全 文 ：核 农 学 报 2008，22(1)：23—27
Journal ofNuclear Agricultural Sciences
文章编号 ：1000—8551(2008)01—023．05
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射线辐照对春兰根状茎生长及抗氧化酶活性的影响
刘璐璐 柴明良 徐晓薇 李 方
(1．浙江大学园艺系，浙江 杭州 310029；2．浙江省亚热带作物研究所，浙江 温州 325005)
摘 要：将春兰(Cymbidium goeringi)的离体根状 茎切成长各约 lcm的顶段 、中段和末段 ，用 C0 7射线进
行辐照。剂量分别为 0、5、10、20、30和 50Gy。测定了不 同辐照剂量下新生根状 茎的生长 ，研 究 了辐照原
初根状茎愈创木酚过氧化物酶(G．POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶活性以
及过氧化物酶同工酶谱的影响。结果表明：辐照剂量为3O和 5O Gv处理的根状茎虽能存活，但未有新
生根状茎的发生，生长停滞。辐照原初根状茎上 CAT和 SOD的活性随着辐照剂量的增加均有先升高后
降低的趋势，而G．POD的活性则表现为先略降低后升高。综合新生根状茎的生长、抗氧化酶活性及过
氧化物同工酶谱 的结果 ，春兰诱变育种的适宜剂量应在 2O～3OGv间，且最合适的诱变部位是根状 茎的
顶段 。
关键词：春 兰；辐射诱 变；抗氧化酶 ；同工酶
EFFECT OF 砷Co y-rays IRRADIATION ON GROWTH AND ANTI-
OXIDANT ENZYM E ACTIVITIES OF RHIZOMES IN Cymbidium goeringii
LIU Lu．1u CHAI Ming．1iang XU Xiao．wel’ LI Fang
(1．Department ofHorticulture，Zhejiang University。Hangzhou，Zhejiang 310029；2．Subtropical Crop胁 e∽ ^Institute，Wenzhou，Zhejiang 325005)
Abstract：The rhizomes of Cymb idium goeringii were cut into tip，middle and basal segments with a length of about 1 cm，and
the segments were irradiated with Co 7-rays at doses of 0 ，5 ，10 ，20 ，30 an d 50 Gy，respectively．The growth characters，
the activities of antioxidant enzymes，including superoxide dismutase(SOD)，catalase(CAT)and guaiacol peroxidase(G-
PO D)，and peroxidase isozyme of the were measured．The results showed that the segments iradiated at the dose of 30 and 50
Gy could survive，but couldn’t form new rhizomes and the growth Was almost stagnated。With the increase of the doses，the
SOD and CAT activities of the rhizome were increased first，then significan tly decreased，but the reverse effect Was observed in
G．POD activities，which Was decreased first，then increased。 Combining both the effect results on the growth characters，on
