全 文 ：第 15 卷 第 5 期
Vol. 15 No. 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2007 年 9 月
Sep. 2007
文章编号: 1007-0435( 2007) 05-0469-04
空间飞行和60Co-射线辐照对苦荬菜种子的
细胞学效应研究
刘 丽1 , 唐凤兰2 , 张月学2* , 韩微波2 , 刘杰淋2 , 蒿若超2 , 徐香玲1, 李集临1
( 1.哈尔滨师范大学生命与环境科学学院生物系, 黑龙江 哈尔滨 150080;
2.黑龙江省农业科学院草业研究所, 黑龙江 哈尔滨 150086)
摘要: 利用返回式卫星搭载苦荬菜( L actuca ind ica)干种子,研究比较其与用不同剂量射线辐照对苦荬菜根尖细
胞的遗传学效应。实验结果表明:与地面对照组相比, 种子空间飞行可促进根尖细胞有丝分裂; 而 射线则抑制根
尖细胞有丝分裂,并随着辐照剂量的增加有丝分裂指数逐步下降。二者均可诱发根尖细胞产生微核、染色体断裂、
染色体粘连、落后染色体、游离染色体、桥等畸变。但空间飞行诱发畸变的频率明显低于 射线辐照。在射线辐
照剂量 0~ 30 Gy范围内, 随着剂量的增加, 单微核、多微核和染色体总畸变频率逐步升高。
关键词: 空间飞行; 60Co-射线; 有丝分裂指数; 核畸变; 染色体畸变; 苦荬菜
中图分类号: S812; Q942 文献标识码: A
Cytological Effects of Aerospace Flight and 60Co--Rays Irradiation
on the Seeds of Lactuca indica L.
LIU Li
1
, T ANG Feng- lan
2
, ZHANG Yue-xue
2*
, HAN We-i bo
2
, L IU Jie- lin
2
,
HA O Ruo-chao2 , XU Xiang- ling1 , L I J-i lin1
( 1. Biology Departm ent , Life and Environm ent Science College, H arbin Normal U nivers ity, H arbin, Heilongjiang Provin ce 150080, C hina;
2. Ins titute of Pratacultural Sciences, H eilongjiang Acad emy of Agricul tu ral S cien ces , H arbin, H eilong jiang Province 150086, China)
Abstract: The experiment w as carr ied out to compare the cytolo gical ef fects induced by aerospace and
60
Co-
-rays irradiat ion on the root t ip cel ls of L actuca ind ica L. seeds tr eated by recoverable satellite and ir rad-i
at ion at dif fer ent do se 60 Co--rays in the range f rom 0 to 30Gy , respectively. T he results show that aero-
space flight st imulated the cell mitosis, but 60 Co--rays irradiat ion inhibited cell mitosis. With the in-
creased dosage of 60 Co--rays irr adiat ion, mitosis rate decreased. Both aero space and 60 Co--rays irradia-
t ion induced various aber rat ions in roo t t ip cells, such as micronucleus, chromosome fragment , chromo-
some conglut inat ion, lag ging chromosome, dissociat ive chromosome and bridge. How ever, the aberr at ion
rate caused by aerospace environment w as low er than that caused by
60
Co--r ay s irradiat ion. T he higher
dosage of 60 Co--ray applied, the higher rates of single micronucleus、muti-l micronucleus, and total chro-
mosome aberr at ion occurred.
Key words: Space flight ; 60Co--rays; M ito tic index ; Nuclear aberrat ion; Chromosomal aberr at ion; L actu-
ca indica L.
