全 文 ：核
’ 农 学 报 。。 , 。。一么
‘
‘而助咬呱 , 推‘加‘
,
多翻加
加速器氢离子娜射对水稻诱变
二 ’‘
效应的初步研究
·
左清凡 梅曼彤 卢永根 邓
‘
红
华南农业大学 广州
’
杨垂绪
, · ‘加利福尼亚大学劳伦斯伯克和究所 加利邢醉
用加速 高能氛离子束照射水稻干种子
,
一
观察 , 的损价效应
,
蓬立 了成苗率 与 育
性 的剂量响应 曲线 , 并求 出成苗率与育性 的半抑制 剂量分别为 及 。
在 选 出 了具早熟 、 矮秆
、 大社箫性状的多个突变体
, 并发现多种性状 同时 变 异
的突 变体所 占的比例较 大 , 而不 同剂量 处理 的诱发突 变效界有较大差异
, 在所 用 剂
量 范 围 内 , 以 处理诱 发 的突变须年最高
, 突 变谱最广 。 应 用同工酶作 为 遗 传
标记研 究 了所观察的性状突变与 种同工酶晦谱的关 系。 结果表明 , 在分析 的 突 变
体中 , 有两 种同工晦 一 及 一 的屯泳形态不 同于原种 , 且分别与于粒童
和籽粒长宽比 及株高和抽穗期 的变异相 关 。
关键词 水稻 氛离子辐射 诱 变 同工酶
前 台口
近二十年来 , 由于加速器技术的发展 , 已能从大型加速器获得各种具有不向单一能量
、
不 同传能线密度 简称 , 下同 的高能重离子束 , 并进行
了生物学效应的研究 。 已有研究结果表明 , 高 的离子束对微生物及哺乳动物细 胞 有 较
强的诱发突变作用〔‘ ’ 〔 ’
、 〔‘ ’及梅曼彤 〔 ’等的研究也指 出 , 高能重离 子
辐射能有效地诱发玉米某些性状的变异 , 但至今鲜见从经济性状突变角度 进行研究的报道 。
近年来 , 以 同工酶作为遗传标 记进行水稻品种进化
、
分类等研究已取得一定进展 , 且经
初级三体连 锁分析 , 已对水稻 种同工酶 个位点进行了染色体定 位 〔“ 〕。 本研究用高 能
、
高 氢离子束照射处理水稻干种子 , 对 当代植株的生理损伤及 的诱变效应进行观察 ,
以探讨此类电离辐射在作物育种上应用的可能性 。 同时 , 对突变体与原种的尚工酶 电泳模式
进行 比较分析 , 探讨形态性状变异 与酶谱变异 之间的关系 , 以认识突变的本质 。
此文于 生 年 月 日收到 。
’ 、 ’
现在通讯地址为江西农业大学林学系 甫 昌 。。
核 农 学 报 卷
材 料 和 方 法
以水稻早釉品种 “ 边皮 占 ” 广东农家种 干种子为供试材料 , 于 年 月 在美 国 加
利福尼亚大学劳伦斯伯克莱研究所用 直线 回旋组合加速器 。进行氢离 子 束 ‘ 。
辐射处理 , 所用离子束的起始能量为 , 为 林 所用剂量为 。、 、
、 、 , 并设未经辐熊种子为对照 。 处理后干种子密封寄 回我校实验农场种植 。
种子经浸种催芽后 , 每处理各取 粒于网室盆栽点播 , 调查一月成苗率 , 其余种 子 于
田间栽种 , 采用单株插植 , 收获时分处理区调查结实率 , 作为 的育性指标 。 用株行 法
种植 , 抽穗后调查各种变异 , 并参考卢永根 「“ 的超亲个体临界值标 准 大 于 或 小 于 士
口 检测穗数
、
穗 长 、 穗着粒数
、
穗实粒数以及千粒重等方面明显超亲的突变体 , 统计
突变频率 。
同工酶的分析以 ‘稳定的突变株系及原种 “ 边皮 占 ” 为材料 于室温及自然光 照 下培
育至 叶龄 , 取其地 七部制取酶抽提液 , 进行淀粉凝胶水平 电泳
, 按 及 。。
提供的 电泳缓冲液系统议凝胶染色方法 , 观察分析磷酸葡萄糖异构酶
、
氨肤酶
、 醋酶 、 异柠檬酸脱氢酶 、 谷草转氨酶
、 过氧化物酶
, 酸性磷酸酶
、
磷酸葡萄糖脱氢酶 、 苹果酸酶 等 种同工酶
的酶谱 。
试 验 结 果
一 , 成苗率
、
育性与吸收剂最的关系
在半对数坐标纸上 , 以 照射处理种子幼苗的一月成苗率或植株的结实率 育性 对吸收
剂量作图 , 可得到剂量的响应 曲线 图 。 从图 可见
,
在所观察的剂量范 围内 , 成苗率及
, 一 , 成苗率 “ 玄,
一 育性
图 成苗率
、 育性与剂量关系曲线
八曰︸即石
弓岛令叫一口幼
