离子注入小麦诱变剂量效应及转化后代遗传特性研究

【摘要】：以小麦品种(系)鉴54、豫农118和豫麦18为材料，首先研究了离子注入过程中靶室环境因子(真空和温度)对小麦形态性状的影响。接着研究了离子注入剂量、剂量率对注入后供试材料当代幼苗生长的影响。利用同工酶分析技术研究了小麦三叶期幼苗过氧化物酶、过氧化氢酶及超氧化物歧化酶的酶活性及酶谱变化情况，结合离子注入后小麦表皮细胞的扫描电镜观察结果，分析了离子注入引起小麦的生理生化诱变效应，总结出了离子束诱变及遗传转化的合适剂量点。最后通过对离子束辅助遗传转化的小麦后代分析，研究了转大片段DNA后代的遗传特性。 研究表明，真空对试验材料的出苗率影响不大，其出苗率都在90％左右。温度对出苗率的影响随着剂量率的增加逐渐明显：1mA剂量率离子注入产生的温度升高对种子的出苗率影响和真空相似，2mA、3mA剂量率的温度升高对出苗率影响随着处理时间的延长逐渐下降。离子注入处理对出苗率的影响和离子注入过程中温度对出苗率的影响相似，在剂量7.2×10~(17)N~+／cm~2处理下出苗率下降到60％～70％。对幼苗生长势而言，真空处理及1mA剂量率离子注入后幼苗的活力指数均比对照有所增加，表现出对幼苗生长的刺激作用。随着剂量率的增加，离子注入对幼苗活力指数的影响随着剂量的增加呈先升后降趋势，说明高剂量离子注入对幼苗生长有一定的损伤，表现出明显的辐射损伤效应。从温度和离子注入对幼苗生长的影响来看，温度对幼苗生长势影响较小，离子注入对小麦的幼苗生长势有明显的损伤效应。经离子注入的幼苗出现了形态变异，表现在第一叶主叶脉失绿和株型畸变，小麦幼苗苗高和第一叶长的变异系数随着剂量的增加而逐渐增加。研究发现，对同一供试材料，不同剂量率之间各性状差异显著，随着剂量率的增加，损伤明显加剧。此外还发现品种间存在辐射敏感性差异。 通过对离子注入后小麦幼苗三叶期过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)及超氧化物歧化酶(SOD)酶活性测定及酶谱分析发现，在离子注入后小麦三叶期的幼苗叶片中CAT和POD的酶活性一直高于对照，SOD变化略有不同，在低剂量条件下酶活高于对照，在剂量大于5.6×10~(17)N~+／cm~2时酶活性低于对照。随着剂量的增加，酶活性变化趋势为先升后降，且有一定的波动性。离子注入对 郑州大学博士学位论文 摘要 三种同工酶酶谱的影响主要体现在酶谱的颜色深浅和条带的宽窄变化，条带的增 减变化不明显。随着注入剂量的增大，主条带加深变宽，弱的条带会出现从无到 有的过程，当剂量达到一定的量时(大于5.6x1017N+/ cm“)，活性减弱。同工酶 酶活性及酶谱的变化与幼苗损伤具一定的相关性。 通过对离子注入后小麦表皮细胞扫描电镜观察发现，剂量小于IX 10’7N勺clnZ看不到明显变化;剂量1 x 10’7N勺ctnZ一3 x 10’7N+/cm“发现微小变化; 剂量3 x 1017N+/ emZ一5 x 101加勺cmZ出现较大变化，开始出现孔洞;剂量sx 1017N+/ cmZ一sx1o’7N勺cmZ刻蚀程度逐渐加强，出现较大孔洞。 综合幼苗形态变异研究、三种酶分析及SEM观察，对于小麦作物而言，认 为利用离子束辅助遗传转化应在ZmA、3n1A剂量率条件下，剂量应在3x 10’7N+/ crnZ一5 x 1017N十/cmZ之间;用来诱变育种应在ZmA、3mA剂量率条件下， 剂量应在6xlo’7N勺cmZ以上。 通过对经低能离子束介导大豆DNA转化后的六个小麦品种的蛋白含量研究 发现，转化后T1代和T2代从均值来看小麦品质与对照无显著差异，单株变异幅 度增大，出现了一定比例的高蛋白转化单株。从T3代开始出现高蛋白转化株系， 并且这些株系在T4代能够继续保持高蛋白特性。总体上讲，采用离子束辅助外 源全DNA转化技术可获得带有目的性状的转化后代，为远缘物种间遗传物质交流 提供了一种简便的、行之有效的途径。