全 文 ：BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 16 卷　第 2 期 1996 年　4 月
Vol.16　 No.2 Apr., 　1996
60　Co-r 射线辐射番茄种子对其生理生化影响的研究①
郭桂云　张晓菊　邢　怡　张大维
STUDYON THE EFFECT OF TOMATO SEEDS PHYSIOLOGY
AND BIOCHEMISTRY WITH 60　Co-r RAY IRRADIATION
Guo Gui-yun 　M i Xiao-ju 　Xing Yi 　Zhang Da-wei
〔摘　要〕　用60Co-r射线辐射番茄种子 ,观察辐射种子发芽率 、根尖细胞有丝
分裂 、减数分裂及过氧化物酶同工酶的影响。实验结果表明:辐射剂量 10 ～
20krad范围内 ,种子发芽率最高 ,有丝分裂畸变率最高 ,畸变类型最丰富 ,对减数
分裂的抑制小 ,过氧化物酶同工酶活性最高。
关键词　60Co-r 射线;染色体畸变;减数分裂;过氧化物酶同工酶
一 、前　　言
植物突变育种是核技术在农业上应用研究的主要内容之一 ,从五十年代后期开始研究。
国内外在植物辐射育种方面取得了瞩目的成果 。辐射育种是利用辐射诱发植物遗传变异 ,
具有诱发突变 、促进遗传基因重新组合 ,提高突变频率 、扩大突变谱的特点 ,能够在较短的时
间内获得有利用价值的突变体 ,以便育成优良品种 ,为生产带来重大的经济效益 。
在进行辐射育种过程中 ,选择何种辐射方法 ,确定适宜的辐射剂量是取得农业增产的重
要手段之一 ,已有人对采用激光辐射番茄种子的最适剂量[ 1]和60Co-r 射线对番茄种子辐射
效应机理[ 2]进行研究。我们在前人工作的基础上采用不同剂量对多个品种的番茄种子进
行辐射 ,观察种子发芽率 、有丝分裂 、减数分裂以及同工酶变化 ,从而选择出最适剂量 ,提高
辐射诱变育种的效率 。
二 、材料与方法
2.1　实验材料:选用五个番茄品种 ,即强力米寿 、齐研 、桃太郎 、871 和 92 —11 ,均由生
物系番茄研究室提供 。
① 本文作者单位:哈尔滨师范大学生物系(Department of Biology , Harbin Normal University , Harbin 150080)。＊哈尔滨师范大学蔡火石生物科学发展基金资助项目。　1995年 10月收到本文。
图 1　60Co-r射线辐射番茄干种子对发芽率的影响
F ig.1 Effect of Germination rate of dry seed with 60　Co-r Ray
2.2　辐射源与辐射方
法:辐射源为60Co-r 射线 ,由
黑龙江省农业科学院原子
能所提供。利用十个剂量
的60Co-r射线对番茄种子进
行辐射 ,辐射时间为 1 小时
或 2小时 。
2.3　实验方法
不同剂量60Co-r 射线辐
射后的种子分别置于培养
皿中 ,浸种 24 小时(湿种子
为先浸种然后再辐射),在
25℃温箱中催芽 ,观察发芽
率。待种子出芽达 0.5 ～ 1.