太空环境是一种地球上无法比拟的特殊资源。
大量的实践证明,空间飞行既能明显改善植物某些
性状,又可以获得地面育种难以得到且对重要经济
性状产生破坏性影响的罕见突变,因此已被广泛地
应用于植物育种中[ 1~ 3]。近年来,许多研究者将这
一新的诱变方法应用于牧草研究, 获得了一些重要
的研究进展[ 4~ 6] 。而 射线作为一种传统的诱变手
段,多年来为作物的育种及改良带来了重大收益。
各种研究已显示, 辐射剂量与突变频率间存在着一
定的相关性,在一定范围内,随着辐射剂量的提高,
收稿日期: 2007-05-14; 修回日期: 2007-05-30
作者简介: 刘丽( 1982-) ,女,黑龙江泰来人,硕士研究生,研究方向为牧草辐射诱变和生物技术育种; * 通讯作者 Auth or for cor resp on-
dence, E-mail: zyxnk y@ 163. com
草 地 学 报 第 15卷
一般突变频率随之增加。目前, 对各种牧草的诱变
育种工作已相继展开, 牧草品种对射线的辐射敏感
性、育种的适宜剂量及其辐射诱变规律,已成为各国
学者普遍关注和研究课题[ 7, 8]。然而, 由于研究时
间不长,机会有限,迄今对空间环境的诱变作用尚缺
少深入研究,有关空间飞行与 射线辐照效果比较
的报道也较少。
苦荬菜( L actuca ind ica L. )属菊科莴苣属。别
名山莴苣、苦麻菜等,原在南方大面积种植的饲料苦
荬菜已逐步北移到东北, 黑龙江省已有部分种植。
苦荬菜鲜嫩多汁微带苦味,茎叶营养价值高, 适口性
好,是各种畜禽的良好青饲料[ 9, 10] 。本实验利用的
苦荬菜种子经第 18颗返回式卫星搭载,进行空间飞
行处理,研究其细胞学效应,并与地面对照组及射
线处理组相比较,从细胞学方面探讨其差异。
1 材料与方法
1. 1 供试材料
试验材料选用黑龙江省农科院草业研究所选育
的龙饲 0374苦荬菜干种子。
1. 2 诱变处理
在第 18颗返回式卫星上搭载苦荬菜干种子 5
g, 2003年 11月 3日卫星在酒泉发射基地升空, 卫
星在近地点200 km, 远地点350 km 的轨道上运行,
轨道倾角 63, 轨道周期平均为 90 m in, 运行 18 天
返地(用 SP 表示)。另留取部分种子作地面对照
(用 CK表示)。同时,用同一批相同重量的苦荬菜
干种子, 2003年 12月 11日在黑龙江省农科院玉米
研究所 60 Co-钴源进行照射, 射线的剂量分别为
10Gy、20Gy、30Gy。
1. 3 细胞学观察
2006年 12 月 2007 年 1 月间, 将对照与不同
处理的苦荬菜干种子 50 粒水洗后分别放入培养皿
中,置于 25 温箱中培养至萌发露白,低温 4 处理
24 h,然后恢复 25 继续培养, 根尖长至 1~ 1. 5 cm
左右剪下, 用卡诺氏固定液(无水乙醇 冰醋酸=
31)固定 22 h,醋酸洋红染色 24 h以上, 40倍显微
镜下镜检计数, Leica 4000 MB高倍显微镜下拍照。
每个处理随机取 25~ 30个根尖进行染色体制
片,在 40倍镜下, 每张染色体制片随机观察约 200
个细胞, 进行细胞学统计。最后根据统计结果分别
计算出细胞有丝分裂指数(分裂细胞数占总观察细
胞数的百分数)、染色体畸变率(染色体畸变细胞数
占总观察细胞数的百分数)和微核率(微核畸变细胞
数占总观察细胞数的百分数)。
2 结果与分析
2. 1 空间飞行及不同剂量 射线对苦荬菜根尖细
胞有丝分裂指数的影响
如表 1所示, 苦荬菜种子经卫星搭载后,其根尖
细胞有丝分裂指数高于地面对照组,达到 15. 29%。
种子经过 10Gy、20Gy、30Gy 的 射线辐照处理后,
其有丝分裂指数均低于地面对照组, 分别为 11.
