氬離子束輻照擬南芥干種子的生物學(xué)效應(yīng)

馮 慧駱善偉杜 艷余麗霞穆金虎陳玉澤,3李文建周利斌

1（中國科學(xué)院近代物理研究所 蘭州 730000）2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）3（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 蘭州 730070）

?

氬離子束輻照擬南芥干種子的生物學(xué)效應(yīng)

馮 慧1,2駱善偉1,2杜 艷1余麗霞1,2穆金虎1,2陳玉澤1,3李文建1周利斌1

1（中國科學(xué)院近代物理研究所 蘭州 730000）
2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）
3（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 蘭州 730070）

摘要以擬南芥（Columbia生態(tài)型）為材料，利用氬離子束輻照干種子，通過對存活率、根長、下胚軸長和株高的測定來研究不同劑量的氬離子束輻照對擬南芥的生物學(xué)效應(yīng)。結(jié)果顯示，隨著吸收劑量的增大，擬南芥的根長、下胚軸長和株高都呈現(xiàn)出下降趨勢；但存活率在低劑量輻照時(shí)無顯著變化，高劑量輻照時(shí)逐漸降低。運(yùn)用隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA (Random amplified polymorphic DNA, RAPD)技術(shù)對氬離子輻照后擬南芥的DNA指紋圖譜進(jìn)行分析，結(jié)果表明，各個(gè)處理組和對照組之間的相似性系數(shù)在0.556～0.944之間，并且相似性系數(shù)與劑量之間沒有顯著相關(guān)性。對照組與處理組之間的差異體現(xiàn)為擴(kuò)增條帶數(shù)目的減少和增多以及條帶亮度的不同。綜合分析表明，氬離子束輻照擬南芥干種子產(chǎn)生顯著的當(dāng)代損傷效應(yīng)，較高劑量下會抑制生長發(fā)育，同時(shí)引起基因組DNA一定程度的多態(tài)性變化。

關(guān)鍵詞氬離子束，輻照，擬南芥，生物學(xué)效應(yīng)，隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA

Supported by the National Natural Science Foundation of China (11205218, 11275171, 11405234), CAS "Light of West China"

Program (29Y506020) and Youth Innovation Promotion Association of CAS (29Y506030)

First author: FENG Hui, female, was born in February 1992 and graduated from Northwest Normal University in June 2014. Now she is a master candidate of Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, majoring in bioengineering and focusing on basic study on mutation breeding. E-mail: fenghui@impcas.ac.cn

Received 15 September 2015; accepted 13 October 2015

Biological effects of argon ion beams on dry seeds of Arabidopsis thaliana

FENG Hui1,2LUO Shanwei1,2DU Yan1YU Lixia1,2MU Jinhu1,2CHEN Yuze1,3LI Wenjian1ZHOU Libin1

1(Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)
2(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
3(Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

ABSTRACT To study the biological effects of argon ion beams provided by Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC, Program No.13J404) in National Institute of Radiological Sciences (NIRS) on Arabidopsis thaliana, the postembryonic development of irradiated dry seeds, such as survival rate, root length, hypocotyls length, plantheight and bolting rate, were investigated. The results showed that survival rate, root length, hypocotyls length, plant height and bolting rate decreased with the increasing doses. The variations of genomic DNA fingerprints of the irradiated samples were analyzed by using random amplified polymorphic DNA (RAPD) technique. RAPD results demonstrated that the genetic similarity coefficient between the controls and treatment groups were 0.556～0.944. But the similarity coefficients among treatment groups irradiated with different dosages had no obvious correlations. All the results indicate that M1 seedlings of Arabidopsis thaliana irradiated by argon ions has obvious biological effects on both the plant developments and genomic DNA variations.

