重离子束定点诱变育种初探

介绍了在兰州重离子加速器上采用 75 Me V/u16O8+离子进行了贯穿与定点注入的实验 ,以及不同注入部位的种子在实验室萌发的根尖细胞染色体的微核率和畸变率与大田培育结果随剂量的变化情况 .经过 3年 5代 (南繁加代 )的系统选育 ,筛选出增产、矮杆、抗 (锈 )病、抗干热风和早熟等

重离子束在诱变育种和分子改造中的应用

重离子束具有与中性辐射X,γ和中子不同的特性,利用这些特性开展它在生物学领域内的应用和基础研究具有重要的理论和实际意义.简要阐述了这种应用的理论基础,以及多年来实践的一些工作与取得的结果.

重离子辐射哺乳动物细胞敏感性的分子机理

研究了用传能线密度125.5keV/μm的12C6+辐照小鼠黑色素瘤、中国仓鼠肺、人的宫颈癌、人的肝癌细胞的敏感性以及DNA双链断裂和DNA双链断裂片段分布,结果表明细胞敏感性与DNA双链断裂之间没有一致的关系,提出了细胞辐射敏感性的一种可能的分子机理,即DNA序列敏感性位点协同DNA双链断裂互补性机理.由此解释了4种细胞系的不同敏感性问题.

不同能量重离子注入农作物的诱变效应

用不同能量、不同注量的MeV级^12C离子束辐照玉米和冬小麦干种子，用MeV级^6O子束辐照冬小麦干种子，研宄其对M1代幼苗生长的影响和M2代的诱变效应。结果表明，在一定离子通量（注量）下，所用注入能量范围内的离子束对幼苗造成的辐射损伤随辐射能量的增加而增大。用12～16MeV／u的^12C离子束辐照玉米和8MeV／u ^16O离子柬辐照小麦，对M1代幼苗造成的辐射损伤比贯穿能量（45MeV／u）下的辐射损伤明显加重。^12C离子束可以诱发玉米产生植株矮化、雄性不育、白化苗、多穗型等多种类型变异，多数白化苗能够转绿并正常结实。^12C和^16O离子束诱发冬小麦产生的早熟和矮杆突变最多，^12C辐照冬小麦原冬6产生的早熟突变在辐照能量为8MeV／u、离子通量为80×10^7／cm^2时高达10．7％；矮秆突变在辐照能量为8MeV／u、离子通量为120×10^7／cm^2时高达7．59％。品种间的变异频率也存在差异。

低能重离子注入麦胚引起深层细胞损伤的一种可能机制

讨论了低能重离子注入麦胚造成深层细胞损伤主要是注入离子与小麦组成各元素发生相互作用后的次级过程中产生了特征Ｘ射线。以能量较高（３．５８９ｋｅＶ）、强度相对贡献较大的钾元素为例，当强度减弱至原来的２－１０时，其穿越麦胚深度可达３７０μｍ，可谓是“长射程”。小麦种子在深层能受到低能离子注入的影响，可能正是由于这种次级过程的“长射程效应”。

重离子束对牧草的改良

采用 80MeV/u Ne10+ 离子束贯穿处理豆科与禾本科牧草种子,大田和根尖细胞观测的结果表明,随着 20贯穿剂量的增加,幼苗生长明显减弱,呈负相关性。而染色体畸变率和微核率随剂量的增加而显著增加,呈正相关性。同时,从大田长势来看,禾本科牧草比豆科牧草对重离子辐射敏感性强,禾本科牧草适宜剂量为20—30Gy,豆科牧草为 150Gy。

重离子辐照对红酵母的诱变作用

应用重离子加速器的 50MeV/u12C6+重离子对胡萝卜素生产菌-红酵母(Rhodotorula RYStrain )进行辐照处理,经酵母发酵实验,发现 50MeV/u12C6+重离子对胡萝卜素生产菌-红酵母具有诱变作用。初步筛选到了胡萝卜素产量有变化的辐照变异菌株,并对这些辐照变异菌株进行了 RFLP(限制性片段长度多态性)和 RAPD(随机扩增 DNA 多态性)分析,这些工作为工业上利用重离子对胡萝卜素生产菌进行诱变育种展现了新的前景。

