由于受到射线照射, 导致部分细胞的染色体产生断裂等变异^[1]。在随后的有丝分裂过程中, 这些断裂的染色体形成了一个远小于正常子核的核小体, 通常称之为微核^[1]。由于微核发生的频率与染色体变异的频率密切相关, 因此微核频率通常是评价染色体损伤的重要指标之一^{[1, 2]}。

本研究通过由加速器产生的0.5 MeV单能中子和⁶⁰Co γ射线照射洋葱种子后, 观察这两种射线在洋葱根尖细胞中微核诱发率的差异, 从而更好地了解单能中子的相对生物效应(RBE)。

1 材料和方法 1.1 洋葱种子

洋葱种子未使用时存储在4 ℃的冰箱内。照射时将其封装在直径为42 mm、高12 mm的聚乙烯培养皿中。

1.2 放射源以及照射条件 1.2.1 0.5 MeV单能中子

单能中子通过加速器得到^{[3, 4]}。加速器的质子束电流为1 mA。经过Schenkel型加速器加速的质子轰击⁷ Li靶后发生核反应⁷ Li(p, n)⁷Be产生中子^[4]。室温条件下, 利用一配对电离室IC-17和IC-17G(型号为565-RTG和561-RGG石墨)来测量中子以及γ射线的剂量^[4]。γ射线的剂量约占总剂量的5%左右。照射的剂量分别是1、2、3和4 Gy。受照射样品与源之间的距离为0.1 m。无附加滤片。

1.2.2 ⁶⁰Co γ射线源

源活度为1.11 ×10¹⁴ Bq^[4]。源和受照种子间的距离为0.8 m。种子放置位置处的剂量率为44.6 Gy·h^-1。照射时种子放在一块4 mm×300 mm×300 mm的正方形有机玻璃板(密度为1.2 g·cm^-3)下面^[4]。

1.3 标本制作^[3]

照射后的洋葱干种子在进行培养之前, 通常继续放置在4 ℃的冰箱1 ~ 2 d。将蒸馏水浸透后的棉纸置于直径为35 mm的组织培养皿中, 然后将照射后的洋葱干种子均匀散置在上面, 在25 ℃的恒温条件下进行培养。72 h后, 洋葱萌发种子的芽长大约为1 cm。此时, 将萌发种子浸泡在体积比为7:3的醋酸大丽花(dahlia)染色液与1 N盐酸混合而成的染色液中, 染色15 min左右。醋酸大丽花染色液是将0.5 g的大丽花紫染料(dahlia violet)溶解于浓度为30%的100 ml醋酸中配制而成。之后, 再用蒸馏水浸泡、冲洗5 ~ 10min。最后, 将这样处理过的萌发种子截取其1~ 2 mm的根尖部分, 加滴50 %的甘油后将其压碎、固着在载玻片上, 制成标本。一颗萌发种子制成一个标本。

1.4 微核测定^{[3, 5]}

在放大倍数为400倍的显微镜下观察分裂间期细胞数和微核数量。微核频率是同一辐射条件下的5个标本的未加权平均值。每一标本检测1 000个左右的分裂间期细胞。

2 结果

图 1示出了不同剂量的0.5 MeV中子和⁶⁰Co γ射线照射洋葱干种子后, 在根尖细胞中微核诱发率的变化情况。由图 1可以看出, 根尖细胞中微核频率F随着中子和⁶⁰Co γ射线的剂量D增大而线性地增加。

应用具有泊松分布的最大或然法^[1], 则可以得到如下的剂量响应方程:

(1)

其中, 方程(1)中的系数a =0.13+0.08是自发微核频率, 是通过9次独立实验求得的平均值((标准误, 下同)。系数b则是不同辐射的微核诱发率:即单位剂量(Gy ^-1)的某种辐射在每100个分裂间期根尖细胞中诱发的微核数。对6次独立实验数据回归计算, 能量为0.5 MeV的单能中子的微核诱发率b_n为(4.36 ±0.17)(%Gy^-1), ⁶⁰Co γ射线的微核诱发率b_γ为(0.031 ±0.002)(%·Gy^-1)。

方程(1)中的系数b的实际意义是:照射单位剂量(Gy^-1)的中子或γ射线后在每100个分裂间期的根尖细胞中所诱发的微核数; 换句话说, b^-1的意义是在每100个分裂间期的根尖细胞中诱发1个微核所需的中子或γ射线的剂量。根据某种辐射的相对生物效应的定义, 即引起某一特定水平生物效应的参考辐射剂量与引起相同水平生物效应的某种辐射剂量之比, 那么, 在本研究中能量为0.5 MeV中子的RBE值为:

3 讨论

干种子照射受环境因素的影响很大, 导致根尖细胞对中子和γ射线照射响应程度的巨大差异^[2]。有研究表明, 用²⁵² Cf裂变中子照射洋葱萌发种子后根尖细胞中的微核诱发率为115± 27(%Gy^-1)^[6], 远远高于用0.2 MeV中子照射洋葱干种子后根尖细胞中的微核诱发率(5.36±0.30, %Gy^-1)^[3], 两者之比大约是21:1。同时也远大于本研究的结果(4.36 ±0.17, %Gy^-1), 两者之比高于26:1。对于⁶⁰Co γ射线来说, 萌发种子照射情况下根尖细胞中的微核诱发率为6.3 ±1.1 (%Gy^-1)^[6], 而干种子照射情况下根尖细胞中的微核诱发率为0.031 ±0.002 (% Gy^-1), 两者之比大约是203:1。相应于干种子和萌发种子, 0.2、0.5 MeV单能中子和252 Cf裂变中子(能量为2.1 MeV)照射在根尖细胞中诱发微核的相对生物效应分别为173 ±15、141± 11和18±5。这些结果与其它研究人员的研究类似^{[1, 2]} :照射时由于水分和氧含量较高导致了γ辐射效应的增加, 从而导致中子相对生物效应的减少。

但是, 这一差异完全归因于水和氧含量较高而导致γ辐射效应的增加, 则不能很好地解释γ射线照射干种子和萌发种子后根尖细胞中微核诱发率之间存在的巨大差异(203:1)。因为γ射线照射干种子和萌发种子后根尖细胞内的微核诱发率最多也不过10倍之差^{[2, 6]}。另外一个很重要的因素是, 由γ射线和中子照射引起的DNA损伤的修复效率。干种子照射情况下, 一方面辐射所致的DNA损伤在开始培养后的第一个有丝分裂期间能够得到有效地修复; 另一方面, 由γ射线所致的DNA损伤的修复效率比由中子照射所致的DNA损伤的修复效率要高得多。

与0.2 MeV单能中子相比^[3], 0.5 MeV单能中子照射洋葱干种子后根尖细胞中微核诱发率有较大的增加。换句话说, 随着中子能量的增加, 微核诱发率也相应增加, 相应的其RBE值也随之增大。这与国际放射防护委员会(ICRP)^[7]以及广岛、长崎原爆幸存者的研究结果(DS86)^[8]是相吻合的。