全 文 ：文章编号 :100028551 (2001) 0320129205
50MeVΠu 碳离子辐照休眠和萌发
春麦种子的 M1 代比较
李兴林1 　卫增泉1 　王晓娟2 　李文建1
(11 中国科学院近代物理研究所　21 兰州大学　兰州　730000)
摘要 :50MeVΠu 碳离子辐照春麦 86336 和 14615 的休眠和萌发种子。通过M1 代生物学
性状和苗期 POD、SOD 和 CAT酶活性、蛋白质含量以及MDA 含量等研究表明 :1)同对
照相比 ,许多生物学性状的变化表现出萌发种子大于休眠种子 ;除蛋白质含量外 ,
SOD 酶活性、POD 酶活性、CAT酶活性和 MDA 含量等在休眠种子和萌发种子间差异
显著 ;2)两个春麦材料的表现 ,在有些性状的变化上也有所区别。
关键词 :重离子辐射 ;休眠种子 ;萌发种子 ;M1 代 ;生物学性状 ;抗氧化酶活性
收稿日期 :2000208207
基金项目 :中国科学院“九五”重点项目资助 ( KJ9522S12424)
作者简介 :李兴林 (1964～) ,安徽和县人 ,安徽农业大学讲师 ,中国科学院近代物理研究所在职博士。从事作物遗传育
种的教学和科研工作
重离子诱变育种在我国已经受到了广泛的重视[1 ] 。但是由于低能或超低能重离子穿透力
很低[2 ] ,一般要求在真空中辐照靶材料 ,于是靶材料的含水量不能过高。所以 ,低能重离子辐
射材料较多采用的是休眠种子。中能区重离子穿透力强 ,可以在空气中打靶 ,于是靶材料将不
再受含水量等因子的限制 ,并且在低剂量下 (比超低能重离子辐照低 7～8 个数量级) 离子辐射
效应也很明显[3 ] ,这就可以大大缩短了辐照处理的时间。
休眠种子和萌发种子的区别是后者的含水量增高 ,早期的许多基因开始表达 ,DNA 的代
谢也极为旺盛。而且 ,萌发后的胚细胞时相也有较大改变 ,处于分裂期的细胞明显增多。因
而 ,两者的辐射敏感性会有很大差异。通过γ射线等其它电离辐射研究结果可知 ,萌发种子比
休眠种子更具敏感性[4 ] 。这一点在育种材料和剂量的选择上具有重要的参考价值。然而由于
上述原因 ,却很少见到有关比较重离子辐射休眠和萌发种子效应差异的报道。为了探讨重离
子对休眠和萌发种子的辐照效应的差异 ,作者选择了中能区重离子作为辐射源 ,辐照两个春麦
材料来研究这一问题。
1 　材料与方法
111 　材料
稳定春麦品系 14615 和 86336。
921　核 农 学 报　2001 ,15 (3) :129～133Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
112 　方法
11211 　辐照处理 　辐照工作在兰州重离子加速器国家实验室(NLHIAL) 的重离子装置 ( HIR2
FL)上完成。本项实验选用 50MeVΠu 的12 C6 + 对 14615 和 86336 休眠和萌发种子进行贯穿处理 ,
采用剂量为 1 ×108 ionsΠcm2 (在小麦的半致死剂量范围内) 。
11212 　田间试验 　全部材料种植于中国科学院兰州分院皋兰生态试验站。稀植 ,水肥管理一
致。成熟后 ,随机取 20 个单株风干考种 (不足 20 株 ,全部考种) ;考种项目为株高、穗长、小穗
数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重和有效分蘖数 ;经计算可得小穗密度和穗粒重。
11213 　抗氧化酶测定 　(1)酶液制备 :称取 015g 幼苗叶 ,加入液氮研磨至粉末 ,加入 5 倍提取
缓冲液 (wΠv) (50mmolΠL PBS ,pH718 ,10mmolΠL 巯基乙醇 ,011 %不溶性 PVP) ,于冰浴中研磨 ;匀
浆倒入 10ml 离心管中 ,10 ,000gΠmin、4 ℃下离心 10min ,取上清液 4 ℃保存待用。
(2)丙二醛含量 (MDA)测定 :MDA 含量的测定参照 Heath 和 Packer 的方法进行[5 ] 。取上清
液 016ml ,加入 214ml 反应液 (27 %三氯乙酸 ,2 %硫代巴比妥酸 ,50mmolΠL PBS ,pH710) ,混匀 ,盖
上橡皮煮沸 15min 后快速冷却 ,1500gΠmin 离心 10min ,以反应液为参比 ,上清液在 532nm 和
600nm 处测定 O. D. 值。MDA 含量 (nmolΠg 鲜重)按下式换算 :
Δemol (532 - 600nm) = 1155 ×105 ;ε= 155mM - 1 cm - 1
(3)超氧化物歧化酶 (SOD)活性测定 :SOD 活性的测定按照 Del longo 等的方法进行[6 ] 。酶
反应体系的加样次序 : (1)反应介质 (50mmolΠL PBS ,pH718 ,13mmolΠL 蛋氨酸 ,75 ×10 - 6 molΠL 氯
