全 文 ：Vol131 , No14
pp1 519 - 522 　Apr1 , 2005作 　物 　学 　报ACTA AGRONOMICA SINICA第 31 卷 第 4 期2005 年 4 月 　519～522 页
离子束对甘薯胚性悬浮细胞团的辐射诱变效应
王玉萍　刘庆昌 3 　翟　红 Ξ
(中国农业大学农业部作物基因组学与遗传改良重点开放实验室 ,北京 100094)
摘 　要 : 以甘薯品种栗子香为材料 ,用 0～100 Gy 12 C5 + 和 0～200 Gy 4 He2 + 离子束分别照射其胚性悬浮细胞团 ,结果表
明 ,栗子香胚性细胞团适宜的12 C5 + 和4 He2 + 辐射剂量分别为 30～50 Gy 和 50～70 Gy。对辐照后的材料进行培养 ,通过体
细胞胚胎发生途径获得大量再生植株。将获得的再生植株移栽到大田 ,对其地上部和地下部特征进行分析 ,发现离子束
辐照后代在叶形、薯皮色及单株结薯性等性状上发生了变异。获得了一批叶形、薯皮色等的突变体。
关键词 : 甘薯 ;离子束照射 ;胚性细胞团 ;诱变效应
中图分类号 : S531
Mutagenic Effects of Ion Beams on Embryogenic Cell2aggregates of Sweetpotato
WANG Yu2Ping , LIU Qing2Chang 3 , ZHAI Hong
( Key Laboratory of Crop Genomics and Genetic Improvement , Ministry of AgricultureΠChina Agricultural University , Beijing 100094 , China)
Abstract :Sweetpotato , Ipomoea batatas (L1) Lam1 , is a vegetatively propagated crop1 Mutation breeding is one of major
approaches in improving varieties of sweetpotato1 Recently ion beam irradiation has been attached importance in crop
improvement1 In the present study , embryogenic cell2aggregates of sweetpotato cv1 Lizixiang were irradiated with 12 C5 + of
0 - 100 Gy and 4 He2 + of 0 - 200 Gy , respectively , in which the optimal dose was 30 - 50 Gy and 50 - 70 Gy ,
respectively1 Lots of regenerated plants were obtained from the irradiated embroygenic cell2aggregates via somatic
embryogenesis1 The regenerated plants were transplanted in a field1 Variations of leaf shape , root skin color and the number
of storage roots per plant were observed1 The mutants of leaf shape and root skin color were obtained1
Key words :Sweetpotato ; Ion beam irradiation ; Embryogenic cell2aggregates ; Mutagenic effect
　　离子束作为一种新的诱变技术深受国内外研究
者的重视 ,目前 ,在作物品种改良和创建特殊基因型
等方面取得了重要进展。离子束诱变具有诱变频率
和突变范围高于γ射线等优点[1 ] 。
离子束辐射诱变在甘薯上的应用始于 20 世纪
90 年代初期。王钰[2 ] 最早用氮离子注入甘薯杂交
种子 ,初步分析了诱变后代的生物学效应 ,表明离子
束可以在甘薯上诱发突变及扩大育种材料。由于处
理杂交种子无法弄清变异来源于诱变还是基因重