0cm 时 ,立即取材固定[ 3]保
存。实验时 ,将材料置于 1N
HCl中 ,60℃恒温水浴解离 ,
图 2　60Co-r 射线辐射番茄湿种子对发芽率的影响
Fig.2　Effect of Germination rate of wet seed w ith 60　
Co-r Ray
用孚尔根染色 、压片 、冰冻制成永久装片 ,进
行显微摄影 ,观察有丝分裂和染色体畸变的
情况 。
将另一部分发芽的种子经过播种 、移
植 、定植 ,待现蕾后 ,取其各组合材料的小花
蕾固定 ,在-4 ～ 0℃冰箱中保存留用 。实验
时将材料取出水洗后解离 ,用希夫试剂染色
后进行压片 、镜检 、统计减数分裂的细胞数
目及各种畸变数目。
分析同工酶的实验材料采用 2 ～ 3cm 的
幼苗 ,按每克鲜材料加 2毫升 pH7.2蔗糖磷
酸缓冲液 ,冰浴研磨成匀浆 ,离心后取上清
液 ,用聚丙烯酰胺凝胶电脉[ 4]和染色[ 5] 。采
用岛津-CS-930双波长色谱自动扫描仪进行
扫描 ,扫描方式为线型。
三 、实验结果
3.1　60Co-r 射线辐射对番茄种子发芽
率的影响 。
对五个品种的番茄种子 ,采用不同剂
量60Co-r射线进行辐射 ,观察种子发芽率 ,其
结果见图 1和图 2。
202 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　16 卷
3.2　60Co-r射线辐射对番茄根尖细胞有丝分裂的影响
表 1　60Co-r射线对根尖细胞有丝分裂的影响
Table 1 The effect of root tip cells splits radiated tomato seeds with
60　Co-r Ray
剂
量
品
种
观察
细胞
个数
分裂细胞
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
10
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
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
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
2032 期　　　　　　　　　郭桂云等:60Co-r 射线辐射番茄种子对其生理生化影响的研究
续表
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
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
由表 1可知 ,剂量为 5krad r-射线辐射后细胞有丝分裂指数 32.03%,而剂量为 40krad
辐射时 ,其细胞分裂指数为 4.71%,说明番茄根尖细胞有丝分裂受辐射剂量的影响。随着
辐射剂量的增加和辐射时间的加长 ,辐射损伤加大 ,出现不均等的细胞分裂 ,根尖细胞染色
体发生畸变 ,在中期出现染色体断片 、染色体落后 、染色体粘连 ,在末期出现染色体桥(单桥
或多桥)、染色体断片 、染色体落后和微核等。
＊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
3.3　60Co-r射线辐射对番茄种子细胞减数分裂的影响
用60Co-r 射线辐射番茄种子 ,观察了两个番茄品种的减数分裂。辐射剂量大小对减数
分裂影响较大 ,对照组(ck)观察 1000个性细胞 ,减数分裂为 510个 ,10—1为 497个 ,20 —1
为 524个 ,而 40—1仅为 357个 ,减数分裂明显地受到抑制。在减数分裂过程中 ,中期有粘
连现象 ,在后 、末期出现染色体桥 、染色体断片及微核 ,减数分裂畸变率随辐射剂量的增加而
呈非线性的递增 ,在 40—1剂量时达到最大值 。辐射时间长短对减数分裂影响不大 ,如桃太
204 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　16 卷
图 3　番茄氧化物酶同工酶基本谱型
Fig.3 The basic patterns of peroxi-
dase isozyme in tomato plant
郎 15—1与 15—2减数分裂细胞数相差 7 ,20—1与 20—2
只相差 6 ,强力米寿的 20—1 与 20—2 也只相差 6(见表
2)。
3.4　60Co-r 射线辐射对番茄种子过氧化物酶同工酶
的影响
Rick[ 6]等在番茄苗期至花期的过氧化物酶凝胶电泳分
析中将标准酶谱分为 A 、B 、C 三区(见图 3)。辐射品种和
对照品种 ,其过氧化物酶同工酶 ,虽然不同品种之间及同
一品种不同生育期 、不同部位酶谱有明显差异 ,但把各期
所显示的酶谱相互叠加 ,可看到每个品种叠加后的总酶谱
是相同的 ,均与图 3一致 ,没有出现新的谱带 ,其差异只是
谱带出现的早晚 、酶活性强弱不同。随着辐射剂量增加酶
活性增强 ,谱带染色加深。剂量为 10 ～ 20krad范围时 ,酶
活性表现最佳 ,此后随辐射剂量增加 ,酶活性随之减弱(见
图 4)。
图 4　60Co-r 射线辐射番茄苗期过氧物酶同工酶扫描酶谱
1:871 根;2:桃太郎根;3:92—11 茎;4:桃太郎叶;a:对照(ck);b:15-1;c:40-1
Fig.4 Screening patterns of peroxidase isozyme in tomato seedling with 60　Co-r Ray
1:871 root 2:YaoTailang root 3:92-11 stem 4:Yao Tailang leaf a:CK b:15-1;C:40-1