化硝基四氮唑蓝 (NBT) ,011mmolΠL EDTA) ; (2)适量酶液 (10μl 左右) ; (3) 2 核黄素 2 ×10 - 5 molΠ
L 013ml。以不加酶液 (用 PBS 代替)的试管为最大光化还原管。将各管在 400lux 下反应 25min
进行光化还原 ,用黑暗终止反应。以加酶不照光的反应体系为参比 (室内光线对测量结果无影
响) ,测定反应液的 OD560值。根据 SOD 抑制 NBT光化还原的量计算酶活力。一个酶活力单位
定义为能引起反应初速度 (指不加酶时)半抑制的酶用量。
酶活力 = ΔA ×N ×60A0 ×W ×T×V ×50 %(unitsΠg 鲜重)
A0 :无酶反应液的 A 值 ;ΔA :A0 与样品 A 值的差 ;N :酶液总体积 ;T:照光时间 ;W :材料鲜重 ;V :
加入反应体系的酶液体积。
(4)过氧化物酶活性 (POD) 测定 : POD 活性测定按照 Kar 和 Coudhuri 的方法进行[7 ] 。取适
量酶液 (10～20μl) 加 3ml 反应混合液 (013 %愈创木酚 ,016 %H2O2 ,50mmolΠL PBS ,pH710) ,混
匀 ,在 470nm 处测定 1min 后的 OD 值 ,以反应液作为参比。以μΠmg 蛋白表示酶活力。
(5)过氧化氢酶活性 (CAT)测定 :CAT活性测定按照 Aebi 的方法[8 ] 。3ml 反应液 (50mmolΠL
PBS ,2114ml ;14mmolΠL H2O2 ,0186ml)中加入适量酶液 (20μl 左右) ,摇匀 ,立即测定 240nm 处的
OD 值。30s 读 1 次 ,共测 3min。酶活力以μΠmg 蛋白表示。
(6) 蛋白质含量测定 :蛋白质含量的测定按照 Bradford 的方法[9 ] 。吸取上述上清液 60μl ,
再加入 2194ml 蛋白质测定试剂[0101 %(WΠV) 考马斯蓝 G2250 ,417 %乙醇 ,815 %(WΠV) 磷酸 ] ,
摇匀 ,在 2min 至 1h 内测定OD595值。用牛血清白蛋白 (BSA) 同步制作标准曲线。根据测得的
OD595值 ,查标准曲线来计算样品蛋白质含量 (以 gΠml 表示) 。
2 　结果与分析
211 　M1 代生物学性状的比较
031 核　农　学　报 15 卷
同对照相比 (表 1) ,休眠种子和萌发种子 M1 代变异率较大的生物学性状有 :穗粒数
(14615 和 86336) ,小穗数 (86336) ,小穗密度 (86336) ,千粒重 (14615 和 86336) ,穗粒重 (14615)
和有效分蘖数 (14615) 。两者间差异较小的性状有株高和穗长。休眠种子和萌发种子的辐照
效应 ,在许多性状中 ,86336 和 14615 的表现不一致 ,例如 ,同对照相比 ,在 14615 休眠种子中 ,
穗粒数略有增加 (617 %) ,在萌发种子中却有所下降 ( - 1112 %) ;而在 86336 的休眠和萌发种子
中 ,穗粒数比对照分别提高 1517 %和 4718 %。
表 1 　辐照春麦休眠种子和萌发种子 M1 代生物学性状的变化
Table 1 　Changes of biological traits on M1 generation of resting
and sprout seed of spring wheat irradiated by heavy ions
生物学性状
　
种子状态
seed state
14615
(CK)
辐照
irradiation
　
( %) 3 86336(CK) 辐照irradiation 　( %) 3
苗高
plant height
(cm)
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
穗长
ear length
(cm)
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
小穗数
number of
small ear
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
小穗密度
density of
small ear
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
每穗粒数
grains number
at per ear
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
千粒重
1000 seed
weight (g)
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
穗粒重
ear grain
weight (g)
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
有效穗数
effective
