單離子微束注入無芒雀麥種胚的實(shí)驗(yàn)研究

黃洪云，宋曉英

（唐山學(xué)院a.基礎(chǔ)教學(xué)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(shí)驗(yàn)研究

黃洪云a，宋曉英b

（唐山學(xué)院a.基礎(chǔ)教學(xué)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(duì)無芒雀麥種胚的莖尖和根尖部位進(jìn)行定點(diǎn)定量注入實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，根尖和莖尖分生組織與主側(cè)根的發(fā)育均有關(guān)系，但所起的作用各不相同。此結(jié)果為進(jìn)一步研究發(fā)育調(diào)控機(jī)理和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式提供了基礎(chǔ)。

單離子微束；無芒雀麥；生長(zhǎng)發(fā)育

0 引言

微束是特指尺寸在微米量級(jí)的束斑。微束有兩個(gè)特點(diǎn)，一是能定點(diǎn)輻射，定點(diǎn)到微米量級(jí)；二是能定量輻射，注入的粒子個(gè)數(shù)為1到數(shù)百個(gè)。

早期對(duì)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(gè)領(lǐng)域：一是調(diào)查細(xì)胞核受照射時(shí)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(xì)胞質(zhì)受照射時(shí)的核效應(yīng)，四是直接地比較細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的輻射敏感性［1］。這些研究對(duì)當(dāng)時(shí)了解特別位點(diǎn)的照射效應(yīng)起到了很大的幫助作用。它們指出細(xì)胞核是細(xì)胞中輻射最敏感的區(qū)域，在導(dǎo)致細(xì)胞受輻射死亡方面可能有著不同的機(jī)理，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)胞間不同部分的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在某些情況下會(huì)被誘導(dǎo)出來。目前微束運(yùn)用于生物學(xué)研究主要集中在細(xì)胞水平上，內(nèi)容涉及近旁效應(yīng)、基因組不穩(wěn)定性和損傷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等領(lǐng)域，但運(yùn)用于植物組織或器官的研究則鮮有報(bào)道。2002年日本科學(xué)家Atsushi Tanaka首次將重離子微束運(yùn)用于植物學(xué)方面的研究，證實(shí)根尖細(xì)胞和柱細(xì)胞是根感受重力最敏感的部位［2］。

本實(shí)驗(yàn)以無芒雀麥種子胚胎為研究材料，利用單離子微束裝置對(duì)雀麥種胚的莖尖分生組織和根尖分生組織進(jìn)行精確定點(diǎn)注入，研究單離子微束定點(diǎn)注入種胚不同部位對(duì)種胚早期發(fā)育根形態(tài)建成的生物學(xué)效應(yīng)，探討種胚不同部位對(duì)離子注入的敏感性。

1 材料和方法

實(shí)驗(yàn)材料選擇的無芒雀麥（Bromus Inermis Leyss）種子，購(gòu)自北京綠之杰種子有限公司。

1.1 束流的產(chǎn)生

單離子束裝置主要由靜電加速器、偏轉(zhuǎn)磁鐵、束穩(wěn)定器、磁四極透鏡、束線電子開關(guān)、光闌和微束瞄準(zhǔn)器系統(tǒng)等構(gòu)成［3］。射頻離子源產(chǎn)生的離子由Van de Graff加速器加速至2～3MeV量級(jí)，經(jīng)過束流導(dǎo)向器和狹縫到達(dá)第一級(jí)偏轉(zhuǎn)磁鐵。經(jīng)過一級(jí)磁偏轉(zhuǎn)選擇的單能離子水平輸運(yùn)，依次穿過束穩(wěn)定器、磁四極透鏡、束線電子開關(guān)到達(dá)第二級(jí)偏轉(zhuǎn)磁鐵。經(jīng)二級(jí)磁偏轉(zhuǎn)后射出的離子束再經(jīng)過一對(duì)狹縫，垂直向上進(jìn)入微束室中。設(shè)定單離子微束裝置產(chǎn)生2.0MeV，25μm左右束斑的離子微束，劑量為6×106ions。