KEYWORDS Argon ion beams, Irradiation, Arabidopsis thaliana, Biological effects, Random amplified polymorphic DNA (RAPD)

CLC Q691.5, TL99

擬南芥(Arabidopsis thaliana)屬于十字花科，是植物科學(xué)中一種重要的模式植物，在生物學(xué)研究中具有以下一些優(yōu)勢[1-2]：(1)生命周期很短，僅為60 d左右，并可通過改變光照時(shí)間和光照強(qiáng)度等培養(yǎng)條件來改變生命周期；(2)自花受粉，單株可收獲數(shù)千粒種子；(3)通過理化因素處理容易獲得多種突變體；(4)基因組很小，結(jié)構(gòu)簡單，只有5對染色體，基因組大小約為135 Mb。輻射誘變育種是利用各種物理射線處理農(nóng)作物生物樣品，后代群體中產(chǎn)生各類變異，從中篩選所需要的特定種質(zhì)資源或優(yōu)良變異品種。與常規(guī)電離輻射，如X-射線及γ-射線相比，重離子最顯著的物理學(xué)優(yōu)勢在于其具有較高的傳能線密度(Linear energy transfer, LET)，即經(jīng)加速的粒子在穿過介質(zhì)過程中具有高的能量沉積[3]。因此相對于其他輻射，重離子輻射能更有效地誘導(dǎo)DNA雙鏈斷裂及簇?fù)p傷，且難以修復(fù)，從而產(chǎn)生較高的相對生物學(xué)效應(yīng)(Relative biological effectiveness, RBE)，突變譜廣，突變效率高，選育周期較短[4-7]。由于自身獨(dú)特的物理學(xué)和生物學(xué)優(yōu)勢，重離子輻射育種在育種工作中取得了豐碩的成果，產(chǎn)生了多種突變體類型。有研究者通過重離子束輻射誘變培育出包括蝴蝶草和美女櫻在內(nèi)的40多個(gè)植物品種[8]。中科院近代物理研究所通過重離子輻射培育出了早熟、抗逆及優(yōu)質(zhì)的甜高粱新品種[9]。此外，重離子輻射還被廣泛應(yīng)用于遺傳分析、基因功能研究工作中。Du等[10]通過碳離子束輻射擬南芥，篩選出在葉、莖、花及生長周期等方面有改變的突變材料，并通過圖位克隆技術(shù)將5個(gè)可穩(wěn)定遺傳的突變基因在染色體上進(jìn)行粗定位，提供了有用的突變信息。Charbonnel等[11]的研究表明重離子束能引起染色體上DNA簇?fù)p傷，并且可能引起復(fù)雜的染色體內(nèi)重排，可能在植物育種研究和突變系的建立中起重要的作用。Kazama等[12]發(fā)現(xiàn)鐵離子束輻射能誘導(dǎo)產(chǎn)生染色體重排和基因組大片段缺失，結(jié)合arrayCGH方法可在整個(gè)基因組水平上篩選染色體重排突變。

隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA (Random amplified polymorphic DNA, RAPD)技術(shù)是以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase chain reaction, PCR)為基礎(chǔ)，可對整個(gè)未知序列的基因組進(jìn)行多態(tài)性分析的分子生物學(xué)技術(shù)。該技術(shù)使用10個(gè)左右堿基的隨機(jī)引物擴(kuò)增基因組DNA，根據(jù)擴(kuò)增條帶的有無以及條帶亮度的差異，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，從而檢測基因組多態(tài)性。RAPD技術(shù)檢測DNA多態(tài)性具有快速、簡便和高效的特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于離子束輻射引起的DNA多態(tài)性分析中[13-15]。杜艷等[16]通過RAPD技術(shù)對碳離子輻射后百脈根的DNA指紋圖譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)碳離子對百脈根基因組DNA造成了一定程度的分子多態(tài)性差異，改變了百脈根的遺傳多樣性。還有一些研究通過RAPD技術(shù)檢測了UV-B 和γ-射線引起的突變和基因組DNA結(jié)構(gòu)的變化[17-19]，但對于氬離子束誘變擬南芥的RAPD分析研究較少。

本研究采用初始能量500 MeV/u的氬離子束輻照擬南芥干種子，通過測定存活率、根長、下胚軸長和株高等指標(biāo)，并結(jié)合RAPD技術(shù)對輻照后擬南芥的基因組DNA進(jìn)行分析，探討不同劑量的氬離子束輻照對擬南芥生長及分子多態(tài)性的影響，從生理損傷和分子水平驗(yàn)證氬離子輻照對擬南芥的當(dāng)代損傷效應(yīng)，為輻射誘變育種補(bǔ)充了理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料及培養(yǎng)條件

實(shí)驗(yàn)材料為擬南芥（Columbia野生型）干種子。培養(yǎng)條件為：(22±2)℃，16 h光照/8 h黑暗，光照強(qiáng)度為5000 lx，相對濕度為60％。

