作成： 1996/09/11 長谷川 博
データ番号 ：020018
オオムギのガンマ線および中性子照射における最高突然変異頻度
目的 ：オオムギを材料としてガンマ線、中性子照射における放射線感受性と突然変異頻度との関係を明らかにすること
放射線の種別 ：ガンマ線,中性子,軽イオン
放射線源 ：60Co および 熱中性子
線量（率） ：gamma-ray: 5〜70kR(50〜700Gy)、0.5〜1.0kR/h(5〜10Gy/h)
neutron: 3.15x109/cm2/sec
利用施設名 ：農業生物資源研究所放射線育種場、京都大学原子炉実験所
照射条件 ：常温
応用分野 ：育種
概要 ：
オオムギを用いて放射線感受性の品種間差異とガンマ線・中性子照射の突然変異誘発効果を調査した。オオムギには最大29倍強のガンマ線感受性の品種間差異があること、高線量照射後の稔性を示すM1個体からM2を育成すれば高い突然変異率が得られること、中性子の突然変異誘発効果はM1稔性との関係においてガンマ線とほぼ同じであり、10Bの照射前添加により照射効果が著しく高められることが明らかになった。
詳細説明 ：
オオムギの放射線感受性の品種間差異
六条オオムギ528品種(ハダカ麦品種108、皮麦品種420)の気乾種子に5〜70kR（0.05〜0.7kGy相当）のガンマ線を照射し、3葉期の幼植物50個体の生体重を指標として、放射線感受性を調べた。線量の増加とともに生体重は減少した。生体重が1/2となる線量D50は品種間で大きく異なり、ハダカ麦品種で3〜26kR、皮麦品種で9〜88kRと最大29倍強の差異があった。オオムギの放射線感受性は第1染色体上のハダカ麦遺伝子と13.7%の乗換率で連鎖する劣性遺伝子に支配されることが示唆された。
ガンマ線の高線量照射による突然変異頻度の拡大法
六条皮麦品種竹林茨城1号では突然変異育種目的の急照射において最適照射線量は30kRである。その倍の線量60kRを照射しても低い頻度ながらM1種子稔性をもつ個体が得られる。このような個体からのみ採種してM2植物を育てると、60kRまでM2個体当たりの葉緑素欠失突然変異頻度は線量の増加とともに高くなり飽和効果はみられなかった。このことは矮性その他の形態形質の突然変異頻度でも認められた。ことにM1において稔性80%以上の穂だけ選んでM2を育成すると、50kRまで半不稔個体を分離しない系統の頻度が対照区と同程度まで高くなった。このような方法は通常の線量では得られにくい稀な突然変異の獲得方法として有用である。また、高線量照射では染色体の相互転座の頻度も大きくなったが、様々な染色体異常も高い頻度で誘発される。染色体異常を伴わない相互転座の頻度は40kRで飽和になることから、相互転座の誘発を目的とした照射適性線量は40kRであると認められた。
オオムギにおける熱中性子の効果
品種竹林茨城1号において熱中性子照射により得られる葉緑素欠失突然変異の最高頻度はM2あたり5.49%であり、ガンマ線照射の場合より高い頻度が得られる。しかしながら、M1稔性とM2突然変異頻度との関係はガンマ線と中性子の間に差異はなく、両者に突然変異誘発効率に差異はないものと考えられる。
中性子の照射効果は10B-ホウ酸水溶液に種子を浸漬し、再乾燥後に照射を行うことにより著しく高められる。この方法は最高突然変異頻度を上昇させることはできないが、照射時間の短縮、照射済み種子の残留放射能の軽減化など実用的なメリットがある。
各照射法の比較ならびに本文献の応用面について
表1は竹林茨城1号におけるガンマ線急照射と熱中性子照射の効果をM1における処理障害(発芽率、幼植物の生長量、1個体当たりの穂数、花粉稔性、種子稔性)とM2における葉緑素欠失突然変異のM2個体当たりの頻度について比較したものである。このような比較は他の突然変異原、他種作物へそのまま適用可能である。その例として近年育種への利用が注目されているイオンビーム照射の場合について紹介する。
表1 Boron addition effect (BAE) on M1 criteria and M2 chlorophyll mutations in thermal neutron exposures of seeds of a barley variety Chikurin Ibaraki 1.（原論文1より引用）
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Exposure Germaination Seedling No.Spikes Pollen Seed Freq.of
rate growth per plant fertility fertility chlorophyll
mutants per
M2plants
kR or min. % of cont. % of cont. % of cont. % of cont. % of cont. %
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Control
0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 0.00
Gamma-rays
10kR 98.5 94.8 119.4 100.1 86.5 0.35
20 100.7 81.0 92.9 98.1 70.6 0.91
30 86.5 66.9 61.7 88.1 57.9 1.47
40 84.1 58.0 52.9 74.7 29.2 2.22
50 72.8 48.3 32.9 - - 1.73
60 35.9 27.2 9.4 - - 3.01
nth without10B
27min. 100.5 89.1 101.2 71.8 61.4 1.41
54 101.5 64.2 77.6 70.4 36.3 2.46
81 102.5 51.8 73.4 54.5 24.9 3.54
108 89.1 28.0 51.1 41.4 14.6 5.49
