全 文 ：此文于 1996 年 2 月 22 日收到。
国家和北京市自然科学基金资助项目。
氮离子注入甜菊的细胞学效应
慎　玫　王彩莲　陈秋方
(浙江省农业科学院原子能利用研究所　杭州　310021)
陆　挺
(北京师范大学低能核物理研究所　北京　100875)
舒世珍
(中国农业科学院作物品种资源研究所　北京　100081)
用不同能量氮离子注入甜菊干种子 ,在 M1 根尖细胞内可观察到各种可见染色
体结构变异及有丝分裂行为异常。随着注入离子的剂量和能量的提高 ,染色体畸变
细胞率呈增加趋势。统计分析显示 ,离子注入的剂量效应大于能量效应。染色体畸
变细胞率与氮离子注入剂量的直线回归关系不显著 ,但与γ辐照剂量的直线回归关
系达极显著 ,γ射线对甜菊 M1 的辐射损伤大于氮离子束。
关键词 :氮离子注入 　甜菊 　染色体畸变
前 　　言
甜菊 ( S tevia rebaudiana Bertoni) 又名甜叶菊 ,属菊科。40 年代初作为糖料植物在国际上
开始引起重视。我国于 1977 年从国外引种成功。甜菊糖为高甜度、低热能的天然糖源 ,其甜
度是蔗糖的 150～300 倍 ,而热能仅为蔗糖的 1/ 300 ,因而对糖尿病、肥胖症及小儿龋齿具防治
作用[1 ] ,是一种理想的天然甜味剂。
甜菊是异花授粉作物 ,品质极易杂交退化 ,因此 ,甜菊优质新品种选育与甜菊糖的生产密
切相关。舒世珍等[2 ]应用离子注入技术选育出较好的甜菊新品种 ,但有关离子注入甜菊的细
胞学效应未见报道。本文通过对甜菊 M1 的细胞学观察 ,评价不同能量与剂量离子注入的细
胞学效应 ,并与γ辐照作对比 ,为离子注入技术应用于甜菊育种提供理论和实验依据。
材 料 与 方 法
供试材料　甜菊栽培品种济宁的干种子。
辐照处理　氮离子能量设 35、75 和 150keV ,每档能量的离子注入剂量为 CK、1014 、1015和
1016N + / cm2 。60Coγ辐照剂量为 40、80、120 和 160 Gy ,剂量率 0183 Gy/ min。
141　核 农 学 报　1997 ,11 (3) :141～144
Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
显微观察　甜菊种子于室温下浸种催芽 ,取 015～110 cm 根在卡诺液中固定 ,用改良品红
染色 ,压碎法制片进行显微观察。计数根尖分生组织内携有可见染色体结构变异及有丝分裂
行为异常的细胞数 ,计算出现变异的细胞频率 ,并作统计分析。
结 果 与 分 析
(一)氮离子束的细胞学效应
氮离子注入甜菊种子后 ,在 M1 根尖细胞内可诱发各类可见染色体结构变异和有丝分裂
行为异常 (如落后染色体、三极分裂等) 。随着注入离子剂量和能量的提高 ,染色体畸变细胞率
也呈上升趋势 (表 1) ,但染色体畸变细胞率的剂量效应与能量效应不尽相同。
表 1 　离子注入的染色体畸变细胞率
Table 1 　The rate of cells with chromosome aberration induced by ion implantation
能量
Energy
(keV)
剂　量
Dose
(N + / cm2)
　　　染色体畸变细胞率
　　　The rate of cells with
　　　chromosome aberration ( %)
　　平均数
　　Mean values
　　( %)
1016 1125 3 a A 3 3
150 1015 1106 ±0116 b B 1. 09 a A
1014 0197 ±0114 c B
0 0. 57 ±0. 16 d C
1016 1103 ±0115 a A
75 1015 0199 ±0114 ab A 0. 98 a A
1014 0192 ±0116 b A
0 0. 57 ±0. 16 c B
1016 1117 ±0115 a A
35 1015 1103 ±0111 b B 1. 03 a A
1014 0189 ±0117 c C
0 0. 57 ±0. 16 d D 0. 57 b B
　3 　因样品少 ,仅观察 2 个根尖
　3 Only two root tips were observed
　3 3 同一列中小写 (大写)英文字母相同者系 SSR 测验在 0105 (0101)水平上无显著差异
　3 3 The same letters within a column mean no significant difference between rates at 0. 05 (0. 01) level according to SSR test
　　11 剂量效应 :两因素方差分析显示 ,染色体畸变细胞率在各处理与对照 ,以及 1016 N + /
cm2 与 1014 、1015N + / cm2 之间的差异达极显著水准 ,1015N + / cm2 与 1014N + / cm2 的差异显著 ,
但离子注入剂量与染色体畸变细胞率的直线回归关系不显著 (t = 1130) 。
21 能量效应 :氮离子注入甜菊诱发染色体畸变的能量效应不明显 ,方差分析差异不显著
(F = 0130) 。随着离子注入剂量的提高 ,75keV 诱发的染色体畸变细胞率相对小于 150 和
35keV (表 1) ,但离子注入的能量与剂量间的互作效应不显著 ( F = 0190) 。
241 核　农　学　报 11 卷
(二)与γ射线辐照的细胞学效应比较
11 剂量效应的差异 :γ射线对甜菊根尖细胞染色体具较大的致畸、致异作用 ,随着γ射线
辐照剂量的提高 ,染色体畸变细胞率明显增加 ,剂量间差异达极显著水平 ( F = 62104 3 3 ) 。γ
辐照剂量与染色体畸变细胞率呈极显著的直线回归关系 (图 1) ,但离子注入剂量与染色体畸
变细胞率的直线回归关系不显著 ,剂量间差异小于γ辐照。在本试验的剂量范围内 ,氮离子束
诱发最高染色体畸变细胞率的处理剂量为 150keV 1016N + / cm2 ,与γ射线 100 Gy 相当。
图 1 　γ射线的染色体畸变细胞率剂量效应
Fig. 1 　The dose2effects ofγ2rays on rate of
cells with chromosome aberration
表 2 　离子束和γ射线对染色体畸变类型的影响
Table 2 　The effects of ion beam andγ2rays on the type of chromosome aberration