1.2方法

1.2.1重離子束輻照

擬南芥干種子用Parafilm膜(Bemis)包裹，利用日本國立放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所(National Institute of Radiological Science, NIRS)的千葉重離子醫(yī)用加速器(Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba, HIMAC)提供的氬離子束進(jìn)行輻照處理(No.13J404)。初始能量為500 MeV/u，經(jīng)過樣品處平均LET值為92.2 keV/μm（以水做等效），吸收劑量為0、50、100、150、200、300、500和600 Gy。每個(gè)劑量的樣本約為6 000粒。

1.2.2存活率統(tǒng)計(jì)

每個(gè)吸收劑量隨機(jī)取100粒種子，在4℃條件下春化3 d后播于土壤中，置于培養(yǎng)間，覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保溫，7 d左右去掉塑料薄膜。培養(yǎng)30 d后統(tǒng)計(jì)存活率（以長出蓮座葉作為存活標(biāo)準(zhǔn)）。

1.2.3根長測定

每個(gè)劑量選取45粒種子，用20％ NaClO溶液表面消毒15 min，無菌水沖洗5～6次，然后點(diǎn)播于MS (Murashige and skoog)培養(yǎng)基上，每個(gè)培養(yǎng)基上約15粒種子，置于4℃避光條件下春化，3 d后垂直置于培養(yǎng)架上，生長8 d后用數(shù)碼相機(jī)(G9, Canon)加標(biāo)尺拍照，用Image J 軟件分析照片，測量根長。

1.2.4 下胚軸長度測定

每個(gè)劑量選取45粒種子，消毒方法同1.2.3節(jié)，然后點(diǎn)播于MS培養(yǎng)基上，每個(gè)培養(yǎng)基上約15粒種子，用錫箔紙包裹培養(yǎng)皿，置于4℃避光條件下春化，3 d后垂直置于培養(yǎng)架上，避光生長8 d后用數(shù)碼相機(jī)加標(biāo)尺拍照，使用Image J 軟件分析照片，測量下胚軸長度。

1.2.5株高測定

擬南芥生長45 d后，用直尺測量地上部分到第一個(gè)果莢的高度。

1.2.6總DNA提取

擬南芥生長30 d后，0、50、150、300和500 Gy組各隨機(jī)選取10棵植株的葉片，置于1.5 mL離心管中，在液氮中保存。使用E.Z.N.A.TM HP Plant DNA Kit (OMEGA)試劑盒提取擬南芥基因組DNA。

1.2.7基因組RAPD分析

隨機(jī)引物購自上海生工，其他試劑(Golden easy PCR system)購自天根生化科技有限公司。選擇使用25 μL反應(yīng)體系：模板3 μL，引物2 μL，Reaction mix 12.5 μL，DNA聚合酶0.5 μL，無菌水7μL。

RAPD反應(yīng)過程：94℃預(yù)變性5 min；94℃變性50 s；36℃退火50 s；72℃延伸90 s，45個(gè)循環(huán)；72℃延伸10 min，4℃保存。擴(kuò)增產(chǎn)物通過1.5％的瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行分離，凝膠成像系統(tǒng)觀察分離結(jié)果。表1為RAPD隨機(jī)引物名稱及序列信息。

表1　RAPD隨機(jī)引物序列信息Table 1 Sequences information of RAPD random primers

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，數(shù)據(jù)用SPSS17.0軟件進(jìn)行處理，多組數(shù)據(jù)間相互比較用Duncan法，以p<0.05為顯著性差異水平，數(shù)據(jù)以±s表示，字母不同表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。用Origin 8.0繪圖軟件作圖。統(tǒng)計(jì)RAPD擴(kuò)增條帶，記錄瓊脂糖凝膠相同位置有無DNA條帶，用NTsys2.10e軟件進(jìn)行相似性計(jì)算。

2　結(jié)果與分析

2.1氬離子束輻照對擬南芥M1代植株生長的影響

圖1顯示氬離子輻照后生長30 d的擬南芥表型變化（圖1a）及生長8 d的擬南芥幼苗的主根（圖1b）和下胚軸（圖1c）的表型變化情況。由圖1a可看出，氬離子束輻照對擬南芥生長起到明顯的抑制作用，隨著吸收劑量的增大，擬南芥生長減緩；圖1b和圖1c顯示，隨著吸收劑量的增大，擬南芥根長和下胚軸長都呈現(xiàn)出顯著的降低趨勢。

