全 文 ：BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 16 卷　第 1 期 1996 年　1 月
Vol.16　No.1 Jan., 　1996
60　Co —r射线辐射番茄种子对根尖细胞遗传学效应的影响①
郭桂云　王艳英　刘振东　弥晓菊　王桂玲　谢桂琴
EFFECTS OF 60　Co-r RAY RADIATIONON TOMATO S
ROOT TIP CELLS WITH RADIATING TOMATO SEEDS
Guo Gui-yun　Wang Yan-ying　Liu Zhen-dong
Mi Xiao-ju　Wang Gui-ling　Xie Gui-qin
　　〔摘　要〕　用60Co-r射线辐射番茄干种子 ,水培法生根后 ,观察根尖细胞有
丝分裂中出现的桥 、断片(含落后)、粘连 、微核等染色体畸变类型 ,辐射剂量在 5—
10krad范围内畸变率较低;在 10—20krad范围内畸变率最高 ,畸变类型最丰富 ,
在此范围内随剂量增加 ,断片数量增多 ,桥的类型除单桥外还出现多桥且数量增
多 ,在 20krad以上范围的高辐射剂量对染色体破坏力力较大 ,不利于番茄育种和
生长 。经对照实验和统计分析可知 ,辐射剂量的增加对有丝分裂有抑制作用。
关键词　番茄;60Co-r射线;染色体畸变;粘连;断片;桥;微核
一 、前　　言
国内外在植物辐射育种方面取得了瞩目的成果 ,为农业育种 、生产带来了重大的经济效
益。进行辐射育种过程中 ,确定适宜辐射剂量是取得农业增产重要前提之一 ,但这个领域中
仍有许多具体问题有待于探索 ,如对作物或品种应用何种辐射 、何种剂量使其能达到预期效
果等 。用激光处理番茄种子最适剂量〔1〕和60Co-r射线对番茄种子辐射效应机理〔2〕及适宜
辐射剂量〔3〕 ,已有报道 ,在前人工作的基础上 ,我们以60Co-r射线十个剂量对番茄五个品种
的干种子进行辐照 ,然后观察其根尖有丝分裂 、染色体畸变等指标 ,着重研究根尖细胞的遗
传学效应 ,同时还作了发芽率 、根的生长速度的观察 ,将有助于减少辐射诱变的盲目性 ,提高
辐射诱变育种的效率 。
① 本文作者单位:黑龙江 ,哈尔滨 ,哈尔滨师范大学生物系(Biology Department of Harbin Normal Universi ty Harbin ,
150080 , Heilongjiang)。＊本课题为蔡火石生物科学基金会资助项目。并得到徐香玲教授和张大维老师的帮助 ,在此一并致谢。
1995年 5月收到本文。
二 、材料与方法
2.1　实验材料:五个品种的番茄种子 ,即:(1)强力米寿;(2)齐研;(3)桃太郎;(4)871;
(5)92—11均由生物系王海延教授提供。
2.2　辐射光源及方法:利用60Co-r射线对在 5 —40krad 范围内 ,采取 10个剂量对番
茄干种子进行辐射 ,辐射时间为 1小时或 2小时。
2.3　实验方法:
2.3.1　材料培养:将60Co-r射线辐射后的种子置于 25℃恒温箱中浸种 24小时 ,然后
分别将各样品置于富含水分的铺有棉花和滤纸的培养皿中 ,在 25℃恒温箱里培养 。至根尖
长 0.5-1.0cm时 ,立即取材进行实验。
2.3.2　材料的固定:参照李国珍等的方法〔4〕 ,剪取根置于卡诺固定液中固定 24小时 ,
保存于 70%的酒精中 。
2.3.3　材料的处理:取材料置于 1N HCl , 60℃恒温水浴 ,解离十分钟 ,进行孚尔根核染
色 6小时以上 ,压片 、冰冻 ,制成永久装片 ,进行显微摄影 、观察及统计分析60Co-r射线对细
胞有丝分裂和染色体畸变的影响。
三 、实验结果
我们对五个品种的番茄种子 ,利用60Co-r射线进行辐射 ,其实验结果表明:60Co-r射
线对番茄根尖细胞有丝分裂和染色体畸变产生影响 ,同一品种对不同剂量的60Co-r射线产
生的影响不同 ,随辐射剂量的增加畸变率增加 。不同品种对同一剂量的60Co-r射线的影响
略有不同 。齐研和 871的细胞分裂指数在各个剂量都较高 ,而且畸变率也较高 ,说明这两个
品种较其它三个品种抗辐射的能力强(表 1)。
　　表 1　　60 Co-r射线对番茄根尖细胞有丝分裂和前 、中 、后 、末期染色体畸变的影响
剂
量
品
种
观察
细胞 分裂细胞
个数 个数 %
变　异　类　型
粘
连
断
片
单
桥
多
桥
畸变率＊ 平均畸变率＊＊
数 % 总数 %
5-1
强力米寿
齐　　研