诱变处理
Mutagenetic
treatments
剂　量
Dose
细胞总数
Total number
of cell
畸变率
Rate of
cells with
aberration
( %)
微核
Micronucleus
断片
Fragment
染色体桥
Chromesome
bridge
落后
Laggard
多极
Multipole
Number Rate( %) Number
Rate
( %) Number
Rate
( %) Number
Rate
( %) Number
Rate
( %)
0 3937 0158 19 0148 2 0105 0 0 1 0103 1 0103
离子束 1014 6346 0193 38 0160 9 0114 6 0109 4 0106 2 0103
Ion beam 1015 7246 1104 50 0169 11 0115 6 0108 8 0111 0 0
(N + / cm2) 1016 4711 1117 44 0193 5 0111 5 0111 1 0102 0 0
40 4039 0187 22 0154 2 0105 4 0110 5 0112 2 0105
γ2射线 80 3169 0198 21 0166 6 0119 1 0103 3 0109 0 0
γ2rays( Gy) 120 2763 1127 22 0180 1 0104 10 0136 2 0107 0 0
160 1987 1171 21 1106 4 0120 6 0130 2 0110 1 0105
21 诱发染色体畸变类型的差异 :由表 2 可见 ,氮离子注入与γ射线辐照甜菊种子 ,均可在
M1 根尖细胞内诱发各类可见染色体结构变异及有丝分裂行为异常 ,而且在畸变类型中 ,均以
诱发微核为主 ,微核率随处理剂量的提高而增加 ,其余几类变异的出现就具有较大的随机性 ,
但两种诱变源诱发的染色体断片和染色体桥均具一定的偏向性。在某一处理剂量下 ,离子束
诱发的断片率相对高于染色体桥的出现率 ,而γ射线 (除 80 Gy 以外)则相反。
讨 　　论
上述结果表明 ,离子注入甜菊种子对 M1 根尖细胞染色体的致畸作用是明显的。在诱发
341　3 期 氮离子注入甜菊的细胞学效应
的染色体畸变类型中 ,以微核、染色体断片为主。染色体畸变细胞率在离子注入剂量间具极显
著差异 ,但两者不呈直线回归关系。而不同能量离子注入诱发的染色体畸变细胞率间无显著
差异 ,能量效应不明显。γ射线以诱发微核与染色体桥为主 ,染色体畸变细胞率与γ辐照剂量
呈直线回归关系。在本试验剂量范围内 ,离子注入诱发的最高染色体畸变细胞率的处理剂量
为 150keV 1016N + / cm2 ,与γ射线 100 Gy 辐照相当。
舒世珍等用氮离子注入甜菊种子 ,使其 M1 优质糖甙含量提高[2 ] ,王彩莲等在水稻研究中
发现 ,氮离子注入水稻休眠种子 ,在 M2 产生较高频率的叶绿素变异[3 ] ,但卫增泉[4 ] 、陆挺[5 ]等
报道 ,低能离子在生物介质中的射程不足 1μm ,即注入离子难以直接作用于胚部细胞内的染
色体上。因此 ,染色体损伤只能是注入离子引起的某些次级过程的间接作用。结合本试验结
果可推断 ,离子注入的剂量和能量效应在染色体水平上难以得到充分体现 ,而在诱发微突变、
点突变上可能具较大潜力。
参 考 文 献
1 　舒世珍等 1 中国甜菊栽培及应用技术 1 北京 :农业出版社 ,1994 ,1～7
2 　舒世珍等 1 离子注入甜菊种子效应初报 1 安徽农业大学学报 ,1994 ,21 (3) :299～302
3 　王彩莲等 1 氮离子注入对水稻诱变效应的初步研究 1 核农学报 ,1995 ,9 (1) :13～19
4 　卫增泉等 1 低能重离子注入小麦胚内的作用范围 1 辐射研究与辐射工艺学报 ,1993 ,11 (2) :90～94
5 　陆　挺等 1 低能离子在生物样品中的射程及生物效应机理的研究 1 北京师范大学学报 (自然科学版) ,1993 ,29 (2) :204
～206
CYTOLOGICAL EFFECT OF NITROGEN ION
IMPLANTATION INTO Stevia
Shen Mei 　Wang Cailian 　Chen Qiufang
( Zhejiang Academy of A gricult ural Sciences , Hangz hou 310021)
Lu Ting
( Beiji ng Normal U niversity , Beiji ng 100875)
Shu Shizhen
( Chinese Academy of A gricult ural Sciences , Beiji ng 100081)
ABSTRACT
　　Dry seeds of Stevia were implanted by 35～150 keV nitrogen ion with various doses. The
cytological effect on M1 was studied. The results showed that nitrogen ion beam was able to in2
duce variation on chromosome structure in root tip cells. The rate of cells with chromosome
aberration was increased with the increase of ion beam energy and dose. However , there was no
signif icant l inear regression relationship bet ween ion dose and aberration rate. The cytological
effect of nitrogen ion implantation was lower than that ofγ2rays.
　　 Key words : S tevia ,nit rogen ion implantation , chromosome aberration ,γ2rays
441 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1997 ,11 (3) :141～144