2.2氬離子束輻照對擬南芥存活率的影響

由圖2可知，吸收劑量較低時(shí)擬南芥存活率與對照組之間無顯著差異，但吸收劑量高于300 Gy時(shí)，存活率呈急劇下降趨勢：在300～600 Gy的吸收劑量下，存活率由96％急劇下降到1％。結(jié)果表明低劑量的氬離子輻照對擬南芥存活率的影響較小，高劑量的氬離子輻照時(shí)，擬南芥存活率隨劑量的增大呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。氬離子束輻照擬南芥干種子（樣品處平均LET值為92.2 keV/μm）半致死劑量約為400 Gy。

2.3氬離子束輻照對擬南芥根長的影響

根是植物最重要的器官之一，它的主要功能是固持植物體，從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，并將水與礦物質(zhì)輸導(dǎo)到莖。圖3顯示了接受氬離子輻照后生長8 d的擬南芥幼苗的主根長度統(tǒng)計(jì)結(jié)果。結(jié)果表明，氬離子束輻照對擬南芥的根長具有明顯的抑制作用，且吸收劑量越大，根長受到的抑制程度越強(qiáng)。與對照組相比，當(dāng)吸收劑量為50 Gy時(shí)，根長下降了13.6％；吸收劑量增加到600 Gy時(shí)，根長則下降了93.9％。

2.4氬離子束輻照對擬南芥下胚軸長的影響

下胚軸是發(fā)育成連接根和莖的部分的重要器官。圖4顯示了接受氬離子輻照后生長8 d的擬南芥幼苗的下胚軸長度統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由圖4可知，吸收劑量低于50 Gy時(shí)，氬離子能促進(jìn)下胚軸的生長，如劑量為50 Gy時(shí)，與對照相比，下胚軸長提高了9.4％，但統(tǒng)計(jì)分析表明這兩組處理間并無顯著性差異；當(dāng)劑量高于50 Gy時(shí)，下胚軸長隨吸收劑量的增大而下降，從50～600 Gy下胚軸長下降了45.0％。

2.5氬離子束輻照對擬南芥株高的影響

株高是作物重要的農(nóng)藝性狀之一。圖5顯示接受氬離子輻照后生長45 d的擬南芥地上部分到第一個(gè)果莢的高度。由圖5可知，氬離子輻照對擬南芥株高有明顯的抑制作用。劑量為300 Gy時(shí)，株高僅為對照組的75.6％；吸收劑量升高至500 和600 Gy時(shí)，株高為零，植株幾乎停止生長。

2.6氬離子束輻照對擬南芥基因組DNA的RAPD分析

為了探討氬離子束輻照對擬南芥M1代植株DNA的影響，通過RAPD技術(shù)對基因組DNA進(jìn)行分析，用13條10堿基引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增。圖6為其中4條引物的擴(kuò)增圖譜。由表2可知，不同劑量的輻照處理與對照組之間的多態(tài)性不同，差異體現(xiàn)為擴(kuò)增條帶數(shù)目的減少和增多以及條帶亮度的不同。50、150、300、500 Gy處理組的RAPD擴(kuò)增條帶多態(tài)率在28.0％～57.5％ 之間。由表3可知，4個(gè)不同劑量處理組之間的相似性系數(shù)在0.556～0.944之間，并且相似性系數(shù)與吸收劑量之間沒有顯著相關(guān)性。以上結(jié)果表明氬離子束輻照處理能夠引起當(dāng)代擬南芥基因組DNA多態(tài)性的變化。

表2　隨機(jī)引物擴(kuò)增條帶分析Table 2 Analysis of amplified bands of irradiated Arabidopsis thaliana by 13 arbitrary primers

表3　不同輻照處理組之間的相似性矩陣分析Table 3 Analysis of similarity matrix of Arabidopsis thaliana irradiated by argon ion beams with different doses