, 生 、
加
备忍口召﹄。气条匆窦声
石仓
井蚤刃
、 ,
劣兮
育性均随剂量的增高而下降 , 而前者为肩状曲线 , 后者为直线
。
从 图 还可 估算出 一月 成 苗
率 存活率 及育性 结实率 的半抑制剂量 一 一成苗及 一 一育性分别为
,
及价
、 表明育性对氢离子辐射的反应较成苗率敏感 。
, ‘期 加速器妞禽子辐射对水稻诱变效应的初步研究
表 的突变谱及突变倾率
‘
扛
矛‘呀月突变性状
粒型变异 叶鞘颜色矮秆 早熟
琪 梦 践
五’ 取
德长
元
颖花数 实粒数 总补
·
心
有效穗数
鱿介 一
沙
一
、
尽。
·
飞
二
一 ‘
了 习
一
。‘
一 一 一 一
‘
、
二
‘
‘
丈压
一
‘ 石。 石。 一凡 ,
‘
,月‘几舀
趁
一 王
· 、
﹄﹁
,匕
‘‘占且
注 括号中的数字代表计算频率用的 植株数
总突变频率 总计 的计算方法 其突变性状的植株数 个或多个性状突变 调查总株数 总计
’
对
其左 个性状而言 , 总计 对其左另 个性状而言 。
矮秆类型株高较原亲本降低 帕以上 。
叶鞘颜色变异指 由棕色变为绿色
。
,
,
·
, ’ ” ‘ ‘ , , , , ,
〔
, 力 , ,
一 ‘抓、 立, 一
眨
三城 卢 二 呱
一 。 一
二 的突变频率及突变谱
’
在 群体中
一
, 已发现息个性状发生了突变 。 从表 ,电可见 , 吸收剂量为 艺的处理能 诱
发最高的突变频率 , 其次为 及 , 处理突变频率最低 。 表 的数据还表明
在 个突变性状中 ,
,
以矮秆 、 早熟等性状的突变频率较高 而几个剂量相 比 又以 勺一 ,
照射处理较为有效 。 在穗部性状 中 , 有效穗数和千粒重的突变频率较高 , 移长的突变频率较
低 。
调查分析所选出的突变体 , 发现大多数突变体有多个性状 同时发生变戴
‘
在二百九十多
个突变体中 , 两个以上性狄发生突变的占 , 其中叶鞘颜 色和矮秆变异 同时军生于同一变
异株的现象极为普遍 , 占总突变体的 矮秆 与早熟向时 出现的 占
一
早熟
、
矮秆
、
叶
鞘颜色和粒型 种性状变异 同时出现在同一变异株上的占总突变体的 。 这与常用辐 射 源
对水稻的诱变效果不大一样 , 如 。“ 。 丫射 线辐射 处理诱发水稻单一性状突变的突变频 率 比
多性状同时变异的频率要高得多 〔协
‘
在 检测到的 个突变性状 中 以 了处理的突变谱最宽 , 潭羡所有突变性状 、 其 次
泛乙乞碗补 一 一 ’ 桂 表
一
学
‘
桩
一
卷
为 。 及 。 处理 , 检测出 个突变性状
。 , 一由正可见
, 以不同吸收剂量的加速氢离子处理
水稻干种氛 刀得到不同的突变频率岌突变戳
’ 一 ‘ ‘ ,
一
「
一 丫
三 性状变异与同工酶位点变异之间的关系
, ‘
应用淀粉凝胶电泳技术对原种及 ‘稳定突变株系的 种同工酶的
,
个位点编码酶谱进行
了分析 。 这 个位点是 屯
、 、 、 、 、 、 、 、 、
、 一 、 、 、 、 、 。 分析结果表明 , 在所研究的同 工 酶
位点中 , 仅有两个位点 及 的酶谱发生了变异 , 与原种相 比 酶带数 目无改 变 ,
但籽粒型变异的突变体的 一 酶带迁移较慢
, 株高降低的突变体的 一 酶带迁移较 快
其他位点 , 原种与突变株系具有相 同的 电泳模式
。
对具此 两变异酶谱的突变株系及原种的 个数量性状进行了统计分析 , 结果见表 。 从表
可见 , 具基 因型 一 株系的千粒重和籽粒粒型显著不 同于基 因型 一 原 种 株
表 同工酶基因与数量性状表现型之间的关系
、
同丫酶位点
‘
蒸 因 型 调查株系数 抽穗 日期 千 粒 重
一引川司叹
⋯
高
土 土 土 士一
变异型
一
原种
士 土 土 士
一
变异型
一
原种
土 ‘ 土 士 土
士
, 土 士 士
二 劝 二 。
氯
‘
差异送 显著水准
。 具 一 基因型的株系 突变型 , 其粒短而宽 , 旦千粒重高 ,
郎籽粒大
。 而具有 一 基因型的株系比具 一 基 因型 原种 的株系株高降低 , 生
育期缩短 , 差异分别达 和 的显著水准 。 此结果显示 籽粒粒型及千粒重两性状可能与
