重离子束辐照对植物组织培养及转基因操作的影响

目的：建立重离子束辐照结合植物组织培养技术进行植物诱变的新方法，使用该方法率先开展植物组织细胞的传能线密度（LET）生物学效应的研究，尝试重离子束辐照结合农杆菌转染及质粒微注射法转基因操作。 材料与方法：采用兰州重离子研究装置(HIRFL)加速的碳离子束辐照非洲紫罗兰、丽格海棠、新几内亚凤仙以及紫花苜蓿的外植体，测定形态学指标，计算不同外植体的相对生物学效应（RBE）。以非洲紫罗兰叶片外植体为对象研究RBE随LET的变化关系。使用氖离子束辐照烟草叶片外植体结合农杆菌转染方法进行赤霉素4（GA4）基因转染实验；使用碳离子束辐照苜蓿愈伤组织结合质粒微注射方法进行β－葡萄糖苷酸酶（GUS）基因转染实验。 结果： 1. 不同剂量的936MeV的碳离子束和8MV的X射线辐照三种花卉及一种牧草的外植体后，基于存活率的RBE值分别为2.3、1.6、2.1和4.0； 2. LET值在31~151keV/μm区间的碳离子束辐照非洲紫罗兰叶片外植体。基于鲜重增殖（FWI）的RBE值随LET的增加而增加，151keV/μm时达到最高值6.7； 3. 烟草离体叶片外植体经过5Gy的1600MeV氖离子束辐照后进行农杆菌转基因操作，最终获得转染率为3.9%，单纯农杆菌转基因的转染效率为3.2%； 4. 20Gy的936MeV的碳离子束辐照苜蓿愈伤组织后结合组织表面pBI121质粒溶液微量注射处理后，获得GUS基因瞬间表达效率高达84.6%。 结论： 1. 不同花卉植物组织培养用外植体的辐照敏感性不同，本研究发现丽格海棠的辐射敏感性最高，其次是新几内亚凤仙，非洲紫罗兰的最不敏感； 2. 不同花卉植物外植体经离子束辐照诱变处理后，得到的再生植株突变类型不尽相同，主要包括叶的突变和茎的突变； 3. RBE的随LET的增大而增加可以归因于离子在生物体中能量沉积的增加，研究发现各生物学终止点受到损伤或者抑制的程度基本上是随着LET的增大而增大； 4. 通过离子束辐照结合植物组织培养方法最终获得了非洲紫罗兰叶绿素缺失突变体，该突变体通过植物组织培养技术能够稳定遗传； 5. 中能氖离子束辐照能够略微提高烟草农杆菌转基因的转化效率，辐照能够使再生植株花期提前； 6. 中能碳离子束辐照结合苜蓿愈伤组织表面微量注射质粒溶液法进行转基因操作能获得更高的基因转染效率