单离子微束注入无芒雀麦种胚的实验研究

黄洪云，宋晓英

（唐山学院a.基础教学部；b.信息工程系，河北唐山063000）

单离子微束注入无芒雀麦种胚的实验研究

黄洪云a，宋晓英b

（唐山学院a.基础教学部；b.信息工程系，河北唐山063000）

用2.0MeV，25μm左右束斑的离子微束，以6×106ions的剂量对无芒雀麦种胚的茎尖和根尖部位进行定点定量注入实验，结果表明，根尖和茎尖分生组织与主侧根的发育均有关系，但所起的作用各不相同。此结果为进一步研究发育调控机理和信号转导方式提供了基础。

单离子微束；无芒雀麦；生长发育

0 引言

微束是特指尺寸在微米量级的束斑。微束有两个特点，一是能定点辐射，定点到微米量级；二是能定量辐射，注入的粒子个数为1到数百个。

早期对微束的研究主要集中在了解一些显微镜下可见的变化以及辐射敏感性等问题。归纳其范围，主要可分为四个领域：一是调查细胞核受照射时的染色体变化，二是研究核照射后的有丝分裂延迟，三是研究细胞质受照射时的核效应，四是直接地比较细胞核与细胞质的辐射敏感性［1］。这些研究对当时了解特别位点的照射效应起到了很大的帮助作用。它们指出细胞核是细胞中辐射最敏感的区域，在导致细胞受辐射死亡方面可能有着不同的机理，并且发现细胞间不同部分的信号转导在某些情况下会被诱导出来。目前微束运用于生物学研究主要集中在细胞水平上，内容涉及近旁效应、基因组不稳定性和损伤信号转导等领域，但运用于植物组织或器官的研究则鲜有报道。2002年日本科学家Atsushi Tanaka首次将重离子微束运用于植物学方面的研究，证实根尖细胞和柱细胞是根感受重力最敏感的部位［2］。

本实验以无芒雀麦种子胚胎为研究材料，利用单离子微束装置对雀麦种胚的茎尖分生组织和根尖分生组织进行精确定点注入，研究单离子微束定点注入种胚不同部位对种胚早期发育根形态建成的生物学效应，探讨种胚不同部位对离子注入的敏感性。

1 材料和方法

实验材料选择的无芒雀麦（Bromus Inermis Leyss）种子，购自北京绿之杰种子有限公司。

1.1 束流的产生

单离子束装置主要由静电加速器、偏转磁铁、束稳定器、磁四极透镜、束线电子开关、光阑和微束瞄准器系统等构成［3］。射频离子源产生的离子由Van de Graff加速器加速至2～3MeV量级，经过束流导向器和狭缝到达第一级偏转磁铁。经过一级磁偏转选择的单能离子水平输运，依次穿过束稳定器、磁四极透镜、束线电子开关到达第二级偏转磁铁。经二级磁偏转后射出的离子束再经过一对狭缝，垂直向上进入微束室中。设定单离子微束装置产生2.0MeV，25μm左右束斑的离子微束，剂量为6×106ions。

1.2 测量方法

将取出的无损种胚按一定的顺序放在Mylar膜中间，在单离子微束装置上进行离子定点注入。测试束流强度：打开电子开关，通过与计算机连接的探头检测束流的强度和稳定程度。定位原点：打开准直器上的显微镜，置于40×工作模式下，打开控制软件，随后打开电子开关，用记号笔在监视器上将闪动的原点准确标记出来，标记后关掉电子开关。记录种胚相对位置：在40×的显微镜下将整盘的无芒雀麦种胚的相对位置在白纸上记录下来。定点：将显微镜调到100×工作模式，用移动控制手柄把种胚要注入的位点中心慢慢移动到与原点重合。注入时间的控制：根据测得的束流强度和需要注入的剂量计算出注入时间，输入计算机控制软件。注入：打开电子开关，进行离子微束注入。