activity chan ges of peroxidase isozyme and the chan ges of the anti-oxidant enzymes after iradiation，it Was concluded that the
appropriate doses of Co T-rays iradiation for mutation breeding of Cymbidium goeringii should be in the rage of 20 to 30 Gy，
and the optimal part of the rhizome seems to be the tip segment．
Key words：Cymb idium goeringii；radiation mutation；anti-oxidative enzymes；peroxidase isozyme
春兰(Cymbidium goeringi)为兰属地生兰 ，是极为
重要的传统名贵花卉。长期以来，人们侧重于采掘天
然的春兰野生资源进行选择和利用，很少用人工技术
去改良或创造新种质，而诱变技术是改良春兰快速便
捷的手段。已发表的少量报道对春兰的种子或茎尖形
成的根状茎进行辐照或化学诱变剂处理 ，发现用
一 定的剂量处理时可提高细胞无丝分裂的频率，诱发
再生植株多种变异 ，较高剂量的紫外线可导致春兰
种子或茎尖形成的原球茎细胞核变形、皱缩、线粒体液
泡化。对诱变处理后外植体的生理变化仅有傅雪琳
收稿 日期 ：2007-04—06 接受 日期：2007-06-04
作者简介：刘璐璐(1981一)，女，山东青岛人 ，在读研究生，研究方向为观赏植物生物技术。
通讯作者：柴明良(1964一)，男，浙江安吉人 ，副教授，研究方向为观赏植物生物技术。Tel：0571—8697 1036；E—mail：rolehai@zju．edu．Clr
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等 的报道用不同剂量的 射线处理墨兰成熟种子诱
导的根状茎，发现在低剂量下促进根状茎生长 ，但绿芽
分化能力未受影响 ；可溶性蛋白质含量明显增加 ，愈创
木酚过氧化物酶(G—POD)变化不一 ；10 Gy以上剂量抑
制生长 ，甚至死亡。本试验以试管 中建成的春兰根状
茎为材料 ，较为系统地研究 了∞Co 辐照对春兰根状
茎生长和分化的效应，并测定了辐照材料 愈创木酚过
氧化物酶 (G—POD)、过氧化氢酶(CAT)、超 氧化物歧化
酶(SOD)3种抗氧化酶活性及过氧化物酶同工酶谱带
的变化 ，以追踪根状茎辐照后的生理变化及诱变育种
的临界剂量，为春兰的辐射育种提供基础数据。
1 材料与方法
1．1 材料
试验材料为春兰(Cymbidium goeringi)成熟种子诱
导出的根状茎。取继代繁殖 3～4代后生长一致的根
状茎用于辐照。继代培养基为：1／2MS+5mg／L NAA+
0．1mg／L BA+20g／L蔗糖 +7．8g／L琼脂 +3g／L活性碳 ，
pH值 5．6～5．8。
1．2 方法
选择生长一致 、长度约为 3cm的根状茎 ，切分为顶
段、中段和末段，每段长约 1em，分别接种到继代培养
基上。每 lOOml三角瓶中接种 6段，接种 2d后辐照。
辐照处理在浙江大学原子核农业科学研究所辐照中心
进行。∞co 7射线辐照处理剂量分别为：0、5、10、20、30
和50Gy，每处理重复5次。辐照后继续在继代培养基上
培养 2个月。所有材料均在同一条件下培养，培养室温
度 25℃ -11℃，光照强度约 20001x，每天光照 12h。
1．3 分析测定
1．3．1 增殖能力的观察 根状茎 的增殖能力 以新生
根状茎数量及其长度来表示。长度记录时分为大于
2mm和 5mm的根状茎，其中大于 2mm的数量包括大
于 5mm的根状茎。数据分析采用 DPS分析软件 ，LSD
法，5％水平差异。
1．3．2 酶活性的测定 参考朱祝军等 的方法。取
辐照处理后培养 2个月的根状茎的顶段、中段和末段，
以0．3g鲜重为 1个处理，重复 3次，经液氮处理后加
入 50mmol／L的磷酸缓冲液(pH 7．8，含 0．2mol／L EDTA
和 2％的 PVP)3ml，在经预冷 的研钵 中在冰浴下研磨
成匀浆 ，然后在 12000r／min、4℃下离心 20rain。上清液
即为提取液 ，用于测定三种酶的活性。超氧化物歧化
酶(SOD)活性参照氯化硝基四氮唑蓝(NBT)还原法b
