全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 052403203
氮离子注入对同源四倍体水稻 IR36 萌发的影响
李玉峰1 ,2 　黄群策2 ,3 　梁运章1
(11 内蒙古大学离子束生物工程自治区重点实验室 ,内蒙古 呼和浩特　010021 ;21 湖南科技大学生命科学院 ,湖南 湘潭　411201 ;
31 郑州大学离子束生物工程省重点实验室 ,河南 郑州　450052)
摘 　要 :通过分析氮离子注入对同源四倍体水稻种子萌发过程中吸水速率、膜透性、淀粉酶活性的影响来
研究离子注入四倍体水稻的生理生化效应。结果显示 :低剂量范围内 (0～2 ×1016 cm - 2 ) N + 注入对 IR36
(4N)存在刺激效应 ,发芽率、幼芽淀粉酶活性等与对照相比都有所提高。当注入剂量在 2 ×1016～10 ×
1016 cm - 2范围内 ,氮离子注入对 IR36 (4N) 种子萌发起抑制作用 ,表现为种子存活率显著下降、淀粉酶活
性下降、膜透性增大。氮离子注入 IR36 (4N)的适宜诱变剂量大约在 610 ×1016～810 ×1016 cm - 2 。
关键词 :同源四倍体水稻 ;N + 注入 ;发芽率 ;吸水速率 ;膜透性 ;淀粉酶活性
EFFECT OF N+ IMPLANTATION ON RICE IR36 SEEDS GERMINATION
LI Yu2feng1 ,2 　HUANG Qun2ce1 　LIANG Yun2zhang2
(11 Key Laboratory of Ion Beam Bioengineering , Inner Mongolia University , Hohhot 　010021 ;21Department of Life Sciences , Hunan
Science and Technology University , Xiangtan , Hunan 　411201 ;31 Key Laboratory of Ion Beam Bioengineering , Zhengzhou University , Zhengzhou , Henan 　450052)
Abstract :Effects of N + implantation on germination of IR36 (4N) seeds were studied. As a result of N+ implantation , (0～2
×1016 cm - 2 ) , simulative effect on seed germination was observed in low dose. Germination rate , seedling amylase activity of
treated samples are higher than that of CK, but seed survival rate and amylase activity of seedlings significantly decreased.
Membrane permeability was increased when the dosage was increased to 4 ×1016 cm - 2 and higher. The optimum N+
implantation dose for IR36 (4N) breading is about 610 ×1016～810 ×1016 cm - 2 .
Key words : IR36 ( 4N ) ; N + implantation ; germination rate ; amylase activity ; water absorption ability ; membrane
permeability
收稿日期 :2005210218
基金项目 :国家自然科学基金 (10065001) ;湖南科技大学博士基金 ( E54141) ;湖南省教育厅基金资助项目
作者简介 :李玉峰 (19742) ,男 ,蒙古族 ,内蒙古科右中旗人 ,博士 ,主要从事离子束生物工程学方面的研究。Email : liyufeng00 @tom. com 或
liyufeng00 @yahoo. com. cn
　　离子束与生物体相互作用 ,既是一个能量沉积过
程 ,又是一个质量沉积和电荷交换过程[1 ] 。与γ射线
相比 ,在离子束引起损伤较轻的情况下 ,这种相互作用
的多元性和复杂性有可能获得高的突变率和宽的突变
谱。且离子注入对植物种子萌发的影响也具有其独特