2052 期　　　　　　　　　郭桂云等:60Co-r 射线辐射番茄种子对其生理生化影响的研究
相对峰面积反映了酶促反应产物的相对含量 ,由此得知酶活性的大小 。由扫描结果可看出
辐射剂量 15 —1Krad 左右时 ,番茄植株内过氧化物酶同工酶活性最大 ,是比较适宜的剂量。
表 2　60Co-r射线辐射对番茄减数分裂和前 、中 、后 、末期染色体变异的影响
Table 2 　The effect of tomato meiosis and chromosomal variation with 60　Co-r Ray irradition
品
种
剂　　量
(Krad-h)
观察性细
胞总数(个)
减数分裂
细胞数
分裂细胞
百分比(%)
畸 变 类 型
桥 断片微核粘连
细胞
畸变单
桃
太
郎
CK
5—1
10—1
10—2
15—1
15—2
20—1
20—2
25—1
30—1
40—1
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
510
482
497
509
507
501
524
517
496
421
357
51.1
48.2
49.7
50.9
50.7
50.1
52.4
51.7
49.6
42.1
35.7
4
18
28
41
61
58
46
59
44
60
47
0
8
12
21
34
31
26
22
57
69
42
1
4
7
15
29
31
21
17
11
29
30
0
8
11
7
30
22
25
23
89
98
67
0.9
7.4
11.6
16.5
30.4
28.5
20.7
23.5
40.7
48.2
52.1
桃
太
郎
CK
5—1
10—1
10—2
15—1
15—2
20—1
20—2
25—1
30—1
40—1
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
523
491
497
494
524
522
532
530
498
432
381
52.3
49.1
49.7
49.4
52.4
52.2
53.2
53.0
49.8
43.2
38.1
3
18
31
43
48
51
47
50
69
73
53
0
10
18
23
28
30
25
29
40
47
36
1
9
7
9
22
20
22
18
32
34
26
0
3
6
10
11
17
12
15
70
78
82
0.8
7.2
13.1
17.2
21.3
22.6
19.9
21.1
41.2
43.7
51.8
四 、讨　　论
1.从表 1中可以看出 , 60Co-r射线可以诱导产生多种染色体畸变类型 ,并可以同时存在
于一个分裂的细胞中 。随着辐射剂量的增加 ,染色体畸变率显著增高 ,在 10个剂量中以 10
～ 20K rad范围内畸变类型较典型 ,细胞分裂指数也较高 ,当剂量在 40Krad以上时 ,染色体
断片 、粘连 、微核等畸变类型大量增加 ,对细胞分裂产生抑制作用 ,部分细胞停止分裂致死 ,
从而影响种子发芽以及幼苗生根的速度 。
2.60Co-r 射线辐射 ,能引起番茄花粉母细胞在减数分裂过程中出现染色体畸变 、染色体
桥 、粘连 、微核断片等异常现象 ,经统计分析 ,染色体畸变率与辐射剂量呈非线性正相关。辐
身剂量较小时 ,对减数分裂影响不显著 ,因为辐身后的种子在其生长过程中 ,由于自身的修
复作用可减少一些辐射的损伤 ,但是辐射剂量很大时 ,减数分裂会显著的被抑制 。
3.过氧化物酶同工酶是受单基因控制的 , 单基因所决定的酶受辐射影响易发生变
206 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　16 卷
化[ 9] ,说明单基因受辐射影响后易发生变异 ,即受单基所控制的性状较不稳定 ,从我们所做
的过氧化物酶同工酶的扫描图谱(图 4)就可以看出来 。辐射剂量不同 ,谱带的变化也不同 ,
酶活性也不同 ,辐射剂量为 15Krad时 ,酶活性也最大 ,高于 CK 组 ,但随辐射剂量的增加 ,酶
活力相应地降低 。
ABSTRACT
The ef fect on the germination rate , the division of root tip′s cells , the meiosis and peroxidase
isoenzyme of tomato seeds i rradiated with 60　Co-Ray and cultivated w ere observed.The results
revealed that the seeds germination rate is highest , the abnormal rate is highest , the type of ab-
normal chromosome is most abundant , the meiosis is low est , the activity of perox idase isoen-
zyme is highest , when irradiation dose is in range 10-20 Krad.
Key words　 60　Co-r Ray ;Abnormal chromosome;Meiosis ;Perox idase isoenzyme
参　考　文　献
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2072 期　　　　　　　　　郭桂云等:60Co-r 射线辐射番茄种子对其生理生化影响的研究