全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0320141204
同步辐射 (软 X 射线)对水稻的
细胞学效应研究
王彩莲　陈秋方　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 :对不同剂量的同步辐射 (软 X射线)辐照水稻种子 ,研究其细胞学效应。结果表
明 ,软 X射线同步辐射处理后 ,在水稻根尖细胞内可诱发各类染色体结构变异。3 个
品种的细胞染色体畸变率随照射剂量的增加而提高 ,有丝分裂指数明显下降。同步
辐射的细胞学效应与γ射线相似。3 个品种的辐射敏感性从高至低的顺序为加育
293 > 舟 903 > 浙 733。
关键词 :同步辐射 　软 X射线 　细胞学效应 　水稻
收稿日期 :1999201218
基金项目 :九五国家科技攻关项目 (962B212202201)
作者简介 :王彩莲 (1941 —) ,女 ,浙江温岭人 ,浙江省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。
同步辐射具有频谱宽 (微波到 X 射线) 、连续可调、通量大、亮度高和偏振性好等优点 ,已
引起研究者的重视 ,并试图将其应用到诱变育种中去 ,但目前这方面的研究报道甚少。唐掌雄
等研究了同步辐射 (软 X 射线、紫外线) 辐照麦类种子 ,发现有明显的生物学效应和诱变效
应[1 ] 。本文用软 X射线同步辐射辐照水稻干种子 ,研究其细胞学效应 ,以期为同步辐射应用
于作物诱变育种提供依据。
1 　材料与方法
111 　供试材料
早稻品种为浙 733、舟 903 和中育 293 的种子。
112 　诱变处理
同步辐射辐照实验在北京BEPC 国家同步辐射实验室进行。同步加速器运行的电子能量
为 212 GeV (109eV) ,束流为 60mA ,运行时的 X射线谱为 315～22keV。辐照时 ,将种子胚朝向
束流方向排列成单层。辐照时间分别为 0、30、50 和 70s。
60Coγ射线处理剂量分别为 0、150、300 和 450 Gy ,剂量率为 1 Gy/ min。
113 　细胞学观察
种子于 27 ±1 ℃下浸种萌发 ,取根端分生组织制片显微观察。每处理观察 7 个左右根尖 ,
每个根尖随机观察约 600 个左右细胞 ,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) ,并作统计分析。
141　核 农 学 报　2000 ,14 (3) :141～144Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2 　结果与分析
211 　同步辐射对水稻的细胞学效应
软 X射线同步辐射辐照水稻休眠种子胚部 ,在 M1 代根尖细胞内可诱发各类染色体结构
变异。随辐照剂量的增加 ,细胞染色体畸变率明显提高 (表 1) 。统计分析显示 ,剂量间差异极
显著。
同步辐射在诱发根尖细胞染色体畸变的同时 ,抑制根尖细胞的有丝分裂活动 ,有丝分裂随
处理剂量的增加而下降 ,剂量间差异呈极显著 (表 1) 。
表 1 　315～22ke V同步辐射对水稻的细胞学效应
Table 1 　Cytological effects of 315～22keV synchronous irradiation on rice
品种
varieties
处理时间
treatment
(s)
细胞染色体畸变率
percentage of cell with
chromosomal aberration
( %)
有丝分裂指数
mitosis index
( %)
0 0157 ±0108 　a A 13174 ±1134 　a A
浙 733 30 1112 ±0110 　b B 12195 ±0171 　b B
Zhe 733 50 1136 ±0121 　c C 11156 ±0125 　c C
70 1154 ±0120 　d D 8186 ±0163 　d D
0 0166 ±0107 　a A 13161 ±1126 　a A
舟 903 30 1114 ±0124 　b B 12169 ±0190 　b B
Zhou 903 50 1137 ±0115 　c C 11171 ±1144 　c C
70 1156 ±0116 　d D 8119 ±0178 　d D
0 0167 ±0114 　a A 15184 ±1167 　a A
加育 293 30 1121 ±0110 　b B 12132 ±0194 　b B
Jianyu293 50 1154 ±0115 　c C 10117 ±0169 　c C
70 1198 ±0122 　d D 7141 ±0166 　d D
　　注 :同一列中 ,相同小写 (大写)字母表示在 0105 (0101)水平上差异不明显
Note : Within a column ,the data followed by the same letters are not significantly different at the 0105 (0101) levels accocling to
SSR test .