135 54.2 10.5 32.3 - - -
nth with 10B
0.5min. 100.0 94.3 95.4a 85.6a 52.2a 1.22
1.0 99.6 80.0 69.9a 73.8a 45.4a 1.64
2.0 80.3 54.7 33.8a 46.5a 25.0a 3.56
3.0 78.9 44.5 - - - -
4.0 68.4 17.7 - - - -
-------------------------------------------------------------------------------
D50
Gamma-rays(kR)
57.5 39.0 41.5 60.8 34.5 40.0
Without10B(×1011n/cm)
261 160 209 170 74 79
With 10B(×1011n/cm)
8.88 4.16 3.75 4.50 1.93 2.07
BAE
29.3 38.5 55.7 37.7 38.3 38.2
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1)Neutron flux:Ф=1.89×1011n/cm2/min.
except for nine plots marked“a”where Ф=2.42×1011 n/cm2/min.
2)at the level of 2%.
3)No date was available for plots marked “-”due to severe reduction
in survival and growth.
表2はイネにおいてイオンビーム照射後のM2におけるイモチ病抵抗性突然変異の頻度を表したもので、有用形質の突然変異獲得のためイオンビームの有効性を示すとともに、ガンマ線ならびに中性子照射との比較を示したものである(参考資料1)。
表2 Frequency of blast resistant mutants of rice in each mutagen.（原論文2より引用）
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Mutagena) Dose M,seed fertility No.of seeds No.of Frequency
(Gy) (%) sown(M2) mutant (%)
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I 80 60.5 12000 12 0.100
100 54.6 4500 4 0.089
120 59.0 4200 1 0.024
160 31.7 1500 5 0.330
-------------------------------------------------------------------
G 300 78.1 21000 27 0.130
400 57.3 6000 9 0.150
500 20.4 3000 9 0.300
-------------------------------------------------------------------
N 14.73 57.3 13500 3 0.022
19.64 66.1 10500 10 0.095
29.64 20.2 1500 0 0.000
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a)I:ion beam(He2+),G:gamma-ray,N:themal neutron
コメント ：
放射線感受性の決定は突然変異誘発のための線量決定の第1段階として重要であり、1970年代まで非常に多くの研究が積み重ねられてきた。わが国においてもその成果が単行本「突然変異育種」(渡辺好郎・山口彦之編、養賢堂、1983)としてまとめられている。しかしながら、放射線感受性の研究は終わったのではなく、対象植物が広がり、さらにはイオンビームで代表される新しい変異原も開発されているので、感受性の決定はなお基本的な重要事項である。本論文では放射線感受性をいくつかの指標で評価し、突然変異頻度との関係を明らかにしている。さらに異なる突然変異原の比較も行うなど、放射線育種の基礎研究の方法が示されている。放射線利用のみならず、突然変異育種一般の最初のデータ集積を行うための参考文献として有用である。
原論文１ Data source 1：
Maximum mutation frequency in gamma-ray and thermal neutron exposures in barley.
Yasuo Ukai
National Institute of Agro-Environmental Sciences (Present address;Faculty of Agriculture, the University of Tokyo)
Gamma Field Symposia No.25, p55 (1986)
原論文２ Data source 2：
Studies on induced mutations by ion beam in plants.
H.Nakai, H.Watanabe*, S.Kitayama**, A.Tanaka*, Y.Kobayashi**,
T.Takahashi**,T.Asai and T.Imada
Shizuoka Univ., *JAERI, **RIKEN
JAERI-Review 95-019, p34 (1995)
キーワード：ガンマ線、熱中性子、放射線感受性、突然変異頻度、オオムギ、突然変異、育種
Gamma-ray, Thermal neutron, Radiosensitivity, Mutation frequency, Barley, mutayion, breeding
分類コード：020101