组 ,离子束处理的材料要求小 ,使离子束在甘薯上的
应用受到限制。本实验室建立的甘薯胚性细胞悬浮
培养系为离子束辐照提供了很好的材料。本研究以
甘薯品种栗子香的胚性悬浮细胞团为处理材料 ,用
12 C5 + 和4 He2 + 分别进行照射 ,确定了适宜的辐射剂
量 ,分析了辐照后代的诱变效果。
1 　材料与方法
111 　植物材料
　　用甘薯品种栗子香作实验材料 ,按照 Liu 等[3 ]
的方法建立其胚性细胞悬浮培养系。
112 　适宜辐射剂量的确定
栗子香的胚性悬浮细胞在 MS(含 210 mgΠL 2 ,42
D)液体培养基中悬浮培养 12 周后 ,将直径 017～111
mm的胚性细胞团转移到附加 210 mgΠL 2 ,42D 的 MS
固体培养基上 ,分别用12 C5 + 和4 He2 + 进行照射 ,12 C5 +
的辐射剂量分别为 0、10、20、30、50、70、100 Gy ,4 He2 +
的辐射剂量分别为 0、10、30、50、70、100、150、200 Gy。Ξ基金项目 : 国家杰出青年科学基金 (30225028) 、国家“863”(2002AA241031 ,2004AA241180)和教育部教学科研奖励计划。
作者简介 : 王玉萍 (1972 - ) ,女 ,新疆奇台人 ,博士 ,主要从事甘薯细胞工程和分子育种研究。3 通讯作者 :刘庆昌。Tel : 010262732559 ; E2mail :liuqc @cau1edu1cn
Received(收稿日期) :2004203201 , Accepted(接受日期) :20042082131

离子束辐照处理在日本原子能研究所高崎研究所进
行。将照射后的胚性细胞团在 28 ℃、黑暗下进行培
养 ,使其增殖并形成体细胞胚。培养 4～6 周后 ,将
胚性愈伤组织连同体细胞胚一同转到附加 110 mgΠL
ABA 的 MS固体培养基上 ,使其再生植株 ,培养条件
28 ℃,每天 13 h、3 000 lx 光照。将分化出的小植株
进一步转到 MS基本培养基上 ,使其形成完整植株。
根据辐照后胚性细胞团的存活率及植株再生率 ,分
别确定12 C5 + 和4 He2 + 的适宜辐射剂量。
113 　再生植株的移栽和变异体的鉴定
4 月初 ,将获得的12 C5 + 和4 He2 + 辐照后代的再生
植株 (M1V1 ) 在室内炼苗 ,然后移栽到温室的苗床
上 ,保温保湿 ,使其驯化。6 月初剪苗移栽于大田
中 ,10 月上旬收获。依据《中国甘薯品种志》的评价
标准 ,对 M1V1 的地上部及地下部性状变异进行观
察、鉴定。统计辐照后代变异体的类型和数目 ,根据
变异体数与调查总个体数计算出变异频率。
2 　结果与分析
211 　适宜辐射剂量的确定
21111 　12 C5 + 的适宜辐射剂量 　　用 7 种不同剂量
的12 C5 + 对栗子香的胚性细胞团进行照射 ,经 10 Gy
和 20 Gy 照射的胚性细胞团存活率和植株再生率与
对照相比都有一定的下降 ,表明胚性细胞团的生长
受到一定的抑制。随着辐射剂量的提高 ,抑制作用
进一步加强 ,主要表现在细胞团的存活率、细胞团的
状态及植株再生率下降。用 50～70 Gy 12 C5 + 离子束
照射后 ,胚性细胞团存活率和植株再生率急剧下降。
用 100 Gy 12 C5 + 离子束照射后 ,大多数细胞团褐化而
死。将存活的胚性细胞团进一步培养形成完整的再
生植株 (表 1) 。一般来说 ,在植株再生的半抑制剂
量水平上 ,可以获得较高水平的突变率。根据12 C5 +
对胚性细胞团的抑制作用及对植株再生的影响 ,认
为12 C5 + 的适宜辐射剂量为 30～50 Gy。
21112 　4 He2 + 的适宜辐射剂量 　　用 8 种不同剂量
的4 He2 + 离子束分别照射栗子香胚性细胞团 ,经 10～
30 Gy 照射的胚性细胞团存活率和植株再生率与对
照相比虽有所下降 ,但仍较高 ,表明该剂量对胚性细
胞团抑制作用较弱 (图 1) 。随着辐射剂量的提高 ,
抑制作用进一步加强 ,当剂量达到 70～100 Gy 时 ,
胚性细胞团存活率和植株再生率大幅度下降 ,在
150 Gy 时 ,大量细胞团停止增殖 ,褐化而死。存活的
胚性细胞团进一步培养形成完整植株 (表 1) 。根据
4 He2 + 对胚性细胞团的抑制作用及对植株再生的影