　　3 个供试水稻品种的细胞学效应表现基本相似 (表 1) ,随着处理剂量的增加 ,细胞染色体
畸变极显著增加 ,有丝分裂极显著下降。统计分析结果显示 ,不同品种对同步辐射的敏感性依
考察指标的不同而有所变化。由表 1 可见 ,3 个供试品种的自然细胞染色体变异率差异不大 ,
但对同步辐射的敏感性差异显著 ,加育 293 的辐射敏感性显著大于浙 733 和舟 903 ,而浙 733
与舟 903 的差异不显著。当以有丝分裂指数为考察指标时 ,供试品种对同步辐射的敏感性为
加育 293 > 舟 903 > 浙 733 ,但 3 个品种间的差异不显著。
212 　同步辐射与γ射线的细胞学效应比较
有关γ射线对水稻 M1 代的细胞学效应我们曾作过报道[2 ,3 ] 。本试验中 ,60Coγ射线对供
试品种具有极显著的细胞学效应。随着γ射线辐照剂量的提高 ,细胞染色体畸变率明显增加 ,
有丝分裂指数显著下降 (表 2) 。品种间的比较表明 ,依据细胞染色体畸变率 ,品种加育 293 对
γ射线的敏感性极显著高于浙 733 和舟 903 ,且后两者间的辐射敏感性不存在显著差异。有丝
241 核　农　学　报 14 卷
分裂指数进行比较 ,由高到低的敏感性顺序依次为 :加育 293 > 舟 903 > 浙 733 ,品种浙 733 的
敏感性显著低于舟 903 和加育 293 ,而舟 903 与加育 293 之间无明显差异。
表 2 　γ射线对水稻的细胞学效应
Table 2 　Cytological effects ofγ2rays on rice
品种
varieties
剂量
dose
( Gy)
细胞染色体畸变率
percentage of cell with
chromosomal aberration
( %)
有丝分裂指数
mitosis index
( %)
0 0157 ±0108 　a 　A 13174 ±1134 　a A
浙 733 150 1106 ±0109 　b 　B 11190 ±1138 　b B
Zhe 733 300 1119 ±0121 　b 　B 9182 ±1154 　c C
450 1139 ±0119 　c 　C 8152 ±1123 　d D
0 0166 ±0107 　a 　A 13161 ±1126 　a A
舟 903 150 1109 ±0116 　b 　B 11158 ±0193 　b B
Zhou 903 300 1119 ±0114 　bc BC 6179 ±0167 　c C
450 1128 ±0107 　c 　C 5186 ±1101 　d D
0 0167 ±0114 　a 　A 15184 ±1167 　a A
加育 293 150 1132 ±0115 　b 　B 11199 ±1124 　b B
Jian Yu293 300 1191 ±0119 　c 　C 5191 ±0173 　c C
450 2127 ±0135 　d 　D 4108 ±0180 　d D
同步辐射和γ射线诱发的染色体畸变类型中 ,均以微核所占的比例最高 ,各种类型的比例
是微核 > 桥 > 断片 > 落后 > 多极 (表 3) 。随同步辐射处理剂量的增加染色体桥的比例明显增
加 ,断片的比例下降 ,但 3 种处理剂量的落后染色体基本相似。γ射线处理时 ,3 种剂量的微核
率相似 ,其余类型均随γ射线的处理剂量提高而增加。同步辐射诱发的微核率明显高于γ射
线 ,处理时间为 30 和 50s 时 ,染色体桥的比例低于γ射线 ,而较高剂量 70s 处理时 ,染色体桥
的比例迅速增加 ,与 450 Gyγ射线处理相似。多极类型仅在γ射线处理中才观察到。
表 3 　同步辐射和γ射线对水稻根尖细胞染色体畸变效应
Table 3 　Effect of synchronous irradiation andγ2rays on chromosomal aberration
of root tip cells in rice
处理
treatment
剂量
dose
观察细胞数
No. of cells
微核
micro2nucleus 单桥singlechromosomal
bridge
多桥
multiple
chromosomal
bridge
断片
fragments
落后染色体
laggards
多极
multiple pole
同步辐射
synchronous
irradiation
γ射线
γ2rays 0 6948 24 (0135) 11 (0116) 1 (0101) 3 (0104) 1 (0101)30s 3164 21 (0167) 4 (0113) 1 (0103) 6 (0119) 3 (0110)50s 3374 31 (0192) 5 (0115) 1 (0103) 6 (0118) 3 (0109)70s 6642 48 (0172) 29 (0144) 15 (0122) 5 (0108) 5 (0108)0 6948 34 (0135) 11 (0116) 1 (0101) 3 (0104) 1 (0101)150 Gy 6888 39 (0156) 18 (0126) 4 (0106) 10 (0114) 3 (0104)300 Gy 6011 30 (0150) 19 (0132) 9 (0115) 9 (0115) 3 (0105) 1 (0102)
450 Gy 7707 45 (0158) 25 (0132) 17 (0122) 14 (0118) 6 (0108) 1 (0101)
　　注 :品种为浙 733 ;括号内数据为百分数
Note :Variety used is Zhe 733 ; Figures in brackets are percentages.
