全 文 ：第 17 卷 第 6 期
Vol. 17 No. 6
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 11 月
Nov. 2009
60
Co射线辐照野牛草干种子的细胞学效应
李 健1, 王 健2 , 赵智同3 , 张蕴薇1*
( 1.中国农业大学草地研究所, 北京 100193; 2.甘肃农业大学草业学院, 兰州 730070; 3.内蒙古民族大学农学院, 通辽 028043)
摘要 : 通过 5 种不同剂量的60Co射线对野牛草 ( Buchloe dacty loides ( Nutt) Engelm. )种子的辐射诱变效应研究
表明,射线辐照能抑制野牛草根尖细胞的有丝分裂。随 射线辐射剂量的增加,根尖细胞有丝分裂指数呈下降趋
势。射线辐照能诱发根尖细胞的染色体畸变和核畸变, 产生桥、染色体断片、粘连染色体、游离染色体、落后染色
体、单微核、双微核、多微核、小核等多种畸变类型。在 0~ 2000 Gy 范围内, 随剂量的增加各种畸变率不断提高, 至
2000 Gy 辐照剂量时, 各畸变率达到最大。
关键词:野牛草;射线;细胞有丝分裂指数; 核畸变;染色体畸变
中图分类号: S335. 21; S812 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 05079504
Cytological Effect of 60CoRay Irradiation on Buchloe dacty loides Dry Seeds
LI Jian1 , WANG Jian2 , ZHAO Zhitong3 , ZHANG Yunwei1*
( 1. Inst itute of Grassland Science, China Agricultural University, Beijing 100193, Ch ina 2. Pratacultural Colleg e, Gan su
Agricultural University, L anzhou, Gansu Province 730070, China; 3. Col lege of Ag ron om y, Inn er Mongolia
U niver sity for Nat ionalit y, T ongliao, Inner Mongolia Autonomous Region 028043, C hina)
Abstract: T he ir radiation of 60 Co ray can induce dif ferent types of variat ion and irradiat ion breeding has
been applied to turfgrass variety impr ovement as one effect ive method. The cy to logical ef fects of 5 kinds of
dosages of 60Cor ay on Buchloe dacty loides ( Nut t ) Engelm. seeds w ere evaluated and the results show
that the ray irradiation inhibited the mitoses o f root tip cel ls. And the mitot ic index o f root tip cells de
creased along w ith the incr eased do sage. Furthermore, the ray irradiat ion induced the chr omosomal and
nuclear aberration, such as bridge, chromosome fragment, chromosome conglut ination, chr omosome dis
sociat ion, dragg ling chromosome, single m icronucleus, double micronucleus, mult imicronucleus, and
small micronucleus in roo t t ip cells of B . dacty loides. T he higher the ray s irradiat ion dosage, the higher
the r ate of aberration from the ir radiation do sage of 0 to 2000 Gy; all the aber rat ion rates reached to the
maximum at 2000 Gy.
Key words: Buchloe d acty loides ( N ut t ) Engelm. ; 60Coray; Mitot ic index; Nuclear aberrat ion; Chromo
somal aberrat ion
野牛草 ( Buchloe dacty loides ( Nutt ) En