桃 太 郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
616
718
599
634
636
30.8
35.9
30.0
31.7
31.8
1
0
1
2
0
4
5
12
15
16
11
15
11
15
16
0
1
1
0
0
17
21
25
32
26
2.75
2.92
4.17
5.04
4.08
　
121
-
3203
　
3.77
10-1
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
550
564
521
500
531
27.5
28.2
26.1
25.0
26.6
1
2
3
3
1
12
11
14
6
10
16
18
15
15
15
0
2
1
2
1
29
33
33
26
27
5.27
5.85
6.33
5.20
5.08
　
148
—
2666
　
5.55
1091 期　　　　　　郭桂云等:60 Co-r射线辐射番茄种子对根尖细胞遗传学效应的影响
　　续表
10—2
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
459
375
512
484
515
23.0
18.8
25.6
24.2
25.8
2
2
3
2
1
14
24
16
14
15
12
9
18
16
14
4
2
3
3
2
32
37
40
35
32
6.97
9.86
7.81
7.32
6.21
　
176
—
2345
　
7.50
15—1
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
369
381
381
381
386
480
18.5
18.0
19.1
19.3
24.0
5
3
2
1
4
8
16
18
14
16
11
18
18
19
13
4
5
4
2
3
28
42
42
36
36
7.58
11.7
11.8
6.73
7.50
　
177
—
1975
　
8.96
15—2
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
361
341
169
412
354
18.1
17.1
18.5
20.6
17.7
2
7
5
3
5
10
26
21
16
17
9
8
16
12
17
3
4
6
2
4
24
45
48
33
43
6.64
13.2
13.0
8.00
12.1
　
193
—
1837
　
10.5
20—1
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
921—11
2000
2000
2000
2000
2000
312
493
347
300
289
15.6
24.7
18.7
15.8
14.5
8
10
13
11
9
19
29
30
18
19
10
11
12
7
8
8
11
12
7
8
35
72
73
48
51
14.4
14.6
21.0
16.0
17.6
　
289
—
1741
　
17.0
20—2
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
269
280
218
279
261
13.5
14.0
10.9
14.0
13.1
10
11
10
5
8
20
30
16
14
22
8
10
14
16
10
13
12
6
9
6
51
63
46
44
46
18.9
22.5
21.1
15.8
19.6
　
250
—
1307
　
19.1
25—1
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
226
165
184
181
190
11.3
8.3
9.2
9.1
9.5
15
12
11
4
5
18
20
15
17
15
7
10
5
14
12
10
9
8
8
7
50
51
39
43
39
22.1
30.9
26.6
23.8
20.5
　
232
—
946
　
24.5
110 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
　　续表
30—1
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
121
132
169