1.2 測(cè)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(jìn)行離子定點(diǎn)注入。測(cè)試束流強(qiáng)度：打開電子開關(guān)，通過與計(jì)算機(jī)連接的探頭檢測(cè)束流的強(qiáng)度和穩(wěn)定程度。定位原點(diǎn)：打開準(zhǔn)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(guān)，用記號(hào)筆在監(jiān)視器上將閃動(dòng)的原點(diǎn)準(zhǔn)確標(biāo)記出來，標(biāo)記后關(guān)掉電子開關(guān)。記錄種胚相對(duì)位置：在40×的顯微鏡下將整盤的無芒雀麥種胚的相對(duì)位置在白紙上記錄下來。定點(diǎn)：將顯微鏡調(diào)到100×工作模式，用移動(dòng)控制手柄把種胚要注入的位點(diǎn)中心慢慢移動(dòng)到與原點(diǎn)重合。注入時(shí)間的控制：根據(jù)測(cè)得的束流強(qiáng)度和需要注入的劑量計(jì)算出注入時(shí)間，輸入計(jì)算機(jī)控制軟件。注入：打開電子開關(guān)，進(jìn)行離子微束注入。

2 結(jié)果與分析

2.1 離子微束定點(diǎn)注入種胚根尖和莖尖分生組織對(duì)主根發(fā)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(duì)照（WT）相比，微束的注入使種胚萌發(fā)后主根的生長(zhǎng)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(fā)育上的影響更大，暗示在種胚的萌發(fā)過程中，主根的發(fā)育可能與種胚根尖分生組織更為相關(guān)。

圖1 離子微束注入對(duì)主根發(fā)育的影響

2.2 離子微束定點(diǎn)注入種胚根尖和莖尖分生組織后對(duì)側(cè)根發(fā)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(duì)照相比，刺激了種胚萌發(fā)后側(cè)根的發(fā)育，表現(xiàn)在側(cè)根數(shù)目明顯增加，側(cè)根變長(zhǎng)；而微束注入種胚根尖分生組織后，與對(duì)照相比，抑制了種胚萌發(fā)后側(cè)根的發(fā)育，表現(xiàn)在側(cè)根數(shù)目明顯減少，側(cè)根變短。結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，微束注入種胚根尖和莖尖分生組織均會(huì)影響側(cè)根的發(fā)育，但注入莖尖分生組織對(duì)側(cè)根數(shù)目起刺激作用，而注入根尖分生組織則對(duì)側(cè)根數(shù)目起抑制作用。所以此結(jié)果表明根尖和莖尖分生組織在側(cè)根的發(fā)育中均起作用且作用各自不同。

圖2 離子微束注入對(duì)側(cè)根發(fā)育的影響

2.3 離子微束定點(diǎn)注入種胚根尖和莖尖分生組織對(duì)根毛發(fā)育的影響

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

圖3 離子微束注入對(duì)根毛發(fā)育的影響

3 結(jié)論

微束定點(diǎn)注入無芒雀麥種胚根尖分生組織和莖尖分生組織對(duì)種胚早期根形態(tài)建成的影響主要表現(xiàn)在種胚萌發(fā)中主根、側(cè)根和根毛的發(fā)育方面。定點(diǎn)注入種胚莖尖分生組織和根尖分生組織的早期生物學(xué)效應(yīng)存在差異。通過實(shí)驗(yàn)知，莖尖分生組織受到離子微束定點(diǎn)注入促進(jìn)了種胚萌發(fā)和發(fā)育過程中側(cè)根的形成，而對(duì)根尖分生組織注入相同劑量離子微束的結(jié)果卻是抑制了側(cè)根的形成。圖中數(shù)據(jù)表明在種胚早期的萌發(fā)和發(fā)育中，根尖分生組織受到損傷可能對(duì)整個(gè)種胚的發(fā)育影響更大，暗示初期種胚的萌發(fā)和發(fā)育與種胚的根尖分生組織更為相關(guān)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)微束注入種胚根尖、莖尖分生組織對(duì)種胚萌發(fā)和發(fā)育過程中遠(yuǎn)程的主根和側(cè)根的發(fā)育有顯著影響，暗示種胚在萌發(fā)過程中可能存在協(xié)調(diào)性和遠(yuǎn)程調(diào)控性，這可能是由于相關(guān)的損傷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)的產(chǎn)生。探討種胚不同部位對(duì)于離子注入的敏感性，并根據(jù)這些現(xiàn)象研究參與的損傷信號(hào)類型及其轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，能為進(jìn)一步相關(guān)研究中發(fā)育調(diào)控機(jī)理和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式提供基礎(chǔ)。

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(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事生物物理研究。