全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
核 农 学 报 , 一 一
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咖啡因对辐射效应的影响
刘光珍 徐登益
西南农业大学中心室 重庆
用咖啡 因或咖啡 因与 丫射 线 复合处理 大麦种子 , 研究咖啡 因对 大 麦辐封效应 的
影响及其作用机制 , 从而找 出辐射育种 中正确应 用咖啡 因的技术方法 。 研 完结果表
明 , 咖啡 因作辐照 前处理或辐照 后 处理均可增加辐射损 伤 前处理 的辐射损 伤比后
处理更严重 , 均随咖啡 因溶液浓度的增加 而 增加 在丫 针 线和咖啡 因 的 复 合 处 理
中 , 咖啡 因溶液浓度在 以 下 , 作用机制是抑制辐射损 伤 的修 复 , 当浓度
达到 时 , 咖啡 因效应 包括抑制辐舫损 伤修 复和 本身引起的 诱 变作 用 。
在辐舒育种工作中 , 咖啡 囚浓度 以 为宜 。
关键词 大麦 咖啡 囚 辐射效应
前 言
射线作用于生物体 , 将会引起各级水
一 、
砰的辐射损伤 , 这些损伤只有转变成稳定的遗传变
异 , 才能在育种上利用 而生物体对辐射损伤有较强的修复能力 , 只有在修复过程中出现误
差或者不能修复 , 才表现为突变 。 囚此 , 如何阻止生物体 自身的无误修复 , 使辐射损伤产生
稳定的遗传变异 , 提高辐射诱变效率 , 就成为辐射育种工作中
一 ·
分重要的内吝 。 近年来 , 囚
内外文献报道 〔“ 一 “ 」, 咖啡因浸种对辐射损伤的修复有抑制作用 。 本试验 以大麦种子 为 辐照
材料 , 用咖啡囚作辐照前或辐照后处理 , 以及单独处理 , 研究各处理对大麦发芽和生 长的影
响 , 以及细胞学效应 , 探索咖啡因处理对提高辐射诱变效率和辐射育种效率的适宜方法和适
宜浓度 。
材 料 和 方 法
供试品种 普通大麦 “ 矮秆齐 ” 干种子 。
试验 同一剂量辐照大麦后 , 用不同浓度咖啡囚作后处理对大麦辐射效应的影响 。
射线辐照剂量为 用 表示 。 试验组含有
、
咖啡因 、
咖啡因 、 丫 十 咖啡因 、 咖啡囚 , 以未经 辐照和咖 啡因 处理
的为对照 。 大麦种子辐照后 , 分别用 不同浓度咖啡因 丫 组和对照组用 蒸 馏 水 各 浸
此文于 了年 月 日收到 。
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期 咖啡因对辐射效应的影响 场
种 小时 , 温度 ℃
。 浸后用 自来水冲洗 分钟 , 除去种皮残留药剂 , 再按常规 方 法进行发
芽试验和盆栽试验 五次重复 , 其中两次作细胞学观察取样用 。 在各生育期进行观察记载 ,
花粉母细胞减数分裂时 , 用光镜镜检分析各处理在各分裂期的染色体畸变率 , 四分袍子期微
核率 , 并进行显微摄影 。
试验 用相同剂量的 丫射线和相同浓度 的咖啡因对大麦进行先后不同组合处理 , 研究大
麦的辐射效应 。
辐照剂量为 用 丫表示 , 咖啡因浓度为 用 表示 。
试验 分咖啡囚作辐照前处理 , 辐照后处理和 两者单独处理四种组合 十 丫
、 丫
和 丫 、 , 以未经两者处理的为对照 。 三次重复 , 每重复 粒种子 。
为使各组合大麦种子吸水量与发育时期相同 , 同时在 和 组 分 别 加入 咖
啡因 , 在 丫
、 丫 和对照组 中分别加入 同量蒸馏水 , 各浸种 。小时 ,
、
温度 ℃ , 随时搅
动 , 使咖啡因或水被大麦均匀吸收 。 用 自来水冲洗 分钟后 , 再 将 丫
、 和 十
三组的大麦进行辐照 , 然后 同时在 丫 十 组内加入 咖啡 因 , 在 丫
、 、 丫 和对
照四组内分别加入同量蒸馏水 , 按前法浸种 小时 。 用 自来水冲洗 分钟后作发芽试验 , 测
定发芽率
、 苗高
、
苗鲜重和根干重 , 并作统计分析 。