位点相关 。 〔‘ 。 曾以 同工酶作标记
, 分析其 与水稻株高的连锁关系 , 发 现 株 高
与 、 及 连锁 , 本研究的结果 与 的报道有一致之处 。
·
讨 、论
一 高能加速氢离子辐射 与其他电离辐射 一样 , 照射种子对 植株存在生理损 伤 。
本试验得出对 成苗率及 育性的 。 。分别为 及
期 加速器氢离子辐射对水稻诱变效应的初步研究
三几茄建蠢禽宇驻茵永箱平神子句有效地诱发性状变异 。 如表 所示 , 剂 量 处
理 , 可获得高达 一 的突变频率 而 〔“ 用 射 线照射水稻 , 检测
到的突变频率仅为抓
。 说明加速氢离子诱发性状变异所需的剂量低于 丫射 线的剂量 。 本
研究结果也表明
, 以不同剂量的具有单一能量的重离子辐射处理
, 诱发突变的类型及频率差
异较大 , 本卖疆选角的百材。量中
,
·
以 。 , 处瑰诱变频革最高
, 突变谱也最宽
,
·
而这二剂量
与成苗率的 。 。相接近 , 故可考虑以成苗率作为公个选择诱发适宜剂量的指标
。
三 加速氢离子辐射诱发水稻产生两个或两个以上性状同时突变的频率比 低 的
辐射处理高得多 , 这可能是重离子辐射诱变的又一特点 。 这特点可能与重离子辐射的物理性
质有关 。 研究表明 ,
‘ 加速器产生的高能重离子具有较高的 电离密度 , 通过物质时的 电离径迹
包括中心乒和 投影区 两部分 ‘ ’
。
对本研究所用的氢离子束而言 ,
可达 扮 , 如 它垂直击 中 分子 , 约能损伤
,
个碱基对
离作用产生的投影区 , 半径可达 “ , 能影 响的碱基对更多 。
通过水柱时径迹中心区半径
而中心区
‘
外由于粒子次 级 电
故当一个单独的重离子辐射
味
到细胞核内的 染色体上时 , 就有可能引起线性排列的基 因组上不止一个基因受到 损 伤
。 反
之 低 的 、 丫射 线 ,
’
电离密度相当低 , 在水柱 中的电离径迹仅为 、 径迹间 的 距
离又较大 , 击
、
中
、
染色体时对基因的影 响会少得多
。 这些不同也许可从一个角度解
、
释 高
、
低
电离辐射在
一
诱发水稻突变中的不
·
同特点
。 应用重离子辐射诱变上的特点 , 可望 使 被
·
照
射品种的凡个不良性状 同时得到改良 故存在着以加速氢离子辐射直接选育新品 种 的 可肩巨
性 。
‘
, , 、
’
本研究的部分工作得到国家 自然科学基金资助 。 本文内客的摘要刊登于第二届国际水稻遗传学研讨会论文集 哆即
年 月 , 菲律宾 。
参 考 文 献
、 戈乡
〔 〕 ,
,
‘ 、
,
, 、 ‘ 卜 、
一
·
厂 一
‘
二
〔 ‘
一
〔 〕 , 一 一 。 一。 之 往 玩 认 夕
、
, , 了一
钾
〔 〕 、 ’ 二 梅曼彤 二
,
「
笔 勿 夕 盯
·
早 毋 · 戈 万 ,
〔 〕 , 、 杨垂绪
· ’ · ‘ 、
甘 , , 。
〔 〕 , 。一 过‘ 。
,
丫子 粤
一
,
。 、 苗。 一〕。 。 礼。 夕
二 ‘ 「 户
‘ 沂
眨
, 一
。 石五
卜 、
‘ 叮沙 十
〔的 卢永根等 我国早釉稻矮生性基因源的表型和遗传传递的研究 。 遗传学报 ,
〔 〕 卿
, “ 秒 研究水稻属同工酶的淀粉凝胶电泳方法 国外遗传与育种
,
〕周 松茂 辐射诱发水稻主要性状变异的遗传研究 。 遗传
, , 一比 。
〔 〕 , 。 。 ,
, , 了一峨
,
一 。
‘明 户
一 ‘叭冬
。
〔飞。〕 , 万
,
〕
一
, 一。 , 。一
’泛。选
由妇 助位‘细门峰幽山‘扭 , 幽 如
。。 , 。。一
〔
,
】 丫
妞
” “ “ 沙 , ” “
‘
石 脚 ” 召。 夕 少 , ‘口 才夕 泣 路‘ , 心 掩‘ 夕 , 心 汀 , ‘刁
二 士
「
了
‘
金 几
,
,
、
卜 ‘ 五 反 纯
“ 、
,
“ “ , 。冬一 ‘ “ ‘ ” , ‘
, 七一 亡 全 , 。。一 。 皿
一
。。一 ‘
仑 。灯 ,
二 匕
, ,
, ,
,
’ ·
丘 ,
珍
一
毛 一
红
,
性。么 往 心 么 尽 七 , 五
‘ 血 勺
五 , 一
卜 ,
兮
, 劝 , ,