低能离子注入后水稻种子脱分化和再分化的生物学效应

摘要

在无性系水平深入研究离子注入后实验材料特征特性的变异规律是离子束生物工程领域内的重要研究方向之一，这将有助于利用离子束介导技术对农作物进行有效的遗传改良。本项研究以3份二倍体水稻品系[紫粳（2）、DPR（2）和IR28（2）]和3份相应的同源四倍体水稻品系[紫粳（4）、DPR（4）和IR28（4）]为实验材料，对离子注入时物理参数的优化、离子注入后所引起的细胞学特征变异及其生理生化特性进行了研究，由此建立了离子注入后高频率诱导水稻种子脱分化和愈伤组织再分化的无性系技术体系。本实验的研究结果主要包括如下4个方面：
　　 1.通过研究水稻种子的无性系诱导和愈伤组织的再分化特性，建立了水稻无性系培养的技术体系。从研究结果来看，水稻的基因型、培养基的类型、各种激素的浓度配比、光照、PH值和培养基的种类等都明显地影响到愈伤组织的诱导率和再生植株的分化率。
　　 2.低能离子注入对实验材料的生物学效应很明显。研究结果表明，不同剂量的离子注入对发芽率和愈伤组织的诱导率都会产生不同程度的影响，而且，随着离子注入剂量的增加，实验材料的发芽率与愈伤组织的诱导率均呈现出先降后升的趋势。同时，同源四倍体水稻材料比相应的二倍体水稻材料更容易诱导出愈伤组织。当离子注入剂量为3.0×1017ions/c㎡时，同源四倍体水稻材料的发芽率、愈伤诱导率以及抗损伤能力都相对较高，而褐化率相对较低，由此表现出比较高的存活率。
　　 3.在以水稻愈伤组织为材料的实验中对离子注入的主要物理参数进行了的初步探索。研究结果表明，真空处理时间，注入剂量、注入能量均会对愈伤组织的分化率和分化时间产生不同程度的影响。同时，这些物理参数的筛选不仅与供试材料的基因型有关，而且也与供试材料的染色体组倍性紧密相关。
　　 4.通过对离子注入后水稻愈伤组织中四种同工酶[过氧化物酶POD、超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT和酯酶EST]活性及酶谱进行分析，探讨了离子注入后实验材料的生化特性。研究结果表明，随着离子注入剂量的增大，过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性呈现出先降后升再降的趋势，即“马鞍型”趋势，并在剂量为3.0×1015iorls/c㎡时出现了“鞍点”；而过氧化氢酶（CAT）活性也呈现出先升后降的趋势，并在离子注入剂量为5.0×1015ions/c㎡时亦出现了“鞍点”。实验推测，“鞍点”的产生很可能是离子注入细胞后在各种保护酶的作用下细胞组织经过自我修复后所表现出的一种生物学效应。此外，真空处理对实验材料酶谱的影响与酶的种类存在着一定的关系。