农业科学院原子能利用研究所 ,江苏 南京　210014 ;2. 中国农业科学院原子能利用研究所 ,北京　100094 ;
3. 江苏省金坛市农科所 ,江苏 金坛　213230)
摘 　要 :利用零磁空间对水稻干种子进行诱变处理 ,研究其细胞学和生物学效应。结
果表明 :零磁空间处理水稻干种子后 ,当代细胞染色体畸变频率提高 ,畸变类型以染
色体桥和微核高于其他畸变类型 ;从生物学效应来看 ,零磁空间处理对当代发芽率、
成苗率、苗高和分蘖有促进生长作用 ;M2 变异类型丰富 ,早熟类型突变频率相对较
高 ,而育性分离较大 ,各类分离程度大小依次为 :早熟 > 育性 > 株高 > 穗型 > 粒型 ;当
选变异类型单株后代稳定快 ,说明零磁空间诱变处理在水稻品种改良方面很有前途。
关键词 :零磁空间 ;细胞学效应 ;生物学效应
收稿日期 :2001208215
基金项目 :国家自然科学基金 (批准号 39870192)资助项目
作者简介 :虞秋成 (1953～) ,男 ,江苏金坛人 ,江苏省农业科学院原子能利用研究所副研究员 ,副所长 ,从事辐射诱变育
种研究
近年来 ,随着科学技术的发展和人类对空间资源的开发 ,利用新的诱变因素如采用高空气
球和返回式卫星搭载植物种子 ,进行空间诱变处理 ,已成为一种有效的诱变育种技术 ,取得了
一些很有价值的研究资料和科研成果[1 - 3 ] 。零磁场是重要的空间环境因素之一 ,地面模拟空
间零磁场作为一种新的诱变因素已被应用于小麦等作物的遗传育种研究[4 ,5 ] 。本研究利用零
磁空间处理水稻干种子 ,并与γ射线辐照和地面对照作比较 ,探讨其细胞学和生物学效应 ,为
开展水稻零磁空间诱变育种提供实验依据。
1 　材料与方法
111 　材料
试验选用水稻新品种 (系)农垦 58、组辐粳、优辐粳、9522 及 F1 杂交种 9705 和香早 9216 (马
尾粘Π突 9216ΠΠ香早籼 1 号)等 6 个材料的干种了各 3 份 ,1 份用于零磁空间处理 ,1 份未经任何
处理及 1 份经60 Coγ射线辐照处理用作双对照 ,处理材料与对照一起进行田间种植。
112 　方法
11211 　零磁空间处理 　零磁空间采用双层磁屏蔽结构和线圈补偿方式相结合的大型 26 面体
磁屏蔽装置 ,其直径为 213m ,磁强 < 20nT ,为地球磁强度的 4 ×10 - 4 。处理周期为 1 年。
931　核 农 学 报　2002 ,16 (3) :139～143Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
11212 　γ射线辐照 　60 Coγ射线辐照剂量为 300Gy ,剂量率为 30GyΠmin。
11213 　细胞学观察 　水稻种子置于 26 ±1 ℃下进行浸种催芽 ,取根尖分生细胞经苏木精染色
压片显微观察。每个处理观察 30 个根尖 ,每个根尖观察 100 多个有丝分裂细胞 ,按染色体结
构变异类型进行分析统计。
11214 　农艺性状调查 　对种子发芽势、发芽率、苗高和株高进行观察调查及分析统计。
2 　结果与分析
211 　对染色体结构的影响
水稻干种子经零磁空间处理后 ,不论是品种、稳定品系还是杂交 1 代 ,根尖细胞染色体畸
变率均明显高于未处理的对照 (表 1、表 2) ,但又低于辐照处理。其中 9705 和香早 9216 两个 F1
的有丝分裂细胞染色体畸变频率高于农垦 58、组辐粳等品种或稳定品系 (表 1) 。表明杂种 F1
对零磁空间处理的敏感性比品种或稳定品系高。经 t 测定 ,所有处理的品种 (品系) 与对照相
比 ,均达到显著水平 (表 2) 。零磁空间处理与γ射线处理相比 ,染色体畸变细胞频率也达到显
著水平 ,说明辐射对染色体畸变的效应大于零磁空间。
表 1 　零磁空间处理对水稻细胞学的影响
Tabel 1 　Cytological effects of magnetic2free space (MF)on rice
品种 (系)
varieties or strains
染色体畸变细胞率
rate of cell chromosomal aberration ( %)
有丝分裂指数
mitosis index( %)
MF γ2rays CK MF γ2rays CK
农垦 58
Nongken58
1. 02 ±0. 79 1. 12 ±0. 11 0. 21 ±0. 07 14. 32 ±1. 52 11. 25 ±0. 32 13. 8 ±1. 08
9522
No. 9522
1. 15 ±0. 18 1. 24 ±0. 22 0. 19 ±0. 11 15. 33 ±1. 16 11. 71 ±1. 52 14. 46 ±1. 51
组辐粳
Zufujing 0. 98 ±0. 74 1. 65 ±0. 16 0. 21 ±0. 13 15. 71 ±1. 48 12. 12 ±1. 36 15. 01 ±1. 51
优辐粳
Youfujing 1. 01 ±0. 10 1. 32 ±0. 16 0. 13 ±0. 07 17. 03 ±1. 18 12. 16 ±1. 17 15. 25 ±0. 97
9705
No. 9705
1. 08 ±0. 21 1. 12 ±0. 14 0. 17 ±0. 09 17. 11 ±1. 34 10. 61 ±1. 27 15. 23 ±1. 49
香早 9216
Xiangzao9216
1. 26 ±0. 19 1. 64 ±0. 21 0. 16 ±0. 08 16. 64 ±1. 22 10. 07 ±1. 09 15. 09 ±1. 12
