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日本离子束辐照设施的利用研究动态
徐　刚
(浙江农业科学院原子能利用研究所　杭州　310021)
离子束已应用于癌症的治疗研究 ,并尝试应用于基因工程和细胞工程研究。本
文介绍了日本离子束辐照设施利用研究动态。
关键词 :离子束 　照射 　生物技术
此文于 1997 年 3 月 24 日收到.
离子束是元素的离子经高能加速器加速后获得的放射线 ,其设备价格昂贵 ,主要用于核物
理研究。为了进行材料、离子科学、生物利用研究 ,1993 年日本原子能研究所研制出离子辐照
研究设施 ,该设施能利用宽范围能量的离子束 ,大量的试验材料能高效率地连续处理 ;由于离
子微束具有可控制性能 ,更有利于生物利用研究。日本国内的大学、研究单位共同协作 ,以植
物为主要研究对象 ,开发了离子束新的研究领域 ,并取得了许多进展。
1 　离子束的特征
离子束是元素离子化加速后的粒子线 ,离子束物质能量的传递特征是 ,离子通过物质时 ,
在物质中的局部引起高密度的电离和激发。在一般生物或细胞中 ,100keV/μm 左右 L ET (传
能线密度)的离子束的致死效果或诱发突变效果最好 ,这是因为离子束引起 DNA 双键断裂后
难以修复损伤的缘故。
2 　离子束辐照可打破杂交不亲和性
在植物远缘杂交育种中 ,往往由于杂交不亲和性而难以获得杂种后代。打破杂交不亲和
性的方法有γ射线或 X射线辐照花粉或子房 ,用以获得杂种。但是 ,γ射线辐照时 ,在杂种中
出现与双亲性状完全不同的一些性状 ,引起一些其他基因的突变。而离子束辐照 ,能量能在局
部间传递 ,不会引起不需要的突变 ,又可打破不亲和性。烟草野生种 ( N icotiana gossei Domin)
具有耐病虫性等优良性状 ,将这些优良性状导入烟草栽培种 ( N iw tian tabacum L . ,B Y - 4) 的
通常方法是杂交 ,虽能获得种子 ,也能发芽 ,但其后植株枯死 ,不能获得杂种后代。在本试验
中 ,用 He (氦)离子束辐照栽培种的花粉 ,给野生种授粉 ,其杂交结实率为 111 ×10 - 3 ;同样用γ
射线辐照 ,其杂交结实率为 317 ×10 - 5 。前者比后者高 30 倍 ,说明离子束辐照能有效地提高
远缘杂交结实率。
离子束辐照获得的杂种性状与γ射线辐照获得的杂种性状与双亲性状比较的结果表明 ,γ
射线辐照获得的杂种 ,其花萼扭歪 ,叶缘成波浪形 ,这是双亲所不具有的性状 ;离子束照射获得
811 　核 农 学 报　1999 ,13 (2) :118～119Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
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的杂种却没有上述异常性状 ,其性状基本上都是双亲遗传下来的 ,属中间型性状。另外 ,对蚜
虫抗性的调查结果表明 ,离子束照射获得的杂种 ,其抗虫性与野生种相似。但是 ,由于杂种不
孕而不能获得种子 ,为了改良不孕性 ,用秋水仙素加倍 ,可形成种子。这样 ,经离子束照射可有
效地获得杂种后代。
3 　离子束辐照可诱发突变
311 　有用突变体的选择
离子束辐照的突变率比γ射线和 X 射线辐照的突变率要高。突变率的提高意味着可能
选择到诱变频率非常低的突变 ,可以获得用以前的方法难以选择到的突变体。高 L ET 的离子
束对基因的损伤与低 L ET 的γ射线相比 ,具有质的区别 ,可以选择到新的实用突变体。
静冈大学中井弘和教授的研究组在选择水稻抗稻瘟病和白叶枯病突变体的研究中取得了
进展。将含10B (硼)的种子用中子辐照诱发突变 ,已成功地获得了抗白叶枯病突变体。若用离
子束辐照 ,不需要采用硼酸浸种等操作程序 ,同时可选择适宜的诱变剂量。试验采用越光水稻
种子 ,用 N 离子辐照 ,采用使种子不结实率达 50 %左右的剂量 ,以热中子、γ射线辐照为对照。
试验表明 ,抗白叶枯病突变体出现的频率以离子束辐照的最高 ,而且还获得了高频率的抗稻瘟
病突变体及其它新的有用突变体。
最近 ,辐射育种场已采用离子辐照菊花诱发花色等突变的研究 ,并且得到了γ射线辐照所
不能获得的突变体。此外 ,他们正在开展大麦抗病突变的诱发研究 ,以期获得实用的品种。
312 　诱发突变谱的分析
离子束辐照诱发突变的特征 ,在细胞水平和 DNA 水平上已有过研究 ,而在植株水平上的
研究还很少 ,在个体水平上分析离子束辐照诱发突变的特征 ,可为今后突变育种的实用性及定
位诱发研究打下基础。采用离子束辐照获得了一些用电子束或紫外线照射所不能的突变体。
另外 ,采用离子束辐照获得的突变体是重要的遗传资源 ,并可导入其它植物中。
4 　展 　　望
离子束的特征是给物质的局部传递极大的能量 ,由此可引起化学变化和生物效应。另外 ,
改变离子束初期的能量 ,可控制离子束传入物质中的深度 ,使用磁石和准直仪可控制离子束的
粗细。在非对称性细胞融合时 ,为了使细胞核钝化 ,通常使用紫外线和 X 射线 ,但是利用紫外
线和 X射线辐照使细胞核钝化的同时 ,对细胞质遗传物质也产生损伤 ,要选择健全的融合细胞 ,
需要大量的细胞、较长的选择时间和精力。另外 ,紫外线辐照使细胞核钝化是不完全的 ,在一定
范围内有复活的现象。采用离子微束可使细胞核完全钝化 ,细胞质的损伤也可降到最低限度。
利用离子束辐照可导致细胞或组织表面被刻蚀 ,改变细胞膜的通透性 ,有可能从外部将
DNA 直接导入细胞中。现在 ,已开发出控制离子束辐照深度的技术 ,这样更有利于基因导入。
最近 ,日本原子能研究所已开发出 10μm 的离子微束 ,正在开发 5μm 以下的离子微束。
由于以上这些技术的开发 ,期望今后离子束生物利用研究得到进一步的发展。
(徐刚摘译自《研究 } ª Ë》(日 ,1996 ,19 (6) :41～46)
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1999 ,13 (2) :118～119