2 结果与分析

2.1 离子微束定点注入种胚根尖和茎尖分生组织对主根发育的影响

从图1可以看出，离子微束注入种胚根尖分生组织（RAM）和茎尖分生组织（SAM）后，与对照（WT）相比，微束的注入使种胚萌发后主根的生长变慢。其中，离子微束注入种胚根尖分生组织比注入种胚茎尖分生组织在主根发育上的影响更大，暗示在种胚的萌发过程中，主根的发育可能与种胚根尖分生组织更为相关。

图1 离子微束注入对主根发育的影响

2.2 离子微束定点注入种胚根尖和茎尖分生组织后对侧根发育的影响

如图2所示，离子微束注入种胚茎尖分生组织后，与对照相比，刺激了种胚萌发后侧根的发育，表现在侧根数目明显增加，侧根变长；而微束注入种胚根尖分生组织后，与对照相比，抑制了种胚萌发后侧根的发育，表现在侧根数目明显减少，侧根变短。结合以上实验结果可以发现，微束注入种胚根尖和茎尖分生组织均会影响侧根的发育，但注入茎尖分生组织对侧根数目起刺激作用，而注入根尖分生组织则对侧根数目起抑制作用。所以此结果表明根尖和茎尖分生组织在侧根的发育中均起作用且作用各自不同。

图2 离子微束注入对侧根发育的影响

2.3 离子微束定点注入种胚根尖和茎尖分生组织对根毛发育的影响

离子微束注入种胚根尖分生组织后，与对照相比，种胚萌发后根毛的发育先被显著抑制随后被显著刺激，表现在根毛数目先显著少于对照，随后显著多于对照（图3）；而离子微束注入种胚茎尖分生组织后，种胚萌发后根毛的发育与对照相比没有显著差异。

图3 离子微束注入对根毛发育的影响

3 结论

微束定点注入无芒雀麦种胚根尖分生组织和茎尖分生组织对种胚早期根形态建成的影响主要表现在种胚萌发中主根、侧根和根毛的发育方面。定点注入种胚茎尖分生组织和根尖分生组织的早期生物学效应存在差异。通过实验知，茎尖分生组织受到离子微束定点注入促进了种胚萌发和发育过程中侧根的形成，而对根尖分生组织注入相同剂量离子微束的结果却是抑制了侧根的形成。图中数据表明在种胚早期的萌发和发育中，根尖分生组织受到损伤可能对整个种胚的发育影响更大，暗示初期种胚的萌发和发育与种胚的根尖分生组织更为相关。同时实验还发现微束注入种胚根尖、茎尖分生组织对种胚萌发和发育过程中远程的主根和侧根的发育有显著影响，暗示种胚在萌发过程中可能存在协调性和远程调控性，这可能是由于相关的损伤信号转导途径介导的产生。探讨种胚不同部位对于离子注入的敏感性，并根据这些现象研究参与的损伤信号类型及其转导途径，能为进一步相关研究中发育调控机理和信号转导方式提供基础。

Biological Effects of Bromus Inermis Induced by Single－Proton Microbeam

HUANG Hong－yuna，SONG Xiao－yingb

（a.Department of Foundational Teaching；b.Department of Information Engineering，Tangshan College，Tangshan 063000，China）

We implanted the SAM and RAM of bromus inermis with a 2.0MeV of energy and 25μm of diameter proton microbeam at the fluence of 6×106ions and had detailed observations of the bromus inermis’root patterning parameters such as the development of primary root and the formation of lateral root etc.The results showed that obvious affections of these parameters were generated and it indicated that a relevant signal pathway might exist.

single proton microbeam；bromus inermis；grow and generate

book=52,ebook=52

O59；Q691.5

A

1672－349X（2012）03－0015－03

2011－10－13；

2012－04－16

黄洪云（1979－），女，河北唐山人，实验师，硕士，主要从事生物物理研究。