2007年8月
湖南农业大学学报(自然科学版)
JournalofHunanAgriculturalUniversity(NaturalSciences)
Vol133Aug12007
60
Co-γ射线辐射紫花苜蓿种子
的细胞生物学效应研究
张月学1,杨茹冰2,徐香玲2,李集临2,韩微波1,唐凤兰1,刘杰淋1,李道明1,蒿若超1
(11黑龙江省农业科学院草业研究所,黑龙江哈尔滨 150086;21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)
摘 要:分别利用0,1000,1500和2000Gy
60
γ射线处理3个品种的紫花苜蓿种子,对同一剂量不同品种或Co
同一品种不同剂量间辐射情况进行比较,研究苜蓿根尖细胞的遗传学效应.结果表明,γ射线辐射苜蓿种子可以抑制根尖细胞有丝分裂,并诱发根尖细胞产生单微核、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.同一辐射剂量下,龙牧803苜蓿对γ射线辐射敏感性最强.在0～2000Gy范围内,随剂量的增加,各种畸变率不断提高,至2000Gy辐射剂量时,各种畸变率达到最高.
关 键 词:紫花苜蓿;γ射线;细胞分裂指数;核畸变;染色体畸变中图分类号:
Q691
文献标识码:
60
A
Cytologicaleffectsof
γ-raysirradiationonseedsofMedicagosativeL1Co
ZHANGYue2xue1,YANGRu2bing2,XUXiang2ling2,LIJi2lin2,HANWei2bo1,TANGFeng2lan1,LIUJie2lin1,LIDao2ming1,HAORuo2cao1
(11InstituteofPrataculturalSciences,HeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Haerbin,150086,China;21BiologyDepartment,LifeandEnvironmentScienceCollege,HaerbinNormalUniversity,Haerbin,150080,China)
Abstract:SeedsofthreegenotypesMedicagosative1Lwereirradiatedby0Gy,1000Gy,1500Gy,2000Gy
60
γ-Co
rays,thenwecompareirradiatedstatesoftwodifferentconditions,oneisthesamedosageofdifferentgenotype,theotheristhesamegenotypeofdifferentdosage,andthegeneticseffectsonroottipcellinMedicagosativeLwerestudied1Theresultsshowedthattheirradiationofγ-raysinhibitedmitosesandproducedvariousaberrations,suchassinglemicronucleus,doublemicronucleus,multi-micronucleus,smallmicronucleus,chromosomefragment,chromosomeconglutination,singlebridge,doublebridge,multi-bridge,dissociativechromosome,laggingbridgeinroottipcellsofMedicagosativeL1Underthesameirradiationdosage,sensitivityofLongmu803genotypeismost1Thelargertheγ-raysirradiationdosages,thehighertherateofaberrationin0to2000Gy,at2000Gyirradiationdosage,alltheaberrationratesreachthetop,resultingintherelativehigherbiologicaleffectsofγ-raysirradiationofhighdosage1Keywords:MedicagosativeL1;
60
Coγ-rays;mitoticindex;nuclearaberration;chromosomalaberration
γ射线是一种能量高、穿透力强的电离辐射,
收稿日期:2007-07-15
作者简介:杨茹冰(1978-),女,哈尔滨人,在读硕士研究生.究.
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3
它可以使原子的内层电子激活释放,致使原子呈离子化而与其他原子或分子结合,造成共价键断裂,致使染色体发生变异[1].γ射线诱变育种作为一种传统的作物育种方式,多年来为农业生产与育种带来了重大的经济效益.近年来,牧草的γ射线辐射诱变育种工作在国内外广泛展开,牧草品种对射线
通讯作者.张月学(1953-),女,黑龙江巴
彦人,研究员,主要从事牧草辐射诱变和生物技术育种研
第33卷60
张月学等 Co-γ射线辐射紫花苜蓿种子的细胞生物学效应研究143
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的课题[2,5].
苜蓿(MedicagosativeL1)作为一种多年生豆科草本植物,因其产量高、营养丰富、适口性好等
[6]
优良特性,被誉为“牧草之王”.但是目前应用
温4℃处理24h,在2215℃培养箱中继续培养,待根长至115～2cm时剪下,用卡诺固定液(无水乙醇∶冰醋酸=3∶1)固定20h,谢夫试剂染色,醋酸洋红复染48h,进行染色体制片(每个处理15个染色体制片),Leica高倍显微镜下镜检(每张染色体制片统计大约240个细胞)、拍照.计算细胞有丝分裂指数、染色体总畸变率、核总畸变率.
细胞分裂指数(%)胞总数)×100;
染色体畸变率(011%)=(染色体总畸变数/观察细胞总数)×100;
核畸变率(011%)=(核总畸变数/观察细胞总数)×100.