3　討論

與常規(guī)γ-射線和X-射線不同，重離子束輻射誘變具有LET高、RBE高等特征，在育種過程中突變譜廣，突變率很高，選育周期短。中能重離子束輻射在生物樣品處的LET值比常規(guī)光子輻射高數(shù)十倍甚至更高（常規(guī)γ-射線在生物樣品處LET值約為0.2 keV/μm），在靶位點(diǎn)上發(fā)生致密的電離事件，沉積的能量更多，可有效地引起基因組雙鏈DNA分子的斷裂或者簇?fù)p傷[8]，因此重離子束輻射被越來越廣泛地應(yīng)用到高等植物的誘變育種工作中。谷運(yùn)紅等[20]運(yùn)用氮離子和氬離子束研究了離子束輻照對擬南芥成苗率的影響，并通過RAPD技術(shù)發(fā)現(xiàn)離子束引起了當(dāng)代遺傳物質(zhì)多態(tài)性的豐富變異。侯歲穩(wěn)等[13]開展了碳離子束輻照對油菜的誘變效應(yīng)研究，探討了其在油菜育種中的作用。唐掌雄等通過質(zhì)子、同步輻射（超軟X）和γ-射線輻照高粱，獲得了早熟、抗病新品系[21]。然而，近年來國內(nèi)對碳離子束的誘變效應(yīng)研究較多，而對氬離子束的誘變效應(yīng)報(bào)道很少。氬離子的原子序數(shù)比碳離子大，其物理參數(shù)和碳離子不同。本文通過探討氬離子束對擬南芥的生物學(xué)效應(yīng)，以豐富不同物理參數(shù)(LET)的離子種類，為輻射育種工作中離子種類的選取提供理論依據(jù)并積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究以擬南芥為材料，研究了不同劑量的氬離子束輻照對擬南芥M1代生物學(xué)終點(diǎn)（存活率、根長、下胚軸長和株高）的影響，從而為突變體的規(guī)模化篩選獲得選擇最適宜的吸收劑量。同時(shí)，采用RAPD技術(shù)研究了不同劑量的氬離子束輻照對擬南芥M1代基因組DNA指紋圖譜的影響。

有實(shí)驗(yàn)證明有機(jī)體在受到高劑量的重離子輻照時(shí)的損傷作用顯著，而受到低劑量的輻照則能產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)[22-24]。氬離子吸收劑量較低時(shí)，擬南芥干種子的存活率和對照相比沒有明顯的變化趨勢；但吸收劑量在200～300 Gy之間時(shí)，存活率出現(xiàn)上升趨勢；吸收劑量超過300 Gy時(shí)，存活率呈現(xiàn)明顯的變化趨勢，隨劑量的增大而下降，這與吳大利[25]的研究結(jié)果一致，說明低劑量的重離子輻照或許能刺激擬南芥的生長，劑量為300 Gy時(shí)，存活率最高；而較高劑量的輻照對擬南芥的生長造成了較大的損傷，存活率明顯降低。擬南芥根長和下胚軸長度的劑量曲線基本一致，除吸收劑量為50 Gy時(shí)，下胚軸長比對照組高外，其他處理組的值都隨著吸收劑量的增大而降低。說明隨吸收劑量的增加，根和下胚軸的生長受到了明顯的抑制。株高隨吸收劑量的變化與根長類似。此外，還測定了輻照處理過的擬南芥生長35 d和45 d時(shí)的抽薹情況，抽薹是植物由營養(yǎng)生長向生殖生長過渡的重要指標(biāo)。輻照劑量低于200 Gy時(shí)，與對照組相比，各處理組的抽薹率都沒有受到明顯的影響；劑量升高時(shí)，抽薹率明顯降低，表明氬離子輻照使得擬南芥生長滯后。這些結(jié)果與電子束輻照擬南芥干種子的生物學(xué)效應(yīng)結(jié)果很相似[26]。擬南芥種子受到氬離子輻照時(shí)，種子中的少量的水首先被活化，產(chǎn)生自由基，再作用于生物分子，使其氧化從而使胚受到損傷[27-29]，導(dǎo)致植物的生長和發(fā)育受到影響。在高等植物系統(tǒng)中，還有一個(gè)復(fù)雜的激素分泌系統(tǒng)，對植物的生長發(fā)育起重要作用，其中生長素是調(diào)節(jié)植物生長和發(fā)育的重要激素，它直接影響細(xì)胞的分裂和伸長。受到氬離子束輻照后，擬南芥主根、下胚軸及株高的生長抑制不僅與細(xì)胞損傷有關(guān)，很可能還與生長素，包括泛激素蛋白酶有關(guān)的信號通路相關(guān)[7]。因此，曲線呈現(xiàn)顯著下降趨勢，氬離子束輻照對擬南芥根長、下胚軸長度及株高的損傷效應(yīng)很明顯。