空间搭载水稻种子后代基因组多态性及其与空间重离子辐射关系的探讨

神舟三号飞船搭载带核径迹辐射探测器的水稻种子装置,回收后应用随机扩增多态性DNA(randomamplified polymorphic DNA,RAPD)技术,分析了201粒升空种子长出植株的基因组多态性。在检测的189个基因座位范围内,30.2%的植株中发现与地面对照不同的扩增带,单株的多态性座位数为1￣25。特异扩增带的测序及单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism,SNP)分析进一步证明了空间搭载水稻种子确实可导致当代植株基因组发生变异。同一技术分析个别种子连续世代的基因组多态性,结果显示,当代的部分多态性可遗传至后代。7粒受空间高原子序数、高能粒子轰击的种子,在当代植株均显示不同程度的基因组多态性,从胚受粒子击中的3粒种子后代中,筛选出农艺性状明显变异的突变株系,初步暗示了空间高能重离子辐射对诱导基因组的多态性,乃至遗传性表型变异的有效性。

低能重离子注入小麦胚内的作用范围

根据LSS理论计算和采用Rutherford背散射实验方法(RBS),测定和分析了低能重离子(110keV Fe^+)注入小麦种子后离子达到的深度。测定结果和计算结果相符合,平均射程约为115nm。还从核物理学和辐射化学考虑了离子的热穗效应(thermal spike effect)、亚激发电子的位移以及次级电子的热化尾巴(thermalization tail)等可能造成作用范围的扩大,并对它们进行了初步的理论估算。

研究重离子生物效应的辐照装置

本文开展了重离子对植物细胞遗传学效应的研究,研究中采用了48MeV/amu的C^(6+)离子,辐照样品的束流截面直径为40mm,束流密度为10~3—10~7p/Cm^2;描述了为进行这项研究专门设计制造的重离子对植物种子的辐照装置,它包括束流监测系统、真空系统、隔离窗以及数据获取和样品自动更换系统。

低能重离子及其碰撞产生的级联原子在生物材料中的直接作用范围

用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法模拟计算了３０ｋｅＶ和２００ｋｅＶ的矿与１１０ｋｅＶ的Ｆｅ＋在模拟细胞中的射程分布和径迹结构，并将１１０ｋｅＶＦｅ＋模拟计算的结果与ＲＳＢ测量的结果相比较，发现计算与测量的结果吻合较好，离子的作用范围小于１μｍ．计算和实验的结果都说明能量相当低的重离子不大可能直接作用引起麦胚深层生物效应．在不考虑热扩散效应的情况下，还用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟计算了２００ｋｅ的Ｎ＋产生的级联原子在模拟的细胞中的作用范围，得出其虽有前冲但作用范围仍然小于１．５μｍ的结论．最后讨论了低能重离子注入出现生物效应的可能原因．

中能离子束注入与贯穿辐照对小麦种子萌发生长的影响

研究了中能氮离子束辐照对不同品种春小麦干种子荫发生长的影响，根据实验室和大田的试验结果，春小麦干种子萌发力和幼苗生长随辐照剂量增加而明显减弱，并且注入辐照与贯穿辐照对其造成的影响有较大区别，在种子萌发过程中，由注入造成的抑制明显高于贯穿。从大田出苗率存活曲线来看，对三个不同品种，注人与贯穿的半致死剂量Ｄ５０分别处在１０７～１０８ｉｏｎｓ／ｃｍ２和１０８～１０９ｉｏｎｓ／ｃｍ２范围内。

^(12)C^(6+)注入小麦种子胚乳引起M_1代的变化

通过控制单核能大小 ,将 1 2 C离子注入小麦种子胚乳 ,结果引起 M1 代植株的较大变化。这些变化包括 :生物学性状的变异 ;根尖细胞染色体畸变率和微核率的显著提高 ;POD酶活性显著提高和 CAT酶活性、MDA含量和蛋白质含量的较大程度的下降等。

不同能区重离子束在小麦育种上的比较研究

介绍了三个不同能区的重离子用于小麦育种的室内实验方法和大田培育情况,并对半致死剂量、细胞学观察和育种情况分别给出了初步结果:最后探讨了三种不同能区的重离了在作物育种上的诱变机理.