试验 不同浓度咖啡因对大麦发芽和幼苗生长的影响 。
试验的咖啡因溶液 浓 度 有
、 、 、 、
和 , 用蒸馏水作对照 , 共七个处理 。 各种溶液取 分 别倒入 个
培养皿中 , 每皿放精选大麦种子 粒 , 浸泡 小时 , 温度 ℃ , 随时搅动
。 浸种后 用 自
来水冲洗 分钟 , 作发芽试验 , 每处理重复三次 , 每重复 粒 , 测定发芽势
、 发 芽 率 和 苗
高 , 对结果进行方差分析和 多重比较 。
试 验 结 果
一 不同浓度咖啡因作辐照后处理对大麦辐射效应的影晌
对出苗和幼苗生长的影晌
大麦种子辐照后用咖啡因浸种 , 出苗率和苗高都 低于单用 丫射线或咖啡因处理 , 单用
射线处理又低于单用咖啡因处理 , 各处理均低于对照 参见表
、 图版 。 以苗高为例 , 播
表 咖啡因作辐照大麦后处理对出苗率和苗高的影晌
。。票氛 。 ⋯⋯
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注 数据为三次重复均值 毗 。 里
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核 农 学 报 卷
种后一个月 , 对照 苗高为 , 咖 囚处理为 了 , 丫习」
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线处理为 、
咖啡因
、 丫 咖 ,非达不一丫 咖 ,, 卜因处理分 别为 ,
和 。 与单用 另士线处理相 比 , 复合处理的 江 石分 别 年 低
、
和
咖啡因浓度越高 , 苗 硒越低 。 说 以 辐照 了用咖啡囚处理 ,
一
可增强对大 麦 发 芽和幼
苗生长的抑制 , 加大辐交
、
损伤 , 开随咖 以卜囚浓度的增加而增强
。
对植株形态的影响
由表 可看出 , 单用 丫射线处理的袜 伪
、
穗长和结买率都高于 咖啡因复合处 理 的各
组 。 单用咖啡因处理的结实率为了 , 复合处理的在 一 之 间 , 两 者 差 一
。 试验证 明 丫 十 咖啡因复台处理 , 不仅能增加苗期辐射损仿 , 而且还延迟到生长后期 ,
表 咖啡因作辐照大麦后处理对株高
、
穗长和结实率的影晌
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,
处 理
。
株 高 。
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注 数据为三次重复平均位
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表 咖啡因对 丫辐照大麦细胞学效应的影响
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处 理
细胞
总数
个
正常细胞
总数 总数 落后染色体
染色体桥 多 价 体 单 价 体 微 核
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期 咖啡因对辐射效应的影响
图版 丫射线和咖啡因复合处理对大麦幼苗生长的影 响
士 丫一 士 土 士
对照 。
咖啡 因 射线
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咖啡因 丫身寸线
,
咖啡因
。 丫射线 。
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图版 用 丫 射线和咖啡因复合处理大麦种子诱发减数分 裂期染色休畸变类型
十 , 。 士, 。
丫一
一 落后染色体 一 、
一 染色体桥 一 卜
。 单价体 。 习
一。一 多价 仁 一 、
一 微核 乌 。 、 。
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加剧株高 、 穗长和结实性的损伤程度 。