gelm. ) , 是禾本科画眉草亚科野牛草属植物。该草
原产于北美中部半干旱温带和亚热带地区, 是北美
干草原的特有草种[ 1]。自 20 世纪 40 年代引入我
国,多年的评价结果表明, 野牛草具有抗旱性强、耐
热、耐盐碱、抗病和再生能力强、适应性广等明显优
点,但其种子不易萌发、绿期短、不耐荫等均有待于
改良。
辐射诱变能够产生不同的变异类型, 包括抗盐
细胞变异体、抗干旱、高低温细胞变异体抗病细胞变
异体等[ 2] 。因此, 辐射诱变育种是一种有效的品种
改良方法[ 3~ 5] , 已经在粮经作物育种方面取得了良
好成效。至 2002 年在国际原子能机构联合处
( IAEA)登记的诱变品种达 2252 个, 其中我国利用
辐射诱变育成的新品种有 605个( 40多种植物) ,占
世界总和的 26. 7%。但在草坪草辐射育种方面报
收稿日期: 20090514;修回日期: 20090708
基金项目:十一五科技支撑项目: ( 2006BAD01A193) , ( 2008BADB3B04) , ( 2008BAD97B07) ; 863项目( 2007AA100105)
作者简介:李健( 1985 ) ,男,湖南永兴县人,硕士研究生,研究方向为牧草与草坪草育种, Email: lijian4531@ 163. com; * 通讯作者 Auth or
for correspondence, Email : zyw ei@ 126. com
草 地 学 报 第 17卷
道不多。郭爱桂等曾用射线对狗牙根进行辐射处
理,结果表明高剂量处理对狗牙根数量性状能产生
较稳定的理想的变异 [ 6]。张彦芹用 射线照射高羊
茅干种子和分化苗获得叶片变小、变细且具有耐旱
(寒)特性的高羊茅突变体, RAPD分析显示了这些
突变体在 DNA 水平上发生的变异[ 7]。范贞使用
射线处理假俭草后,出现越冬性较强的黄茎株系和
不易感染病害的紫茎株系 [ 8]。
本试验利用不同剂量 射线处理野牛草干种
子,研究野牛草根尖细胞有丝分裂指数、根尖细胞核
畸变率、根尖细胞染色体畸变率等指标的变化规律,
旨在为野牛草的辐射诱变育种提供理论参考。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
以来自美国的普通野牛草品种为试验材料。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 辐照方法 2008年 7月利用中国农业辐照
中心60 Co射线源, 对野牛草干种子进行辐照处理,
每处理 30 g 种子, 剂量分别为 0、1200、1400、1600、
1800和 2000 Gy。
1. 2. 2 试验方法 2008年 11 12 月间,将辐照处
理和未经处理(对照)的野牛草干种子分别放入培养
皿,在光照培养箱中 25 恒温避光培养,待根长至 1
~ 2 cm 时剪下,取根时间为 8: 00- 9: 00, 用卡诺固
定液(无水乙醇 冰醋酸= 3 1)固定 22 h, 在 75%
乙醇中保存备用。用前经蒸馏水漂洗, 1 mo l/ L 盐
酸 60 水浴处理 10 m in,蒸馏水冲洗后,以铁矾苏
木精法染色,进行染色体制片(每处理 10 个制片) ,
Olympus光学显微镜下镜检(每张染色体制片统计
大约 300个细胞)、拍照。
1. 2. 3 观测内容 统计观察细胞总数、分裂细胞
数、核畸变细胞数(单微核、双微核、多微核和小核)
和各种染色体畸变(单桥、双桥、多桥、落后染色体、
游离染色体、粘连染色体、染色体断片、复合染色体
畸变等)。计算细胞有丝分裂指数、染色体畸变率、
核畸变率。其中:
细胞分裂指数( % ) = (分裂细胞数/观察细胞总
数) 100
染色体畸变率( 0. 1% ) = (染色体总畸变数/观
察细胞总数) 100
核畸变率( 0. 1%) = (核总畸变数/观察细胞总
数) 100
1. 3 数据处理
试验数据结果采用Excel和 SAS 8. 0统计软件
分析。
2 结果与分析
2. 1 射线对野牛草根尖细胞有丝分裂指数的影响
射线辐照处理后, 野牛草根尖细胞有丝分裂
指数减小(表 1)。在 0~ 2000 Gy 范围内,随着辐照
剂量的升高,野牛草细胞分裂指数减小,各个辐照处
理与对照均差异显著。在 2000 Gy 剂量下细胞有丝
分裂指数是 7. 45% ,比未处理的降低60. 5%。表明
此范围内射线辐照剂量越大对细胞有丝分裂的抑
制作用越强。
表 1 辐照对野牛草根尖细胞有丝分裂指数的影响
Table 1 Mito tic index of B. dacty loides tr eated by r ays ir radiation
剂量 Dose ( Gy) 0 1200 1400 1600 1800 2000
细胞总数 T otal cel l n umber 3067 2980 3080 3010 3340 3301
有丝分裂细胞数 T otal mitot ic cel l n umber 579 457 426 384 306 246
细胞有丝分裂指数 Mitotic in dex ( % ) 18. 87a 15. 33b 13. 83c 12. 75 c 9. 16d 7. 45e