341　3 期 同步辐射 (软 X射线)对水稻的细胞学效应研究
3 　讨 　论
软 X射线的传能密度 (L ET) 比硬 X 射线和γ射线的大 ,故相对生物效应 ( RBE) 也高[4 ] 。
低能软 X射线对植物体内的主要遗传物质脱氧核糖核酸 (DNA) 中某些重要微量元素具有特
殊的吸收作用 ,从而导致植物体产生更多的染色体畸变[5 ] 。唐掌雄等用同步辐射辐照麦类种
子 ,在 M1 代植株中出现较高频率的条状叶绿素缺失变异株[1 ] 。本试验从细胞学研究表明 ,同
步辐射对水稻根尖细胞染色体有明显的致畸效应 ,同时较强烈地抑制根尖细胞的有丝分裂活
动。
同步辐射能诱发较高频率的染色体畸变、强烈地抑制有丝分裂活动 ,说明同步辐射具有较
明显的辐射生物学效应 ,它有可能成为新的诱变源。
应该指出 ,在同步辐射实验中 ,应该注意研究能谱和剂量的不同性和重复性对生物学效应
的影响。本试验发现 ,X射线的不均匀导致生物学效应的差异。
致谢 :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。
参考文献 :
[ 1 ] 　唐掌雄 ,等. 同步辐射 (软 X、紫外)辐照麦类作物种子的诱变效应. 核农学报 ,1998 ,12 (6) :321～326
[ 2 ] 　慎玫 ,等.γ射线对不同类型栽培稻的辐射细胞学效应. 浙江农业学报 ,1992 ,4 (增刊) :25～29
[ 3 ] 　王彩莲 ,等. 137Csγ射线与叠氮化钠复合处理水稻的诱变效应. 核农学报 ,1993 ,7 (1) :21～28
[ 4 ] 　顾德法. 软 X射线在农林业中的应用. 北京 :原子能出版社 ,1988. 146～148
[ 5 ] 　Koo F K S. Induced Mutation in Plant . Viena : IAEA/ PAO ,1969 ,305～312
CYTOLOGICAL EFFECTS OF SYNCHRONOUS IRRADIATION( SOFT X2RAYS) ON RICE
WAN G Cai2lian 　CHEN Qiu2fang 　J IN Wei
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Zhejiang Academy of A gricult ural Sciences , Zhejiang pro. Hangz hou 　310021)
ABSTRACT :Dry seeds of rice were irradiated by 315～22keV soft X2rays synchronous irradia2
tion with various doses. Cytological effects in M1 was studied. The results indicated that syn2
chronous irradiation had a signif icant cytological effect. Variation on chromosome structure was
observed in root tip cells. The rate of cells with chromosome aberration of three varieties in2
creased with the increased dose of synchronous irradiation , while mitosis index decreased. Cyto2
logical effects were similar bet ween synchronous irradiation and γ2rays irradiation. The ra2
diosensitivities of three rice varieties were in order of Jianyu 293 > Zhou 903 > Zhe 733.
Key words :synchronous irradiation ; soft X2rays ; cytological effects ;rice
441 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (3) :141～144