全 文 ：文章编号 :100028551 (2003) 032184203
低剂量辐射对小麦与窄颖赖草属间杂交
的促进与损伤双重效应
李桂英　王琳清　施巾帼
(中国农业科学院原子能利用研究所 ,北京　100094)
摘　要 :以小麦、窄颖赖草为材料 ,研究了低剂量γ射线辐照花粉对远缘杂交的作用。
结果表明 ,适宜低剂量 (5～9Gy)辐照花粉能克服杂交不亲和性提高杂交结实率 ,但同
时也有一定损伤 ,种子胚胎发育受到一定影响 ,表现出低剂量辐射的双重效应。
关键词 :低剂量辐射 ;杂交不亲和性 ;辐射损伤
收稿日期 :2001211230
基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (39770457)
作者简介 :李桂英 (1964～) ,男 ,河北卢龙人 ,副研究员 ,博士 ,从事小麦辐射遗传育种研究。
辐射处理是克服植物杂交不亲和性的有效方法之一[1 ] 。70 年代日本小川[2 ]用γ射线慢照
射有效克服了番茄栽培种与野生种的杂交不亲和性并获得杂种 ,通过回交选育育成既具有栽
培种的丰产性 ,又具有野生种的抗病性的著名品种强力铃光。还有一些作者通过辐照花粉使
下列种属间成功或提高了结实率 :小麦 ×大赖草[3 ] ,小麦 ×窄颖赖草[4 ] 、小麦 ×大麦[5 ] 等。但
关于低剂量辐射对远缘杂交的损伤效应未引起人们注意。本文报道了低剂量γ射线辐照花粉
对普通小麦与窄颖赖草属间杂交的促进与损伤双重效应 ,并对此进行了讨论。
1 　材料与方法
111 　材料
母本为普通小麦 (2n = AABBDD = 42) :J211、中国春 (CS) ,由本所提供。父本为窄颖赖草
(2n = NNNNNNXXXXXX = 84) ,由中国农业科学院作物品种资源研究所提供。1997 年春分 3 期
播种于本所试验农场。散粉前 3～4d 人工剪颖去雄 ,套袋。取散粉期窄颖赖草穗在本所标准
农用60 Coγ射线辐照室进行辐照。辐照剂量为 5、9、15Gy ,剂量率为 0186Gy/ min。以未经辐照
的为对照。授粉后约 115h 及 24h 向每朵小花滴 1 滴 75mg/ L GA3 。授粉 13～15d 后取杂交种
子 ,在 10 ×实体显微镜下解剖 ,观察幼胚形态 ,统计种子含胚率。结实率 ( %) = 所得种子数/
杂交小花数 ×100 ;种子含胚率 ( %) = 含胚种子数/ 解剖种子数 ×100 ;幼胚获得率 ( %) = 获得
幼胚数/ 杂交小花数 ×100。
2 　结果与分析
211 　辐照花粉对小麦与窄颖赖草结实率的影响
不同基因型小麦作母本、不同剂量γ射线辐照父本花粉的杂交结果见表 1。由表 1 可见 ,
较低剂量的γ射线辐照花粉对杂交结实率有明显的影响 ,5～9Gy 明显提高了结实率。如 J211
481　 核 农 学 报　2003 ,17 (3) :184～186Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
×窄颖赖草组合 ,9Gy 辐照杂交结实率为 10191 % ,比对照提高了 8110 个百分点 ;中国春 ×窄
颖赖草组合 ,9Gy 辐照结实率为 5. 71 % ,比对照提高了 3147 个百分点 ;两组合 15Gy 均明显降
低了杂交结实率。表明适宜低剂量γ射线可以克服杂交不亲和性。
表 1 　辐照花粉对小麦与窄颖赖草杂交结实率的影响
Table 1 　Effect of pollen irradiation on seed setting in wheat ×L . angustus
小麦基因型
wheat
genotype
辐照剂量 irradiation dose ( Gy)
0 (CK) 5 9 15
授粉小花数
No. of florets
pollinated
结实率
seed setting
( %)
授粉小花数
No. of florets
pollinated
结实率
seed setting
( %)
授粉小花数
No. of florets
pollinated
结实率
seed setting
( %)
授粉小花数
No. of florets
pollinated
结实率
seed setting
( %)
J211 1568 2181 1175 9119 2062 10191 1348 1193