性[2 ] 。关于离子注入生物体种子后会引起明显刺激效
应的研究已经有过文献报道 ,但在这方面尚未见到以
多倍体水稻为材料的研究结果。同源四倍体水稻是以
二倍体水稻为基础通过染色体组多倍化诱导之后培育
而成 ,其遗传上的特异性对于进一步研究离子注入所
引起的生物学效应具有特殊的意义。本项研究立足于
通过分析氮离子注入后同源四倍体水稻种子萌发过程
中在吸水速率、膜透性和淀粉酶活性等指标上所表现
的特异性 ,旨在研究离子注入同源四倍体水稻种子后
所导致的生理生化效应 ,这将为离子束生物技术的应
用积累一些研究资料。
1 　材料与方法
111 　材料
304　核 农 学 报　2006 ,20 (5) :403～405Journal of Nuclear Agricultural Sciences
供试材料为 IR36 四倍体 ,以下用 IR36 (4N) 表示。
各种生化试剂为上海 Sangon 公司产品。
112 　方法
11211 　低能离子注入 　将水稻种子消毒后胚朝上置
于平皿中 ,采用间隔为 50s 的脉冲注入 ,在靶室中注入
能量 25keV 的 N + ,注入剂量范围是 210 ×1016～1010 ×
1016cm - 2 。对照组同样放置在靶室中 ,但不经离子注
入。
11212 　光照培养和发芽率统计 　将离子注入的处理
组与对照组水稻从靶室取出后 ,每组随机选 200 粒置
生化培养箱 (35 ℃条件) 内浸泡 24h 后移至 1Π2MS 培养
基上。26 ℃光照培养 ,每天光照 10h ,光强 2000lx。7d
统计发芽率。发芽率及以下各指标检测试验重复 3
次 ,统计平均值。膜透性、淀粉酶活性都取相对值。
11213 　吸水率测定 　各处理随机选 200 粒种子 ,称其
干重 ,然后放入清水中使种子吸胀。分别在 015、3、6、
8h 测种子重量。相对吸水率以下列式计算 :
相对吸水率 = (B - A)ΠA ×100 %
(其中 A、B 分别为吸水前和吸水后的种子重量)
11214 　膜透性的测定 　各处理 200 粒种子 ,称重后置
于恒温培养箱 (25 ℃) 内浸泡 24h ,用 DDS2Ⅱ型电导率
仪测定在 25 ℃下种子浸液的电导率。浸液中的可溶
性糖按蒽酮硫酸水合热法 [3 ] 测定 , 可溶性蛋白按
Bradford[4 ]测定 ,以标准牛血清白蛋白 (BSA) 作标准曲
线。
11215 　淀粉酶 (AML) 活性的测定 　对照和处理组分
别随机取发芽 3d 的幼芽 6 克 ,按 wΠV = 1∶6 的比例加
入 0105molΠL Tris2HCl 缓冲液 ,少量石英砂于研钵内在
冰浴上研磨 ,在 Backman 冷冻高速离心机中离心 15min
(3000g ,4 ℃) 。取上清液测定。用 3 ,5 - 二硝基水杨酸
法测定[5 ] 。
2 　结果与分析
211 　N + 注入对 IR36( 4N)种子发芽率的影响
试验结果显示 ,N + 注入对 IR36 (4N)种子发芽率的
影响如图 1 所示。基本呈现出随注入剂量增加发芽率
下降的趋势 ,但有波动现象。注入剂量 210 ×1016 cm - 2
时处理组种子发芽率比对照略高。注入剂量 810 ×
1016cm - 2时 ,发芽率比注入剂量为 610 ×1016 cm - 2 时有
所提高。
212 　N + 注入对 IR36( 4N)种子吸水率的影响
研究了 N + 注入 IR36 (4N) 种子的吸水率变化情
况 ,结果表明 ,经 N + 注入后 ,处理组种子的吸水率都
图 1 　N + 注入对 IR36 (4N)种子发芽率的影响
高于对照组 ,随注入剂量增大 ,吸水率增加 ,注入剂量
越高 ,吸水率增加的幅度越大。其中本研究最高注入
剂量的处理 1010 ×1016 cm - 2在各时段吸水率都是最高
值 (表 1) 。相对吸水率适度增加 ,会促进种子萌发 ,但
增加的过快 ,会导致吸水过快 ,这很可能是种子膜变性
和损伤的表现 ,势必会使胚乳细胞破损而影响发芽。
表 1 　N + 注入对 IR36( 4N)种子吸水率的影响
剂量
( ×1016cm - 2)
浸泡时间 (h)
015 1 3 6 8
0 3199 7104 12194 1413 16119
210 4111 7115 13145 14138 16123
410 4163 7143 13197 14142 16169
610 4199 7190 14121 14151 16194
810 5120 8123 14132 14159 17103
1010 5190 8198 14161 15104 17124
213 　N + 注入对 IR36( 4N)种子膜透性的影响