tillering number
6815 ±217 6019 ±216 - 1111 6410 ±312 6310 ±317 - 116
6315 ±313 - 713 5918 ±318 - 616
- 912 - 411
718 ±111 710 ±015 - 1012 616 ±113 614 ±115 - 310
618 ±112 - 1218 615 ±112 - 115
- 1115 - 213
1316 ±217 1412 ±215 414 1412 ±312 1610 ±117 1217
1410 ±117 219 1310 ±114 - 815
317 211
1197 ±0126 2101 ±0123 213 1179 ±0133 2150 ±0137 3917
2106 ±0139 416 2101 ±0112 1118
315 2518
3310 ±612 3512 ±411 617 2515 ±417 2915 ±615 1517
2913 ±513 - 1112 3717 ±716 4718
- 213 3118
3612 ±217 2810 ±312 - 2219 3719 ±113 3518 ±711 - 515
2614 ±119 - 2712 3011 ±612 - 2016
- 2511 - 1311
1107 ±0127 0199 ±012 - 715 0197 ±0130 1106 ±0138 1013
0176 ±016 - 2910 1110 ±0112 1314
- 1813 1118
317 ±013 314 ±017 - 811 312 ±014 312 ±019 010
312 ±013 - 1315 311 ±013 - 311
- 1018 - 116
　　注 : 3 (CK- 辐照)ΠCK×100 % ; 下表同。
Note : 3 (CK2irradiation)ΠCK×100 % ; the same as the following table.
212 　M1 代幼苗抗氧化酶活性的比较
重离子分别辐照休眠种子和萌发种子 ,其 M1 代幼苗的抗氧化酶活性、MDA 含量和蛋白质
含量见表 2。同对照相比 ,除蛋白质含量在两类种子中变化不大外 ,其它指标都有较大幅度的
改变。其中在休眠与萌发种子间存在显著差异的指标有 :SOD 活性 (14615) ,POD 活性 (14615
和 86336) ,CAT活性 (14615 和 86336)和 MDA 含量 (14615 和 86336) 。这一结果表明 ,可能由于
131　1 期 50MeVΠu 碳离子辐照休眠和萌发春麦种子的 M1 代比较
休眠种子和萌发种子的生命状态不同 ,引起重离子幅照后 M1 代的生理、生化的不同程度的变
化 ,最终导致抗氧化酶活性在休眠和萌发种子间的较大差别。同时也发现 ,前述研究指标的变
化幅度及方向 ,在两个春麦材料的表现上不完全一致。
表 2 　辐照春麦休眠种子和萌发种子 M1 代几种酶活性及 MDA、蛋白质含量的变化
Table 2 　Changes of enzyme activities , contents of MDA and protein of M1 generation of resting
and sprout seed irradiated by heavy ions
生物学性状
　
种子状态
seed state
14615
(CK)
辐照
irradiation
　
( %)
86336
(CK)
辐照
irradiation
　
( %)
SOD 活性
SOD
activity
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
POD 活性
POD
activity
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
CAT活性
POD
activity
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
MDA 含量
MDA
content
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
蛋白质含量
protein
content
休眠 resting
发芽 sprout
平均 mean
177413 - 16142 209212 - 2139
214315 0196 210215 - 1191
2123 195819 - 7173 214315 209713 - 2115
14168 3138 22113 33131
18181 32146 34196 110173
1412 16175 17192 16159 28155 7103
011021 28183 011091 - 14116
010692 - 18111 010572 - 55