CS 1024 2124 866 5120 1436 5171 1227 0198
212 　辐照花粉对杂交种子含胚率的影响
授粉 13～15d 后 ,逐一对杂交种子解剖作胚胎学观察 ,发现只有部分种子含有幼胚 ,且胚
的发育程度不一 ,绝大部分胚发育不良 ,发育较好的也仅仅是刚显分化。经辐照花粉授粉获得
的杂种幼胚多畸形 ,有的呈针形 ,有的呈卵尖形。所有种子的胚乳或是解体或是退化 ,但均有
胚乳遗迹。杂交种子含胚统计结果列于表 2。
表 2 　辐照花粉对小麦与窄颖赖草杂交种子含胚率的影响
Table 2 　Effect of pollen irradiation on rate of seed containing embryo in wheat ×L . angustus
组合
(基因型)
combinations
(genotype)
辐照剂量 irradiation dose ( Gy)
0 (CK) 5 9 15
解剖
种子数
No. of seeds
dissected
含胚率
percentage of
seed with
embryo ( %)
解剖
种子数
No. of seeds
dissected
含胚率
percentage of
seed with
embryo ( %)
解剖
种子数
No. of seeds
dissected
含胚率
percentage of
seed with
embryo ( %)
解剖
种子数
No. of seeds
dissected
含胚率
percentage of
seed with
embryo ( %)
J211 ×L . angustus 43 4412 14 4219 60 3313 36 5156
CS×L . angustus 24 5014 10 4010 14 3517 9 0100
　　由表 2 可见 ,虽然 5～9Gy 射线提高了结实率 ,但杂交种子含胚率却随剂量增加呈下降趋
势。5Gy 时下降趋势不甚明显 ;当达 9Gy 时含胚率明显下降 ;当达 15Gy 时 ,杂交种子中很难发
现幼胚 ,J211 ×窄颖赖草组合种子含胚率仅为 5156 % ,CS ×窄颖赖草在仅获得的 9 粒种子中未
发现幼胚。表明较低剂量辐照花粉虽然可以克服杂交不亲和性 ,但也对幼胚发育有一定程度
的抑制作用。表现低剂量辐射的刺激、损伤双重效应。
表 3 　辐射花粉对小麦与窄颖赖草杂种幼胚获得率的影响
Table 3 　Effect of pollen irradiation on rate of immature hybrid embryo acquired in wheat ×L . angustus
组合
combination
辐照剂量 irradiation doses( Gy)
0 (CK) 5 9 15
授粉小花数
No. of
florets
pollinated
幼胚获得率
rate of
immature
embryo
acquired ( %)
授粉小花数
No. of
florets
pollinated
幼胚获得率
rate of
immature
embryo
acquired ( %)
授粉小花数
No. of
florets
pollinated
幼胚获得率
rate of
immature
embryo
acquired ( %)
授粉小花数
No. of
florets
pollinated
幼胚获得率
rate of
immature
embryo
acquired ( %)
J211 ×L . angustus 1568 1124 1175 3193 2062 3164 1348 0111
CS×L . angustus 1024 1112 866 2108 1436 2104 1227 0100
581　3 期 低剂量辐射对小麦与窄颖赖草属间杂交的促进与损伤双重效应
213 　辐射花粉对杂种幼胚获得率的影响
既然辐照花粉表现出促进与损伤双重效应 ,辐射对小麦与窄颖赖草杂交是否有利 ,则需了
解对杂种幼胚获得率的影响。表 3 列出了不同辐照剂量及组合的幼胚获得率。由表可见 ,两
组合均以 5Gy 辐照幼胚获得率最高 ,9Gy 时略低 ,与 5Gy 差异不明显 ,但高于对照。15Gy 时幼