对减狱分袭期辐射细旅学效应的影晌
镜检测定各处理花粉母细胞减数分裂期的染色体畸变和微核结果列于表 。 从表 看出 ,
咖啡因复合处理增加了减数分裂期花粉母细施的异常分裂数 , 提高了染色体畸变率和微
核率 。 总的趋势是复合处理比单用 射线或咖啡因处理高 , 而且各处理都高于 对 照
。 其 中
丫 。 组畸变率较高 , 还产生较多的微核 , 占变异细胞的 和 。
变异细胞中 , 出现较多的染色体畸变类型 , 如落后染色体
、
染色体桥 、 单价体 、 多价休
等 。 其中以落后染色体和多价体频率较高 , 类型也多 参见图版 。
二 啡因作辐照前处理或后处理对大麦辐射效应的影响
试验结果见表 。 从表 看出 , 各处理发芽率
、
苗高
、 苗鲜重和根千重都低于对照 , 其中
复合处理又低于 丫射线或咖啡因单独处理
。 辐照前处理又低于辐照后处理 。 前处理的发芽率 、
苗高
、
苗鲜重和根干重分别 比后处理高
、 、 和 。 各观察数据经
方差分析和多重比较后 , 各处理间差异情况如表 所示 。 从表 可看出 , 各处理之间观察值的
大小顺序为 丫 。 对照与 咖 啡因 单独 处理之间各项差异
均不显著 , 对照与 丫 和 丫 之间差异极显 著 丫 与 十 丫
之间发芽率和苗高差异极 显 著 , 苗鲜 重 和 根 干 重 达 显 著 水 平 说明 浓度咖
啡 因 处 理 对大麦发芽和生长无明显影响 , 咖 啡因作辐照前处理或后处 理 使 辐 射 损 伤加
重 , 是 由于咖啡因抑制损伤修复的结果 , 而且咖啡因前处理比后处理的抑制作用大 , 辐射损
伤更严重 。
三 不同浓度咖啡因对大麦发芽和幼苗生长的形响
表 列出了大麦种子用各种浓度咖啡因处理后 , 三次重复的发芽势 、 发芽率和苗 高 的均
值及 统计分析结果 。 用 一 咖啡因浸种 , 均可抑制 大 麦发芽和幼苗生长 ,
使发芽势和发芽率减少 , 苗高降低 , 其程度 因咖啡因浓度而异 。 经方差分析和多重 比较 , 各
处理间发芽势差异不显著 , 即咖啡因浓度对发芽势影 响较小 。 从发 芽 率 和 苗 高 来 看 , 用
一。
,
处理与对照之间彼此无显著差异 , 一 处理的与对照差
异极显著 , 说明咖啡因溶液浓度在 以下无药害作用 , 若浓度达到 灯 ,
表 咖啡因作辐照前或辐照后处理对大麦发芽和幼苗的影晌
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处 理
发 芽 率
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游
期 咖啡因对辐射效应的影响
表 各处理间发芽率
、
苗离 、 苗鲜皿和根千盆的差异显 程度
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发 芽 率
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裹 不同浓度咖啡因对大套发芽和苗高的影晌
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在。 水平上差异显著 二 在。 水平上差异显著
、
就会直接造成生理损伤 , 产生诱变 。
小 结 和 讨 论
一 由于理论和实践的需要 , 国内外较多地研究了咖啡因同 射 线 的 复 合 作 用 。
等指出 〔‘ , 高等植物用 电离辐射处理后再用咖啡因处理 , 可降低 不 按期
合成的速率 , 增加染色休畸变率
、 出现生长抑制和其它生物学症状 。 而用同样浓度的咖啡因
单独处理 , 没有这些作用 。 弓 也发现 “
、 。 , 辐照的大麦种子在有咖啡 因 存在的
条件下发芽 , 明显加剧了对大 麦 幼 苗 生 长 的 抑制 。和 比 “ 、 ‘ 报