测定，过氧化氢酶(CAT)及愈创木酚过氧化物酶(G—
POD)活性的测定，按 Cakmak 的方法进行。
1．3．3 过氧化物酶(POD)同工酶的 SDS—PAGE凝胶 电
泳分析 参照胡能书等的方法 ，取不 同辐照剂量处
理的原初根状茎 ，提取过 氧化物酶。电泳分 离胶浓度
7％，浓缩胶浓度 4％。凝胶采用联苯胺 一愈创木酚染
色法 ，20℃下染色 30min，清水漂冼后拍照。
2 结果与分析
2．1 辐照后根状茎的外观变化和生长动态
辐照剂量为 30和 50Gy的处理 ，其根状茎虽然存
活 ，但不再增 殖，未 见有 新生根状 茎 的生 长。在 0～
20Gy的辐照剂量范围 内，随剂量的增加 ，根状茎 产生
新生 根状茎 (>2mm)的能力 明显 高 于对 照 (表 1)。
2mm以上的新生根状 茎数 5～20Gy剂量下均 比对照
多 ，尤其是顶段 ，辐照后的新生根状茎量均与对照呈显
著差异。说明5～20Gy的辐照剂量均能刺激根状茎的
生长。但长度大于 5mm的新生根状茎数量随着辐照
剂量的增加而减少 ，也主要表现在顶段上。20Gy剂量
处理的根状茎顶段 ，其顶端分生组织的生长优势明显
受到抑制 ，表现为细小分枝 多，呈团簇状。
表 1 不 同剂量 7射线处理后新生根状茎的 生长状况
Table 1 e growth of newly—formed rhizomes
after 7一rays irradiation
注：表中不同字母表示差异显著(P<0．05)。
Note：The data in the sa／ne column followed by different letters meall signifcant
difference(P<0．05)．
2．2 辐照后原初根状茎抗氧化酶活性的变化
2．2．1 CAT活性的变化 辐照原初根状茎与对照材
料(0Gy)的顶段 、中段和末段 的 CAT活性见图 l，随着
剂量的增加，顶段材料的 CAT活性变化最 大。在 5Gy
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1期 射线辐照对春兰根状茎生长及抗 氧化酶活性 的影响
时 ，顶段的活性升高；在 20Gy时 ，3种茎段的 CAT活性
均升到最高 ，其中顶段活性最强 ；而在 30和 50Gy下，3
种茎段 的 CAT活性与对照基本相同。在 5～20Gy之
间 ，随着剂量 的增加，3种材料的过氧化氢酶活性都呈
先降后升的趋势。
0 5 10 20 30 50
辐照剂量 iradiation dose(Gy)
图 1 辐照原初根状茎段的过氧化氢酶活性
Fig．1 CAT activities in original rhizome segments
after irradiation
2．2．2 SOD活性 的变化 辐照原初根状茎 SOD的活
性表现见 图 2。在 根状茎 的 3种取材 中顶 段变化最
大。在 5Gy时，3种茎段的 SOD活性均 比对照高，中段
和末段 在此剂量时达 到最高 ；而顶 段的 SOD活性在
10Gy时达到最高 ，在 20和 30Gy时呈飓降趋势。
0 5 l0 20 3O 5O
辐照剂量iradiation dose(Gy)
图 2 辐照原初 根状 茎段 超氧化物岐化酶的活性
Fig．2 SOD activities in original rhizome
segments after irradiation
在抗百草枯的玉米叶片 中 SOD活性 的增 加是 由
于 SOD酶蛋白的重新合成 ，但在电离辐射下抗氧化
酶活性的增加是由于酶蛋白被激活还是合成增加有待
于进一步研 究。在研 究 辐射 对瓜 尔 豆 (Cyamopsis
tetragonoloba)氧化酶活性影 响时也发现低剂量辐照对
SOD酶有激活和促进合成作用，从而刺激其活性增大，
而高剂量对 SOD酶起抑制作用 。本试验中当代根
状茎超氧化物歧化酶活性的测定结果与此结论相符。
电离辐射可诱导植物体内活性氧自由基的增加，
植物可通过提高其体内清除活性氧自由基系统的酶活
力来抵抗 活性 氧 自由基 对植物 的伤害 。。。但是在较
高剂量的电离辐射下 ，由于活性氧 自由基的大量产生 ，
植物本身对其清除能力有一定限制，使得植物最终还
是受到一定的伤害。
2．2．3 G．POD活性 的 变化 处理 原初 根状 茎 对照