=(分裂细胞数/观察细
的多数苜蓿品种都是由野生驯化或地方品种整理而来,育种方法简单,对现有品种的性状改变不大,使苜蓿生产没有取得突破性进展.本试验利用不同剂量γ射线处理苜蓿干种子,通过对苜蓿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变化规律的研究,旨在探讨γ射线辐射苜蓿根尖细胞的遗传学效应,为苜蓿的辐射诱变育种提供理论参考.
1 材料与方法
111 试验材料
以肇东苜蓿、龙牧801苜蓿、龙牧803苜蓿等3个品种为试验材料.112 试验方法11211 辐射方法
利用黑龙江省农业科学院60Coγ射线源,对肇东苜蓿、龙牧801苜蓿、龙牧803苜蓿的干种子进行60Coγ辐射处理,剂量分别为0,1000,1500和2000Gy,每次处理1000粒种子.11212 试验方法
将辐射处理和未经处理的苜蓿干种子水洗后分别放入培养皿,在2215℃培养箱中萌发露白,低
2 结果与分析
211 不同剂量γ射线对3个苜蓿品种根尖细胞有
丝分裂指数的影响
经过γ射线辐射后,各品种苜蓿根尖细胞正常有丝分裂受到影响(表1),未经辐射的肇东苜蓿、龙牧801、龙牧803苜蓿细胞分裂指数分别是13182%,13150%,18112%.在0～2000Gy范围内,随着辐射剂量的增加,3个苜蓿品种细胞分裂指数呈逐渐降低趋势,在2000Gy剂量下细胞有丝分裂指数是5191%,7163%,5159%,分别比未处理的降低5710%,4315%和5816%.表明此范围内γ射线辐射剂量越大对细胞分裂的抑制作用越强.
表1 辐射对3个苜蓿品种根尖细胞核畸变率的影响
Table1 TherateofnucleolaraberrationofthreegenotypesofMedicagosativeLirradiatedbyγ-rays
品种名称剂量(Gy)细胞总数单微核率(011%)双微核率(011%)多微核率(011%)小核率(011%)核总畸变率(011%)
0
肇东苜蓿
100015002000
0
龙牧801苜蓿
100015002000
0
龙牧803苜蓿
100015002000
41823726330930794214379933743433396731903558341800000
111002315729188211501810154
313231631151
415541222127
00000
161582416027109219011580153
519321080130
317941082104
00000
121232212033135311411250
412251061197
7161101832105
141493210340192211593219036199161613314553183
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3个苜蓿品种在同一条件下细胞分裂指数均有不同(图1).未经辐射时,龙牧803细胞分裂指数最高,但随着辐射剂量的增大至2000Gy时,其细胞分裂指数最低.表明在这3个品种中,正常情况下,龙牧803苜蓿的细胞分裂速度最快,但对γ射线辐射敏感性也最高,受损伤就最大;其次是肇东苜蓿,龙牧801的细胞分裂辐射敏感性最低.212 不同剂量γ射线对3个苜蓿品种根尖细胞染
色体畸变的影响
经辐射后肇东苜蓿、龙牧801、龙牧803的根
尖细胞染色体都出现染色体断片、染色体粘连、游离染色体、落后染色体、染色体桥等多种畸变(图1:6～10、Ι:12～14).随着剂量的增大,3个品种都出现了复合染色体畸变(图1:16～20).
随着剂量的增加,3个品种苜蓿根尖染色体畸变率逐渐增加(表2).在1000～2000Gy范围内,肇东苜蓿染色体总变异率为26103‰～41190‰,龙牧801为30180‰～41165‰,龙牧803为29115‰～43130‰.2000Gy剂量时,3个品种苜蓿的染色体畸变率都相对达到最高.
11单微核;21双微核;31多微核;41小核;51正常的有丝分裂后期;61单桥;71双桥;81多桥;91粘连染色体;101游
离染色体;111正常染色体;121131染色体断片;141落后染色体;151正常的有丝分裂中期;161单桥和落后染色体;171单桥和染色体断片;181双桥和落后染色体;191多桥和染色体断片断片;201粘连染色体和染色体断片
γ射线辐照诱发的苜蓿细胞染色体畸变图1
Fig11 PicturesofdifferenttypesofchromosomeaberrationsofMedicagosativeLirradiatedbyγ-rays
在同一剂量下,3个品种所产生的染色体总畸变率不同(图2).剂量为1000Gy时,染色体畸变率都很高,其中龙牧803和龙牧801的染色体总畸变率明显高于肇东苜蓿;剂量为1500Gy,各品种的染色体畸变率相差不大;当剂量达到2000Gy
8
时,龙牧803的核染色体畸变率明显高于龙牧801和肇东苜蓿;总的趋势是2000Gy时染色体畸变率均呈平缓上升趋势.说明一定剂量的辐射,对染色体的损伤太大,总体分裂相应下降.