响 ,认为4 He2 + 的适宜辐射剂量为 50～70 Gy。
表 1 　　12 C5 + 和4 He2 + 照射对栗子香胚性细胞团的
存活及植株再生的影响
Table 1 Effects of 12 C5 + and 4 He2 + irradiation on the survival
and regeneration of Lizixiang embryogenic cell2aggregates
离子束
Ion
beam
剂量
Dose
( Gy)
辐照细胞团数
No1 of cell2
aggregates
irradiated
存活细胞团
Surviving
cell2aggregates 形成植株细胞团Cell2aggregatesforming plants
No1 % No1 %
12C5 + 0 25 24 9610 24 9610
10 36 29 8016 23 6319
20 83 54 6511 54 6511
30 32 20 6215 16 5010
50 40 13 3215 9 2215
70 34 11 3214 6 1716
100 36 9 2510 5 1319
4 He2 + 0 27 27 100 27 100
10 28 27 9614 25 8913
30 32 29 9016 24 7510
50 30 19 6313 18 6010
70 32 18 5613 13 4016
100 28 16 5711 13 4614
150 30 6 2010 2 617
200 32 4 1215 0 0
图 1 　　4 He2 + 离子束对栗子香胚性细胞团生长的影响
Fig11 Effects of 4 He2 + ion beams on
the growth of Lizixiang embryogenic cell2aggregates
1 : 10 Gy ;2 : 30 Gy ;3 : 50 Gy ;4 : 70 Gy ;
5 : 100 Gy ;6 : 150 Gy ;7 : 200 Gy
212 　地上部形态特征的变异
于封垄期对12 C5 + 和4 He2 + 辐照后代 M1V1 的地
上部形态特征进行调查和分析 (表 2) 。结果表明 ,
离子束辐照后代叶形发生了广泛的变异。栗子香正
常的叶形为心形 ,离子束辐照后代出现了心带齿形、
尖心齿形、尖心带齿形等变异 (图 2 ,图 3) 。其他地
025 　　　　作 　　物 　　学 　　报 第 31 卷 　

上部形态特征未发现明显变异 ,说明叶形对离子束 辐照比较敏感。
表 2 辐照后代 M1 V1 的地上部性状变异频率
Table 2 Variation frequencies of vine characters in the progeny M1 V1 of Lizixiang
离子束
Ion beam
剂量
Dose
( Gy)
调查无性系数
No1 of clones
investigated
顶叶形
Top leaf shape
叶形
Leaf shape
叶脉色
Leaf vein color
脉基色
Vein base color
No1 % No1 % No1 % No1 %
12C5 + 0 55 0 0 0 0 0 0 0 0
10 18 0 0 1 516 0 0 0 0
20 30 0 0 3 1010 0 0 0 0
30 24 0 0 3 1215 0 0 0 0
50 12 0 0 1 813 0 0 0 0
70 10 0 0 1 1010 0 0 0 0
100 2 0 0 0 0 0 0 0 0
4 He2 + 0 55 0 0 0 0 0 0 0 0
10 20 0 0 1 510 0 0 0 0
30 32 0 0 2 613 0 0 0 0
50 37 0 0 3 811 0 0 0 0
70 38 0 0 4 1015 0 0 0 0
100 5 0 0 0 0 0 0 0 0
图 2 　　12 C5 + 离子束辐照后代 M1 V1 的叶形变异
Fig12 Variations of leaf shape in the progeny M1 V1
obtained by the irradiation with 12 C5 + ion beams
图 3 　　4 He2 + 离子束辐照后代 M1 V1 的叶形变异