(0Gy)的3种茎段的 G．POD活性为：顶段 >末段 >中
段(图 3)。在 5～20Gy．的剂量下 ，随辐照强度的升高
活性有下降趋势 ，在 20Gy时最低 ，而在 30和 50Gy时
又迅速上升。顶端材 料 G．POD活性在各 个剂量处理
中均处于较低水平 。
— ●■一 顶段 t segment
8墨
≥
0
0 5 l0 2o 30 50
辐照剂量 iradiation dose(Gy)
图 3 辐 照原初根状茎段 愈创木酚过氧化物酶活性的变化
Fig．3 The changes of POD activities in original
rhizome segments after iradiation
袁朝兴等 研究了水分胁迫下 G．POD和 IAA氧
化酶活性与 IAA含量之间的关系，认为是由于 G．POD
活性的上升造成 IAA含量的下降。与 IAA氧化酶活性
无关。而 Huang等 。 发现在 uv．B辐射下水稻叶片中
IAA含量的下降与 2种酶(G．POD和 IAA氧化酶)活性
的升高均有关系。已知 IAA一个非常重要的生理功能
就是促进不定根的形成。其体内的IAA氧化酶可以氧
化 IAA，G．POD也能氧化 IAA 。黄卓烈等 ¨在桉树
插穗生根试验 中发现 。G．POD和 IAA氧化酶同样能氧
化 IAA从而抑制不定根的形成 。本试验 中对照的顶段
G．POD活性 比同处理的中段和末段的 G．POD活性都
要高 ，而其新 生根状茎数 则 比后两者均要少 (表 1)。
同样的结果在辐照原初根状茎 30和 50 Gv的处理上
也有表现，其新生根状茎的增殖能力消失。生长处于停
滞状态 ，而它们 的 G．POD活性 最高，这可能是 由于较
高含量的 G．POD抑制了根状茎的增殖。
0 0 0 0 0 0 0 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 加
一=量＼≥ 嚣／IlLlf1一 _^u。日_IJvu 蜒_IJv=)
∞ ∞ ∞ ∞ ∞ o
一≥ Iun) 【^13 00∞ 蜒 00∞
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2．3 过氧化物同工酶的变化
同工酶是指能催化同一种化学反应、但酶的分子
结构有所不同的一组酶。植物在发育过程中所含同工
酶的种类和比例都不相同，其与植物的遗传、生长发
A
B
育、代谢调节及抗性等有一定关系，同工酶作为基因表
达的产物，测定其酶谱是认识基因存在和表达的一种
工 。因此同工酶谱在酶带数量 、迁移率和表达量
上表现出差异性，显示了其遗传上的多样性 。
A
B
一 强带 strong beIt —— 次强带 subs~ong beIt ⋯ 弱带 、vcal【beIt
图4 不同剂量辐照处理的 3种根状茎段的同工酶电泳谱带
Fig．4 The POD i~zyme p~tems of the three~izome segmems under di~ nt dos~es 0f -my im diation
1、2、3：分别为对照的顶段、中段和末段；4、5、6：分别为5Gy处理的顶段、中段和末段；7、8、9：分别为 10Gy处理的顶段、中段和末段；10、11、12
分别为 2oGv处理的顶段、中段和末段；13、14、15分别为30Gy处理的顶段、中段和末段；16、17、18分别为 50Gy的处理的顶段 、中段和末段。
1，2，3：The tip，Iliddle alld basal segments in con~ l；4，5，6：The tip，midge alld basal segmenIs in 5 Gy~ ment；7，8 ，9：The tip，
middle and kIsal segments in 10 Gy tre咖 ent；10，11，12：The tip，IIliddle ald basal se nents in 20 Gy treatItlent；；13，14，15：The tip，
~ddle al1d b哪 l se nts in 30 Gy trea岫ent；16，17，l8：The tip，IIliddle alld basal~ ents in 50 Gy mⅪtⅡlent．
从图4看出，A区各处理均有 I条弱带 ；B区在对