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张月学等 Co-γ射线辐射紫花苜蓿种子的细胞生物学效应研究145
表2 辐射对3个苜蓿品种根尖细胞染色体畸变率及复合畸变率的影响
Table2 Therateoftotalaberranttypesandmulti-aberrationofthreegenotypesofMedicagosativeLirradiatedbyγ-rays
品种名称剂量(Gy)细胞总数染色体单桥率(011%)染色体双桥率(011%)染色体多桥率(011%)染色体落后率(011%)染色体断片率(011%)染色体粘连率(011%)染色体游离率(011%)其他畸变率(011%)染色体总畸变率(011%)复合畸变率(011%)
0
肇东苜蓿
100015002000
0
龙牧801苜蓿
100015002000
0
龙牧803苜蓿
100015002000
4182372633093079421437993374343339673190355834180000000000
21681188118841833149717811881161
118111811121715691671114821423163
312501330197718014129718021924155
0000000000
6184113211848142
4115114821088130
5154117521048174
0000000000
51641157118861588146311411570131
412201842125
512721931117
10140101531216512158412211122125
413911464197
41741118613111311611842163
714121371178
413741082104
2610339159411902115
4123
5102
3018039142411651158
3126
4137
2911537194431301157
4103
5142
图2 γ射线对苜蓿根尖细胞染色体总畸变率的剂量效应曲线
Fig12 Thelineofrateoftotalaberranttypesofroottipcells
inducedbyγ-rays
γ射线对苜蓿根尖细胞复合畸变率的剂量效应曲线图3
Fig13 Thelineofrateofmultiaberrationofroottipcells
inducedbyγ-rays
当γ射线辐射剂量达到高剂量时,一个细胞中射线辐射处理3个苜蓿品种的干种子,通过细胞学会出现染色体复合畸变,畸变率随剂量的增大而增观察发现,随着辐照剂量的增大,3个苜蓿品种根尖大(图3).1000,1500和2000Gy均属于高剂量γ细胞有丝分裂指数下降,核畸变率和染色体畸变率射线,在1000～2000Gy范围内,3个品种中以龙牧803苜蓿的复合畸变率最高,其次是肇东苜蓿,龙牧801最低.这与前几项检测指标结果相一致.
等升高,其相对细胞生物学效应明显.
较高剂量的γ射线辐射苜蓿干种子,在细胞分裂时期出现核畸变和染色体畸变(核畸变有微核和小核;染色体畸变有染色体断片、落后染色体、染色体桥等),随着剂量的增大,各种畸变率不断提高,辐射剂量与核畸变率、染色体畸变率呈正相关关系,这与前人的研究结果是一致的[9～13].染色体
3 讨 论
辐射诱变选育新品种,能提高变异频率,加速育种过程,可大幅度改良某些性状;变异范围广.
60
γCo射线作为一种诱变源已在农作物育种中广泛应是遗传物质的载体,经γ射线辐射后遗传物质的组
γ成发生改变,产生可遗传性的变异.据C-ermero用.本研究利用较高剂量(1000～2000Gy)的60Co
8
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等[14]研究,一个细胞内各条染色体对60Co
γ射线的辐射敏感程度不同,辐射引起染色体畸变在某些染色体上出现,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常染色质和异染色质结合部位.苜蓿干种子在γ射线辐射下,根尖细胞某些染色体发生畸变,产生不同类型的变异,这种变异是可遗传性变异.因此用适宜的辐射剂量和杂交实验相结合,对于苜蓿品种改良具有十分重要的意义.
同一剂量γ射线辐射肇东苜蓿、龙牧801、龙牧803的干种子,对辐射的敏感性各不同.龙牧803是以肇东苜蓿为母本,二倍体扁蓿豆为父本有性杂交育成(正交),龙牧801以二倍体扁蓿豆为母本,肇东苜蓿为父本,有性杂交育成(反交).3个品种经1000～2000Gy
60
Coγ射线处理后,经细胞学观察,
龙牧803苜蓿辐射敏感性最强,其次是肇东苜蓿,龙牧801最弱.这可能是因为龙牧803的细胞核来源于二倍体扁蓿豆,细胞质来源于肇东苜蓿,这样的核质互作对辐射敏感性增强,龙牧801的细胞核来源于肇东苜蓿,细胞质来源于二倍体扁蓿豆,这样的核质互作对辐射敏感性减弱,肇东苜蓿对辐射敏感性居中.二倍体扁蓿豆与肇东苜蓿的正反交核质互作对辐射的敏感性差异还有待于进一步研究.
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责任编辑:曾凡盛
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