81%、10. 62%、8. 88% ,并且随着辐射剂量的增大,
有丝分裂指数呈下降趋势。这说明空间飞行可促进
根尖细胞的有丝分裂,而 射线辐照抑制了根尖细
胞的有丝分裂,并且抑制效果随着辐射剂量的增大
而愈加显著。
表 1 空间环境和 射线辐照苦荬菜根尖细胞有丝分裂指数
Table 1 Mitotic index in r oo t tip cells o f the seeds o f L. indica ir radiated by aerospace flight and 60Co-- rays
处理
T reatment
细胞总数
T otal cell num ber
有丝分裂细胞数
T otal mitotic cell number
细胞有丝分裂指数
Mitot ic index( % )
对照 CK 5067 680 13. 42
空间飞行 SP 3499 535 15. 29
射线辐照 -ray irradiation ( Gy) 10 6018 673 11. 18
20 5828 619 10. 62
30 6249 555 8. 88
2. 2 空间飞行及不同剂量 射线对苦荬菜根尖细
胞核畸变的影响
经空间飞行和 射线辐照的苦荬菜种子根尖细
胞都出现了微核的畸变, 并以单微核为主。由表 2
可见,从卫星上回收的种子,其核总畸变率为 2. 29 ,
与 射线辐照相比, 其核总畸变率明显低于三种
射线辐照的。这说明空间飞行所产生的 SP1 代生理
损伤,与 射线辐照相比要轻。另外, 种子经 10Gy、
20Gy、30Gy 射线辐照处理后, 其核总畸变率分别
为 9. 14、19. 73、28. 16 , 随剂量的提高而逐渐
上升。
470
第 5期 刘丽等:空间飞行和60Co-射线辐照对苦荬菜种子的细胞学效应研究
表 2 空间环境和 射线辐照苦荬菜根尖细胞核畸变率
Table 2 Nucleolar aberr at ion rat e in roo t tip cells o f the seeds o f L . indica ir radiated by aero space flight and 60Co-- rays
处理
Treatment
细胞总数
Total cell number
单微核率( 0. 1% )
Single micronucleus rate
多微核率( 0. 1% )
Mut i-l micronu cleus rate
核总畸变率( 0. 1% )
T otal aberrat ion rate
对照 CK 5067 0. 00 0. 00 0. 00
空间飞行 SP 3499 2. 29 0. 00 2. 29
射线辐照 10 6018 8. 64 0. 50 9. 14
-ray irradiat ion (Gy) 20 5828 18. 19 1. 54 19. 73
30 6249 24. 80 3. 36 28. 16
图版Ⅰ 空间飞行和60Co-射线辐照诱发的苦荬菜细胞染色体畸变
Plate I Pict ur es o f different types of chromosome aber ration of L . indica irr adiated by aer ospace flight and 60Co-- ray s
1.正常的有丝分裂中期 Normal m etap hase; 2.粘连染色体 Ch romosome conglut inat ion; 3.染色体断片 Ch rom osome f ragments ; 4.正常的
有丝分裂中期 Normal m etaphase; 5.游离染色体 Diss ociat ive chromosomes; 6.正常的有丝分裂后期 Normal an aphase; 7.桥 Bridge; 8. 落后染
色体 Lagging b ridge; 9.三级 Ternary p ole; 10. 单微核 Sin gle micron ucleus; 11.双微核 Double micronu cleus; 12.多微核 M ut i-l m icronucleu s
表 3 空间环境和 射线辐照苦荬菜根尖细胞染色体畸变率
T able 3 Chromosomal aber ration rate in ro ot t ip cells of the seeds of L . ind ica. ir radiated
by aero space flight and 60Co-- ray s
处理
Treatment
细胞总数
Total
cell no.