Fig13 Variations of leaf shape in the progeny M1 V1
obtained by the irradiation with 4 He2 + ion beams
213 　地下部形态特征的变异
收获期对12 C5 + 离子束辐照后代 M1V1 的地下部
性状进行调查 ,但未发现薯皮色等性状的变异。对
不同剂量12 C5 + 离子束照射的栗子香单株结薯性分
析表明 ,20～50 Gy 的辐照后代的单株结薯较集中 ,
平均为 3～5 块 ,与对照相比薯块较大。当辐射剂量
增加到 70 Gy 时 ,单株结薯率明显下降 ,平均每株为
1～2 块 ,薯块较小。辐射剂量超过 100 Gy 以后 ,几
乎不结薯块 (表 3) 。4 He2 + 离子束辐照后代 M1V1 的
薯皮色发生了明显的变异 ,由淡红色突变为红色 ,从
中筛选出了薯皮色变异的突变体。用 30～70 Gy
4 He2 + 离子束照射后 ,其后代单株结薯较集中 ,薯块
大小与对照无明显差异。当辐射剂量达100 Gy时 ,
表 3 　　12 C5 + 和4 He2 + 照射对栗子香单株结薯性的影响
Table 3 Effects of 12 C5 + and 4 He2 +
irradiation on the storage root number per plant in Lizixiang
离子束
Ion beam
剂量
Dose
( Gy)
调查无性系数
No1 of clones
investigated
单株结薯平均数
Mean of storage root
number per plant
12C5 + 0 25 5
10 36 3
20 83 5
30 32 3
50 40 2
70 34 2
100 36 0
4 He2 + 0 27 5
10 28 2
30 32 4
50 30 2
70 32 2
100 28 0
150 30 0
200 32 0
125　第 4 期 王玉萍等 :离子束对甘薯胚性悬浮细胞团的辐射诱变效应 　　　

单株结薯较分散 ,平均为 1 块 ,有的单株几乎没有膨
大的薯块 ,表明该剂量过高。当辐射剂量增加到
150 Gy 时 ,结薯率为 0 ,所有调查的单株都未结薯
(表 3) 。
3 　讨论
通过离子束辐照诱发产生新的变异类型 ,已成
为植物改良和作物育种的一种有效手段[4 ] 。在离子
束诱变育种工作中 ,同时诱发多个性状有益突变的
机率较高 ,如诱发高产、优质、抗逆性强的品种。但
是 ,用低剂量的离子束辐照 ,创造的变异直接用于生
产的还是少数。目前大部分突变体都被间接利用 ,
其利用途径有以下 2 种 : (1)利用突变体与其他亲本
杂交 ,从杂交后代中选育出具有更多优良性状的新
品种或有特殊用途的新材料 ,如水稻黄化突变体与
光敏不育系杂交 ,将黄化基因转入光敏不育系 ,选育
出一批育性、分蘖性、抗性好的新品系[5 ] ; (2) 利用离
子束改良杂交亲本某些不良性状 ,发掘有用基因 ,育
出优良杂交组合 ,如离子注入番茄品系“早霞”,育成
早熟性、丰产性均优的杂交番茄[6 ] 。
实践证明 ,离子束在植物品种改良方面是有效
的。由于这一技术应用时间不长 ,许多问题仍有待
进一步研究。就处理材料来说 ,大多数都是辐照杂
交种子[7 ] ,无法弄清变异是来源于基因重组 ,还是诱
发突变 ,妨碍了离子束诱变机理的探讨。离子束作
用靶面积有限 ,使处理的材料的量受到极大的限制。
另外 , 就离子种类而言 , 国内基本上是利用氮
离子。　　
对于甘薯研究 ,除了处理甘薯杂交种子以外[2 ] ,
国内外尚无甘薯方面的其他报道。本研究以甘薯胚
性细胞团为材料 ,采用碳和氦放射性离子束照射 ,结
果表明 ,两种离子束对甘薯胚性细胞团作用的辐射敏
感性不同 ,从而使适宜辐射剂量明显不同。对植物
不同时期产生不同的诱变效果 ,同一种离子束对栗
子香的胚性悬浮细胞团、植株再生、块根形成的诱变
效果不同 ,并从辐照后代中筛选出了薯皮色突变体。
本研究结果也表明 ,甘薯胚性细胞团是离子束辐照
的理想材料 ,其是由茎尖分生组织培养而来 ,是产生
甘薯同质突变体的前提 ,可提高选择效率。通过离
子束辐照甘薯胚性悬浮细胞团可望成为一种获得甘
薯有益突变体的有效途径。
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