电解质外渗程度可作为膜变性和损伤的直接指
标[6 ] 。本文用浸种液的外渗电导率、可溶性蛋白含量、
可溶性糖含量 3 个指标来研究 N + 注入对 IR36 (4N) 膜
透性的影响。外渗电导率越大 ,膜的透性越大 ,电解质
外渗越严重。经 N + 注入的 IR36 (4N) 种子外渗电导率
都大于对照 ,随着剂量的增加 ,其增长越快 ,相应的种
子浸液中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量也随之增
加。在剂量 810 ×1016 ～1010 ×1016 cm - 2 时 ,外渗电导
率增加迅速 ,浸种液中的可溶性糖和可溶性蛋白的含
量也明显高于对照 (表 2) ,说明在该剂量下种子的膜
结构遭到严重破坏 ,使细胞内可溶性糖和可溶性蛋白
等大分子物质大量外渗 ,表现为浸种液中的可溶性糖、
可溶性蛋白外渗量明显高于对照。但值得注意的是 ,
在注入剂量为 210 ×1016 cm - 2时 ,种子浸液中的可溶性
蛋白含量略有降低。
214 　N + 注入对 IR36( 4N)幼芽淀粉酶活性的影响
在种子萌发过程中 ,淀粉酶的主要作用是将胚乳
中的淀粉水解转变成简单的有机化合物 ,这些物质是
构成新器官的材料。所以 ,幼苗中α2淀粉酶的活性大
小直接影响到种子萌发能力和生活能力的大小。在
N + 注入剂量为 210 ×1016 cm - 2时 ,幼芽淀粉酶活性比对
404 核　农　学　报 20 卷
　　　　 表 2 　N + 注入对 IR36( 4N)种子膜透性及α2淀粉酶活性的影响
注入剂量
( ×1016cm - 2)
电导率
(μsΠcm·g) 可溶性糖含量(μgΠml) 可溶性蛋白含量(μgΠml) α2淀粉酶活性(mgΠg·min)
0 121645 ±01546 2102 ±0113 225133 ± 4151 39148 ±1157
210 141427 ±01814 2116 ±0110 226101 ± 9136 42136 ±1185
410 151683 ±01726 2134 ±0109 248154 ±10158 35165 ±1140
610 161686 ±01682 2157 ±0118 260126 ± 9165 34144 ±1195
810 181841 ±01628 2169 ±0115 271107 ±13147 34146 ±1178
1010 241464 ±1106 3133 ±0119 327185 ±12189 31128 ±1199
照略高 ,随注入剂量的进一步增加 , IR36 (4N)幼芽α2淀
粉酶活性呈不断下降趋势 (表 2) 。
3 　结论与讨论
低剂量范围内 (0～210 ×1016 cm - 2 ) N + 注入对 IR36
(4N)种子存在明显刺激效应 ,所考察发芽率、幼苗淀
粉酶活性相比对照都有所提高。而注入剂量在 410 ×
1016 cm - 2～1010 ×1016 cm - 2范围内 ,氮离子注入对 IR36
(4N)种子萌发起抑制作用 ,表现为种子存活率显著降
低、淀粉酶活性下降、膜透性增大。综合以上结果 ,N +
注入 IR36 (4N)的适宜诱变剂量应该在 610 ×1016～810
×1016 cm - 2之间。
对于刺激效应产生原因 ,从试验结果看 ,在 N+ 注
入剂量为 2 ×1016 cm - 2时 ,发芽率比对照高 ,种子的膜
透性、相对吸水率适度提高 ,幼芽淀粉酶活性高于对
照。这说明 ,N + 注入刺激 IR36 (4N) 种子生长发育 ,加
快细胞的物质代谢 ,因而种子活力得以提高 ,使对照组
中不能发芽或晚发芽的种子发芽或早些发芽。除此 ,
我们认为可能还有以下几个更深层次的机理 : (1) N+
是一种带电粒子 ,注入种子内部会打破其电性平衡 ,产
生的微电流电位差使细胞内源生长素从低电位向高电
位运输[7 ] ,而且影响膜的通透性及其他极性分子的运
动 ,于是改善了细胞的吸收和运转物质 (主要是营养成
分)的能力 ,从而促进了组织的生长。(2) N + 将能量转
移至细胞内 ,不但驱动了营养物质流动 ,而且作用于膜
物质上 ,使膜的生理功能发生变化 ,增大了膜电位 ,使
ATP 合成增加 ,也加快了细胞的物质代谢水平[8 ] 。(3)
离子注入与靶原子发生碰撞可以使原子移位。注入的
活性慢化 N + 会与它周围的移位原子、本底原子和各
种活性化学碎片发生重组化合的化学反应 ,生成新的
分子和基团[9 ] ,促进种子的生长发育。
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