138
174
6.1
6.6
8.5
6.9
8.7
10
11
15
14
12
24
15
14
13
13
8
5
4
8
8
6
8
5
6
5
48
39
38
41
38
40.0
29.5
22.5
29.7
21.8
　
204
—
938
　
21.7
40—1
强力米寿
齐　　研
桃太郎
871
92—11
2000
2000
2000
2000
2000
114
58
111
92
96
5.7
2.9
5.6
4.6
4.8
12
10
13
15
14
15
11
12
9
13
7
4
3
2
6
9
1
4
6
8
42
26
32
32
41
37.7
44.8
28.8
34.8
42.7
　
174
—
471
　
36.9
表 1说明:
剂量 5—1:r射线的辐射剂量为 5krad , 时间为 1h., 以下同 。
断片:其中包括染色体落后。
＊畸变率=每个品种细胞的畸变细胞总数分裂细胞数
＊＊平均畸变率=每个剂量下的畸变细胞总数分裂细胞总数
3.1　60Co-r射线辐射对根尖细胞有丝分裂的影响
60　Co-r射线对根尖细胞的有丝分裂有抑制作用〔5〕 ,5krad辐射后细胞有丝分裂指数为
32.03%,辐射剂量达 40krad时 ,细胞有线分裂指数 4.71%。从表 1中可以看出 , 60Co-r射
线对根尖细胞有丝分裂的抑制作用随辐射剂量的增加和辐射时间的加长而加强 。在观察中
还发现 ,随辐射剂量的增加 ,辐射损伤加大 ,出现不均等的细胞分裂 ,核的染色变浅 ,同时个
别细胞停止分裂 ,种子发芽率降低(图 1)。
图 1　60Co-r射线辐射对番茄种子发芽率的影响
1111 期　　　　　　郭桂云等:60 Co-r射线辐射番茄种子对根尖细胞遗传学效应的影响
3.2　60 Co-r射线对根尖细胞染色体畸变的影响
干种子在60Co-r射线作用下 ,根尖细胞染色体发生畸变 ,畸变类型如下:在中期 ,出现
染色体断片 、染色体落后 、染色体粘连等;在后末期 ,出现染色体桥(单桥或多桥)、染色体断
片 、染色体落后 、微核等(图 2)。
3.3　60Co-r射线对微核的影响
微核是在高剂量辐射状态下由染色体演化而来的 , Evans等人于 70年代初提出微核是
衡量辐射对染色体损伤的可靠指标 ,国内外已有射线处理小麦〔6〕 、豆科植物〔3〕诱发微核的
报导 ,在番茄中亦有发现〔1〕 ,伊虎英等曾以微核率为指标进行染色体畸变的统计〔6〕 ,我们在
观察中也发现了微核 ,由于番茄的染色体较小 ,且微核在中 、后 、末期往往与粘连 、断片 、落
后 、桥等并存 ,所以本文末将其作为统计染色体畸变的指标 ,通过观察 ,可以明显看出 , 60 　
Co-r射线不但可以诱导产生微核 ,并且微核率与剂量呈正相关。
四 、讨　　论
1.60　Co-r射线可以诱导产生多种染色体畸变类型 ,几种畸变类型可以同时存在于一
个分裂细胞中 ,在观察中发现 ,在高剂量的辐射状态下 ,有丝分裂前期也有染色体发生断裂
的现象 。辐射使染色体发生畸变 ,对细胞正常分裂产生抑制作用 ,部分细胞停止分裂或致
死 ,这是影响发芽率 、生根速度的重要原因。
2.从表 1中还可以看出 ,在 5—40krad范围内 ,随着辐射剂量的增加 ,染色体畸变率显
著增高 ,在 40krad剂量时染色体畸变最显著 ,尤其是染色体断片 、粘连 、微核等畸变类型大
量增加。在此 10个剂量中 ,以 10—20krad范围内 ,畸变类型较典型 ,同时细胞分裂指数也
较高 ,尢其在 15—20krad范围内最明显 ,因此 ,此范围的剂量是较适宜的辐射剂量(见图 1 ,
我们统计的四种番茄品种的发芽率均在 10—20krad范围内)。
3.染色体是遗传物质的载体 ,射线使染色体发生断裂 ,从而使遗传物质的组成发生改
变 ,产生可遗传的变异 ,因此 ,M1 辐射产生的变异是可以遗传下去的 。射线引起的染色体断
裂部位是非随机的。据M.C.C-ermero等研究〔7〕 ,辐射引起的染色体交换在某些染色体
间发生的频率较高 ,而有的染色体几乎不受射线的影响 ,染色体断裂大多发生在异染色质和
常染色质的结合部位 ,一个细胞内各条染色体对60Co-r射线的敏感程度不同 ,在射线作用
下 ,染色体不同部位发生不同程度的断裂 ,从而使染色体间发生不同的交换 ,产生不同类型
的变异。因此以适宜的辐射剂量和有性杂交实验相结合 ,使不同品种的断裂的染色体之间
发生交换 ,产生杂种 ,对于物种的优良性状的选择是十分有利的 。