搭载水稻种子被空间重离子击中的定位研究

为了探明水稻种子在空间搭载后发生突变的原因,设计了一个“三明治”式的实验系统,采用CR-39固体核径迹探测器来探测空间离子,并利用实验系统中空间离子径迹与水稻种子的相对位置,来确定被离子击中的种子和部位。

重离子束适形放射治疗技术

重离子束适形放射治疗技术主要包括束流配送系统和治疗计划系统等 .前者是实现重离子束适形放射治疗的硬件设施 ,后者为适形治疗的软件支撑系统 ,两者缺一不可 .鉴于重离子束与物质相互作用在物理学及生物学效应上表现出的特殊性 ,重离子束治癌中特别引入了面向生物学效应的适形治疗和束流的正电子断层在线监控技术 .

重离子束注入小麦胚乳诱发的突变效应

采用 75MeV u16O8+ 离子 (降能至 36MeV u ,使其在胚乳中的射程约为 2 4mm ) ,从种子顶部垂直注入胚乳 ,通过“嫁接”技术后进行萌发。处理后观测结果表明 ,当代根尖细胞染色体的微核率和畸变率与注入剂量呈正相关 ;测定了当代抗氧化酶活性、丙二醛 (MDA)含量和蛋白质含量的变化 ;经多代大田培育获得了矮杆与各种穗型的变异 ,且具有遗传性。结果显示离子注入胚乳不仅对生物的修复系统有较大影响 ,而且能够诱发后代突变。

重离子辐照诱导DNA双链断裂的剂量率效应

利用不同剂量率的 5 0MeV/u12C6+ 辐照B16黑色素瘤细胞的脱蛋白DNA ,采用脉冲场凝胶电泳技术对DNA双链断裂 (DSB)的诱导和片段的分布进行了研究。结果发现 ,在剂量率分别为3Gy/min和 30Gy/min的情况下 ,DNA片段释放百分比 (PR)都随着剂量的增加而增加 ,并在超过一定剂量之后趋于相似的准阈值 ;3Gy/min辐照诱导DSB的产额为 0 .4 0DSBs/ (10 0Mbp .Gy) ,30Gy/min辐照诱导的DSB产额准确值无法得到 ;30Gy/min辐照诱导DSB的截面为 2 .14μm2 ,是 3Gy/min的 3.1倍。所有结果都表明剂量率越高 ,诱导DSB越有效。另外 ,3Gy/min辐照诱导DSB片段在 -86 0kbp处有一个片段峰 ,而 30Gy/min没有 ,说明剂量率可以影响DSB片段的分布。

面包质地品质性状的研究 I面包质地同品质性状的相关性分析

利用面包小麦品种，研究了面包质地品质同品质性状的相关性，结果表明：面包体积和比容性质相同，它们是小麦粉蛋白质含量和蛋白质品质的综合表现；面包的弹揉性，平滑度，内部结构及其３ 项品质评分同沉降值等综合品质性状、同和面时间等蛋白质品质性状相关显著，而同蛋白质含量等数量性状相关不显著；高分子量麦谷蛋白亚基评分同面包体积和比容不相关，但同３ 项品质评分呈显著或极显著相关。

110keV ^(56)Fe^(1+)离子注入麦胚中的能量沉积分布

测得１１０ｋｅＶ５６Ｆｅ１＋离子注入麦胚中的射程为２５７．１ｎｍ．根据测得的５６Ｆｅ１＋离子相对浓度随深度的分布和注入离子的总面密度，求得了５６Ｆｅ１＋离子绝对浓度随深度的分布．采用ＴＲＩＭ８８程序计算得到了不同深度上注入离子的阻止本领，从而求得了随深度的能量沉积分布．并讨论了细胞损伤的可能机理。