重離子的輻照損傷效應(yīng)包括原初損傷和遺傳變異，原初損傷主要是形態(tài)學(xué)以及生理學(xué)等方面的變化，不能遺傳到下一代；而后者是引起DNA水平上的變異能夠遺傳。生理損傷和遺傳變異的綜合效應(yīng)構(gòu)成輻照引發(fā)的當(dāng)代效應(yīng)[6]。離子束輻射誘變過程中，DNA的多態(tài)性可以通過RAPD技術(shù)得到表征[13-15]。重離子輻照引起的堿基替換以及片段插入缺失可能是導(dǎo)致RAPD擴(kuò)增條帶出現(xiàn)差異的原因，從而使引物結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生變化，產(chǎn)生有差異的片段。RAPD分析說明受到重離子輻照后，當(dāng)代擬南芥基因組DNA確實(shí)會發(fā)生變化，在分子水平上證明了重離子輻照會對擬南芥產(chǎn)生損傷效應(yīng)。

接下來的工作計(jì)劃應(yīng)用M1代半致死劑量（約400 Gy）進(jìn)行規(guī)?；蛔凅w篩選，量化分析氬離子輻射誘導(dǎo)的突變效率及突變譜，獲得穩(wěn)定遺傳的突變體，并與碳離子束輻射誘導(dǎo)突變數(shù)據(jù)相比較[10]，利用基因組重測序技術(shù)開展特定突變體的重測序研究，更深入地探索重離子束輻射誘發(fā)突變機(jī)理。

參考文獻(xiàn)

1 吳大利, 侯歲穩(wěn), 李文建. 離子束輻射擬南芥生物學(xué)效應(yīng)及其分子機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 原子核物理評論, 2008, 25(3): 287-293. WU Dali, HOU Suiwen, LI Wenjian. Recent advances in biological effect and molecular mechanism of Arabidopsis thaliana irradiated by ion beams [J]. Nuclear Physics Review, 2008, 25(3): 287-293.

2 Niwa K, Hayashi Y, Abe T, et al. Induction and isolation of pigmentation mutants of porphyra yezoensis (bangiales, rhodophyta) by heavy-ion beam irradiation [J]. Phycological Research, 2009, 57(3): 194-202. DOI: 10. 1111/j.1440-1835.2009.00539.x.

3 曲穎, 李文建, 周利斌, 等. 重離子輻射植物的誘變效應(yīng)研究及應(yīng)用[J]. 原子核物理評論, 2007, 24(4): 294-298. QU Ying, LI Wenjian, ZHOU Libin, et al. Research and application of mutagenic effects in Plant irradiated by heavy ion beams [J]. Nuclear Physics Review, 2007, 24(4): 294-298.

4 Kazama Y, Hirano T, Saito H, et al. Characterization of highly efficient heavy-ion mutagenesis in Arabidopsis thaliana [J]. BMC Plant Biology, 2011, 11: 161-171. DOI: 10.1186/1471-2229-11-161.

5 Kranert T, Schneider E, Kiefer J. Mutation induction in V79 Chinese hamster cells by very heavy ions [J]. International Journal of Radiation Biology, 1990, 58: 975-987. DOI: 10.1080/09553009014552291.

6 周利斌, 李文建, 曲穎, 等. 離子束輻射結(jié)合組織培養(yǎng)在植物誘變中的研究進(jìn)展[J]. 輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào), 2007, 25(4): 232-236. ZHOU Libin, LI Wenjian, QU Ying, et al. Research progress in plant mutation by combining ion beam irradiations and tissue culture [J]. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, 2007, 25(4): 232-236.

7 衛(wèi)增泉, 頡紅梅, 梁劍平, 等. 重離子束在誘變育種和分子改造中的應(yīng)用[J]. 原子核物理評論, 2003, 20(1): 38-41. WEI Zengquan, XIE Hongmei, LIANG Jianping, et al. Application of heavy ion beams in induced mutation breeding and molecular modification [J]. Nuclear Physics Review, 2003, 20(1): 38-41.

