單離子微束注入無芒雀麥種胚的實驗研究

黃洪云，宋曉英

（唐山學院a.基礎教學部；b.信息工程系，河北唐山063000）

單離子微束注入無芒雀麥種胚的實驗研究

黃洪云a，宋曉英b

（唐山學院a.基礎教學部；b.信息工程系，河北唐山063000）

用2.0MeV，25μm左右束斑的離子微束，以6×106ions的劑量對無芒雀麥種胚的莖尖和根尖部位進行定點定量注入實驗，結果表明，根尖和莖尖分生組織與主側根的發育均有關系，但所起的作用各不相同。此結果為進一步研究發育調控機理和信號轉導方式提供了基礎。

單離子微束；無芒雀麥；生長發育

0 引言

微束是特指尺寸在微米量級的束斑。微束有兩個特點，一是能定點輻射，定點到微米量級；二是能定量輻射，注入的粒子個數為1到數百個。

早期對微束的研究主要集中在了解一些顯微鏡下可見的變化以及輻射敏感性等問題。歸納其范圍，主要可分為四個領域：一是調查細胞核受照射時的染色體變化，二是研究核照射后的有絲分裂延遲，三是研究細胞質受照射時的核效應，四是直接地比較細胞核與細胞質的輻射敏感性［1］。這些研究對當時了解特別位點的照射效應起到了很大的幫助作用。它們指出細胞核是細胞中輻射最敏感的區域，在導致細胞受輻射死亡方面可能有著不同的機理，并且發現細胞間不同部分的信號轉導在某些情況下會被誘導出來。目前微束運用于生物學研究主要集中在細胞水平上，內容涉及近旁效應、基因組不穩定性和損傷信號轉導等領域，但運用于植物組織或器官的研究則鮮有報道。2002年日本科學家Atsushi Tanaka首次將重離子微束運用于植物學方面的研究，證實根尖細胞和柱細胞是根感受重力最敏感的部位［2］。

本實驗以無芒雀麥種子胚胎為研究材料，利用單離子微束裝置對雀麥種胚的莖尖分生組織和根尖分生組織進行精確定點注入，研究單離子微束定點注入種胚不同部位對種胚早期發育根形態建成的生物學效應，探討種胚不同部位對離子注入的敏感性。

1 材料和方法

實驗材料選擇的無芒雀麥（Bromus Inermis Leyss）種子，購自北京綠之杰種子有限公司。

1.1 束流的產生

單離子束裝置主要由靜電加速器、偏轉磁鐵、束穩定器、磁四極透鏡、束線電子開關、光闌和微束瞄準器系統等構成［3］。射頻離子源產生的離子由Van de Graff加速器加速至2～3MeV量級，經過束流導向器和狹縫到達第一級偏轉磁鐵。經過一級磁偏轉選擇的單能離子水平輸運，依次穿過束穩定器、磁四極透鏡、束線電子開關到達第二級偏轉磁鐵。經二級磁偏轉后射出的離子束再經過一對狹縫，垂直向上進入微束室中。設定單離子微束裝置產生2.0MeV，25μm左右束斑的離子微束，劑量為6×106ions。

1.2 測量方法

將取出的無損種胚按一定的順序放在Mylar膜中間，在單離子微束裝置上進行離子定點注入。測試束流強度：打開電子開關，通過與計算機連接的探頭檢測束流的強度和穩定程度。定位原點：打開準直器上的顯微鏡，置于40×工作模式下，打開控制軟件，隨后打開電子開關，用記號筆在監視器上將閃動的原點準確標記出來，標記后關掉電子開關。記錄種胚相對位置：在40×的顯微鏡下將整盤的無芒雀麥種胚的相對位置在白紙上記錄下來。定點：將顯微鏡調到100×工作模式，用移動控制手柄把種胚要注入的位點中心慢慢移動到與原點重合。注入時間的控制：根據測得的束流強度和需要注入的劑量計算出注入時間，輸入計算機控制軟件。注入：打開電子開關，進行離子微束注入。

2 結果與分析

2.1 離子微束定點注入種胚根尖和莖尖分生組織對主根發育的影響

從圖1可以看出，離子微束注入種胚根尖分生組織（RAM）和莖尖分生組織（SAM）后，與對照（WT）相比，微束的注入使種胚萌發后主根的生長變慢。其中，離子微束注入種胚根尖分生組織比注入種胚莖尖分生組織在主根發育上的影響更大，暗示在種胚的萌發過程中，主根的發育可能與種胚根尖分生組織更為相關。

圖1 離子微束注入對主根發育的影響

2.2 離子微束定點注入種胚根尖和莖尖分生組織后對側根發育的影響

如圖2所示，離子微束注入種胚莖尖分生組織后，與對照相比，刺激了種胚萌發后側根的發育，表現在側根數目明顯增加，側根變長；而微束注入種胚根尖分生組織后，與對照相比，抑制了種胚萌發后側根的發育，表現在側根數目明顯減少，側根變短。結合以上實驗結果可以發現，微束注入種胚根尖和莖尖分生組織均會影響側根的發育，但注入莖尖分生組織對側根數目起刺激作用，而注入根尖分生組織則對側根數目起抑制作用。所以此結果表明根尖和莖尖分生組織在側根的發育中均起作用且作用各自不同。

圖2 離子微束注入對側根發育的影響

2.3 離子微束定點注入種胚根尖和莖尖分生組織對根毛發育的影響

離子微束注入種胚根尖分生組織后，與對照相比，種胚萌發后根毛的發育先被顯著抑制隨后被顯著刺激，表現在根毛數目先顯著少于對照，隨后顯著多于對照（圖3）；而離子微束注入種胚莖尖分生組織后，種胚萌發后根毛的發育與對照相比沒有顯著差異。

圖3 離子微束注入對根毛發育的影響

3 結論

微束定點注入無芒雀麥種胚根尖分生組織和莖尖分生組織對種胚早期根形態建成的影響主要表現在種胚萌發中主根、側根和根毛的發育方面。定點注入種胚莖尖分生組織和根尖分生組織的早期生物學效應存在差異。通過實驗知，莖尖分生組織受到離子微束定點注入促進了種胚萌發和發育過程中側根的形成，而對根尖分生組織注入相同劑量離子微束的結果卻是抑制了側根的形成。圖中數據表明在種胚早期的萌發和發育中，根尖分生組織受到損傷可能對整個種胚的發育影響更大，暗示初期種胚的萌發和發育與種胚的根尖分生組織更為相關。同時實驗還發現微束注入種胚根尖、莖尖分生組織對種胚萌發和發育過程中遠程的主根和側根的發育有顯著影響，暗示種胚在萌發過程中可能存在協調性和遠程調控性，這可能是由于相關的損傷信號轉導途徑介導的產生。探討種胚不同部位對于離子注入的敏感性，并根據這些現象研究參與的損傷信號類型及其轉導途徑，能為進一步相關研究中發育調控機理和信號轉導方式提供基礎。

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

黃洪云（1979－），女，河北唐山人，實驗師，碩士，主要從事生物物理研究。