染色体桥
总畸变率
T otal chromosome
b ridge rate( 0. 1% )
染色体落后率
Lagging b ridge
rate( 0. 1% )
染色体断片率
Ch romosome
f ragment
rate( 0. 1% )
染色体游离率
Dissociat ive
chr om osome
rate( 0. 1% )
其它畸变率
Other
aberrat ion
rate( 0. 1% )
染色体
总畸变率
T otal ab errant
rate( 0. 1% )
对照 CK 5067 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00
空间飞行 SP 3499 0. 00 1. 43 0. 86 1. 72 0. 29 4. 29
射线辐照 10 6018 0. 33 1. 50 0. 50 2. 82 0. 67 5. 82
-ray irradiation ( Gy) 20 5828 0. 17 3. 78 0. 34 2. 92 0. 34 7. 55
30 6249 0. 32 3. 52 0. 80 2. 72 0. 80 8. 16
2. 3 空间飞行及不同剂量 射线对苦荬菜根尖细
胞染色体畸变的影响
由表 3可见, 经卫星搭载的苦荬菜种子,在根尖
细胞内可诱发各类染色体变异, 其中,落后染色体率
和游离染色体率与其他畸变率相比相对较高,而桥
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草 地 学 报 第 15卷
的诱发频率很低。射线辐照的种子根尖细胞染色
体总畸变率分别为 5. 82、7. 55、8. 16 ,染色体总
畸变率随着辐射剂量的加强而增大,但它们都明显高
于空间飞行的4. 29。这进一步说明空间飞行所产
生的 SP1 代生理损伤,与射线辐照相比要轻。
3 讨 论
本试验对经卫星搭载和射线辐照的苦荬菜干
种子在其根尖细胞学方面进行了对比研究。从研究
的结果看,太空环境对苦荬菜种子的细胞学效应与
射线辐照有相同之处, 即二者均能诱发染色体的
畸变,随着 射线辐射剂量的增大各种畸变率有不
断提高的趋势, 这与前人的研究是一致的[ 11~ 13]。
试验结果显示, 空间飞行和 射线辐照均可诱
发 M1 根尖细胞产生核畸变和染色体变异, 变异类
型丰富。在处于有丝分裂中期的细胞中, 染色体的
变异已经发生, 主要是以落后染色体、游离染色体和
染色体断片为主,而在有丝分裂末期,多为染色体桥
和微核。落后染色体、游离染色体和染色体断片能
引起基因片段的丢失和基因的重组,同时也是后期
微核产生的主要来源[ 16] 。郭桂云等 [ 17, 18]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。本试验中, 60 Co-射线辐照会使苦荬菜
种子根尖细胞产生微核, 其微核率与随剂量升高而
增加,但空间飞行诱发畸变的频率又低于三个剂量
的 射线辐照,这表明, 在一定的剂量范围内, 空间
飞行产生的生理损伤要比 射线辐照轻, 许多研究
显示了相似的结果[ 14, 15, 19] 。
本试验中空间飞行明显地促进了根尖细胞的有
丝分裂活动,这是射线诱变所未曾观察到的现象,
但是否是空间飞行的普遍现象, 尚待进一步研究。
空间飞行是空间辐射、微重力、高真空等因素综合作
用的结果,是一个很复杂的过程,在诱因上与地面单
一的理化诱变因素完全不同, 其在诱变机制上也可
能与60 Co-射线辐照不完全相同, 这可能就是其诱
变效果与 射线不同的原因之一。
4 结 论
4. 1 与地面对照相比,空间飞行促进了种子根尖细
胞有丝分裂;而 射线则抑制了种子根尖细胞有丝
分裂,在 射线辐照剂量 0~ 30Gy 范围内, 随着辐
照剂量的增加,有丝分裂指数逐步下降。
4. 2 空间飞行和 射线辐照均可诱发根尖细胞产
生微核、染色体断裂、染色体粘连、落后染色体、游离
染色体、桥等畸变。但空间飞行诱发畸变的频率明
显低于 射线辐照。在 射线辐照剂量 0~ 30Gy
范围内,随着剂量的增加, 单微核、多微核和染色体
总畸变频率逐步升高。
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(责任编辑 梁艳萍 才 杰)
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