8 Hirano T, Kazama Y, Ishii K. Comprehensive identification of mutations induced by heavy-ion beam irradiation in Arabidopsis thaliana [J]. The Plant Journal, 2015, 82(1): 93-104.DOI: 10.1111/tpj.12793.

9 董喜存, 李文建, 何金玉, 等. 碳離子束輻射對甜高梁主要性狀的影響 [J]. 核技術(shù), 2009, 32(2): 146-149. DONG Xicun, LI Wenjian, HE Jinyu, et al. Effects of main traits of sweet sorghum irradiated by carbon ions [J]. Nuclear Techniques, 2009, 32(2): 146-149.

10 DU Yan, LI Wenjian, YU Lixia, et al. Mutagenic effects of carbon-ion irradiation on dry Arabidopsis thaliana seeds [J]. Mutation Research, 2014, 759: 28-36. DOI: 10. 1016/j.mrgentox.2013.07.018.

11 Charbonnel C, Allain E, Gallego M E, et al. Kinetic analysis of DNA double-strand break repair pathways in Arabidopsis [J]. DNA Repair, 2011, 10(6): 611-619. DOI: 10.1016/j.dnarep.2011.04.002.

12 Kazama Y, Hirano T, Nishihara K, et al. Effect of high-LET Fe-ion beam irradiation on mutation induction in Arabidopsis thaliana [J]. Genes & Genetic Systems, 2013, 88: 189-197. DOI: 10.1266/ggs.88.189.

13 侯歲穩(wěn), 孫蘭弟, 張穎聰, 等.12C6+重離子輻照油菜誘變效應(yīng)研究[J]. 核技術(shù), 2008, 31(6): 449-454. HOU Suiwen, SUN Landi, ZHANG Yingcong, et al.Mutagenic effects of Brassica napus by12C6+ion beam [J]. Nuclear Techniques, 2008, 31(6): 449-454.

14 余麗霞, 李文建, 董喜存, 等. 碳離子輻射大麗花矮化突變體的RAPD分析[J]. 核技術(shù), 2008, 31(11): 830-833. YU Lixia, LI Wenjian, DONG Xicun, et al. RAPD analysis on dwarf mutant of dahlia Pinnata Cav induced by 80 MeV/u12C6+ions [J]. Nuclear Techniques, 2008, 31(11): 830-833.

15 董喜存, 李文建, 余麗霞, 等. 用隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA技術(shù)對重離子輻射大麗花花色突變體的初步研究[J].輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào), 2007, 25(1): 62-64. DONG Xicun, LI Wenjian, YU Lixia, et al. Preliminary study on flower color mutant Induced by 80 MeV/u12C6+ions in Dahlia pinnata Cav using RAPD technique [J]. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, 2007, 25(1): 62-64.

16 杜艷, 李文建, 余麗霞, 等. 碳離子束輻射百脈根的當(dāng)代生物學(xué)效應(yīng)[J]. 輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào), 2013, 31(3): 030204. DOI: 10.11889/j.1000-3436.2013.rrj.31. 030204. DU Yan, LI Wenjian, YU Lixia, et al. Biological effects of carbon ion irradiations on M1 generation of Lotus japonicas [J]. Journal of Radiation Research and Radiation Processing, 2013, 31(3): 030204. DOI: 10. 11889/j.1000-3436.2013.rrj.31.030204.

17 Danylchenko O, Sorochinsky B. Use of RAPD assay for the detection of mutation changes in plant DNA induced by UV-B and γ-rays [J]. BioMed Central Plant Biology, 2005, 5(Suppl 1): S9. DOI: 10.1186/1471-2229-5-S1-S9.

18 Bhumi S, Gautam S, Akshay R, et al. Assessment of gamma radiation induced genetic variability in Jatropha curcas using RAPD and DAMD markers [J]. The Indian Journal of Agricultural Sciences, 2013, 83(12): 1381-1387.

19 Yaycili O, Alikamanoglu S. Induction of salt-tolerant potato (Solanum tuberosum L.) mutants with gamma irradiation and characterization of genetic variations via RAPD-PCR analysis [J]. Turkish Journal of Biology, 2012, 36(4): 405-412. DOI: 10.3906/biy-1110-14.