从染色体畸变类型来看 ,零磁空间处理的染色体桥和微核高于辐射处理的 ;辐射处理的染
色体断片和落后染色体的比例大于零磁空间处理的。在有丝分裂细胞中 ,经辐射处理的观察
到有丝分裂细胞中有多桥、多微核的频率较高 ,而且随着剂量增大染色体多桥、多微核数量增
高。零磁空间处理引起的染色体桥和微核多的现象 ,可能是由于细胞长期处于诱变处理环境
之中 ,染色体断片不能及时进行自身修复而导致的。
212 　磁场处理对水稻种子当代的生物学效应
041 核　农　学　报 16 卷
测量和分析了零磁空间诱变处理水稻干种子对当代的发芽率、成苗率、苗高、根长的生物
学效应 ,发现零磁空间处理水稻干种子后没有任何抑制作用 ,相反其种子的发芽率、成苗率、苗
高均比对照略高 ,根长比对照长 ,表明零磁空间处理水稻干种子后 ,对其苗期生长不存在明显
的生物学损伤效应 (表 3) 。
表 2 　零磁空间处理的细胞学效应与γ射线和未处理对照的 t 测定
Tabel 2 　t value for comparison of biological effects between MF and control (CK)
orγ2irradiation treatments
品种 (系)
varieties or strains
细胞染色体畸变的 t 值
t value for rate of cell aberration
有丝分裂指数 t 测定
t value for mitosis index
MF +γ2rays MF + CK MF +γ2rays MF + CK
农垦 58
Nongken58
0. 9243 5. 7624 3 3 3. 579 3 3 1. 1094
9522
No. 9522
1. 1021 5. 2115 3 3 5. 6031 3 3 2. 9119 3
组辐粳
Zufujing 1. 9842 5. 4180
3 3 4. 9024 3 3 0. 3379
优辐粳
Youfujing 1. 7761 5. 2171
3 3 4. 003 3 3 0. 4265
9705
No. 9705
2. 2013 3 4. 582 3 3 6. 114 3 3 3. 9423 3 3
香早 9216
Xiangzao9216
3. 202 3 3 4. 6261 3 3 6. 2014 3 3 4. 001 3 3
213 　零磁空间处理水稻干种子对后代分离的影响
零磁空间处理对水稻干种子的当代植株生长没有任何影响 ,高度比对照略高些。第 2 代
出现了丰富的变异类型 ,包括早熟、穗型等类型的变异。尤其是早熟和育性变异 ,最早熟变异
比对照早 10d 抽穗 ,所有被处理水稻材料均有比对照早抽穗 2～3d 的突变单株 ,但也有少数植
株抽穗比对照迟 3～7d。本试验表明利用零磁空间来诱发水稻早熟突变是可行的。在育性分
离差异方面 ,结实率分离幅度较大 ,大都在 80 %～90 %之间 ,但其中香早 9216 有 1 株结实率低
于 2 %。从变异类型出现的频率来看 ,各类分离程度大小依次为 :早熟 > 育性 > 株高 > 穗型 >
粒型。
214 　突变性状遗传稳定性
从诱变处理第 2 代中筛选出的早熟、育性等变异性状稳定 ,并且能真实遗传到下代。除株
高突变在第 3 代个别单株中有略矮类型分离外 ,早熟、育性、穗型、粒型等变异农艺性状均未发
现进一步分离。第 3 代筛选出 26 个早熟单株 ,32 个外观垩白小、米质透明单株 ,11 个株型理
想、产量高、穗型好的单株 ,还有比对照早抽穗 10d 的 9721c262 突变株系 ,千粒重 2712g ,穗长
1718cm ,实粒数 111 粒 ,平均株高 9914cm ,比对照高 1cm ;这些变异单株或株系基本保持了原亲
本农艺性状。从香早 9216 中筛选出 1 个不育突变株经过 7 代提纯回交和测交 ,已转育成醇
香、优质、早熟三系配套的新籼型杂交组合 ,进入小面积试种和产量测定。
141　3 期 零磁空间处理水稻干种子诱变效应研究
表 3 　零磁空间处理对水稻当代发芽率、存活率、苗高和结实率的影响
Tabel 3 　Effects of MF on rate of gemination ,seedling survival ,seedling
height and setting of rice in M1 generation
品种 (系)
varieties or strains
发芽率
rate of germination( %)
存苗率
rate of seedling survial ( %)
苗高
seedling height (cm)
结实率
rate of seed setting( %)
农垦 58 MF 96. 4 95. 9 22. 4 92. 4
Nongkeng58 γ2rays 88. 3 84. 5 19. 8 81. 2
CK 96. 1 95. 2 21. 6 92. 3
9522 MF 95. 2 95. 6 21. 6 93. 4
No. 9522 γ2rays 88. 4 83. 9 19. 2 82. 6
CK 94. 6 95. 5 20. 8 93. 3
组辐粳 MF 96. 4 96. 1 22. 1 92. 5
Zufujing γ2rays 85. 7 82. 6 19. 6 82. 4
CK 95. 8 95. 8 21. 9 92. 5
优辐粳 MF 97. 1 97. 5 21. 7 94. 6