照的末段 、5Gy处理的顶段及末段 和 20Gy处理的末段
均有明显的强带分布；在 0—20Gy处理的材料中，5Gy
处理强带和次强带的比例最多。在 30Gy处理的 3种
根状茎中出现了条带 的缺失 ，顶段 只有 2条次强带分
布，而中段和末段在 B区的条 带则完全缺失 ；在 50Gy
处理时，B区无条带分布。上述结果表明高剂量的辐
照对材料的损伤作用可能造成控制 B区酶的基因无
法正常表达或基因型突变而未出现相应同工酶谱带；0
20Gv处理影响了同工酶活性，但未引起基因水平的
改变。
3 结论与讨论
从新生根状茎的生长、酶活性及同工酶酶谱变化
等综合考虑，春兰诱变育种适宜的剂量应在 20—30Gy
之间。
本试验结果还表明：低剂量(5—20Gy)辐照 时，新
生根状茎数均比对照多。范正琪等 ¨在研究辐照对
青菜芽再生及转化频率的影响时也发现，无菌苗在经
过 1 2．5Gv的 射线辐照后能促进芽的再生。本试
验主要表现在顶段上 ，对根状茎生长和增殖 刺激 的最
大剂量为 20Gv，这可能是相对较低剂量辐照所致的损
伤可引起体内一系列修复酶的活动，修复系统的过度
活动引起加速生长。此外 ，30Gy处理 的根状茎生长停
滞说明诱变剂量应该在 20与30Gv之间。
在抗氧化酶活性指标上，当代根状茎 CAT和 SOD
的活性随着辐照剂量的增加均有先升高后降低的趋
势，而 G．POD的活性则表现为先略降低后升高。李群
等 。¨。认为，环境因素的变化对不同酶活性的诱导方式
不同，酶活力的变化又与其体内的产生及代谢过程有
关，与其在体内的作用机制也有一定关系 因此对于
同一环境因子的刺激，体内不同酶的反应也是不同的。
不 同的植物对于不同的外界环境胁迫甚至同一胁迫下
不同的作用量和作用方式，体内清除活性氧 自由基的
因子的变化也会不同。低电离辐射在植物体内产生的
活性氧可诱导春兰体内CAT和 SOD活性的增加，这些
酶活性的升高则可进一步清除体 内的活性氧 自由基，
修复损伤以减轻生物体所受到的伤害。而宋军道
等 副¨研究认为，保护酶SOD和CAT活性得到提高对诱
变是不利的，因此在辐射诱变育种中，适量加入 SOD
和 CAT活性抑制剂，使 自由基充分起作用，可能会进
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一 步提高诱变频率。本试验用高于20Gy剂量处理时，
根状茎顶段 、中段和末段的 SOD和 CAT活性均有明显
的降低，可能说明了诱变率的提高，这在过氧化物同工
酶的电泳图谱中得到了进一步证实。G．POD活性的降
低可使得 IAA含量升高，以至使其新根状茎增殖量加
大，可作为根状茎分化的内在生理指标。另外，试验发
现根状茎的顶段为最佳的诱变材料，可能是由于顶端
分生组织细胞一直处于旺盛分裂状态，从而提高了诱
变频率。
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《核农学报》编委会在扬州召开
2008年 1月8日，《核农学报》编委会在江苏里下河地区农业科学研究所召开。编委会是在中国原子能农学
会第七届 四次常务理事会后进行的，由编委会主任王志东研究员主持 ，主编徐步进教授致欢迎词。与会编委还有
刘录祥 、哈益明 、刘春泉、陈秀兰 、邓钢桥 、华跃进 、黄乐平 、李云、李潞滨 、罗时石 、潘家荣、秦广雍 、唐世荣 、涂书新 、
杨俊诚、张书标、于子厚和张建伟等。编委计融派代表参加了会议，孙永堂、胡为民、吕金印和周汉钦等列席了会
议 。
会上，《核农学报》编辑部主任高美须就 2007年编辑部的工作向各编委做了详细的总结汇报。大家认为，学
报的各项评价指标有很大的提高，特别是影响因子达 0．832，不仅是相关工作人员努力的结果，也表明核农学领
域的研究和应用达到了一定的水平，得到了各研究机构的认可。编委们就编辑部的工作和刊物的发展进行了热
烈的讨论，对编辑部的工作流程、稿件质量的提高、学报影响范围的扩大、办刊经费的筹集等方面提出了具体的改
进方法。
王志东研究员最后总结说，两年前在合肥召开的编委会主要讨论的是学报的生存问题，去年的哈尔滨编委会
是探讨如何提高的问题 ，今年的编委会则是如何扩大影响 ，使学报这一交流的平台能更好地促进核农学的发展和
人才的培养。
(高美须 )
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