4.从原理上看 ,辐射剂量越高 ,染色体畸变率越高 ,但高剂量提高畸变率的同时也加大
了辐射损伤 ,有丝分裂异常 ,出现不均等分裂 、不分裂 、出苗率降低 ,甚至不出苗或发育期间
出现高度不育现象 ,这就限制了辐射剂量的最大值;而在低剂量作用下 ,染色体畸变类型少 、
畸变率低 ,达不到诱变的目的 ,现在不少学者正在探索采用激光与射线复合的方法处理种
子 ,利用60Co-r射线诱导染色体畸变 ,同时利用激光促进辐射损伤的恢复〔5〕;也有资料表
明 ,微波能减轻60Co-r射线对染色体的辐射损伤 ,提高60Co-r射线的诱变效率 ,因此 ,多种
复合处理的实验有待于进一步进行 。
ABSTRACT
We studied the ef fect of tomato root tip cells radiated tomato dry seeds w ith 60　Co-r Ray ,
112 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
af ter they grew root in the w ater , observed chromosome bridge , chromosome fragments (in-
cluding lagging chromosome), adhesion , micronucles ect abnormal chromosome type.The re-
sult show that the abnormal rate is lowest , when irradiation dose is in range 5-10 Krad;it is
the highest and the types of abnormal chromosome is the most abundant , when the irradialion
dose is in 10-20 Krad.In this range , quantity of the chromosome fragment is increasing ,
when the irradiation dose is enhanced , poly -bridge exist , besides single chromosome bridge.
Chromosome are damaged seriously , when the irradiation dose is over 20 Krad.This dose is
harm ful to g row th of tomato and the cells.By C.K.experiment and statistics.We can say ,
the i rradiation dose controls the split s of root tip s cells.
Key words　Tomato;60　Co -r ray;Abnormal chromosome;Adhesion;Chromosome
fragment;Chromosome bridge;M icronucles
参　　考　　文　　献
〔1〕 李玉滨 、郭桂云等 , 1990:氦氖激光处理番茄种子最适剂量的研究 ,中国激光 , 17(3):189—192。
〔2〕 徐登益 、万兆良等 , 1991:r 射线对高等植物防御系统的影响 ,西南农业大学学报 , 6 , 13(3):344—346。
〔3〕 马鹤林等 , 1992:21种豆科牧草辐射敏感性及适宜辐射剂量的研究 ,中国草地 , No.6 , PP1-5。
〔4〕 李国珍等 , 1985:染色体及其研究方法 ,科学出版社, 108。
〔5〕 西北水土保持土壤研究所同位素组 , 1976:激光与钴60r 射线复合处理小麦干种子对根尖细胞的影响 ,激光 , 4 , 8—11。
〔6〕 伊虎英等 , 1993:微波与60Co-r 射线复合处理对小麦根尖细胞遗传学效应的影响 ,核农学通报 , 14(1):18—21。
〔7〕 Cermeno M L.et al 1985:C -banding analysic of gammaradiat ion -induced ch romozomal interchanges in rye Berl:
Ch roumosoma 91 , 297-306。
1131 期　　　　　　郭桂云等:60 Co-r射线辐射番茄种子对根尖细胞遗传学效应的影响