20 谷運(yùn)紅, 余增亮, 秦廣雍, 等. 低能離子束對擬南芥誘變效應(yīng)的研究[J]. 高技術(shù)通訊, 2003, 12: 33-37. GUYunhong,YUZengliang,QINGuangyong,et al.Study onmutationeffectoflowenergyionbeamtoArabidopsis [J]. High Technology Letters, 2003, 12: 33-37.

21 唐掌雄, 施巾幗, 宋高友, 等. 質(zhì)子、同步輻射（超軟X）和γ射線輻照高粱的生物效應(yīng)研究[J]. 青島大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 1997(A00): 282-285. TANG Zhangxiong, SHI Jinguo, SONG Gaoyou, et al. Biological effects of proton and synchrotron (ultra-soft X-rays) and γ-rays irradiation on sorghum [J]. Journal of Qingdao University: Natural Science Edition, 1997(A00): 282-285.

22 Olivieri G, Bodycote J, Wolff S. Adaptive response of human lymphocytes to low concentrations of radioactive thymidine [J]. Science, 1984, 223(4636): 594-597. DOI: 10.1126/science.6695170.

23 Liu S Z, Cai L, Sun S Q. Induction of a cytogenetic adaptive response by exposure of rabbits to very low dose-rate γ-radiation [J]. International Journal of Radiation Biology, 1992, 62(2): 187-190. DOI: 10.1080/ 09553009214552001.

24 周利斌, 李文建, 李強(qiáng), 等. 重離子及電子輻射沙打旺(Astragalus Adsurgens Pall)干種子的輻射生物學(xué)效應(yīng) [J].激光生物學(xué)報(bào), 2003, 12(5): 350-354. ZHOU Libin, LI Wenjian, LI Qiang, et al. Radiobiological effects of12C6+ion and electron beams with different fluence on Astragalus Adsurgens Pall dry seeds [J]. Acta Laser Biology Sinica, 2003, 12(5): 350- 354.

25 吳大利.12C6+重離子輻照一串紅和胡麻的生物學(xué)效應(yīng)及誘變效應(yīng)研究[D]. 蘭州: 蘭州大學(xué), 2008. WU Dali. Studies on the biological and mutagenic effects of Salvia splendens and Linum usitatissmum irradiated by12C6+heavy ions [D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2008.

26 Tanaka A, Shikazono N, Yokota Y, et al. Effects of heavy ions on the germination and survival of Arabidopsis thaliana [J]. International Journal of Radiation Biology, 1997, 72(1): 121-127. DOI: 10.1080/095530097143608.

27 Wada H, Koshiba T, Matsui T, et al. Involvement of peroxidase in differential sensitivity to gamma-radiation in seedlings of two Nicotiana species [J]. Plant Science, 1998, 132(2): 109-119. DOI: 10.1016/S0168-9452(98)00005-3.

28 Landry L G, Chapple C C S, Last R I. Arabidopsis mutants lacking phenolic sunscreens exhibit enhanced ultraviolet-B injury and oxidative damage [J]. Plant Physiology, 1995, 109(4): 1159-1166. DOI: 10.1104/pp. 109.4.1159.

29 Bian P, Xu M, Yu Z. The isolation and characterization of an arabidopsis mutant mutagenized by low-energy ion beam [J]. Surface and Coatings Technology, 2007, 201(19): 8014-8019. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.09. 336.

Corresponding author:Ph.D. LI Wenjian, professor, E-mail: wjli@impcas.ac.cn; Ph.D. ZHOU Libin, associate professor, E-mail: libinzhou@impcas.ac.cn

收稿日期：初稿2015-09-15；修回2015-10-13

通訊作者：李文建，博士，研究員，E-mail: wjli@impcas.ac.cn；周利斌，博士，副研究員，E-mail: libinzhou@impcas.ac.cn

DOI:10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.010401

中圖分類號Q691.5，TL99

基金資助：國家自然科學(xué)基金(11205218, 11275171, 11405234)、中國科學(xué)院西部之光項(xiàng)目(29Y506020)和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(29Y506030)資助

第一作者：馮慧，女，1992年2月出生，2014年6月畢業(yè)于西北師范大學(xué)，現(xiàn)為中國科學(xué)院近代物理研究所碩士研究生，生物工程專業(yè)，主要從事誘變育種基礎(chǔ)研究，E-mail: fenghui@impcas.ac.cn