注:同行中不同字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Mean s with dif feren t let ters in the same row are signif icantly dif f erent at the 0. 05 level
2. 2 射线对野牛草细胞核畸变的影响
射线辐照处理后, 野牛草的根尖细胞在有丝
分裂时期均出现了单微核、双微核、多微核和小核等
细胞畸变类型(图 1) , 其中单微核的畸变数量最多。
在1200~ 2000 Gy剂量范围内,随着剂量的增加, 微
核和小核数目逐渐增多, 5 个辐照处理下的核总畸
变率间差异显著(表2)。2000 Gy 剂量时达到最大,
野牛草根尖细胞的核总畸变率为 49. 99 , 比 1200
Gy 增加了 136%。
2. 3 射线对野牛草根尖细胞染色体畸变的影响
辐照处理后,野牛草的根尖细胞染色体出现各
796
第 6期 李健等: 60Co射线辐照野牛草干种子的细胞学效应
表 2 辐照对野牛草根尖细胞核畸变率的影响
Table 2 Nucleolar aberr ation rat e o f B. dacty loides ro ot tip cells ir radiated by r ays
剂量 Dose ( Gy) 0 1200 1400 1600 1800 2000
细胞总数 T otal cel l n umber 3067 2980 3080 3010 3340 3301
单微核率 Sin gle micron ucleus rate ( 0. 1% ) 0 14. 76 18. 5 23. 59 27. 54 33. 02
双微核率 Double micronucleus rate ( 0. 1% ) 0 4. 03 6. 17 7. 64 9. 28 10. 91
多微核率 Mu lt imicronucleus rate ( 0. 1% ) 0 1. 68 2. 59 5. 32 5. 69 6. 06
小核率 Small nuclear rate ( 0. 1% ) 0 0. 67 1. 3 1. 99 2. 39 3. 03
核总畸变率 T otal aberration rate ( 0. 1% ) 0 21. 14e 28. 56d 38. 54 c 44. 9b 49. 99a
注:同行中不同字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Mean s with dif feren t let ters in the same row are signif icantly dif f erent at the 0. 05 level
种染色体变异, 其中以染色体桥、染色体断片、游离
染色体为主要畸变类型(图 1)。随着剂量的加大,
野牛草根尖细胞染色体畸变率呈逐渐增加趋势(表
3) ,五个辐照处理下的染色体总畸变率之间差异显
著。染色体桥、落后染色体和染色体断片的畸变率
均在 2000Gy 时达到最高, 只有粘连和游离染色体
在 1600Gy 时最高。且各染色体畸变类型畸变率最
低时的辐射剂量不同, 染色体落后率、粘连率、断片
率和游离率在 1200Gy 时最低, 染色体单桥和双桥
率在 1400Gy 时最低, 染色体多桥 率最低为
1600Gy。在 1200~ 2000Gy 范围内,野牛草染色体
总畸变率为 27. 52 ~ 45. 13。随着剂量的增大,
复合染色体畸变率变大。
图 1 射线辐照诱发的野牛草细胞染色体畸变
Fig . 1 Pictur es o f different chr omosome aber rations types of B . dacty loid es irr adiated by ray s
1.单微核 S ingle micronucleus; 2.双微核 Doub le micron ucleus; 3.多微核 Mult imicronu cleus; 4.小核 Small nucleus ; 5.正常有丝分裂后期
Normal an aphase; 6.单桥 S ingle bridg e; 7.双桥 Double b ridge; 8.多桥 Mult ibridge; 9.粘连染色体 Chromosom e conglut inat ion;
10.游离染色体 Dissociat ive ch romosomes; 11.正常染色体 Normal chr om osomes ; 12.染色体断片 Chrom osome f ragments;
13.落后染色体 Draggin g chromosome; 14.单桥和染色体断片 Single bridge and chromosom e fragments;
15.多桥和染色体断片 Mult ibridge and chromosome f ragmen ts
3 讨论
3. 1 射线辐照能够影响植物细胞的生活周期。
经 射线辐照后, 植物细胞正常条件下的有丝分裂