Youfujing γ2rays 89. 5 84. 3 19. 4 83. 4
CK 96. 9 96. 1 21. 8 94. 7
9705 MF 95. 4 96. 5 22. 5 92. 7
No. 9705 γ2rays 87. 9 83. 4 20. 1 80. 9
CK 95. 2 96. 1 22. 2 92. 5
香早 9216 MF 95. 7 96. 6 21. 9 69. 2
Xiangzao9216 γ2rays 88. 5 82. 7 19. 7 74. 4
CK 95. 3 96. 4 20. 8 90. 1
3 　讨 　论
零磁空间处理和卫星搭载空间环境都能引起水稻根尖细胞染色体畸变、农艺性状突变。
但经零磁空间处理的水稻根尖细胞染色体畸变率比卫星搭载的或其他物理因素处理的低 ,各
种细胞染色体畸变类型数量的多少也与空间条件处理的有差异[1 ,3 ] 。零磁空间处理的染色体
桥和微核畸变率高于其他类型畸变频率。这可能与零磁空间处理水稻干种子时间较长 ,使其
染色体畸变后在较短时间内无法得到修复有关。
本试验中零磁空间处理水稻种子对当代农艺性状影响较小 ,发芽率、苗高、根长、株高等与
未处理的对照相比没有显著差异 ,说明零磁空间处理水稻干种子对当代苗期的生理损伤程度
小 ,而且第 2 代出现丰富的变异 ,其中以早熟较为明显。当选的早熟和不育突变株在不改变其
他农艺性状前提下能稳定地遗传 ,并能直接或间接用于育种 ,说明零磁空间诱变处理技术在水
稻新品种改良中有着潜在的利用价值。
从被处理的水稻材料来看 ,常规杂交 F1 经零磁空间处理后出现的各类变异最为丰富。早
熟突变株比亲本抽穗期早 10d ,不育突变株连续 3 代保持稳定遗传。这说明利用杂合材料用
241 核　农　学　报 16 卷
作诱变亲本更为理想。
参考文献 :
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STUDY ON MUTAGENIC EFFECTS OF MAGNETIC FIELD2FREE
SPACE ON DRY RICE SEED
YU Qiu2cheng1 　LIU Lu2xiang2 　XU Guo2zhan3 　SHI Jin2yu3
(11 Institute for Application of Atomic Energy in Agriculture ,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences ,
Nanjing , Jiangsu prov. 　210014 ; 2. Institute for Application of Atomic Energy , CAAS , Beijing 　100094 ;
3. Jintan Agricultural Experimental Centre ,Jintan City , Jiangsu prov. 　213230)
ABSTRACT :Cytological and biological effects of magnetic2free space on dry rice seed were stud2
ied. The results showed that the chromosomal aberration rate was higher than that of controls ,and
the rates of chromosomal bridges and the micronucleus were greater than that of other types of
aberration. The seed germination rate , seedling survival rate , seedling height and tilling were pro2
moted in M1 generation. More segregation of characters such as early heading and fertility were
appeared in M2 generation. In the all variations in M2 , the highest rate of mutant type was early
heading stage and the greatest segregation degree was fertility. The M2 segregation degree was in
order of early heading > fertility > plant height > ear type > grain type. All mutant characters
were generated steadily. It is concluded that there is a practical value in rice variety improvement
by using the method of magnetic2free space treatment.
Key words :magnetic2free space ; cytological and biological effects
341Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (3) :139～143