道了咖啡因能阻碍射线引起的大麦染色体损伤的恢复 , 使 丫 射线辐照产生的体细胞突变和后
代叶色突变频率增加 , 并证明这是咖啡 因与 链断裂处的 ‘一 端结合 , 使之 不 能 与
聚合酶发生反应 。 我们的研究进一步证实 , 大麦种子用 射 线和咖啡因复合 处 理 , 与
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泛 。 核 农 学 报 卷
口门 与 一 侧 到 ‘ 曰 口 ‘曰‘
单用 射线处理相比 , 增加了发芽
、 出苗和幼苗生长的抑制 , 加大植株形态变化 , 降低结实
率 , 提高染色体畸变率和微核率 , 出现更多的染色体畸变图象
。 说明咖啡因有增强辐射损伤
的作用 , 而且随咖啡因浓度的增加而增加
。 因此 , 在辐射育种中 , 咖啡 因是一种很好的辅助
诱变剂 。
二 咖啡因无论作辐照前处理或辐照后处理 , 都可明显增强辐射损伤
。 两种处理方法
相 比 , 前处理的损伤更为严重 , 其差异达极显著水平 表明咖啡因的存在可使大麦种子辐射
损伤的修复受到抑制 , 辐照前处理的抑制效应更加明显 。 因此 , 在 射 线和咖啡因复合处理
的育种实践中 , 采用咖啡因作辐照前处理的方法较好 , 这样可能得到更多的突变类型 , 提高
辐射诱变效率和育种效率 。
三 大麦种子单用咖啡因处理 , 对其发芽和幼苗生长也有抑制作用 , 但与咖啡因浓度
有关 。 与对照相 比 , 浓度为 一 处理对发芽和幼 苗 生 长 无 明 显 影 响 , 用
一 处理 , 对发芽率和苗高的抑制极显著
。 说明咖啡因浓度 超 过
时 , 可产生药害 , 造成 代的生理损伤 。 浓度在 以下无这种作用 。
四 辐射育种中 , 如果染色体发生剧烈畸变 , 使生理损伤过重 , 就会造成不利变异增
多 , 甚至不育或死亡 。 由于高浓度咖啡因有药害作用 , 会增加生理损伤 , 因此 , 在复合处理
中采用适当的咖啡因浓度十分重要 。 由试验 看出 , 咖啡因浓度在
,
以 上 就可造
成明显的生理损伤 , 所以应以 为宜 。
五 关于复合处理中咖啡因的作用机制问题 , 有两种 看法
。 一种如上述 一 所述 ,
认为咖啡因的作用在于抑制辐射损伤的修复 , 称修复抑制剂 。 另一种认为咖啡因是染色体断
裂剂 , 可直接导致染色体断裂
。 指出 〔 , 由于咖啡因能与过氧化物酶结合降
低其活性 , 导致染色体断裂加剧 , 从而引起染色体的剧烈 变 异 。 年 也讨论
过咖啡因的
一
致断裂作用 〔“ ’。 由试验 和 得知 , 单用 和 咖啡 因处理大麦
种子 , 与对照相 比 , 对种子发芽 , 幼苗生长
、
植株形态及染色体畸变的影 响均不显著 。 试验
也证明咖啡因浓度在 以下无药害作用
。 若浓度达到 就会直接造成
生理损伤 。 因此 , 我们认为 , 咖啡因浓度不 同 , 作用机制 也不相同
。 在复合处理中 , 咖啡因浓
度在 以下 , 作用机制主要是抑制辐射损伤的修复 如果浓度达到或超过
时 , 咖啡因的作用机制除抑制损伤修复外 , 还应包括咖啡因 引起染色体断裂的诱变作用 。
六 试验 多重比较结果 , 射线与 丫 十 两处理之间发芽率
、
苗鲜重和根干重差
异不显著 似乎与试验 矛盾 。 可能是 由于辐射剂量偏低所致 。 因为 和 射线两 处 理间
的发芽率和苗鲜重差异也不显著 , 而 浓度咖啡因在复合处理中也无诱变作用 。
参 考 文 献
〔 〕 , , 。右 了一
〔 〕 公 , 等 《 原子能农业译丛 》 , , 一
〔 〕 , 石 , , 。 。 , , , , 。 、 , 。 , 丫 一。
。
〔 〕 , , , 。。一
〔 〕山口彦之 《 原子能农业译丛 》 , 一
〕藤井太郎 《 原子能农业译丛 》 , , 一
〔 〕 , 盯 , , 日 一
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