频率发生改变。随着辐射剂量的增加, 细胞有丝分
裂期落后或者分裂期延长,即高能辐射下,植物细胞
有丝分裂表现出抑制效应 [ 9]。不同剂量处理后, 野
牛草根尖细胞有丝分裂指数的变化也反映了射线
辐照的抑制效应。陆璃 [ 10] 对不同品种的小麦根尖
细胞有丝分裂指数分析表明,射线辐照具有双重
效应:低剂量辐射表现出促进效应,高剂量表现出抑
制效应。这与试验结论中的抑制效应不完全一致,
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草 地 学 报 第 17卷
表 3 辐照对野牛草根尖细胞染色体畸变率及复合畸变率的影响
Table 3 Chromosome aber rant rat e and multiaberr ation r ate of B. dacty loides ro ot t ip cells ir radiated by rays
剂量 Dose ( Gy) 0 1200 1400 1600 1800 2000
细胞总数 T otal num ber of cells 3067 2980 3080 3010 3340 3301
染色体单桥率 Ch rom osome sin gle bridge rate ( 0. 1% ) 0 3. 69 2. 60 2. 99 3. 59 6. 36
染色体双桥率 Ch rom osome double bridge rate ( 0. 1% ) 0 2. 35 1. 95 1. 66 3. 29 4. 54
染色体多桥率 Ch rom osome mul tibridge rate ( 0. 1% ) 0 2. 35 2. 60 1. 99 2. 99 4. 85
染色体落后率 Ch rom osome dragging rate ( 0. 1% ) 0 4. 03 3. 57 5. 98 6. 59 5. 45
染色体断片率 Ch rom osome f ragm ent rate ( 0. 1% ) 0 5. 03 7. 79 7. 79 7. 48 8. 78
染色体粘连率 Ch rom osome conglut inat ion rate (0. 1% ) 0 4. 70 6. 49 7. 97 6. 59 6. 97
染色体游离率 Ch rom osomes dis sociat ion rate ( 0. 1% ) 0 5. 03 7. 79 8. 64 6. 89 6. 36
其它畸变率 Other aberrat ions rate ( 0. 1% ) 0 0. 34 0. 65 0. 66 1. 20 1. 82
染色体总畸变率 T otal ab errant rate ( 0. 1% ) 0 27. 52e 33. 44d 37. 86c 38. 62b 45. 13a
复合畸变率 Mu lt iaberrat ion rate ( 0. 1% ) 0 1. 68 1. 95 2. 66 3. 29 4. 54
注:同行中不同字母间差异显著( P< 0. 05)
Note: Mean s with dif feren t let ters in the same row are signif icantly dif f erent at the 0. 05 level
有待于在低剂量对野牛草根尖细胞诱变效应上进一
步研究。王文恩 [ 11]使用 射线辐照狗牙根干种子,
发现幼苗鲜重、幼苗高度和主根生长的临界辐射剂
量分别为 200、250和 300 Gy。王文恩[ 12] 还曾用 25
~ 300Gy 射线辐照野牛草干种子, 发现剂量高于
200Gy 的辐射处理明显的抑制幼苗的生长; 当辐照
剂量高于 250Gy 时, 部分植株出现株高负增长, 叶
片扭曲,叶色明显变浅等生物学变异现象。而本试
验使用的剂量为 1200~ 2000Gy, 两者辐射差异大,
原因可能在于王文恩进行了剥去颖苞的前处理, 而
本试验用的完整的种子, 颖苞可能影响野牛草干种
子的辐射敏感性。
3. 2 射线辐照野牛草干种子, 将影响到细胞内部
核和染色体结构,在细胞分裂时期出现核畸变和染
色体畸变,而且核畸变率和染色体畸变率都随着剂
量的升高而增加, 这与前人的研究结果一致 [ 13~ 15]。
郭桂云等[ 16] 的试验结果支持微核是衡量辐射对染
色体损伤的可靠指标这一观点。由本试验可知,
射线辐照诱导会使野牛草的种子根尖细胞产生微
核,而且微核率随剂量的升高而增加,这与前人研究
结果一致。
4 结论
4. 1 1200~ 2000 Gy 的60 Co 射线处理野牛草干
种子,抑制根尖细胞有丝分裂,并诱发产生单微核、
双微核、多微核、小核、染色体断片、染色体粘连、单
桥、双桥、多桥、游离染色体、落后染色体等多种畸变。
4. 2 在1200~ 2000 Gy 范围内,随剂量的增加各种
畸变率不断提高,各辐照处理畸变率显著高于对照。
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(责任编辑 刘敏轩 才 杰)
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