胚获得率很低 ,甚至无胚。可见 ,尽管低剂量辐射有一定损伤效应 ,但在一定剂量范围内 ,损伤
效应低于刺激效应 ,表明辐射对克服不亲和性 ,促进小麦与窄颖赖草属间杂交有一定作用。
3 　讨论
研究已证明 ,核辐射可以克服植物杂交不亲和性。本研究中辐照花粉明显提高了普通小
麦与窄颖赖草的杂交结实率也证明了这一点。辐照花粉克服不亲和性的机理尚不清楚[6 ] 。有
研究认为 ,辐射改变了细胞膜的性质 (膜电荷 ,膜透性)及酶的状态 ,而膜电荷与细胞识别有关 ,
膜透性的增强 ,使花粉萌发所需水分、空气提前得到满足 ,从而促进了萌发。胡小元等[3 ] 研究
发现低剂量 (10Gy)γ射线辐照花粉促进了大赖草花粉萌发即是一个例证。说明适宜低剂量射
线具有小剂量 (不足以使其遗传基础发生改变的辐射剂量 ,一般为 10 - 4 Gy～0101 ×LD50 [7 ] ) 的
刺激效应。本研究中 5～9Gy 明显提高了结实率 ,表现出刺激效应 ,但已超出小剂量的范围 ,因
此表现出辐射损伤效应。在本研究中杂交种子含胚获得率有所下降 ,幼胚发育畸形。杂种的
细胞学研究表明[6 ] ,低剂量 (9Gy)辐射使染色体发生了数目与结构变异 ,表现出辐射损伤效应 ,
这在以往研究中未引起注意 ,因此 ,在利用核辐射克服植物杂交不亲和性时 ,须权衡低剂量辐
射的刺激与损伤效应 ,以发挥核辐射的最大作用。此外 ,低剂量辐射使杂种染色体发生变异 ,
说明利用辐射既可克服杂交不亲和性 ,也可促进外源遗传物质转移。
参考文献 :
[ 1 ] 　孟金陵等编 ,现代遗传学丛书 - 植物生殖遗传学 ,北京 :科学出版社 ,1995 ,296～358
[ 2 ] 　王琳清主编 ,诱发突变与作物改良 ,北京 :原子能出版社 ,1995 ,379～455
[ 3 ] 　胡小元 ,等 ,辐照花粉对小麦与大赖草属间杂交的影响 ,核农学通报 ,1994 ,15 (2) :56～61
[ 4 ] 　李桂英 ,等 ,辐照花粉促进普通小麦与窄颖赖草属间杂交的研究 ,核农学报 ,1999 ,13 (6) :325～329
[ 5 ] 　杨平华 ,等 ,钴圃慢照射对提高大、小麦杂交受精率的影响 ,核农学通报 ,1990 ,11 (2) :56～58
[ 6 ] 　李桂英 ,等 ,辐照花粉对普通小麦与窄颖赖草属间杂种的细胞学效应 ,核农学报 ,2000 ,14 (1) :5～11
[ 7 ] 　罗景桂 ,主编 ,放射生物学 ,北京 :中国农业出版社 ,1996 ,156～159
DUAL EFFECT OF LOW DOSE OF IRRADIATION ON WHEAT×Leymus
angustus :ENHANCEMENT AND DAMAGE
LI Gui2ying 　WANGLin2qing 　SHI Jin2guo
( Institute for Application of Atomic Energy , CAAS , Beijing 　100094)
Abstract :The effects of low dose ofγ2irradiation on wheat ×Leymus angustus were studied. The
results showed that appropriate low dose of irradiation can overcome the cross incompatibility and
enhance seed setting , on the other hand , restrain the development of hybrid embryos and make
rate of seed containing embryos decrease. When irradiation is used to enhance wide hybridization ,
the damage of low dose ofγ2irradiation should be considered.
Key words :low dose of irradiation ; cross incompatibility ; radiation damage
681 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2003 ,17 (3) :184～186