010845 010857 5136 011271 010831 - 34158
321173 11103 47613 - 26166
564177 9419 1008126 55125
289177 443125 52197 649143 742128 1413
60122 - 7147 71105 - 0177
63158 - 213 71174 012
65108 61192 - 4189 7116 7114 - 0129
3 　讨 　论
不同生物材料的电离辐射 ,其敏感性差异很大[4 ] 。但是多数报道是通过半致死剂量的比
较得出两者之间的差异的。由于 ,重离子辐射时常出现中间剂量死亡率最高的复杂情况 (存活
曲线为马鞍形) ,因而难以给出能够接受的半致死剂量 (虽然有少数重离子辐射半致死剂量的
报道 ,但其中的不足是显而易见的) 。所以本项研究避开了半致死剂量的探讨 ,采用同一辐照
条件 ,研究休眠与萌发种子在生物学性状和抗氧化酶活性等指标上的变异率的变化 ,来表现两
者间的辐射敏感性区别的。由本文结果可以看出 ,有许多性状 ,萌发种子比休眠种子的变异率
要大 ,有的还存在变化方向 (提高或降低)的差异。这同其它电离辐射的报道相一致。但是 ,也
有一些性状对辐射不敏感 ,或者在休眠种子和萌发种子之间没有区别 ;另外 ,有一些性状的辐
射敏感性在不同材料中表现不同等等 ,由此表明 ,辐射敏感性是较复杂的问题 ,通常以半致死
剂量作为生物材料辐射敏感性的唯一指标有不足之处。
植物的许多性状受多基因控制 ,属于典型的数量性状。电离辐射诱变的随机性为此改良
提供了较好的手段。但本项研究表明 ,休眠种子和萌发种子在某些性状的改变上有差异 ,因
而 ,在育种实践中应加以注意。但是这种变化是否有规律可循 ,还有待于进一步研究、验证。
休眠种子和萌发种子的抗氧化酶活性差异非常明显。这可能是萌发种子含水量高 ,启动
基因多 ,辐照引起 OH自由基多 ,使得细胞代谢和遗传系统受到更大的影响 ,由此导致了抗氧
231 核　农　学　报 15 卷
化酶活性及其产物较大的变化[5 ] 。这种变化对提高染色体的基因水平的突变率是否更为有
利 ,还将有待于进一步的研究。
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COMPARISON BETWEEN M1 GENERATION OF RESTING SEED AND
SPROUT SEED OF SPRING WHEAT IRRADIATED BY 50MeVΠu 12 C ION BEAMS
LI Xing2lin1 　WEI Zeng2quan1 　WANG Xiao2juan2 　LI Wen2jian1
(11 Institute of Modern Physics , Chinese Academy of Sciences ,Lanzhou , Gansu prov. 730000 ;
21 Lanzhou University ,Lanzhou , Gansu prov . 730000)
ABSTRACT :The resting seed and sprout seed of spring wheat 86336 and 14615 were irradiated by
50MeVΠu 12 C ions. Biological traits and POD activity , SOD activity , CAT activity , MDA content
and protein content in M1 generation were analysed. The results showed that compared with con2
trol , many biological traits in M1 generation of irradiated sprout seed were changed respectively
greater than those of irradiated resting seed , and there were signif icant difference in POD activi2
ty , CAT activity , MDA content and protein content between irradiated resting seed and sprout
seed.
Key words :heavy ion irradiation ; resting seed ; sprout seed ; M1 generation ; biological traits ; anti2oxida2
tion enzyme activity
331Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2001 ,15 (3) :129～133