混合粒子場(chǎng)誘變小麥的生物效應(yīng)與機(jī)理研究

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1、第一章文獻(xiàn)綜述移具生物活性的裸褥DNA大分子，可以省略復(fù)雜的遠(yuǎn)緣雜交，獲得帶有目的性狀的轉(zhuǎn)化后代，是遠(yuǎn)緣物種問(wèn)遺傳物質(zhì)交流的一種簡(jiǎn)便有效的途徑。1．2．1．1．4航天誘變航天誘變育種是指利用返回式衛(wèi)星、飛船等航天器搭載農(nóng)作物種子，利用太空中的特殊環(huán)境(太空輻射、微重力、高真空、弱地磁等因素)誘發(fā)突變，然后返回地面種植選育，育成新品種的作物育種技術(shù)“。4““。航天環(huán)境具有太空輻射、微重力、高真空、弱地磁等特點(diǎn)，具有誘變育種的多種因素?？贞?yáng)j輻射的主要來(lái)源有地球磁場(chǎng)捕獲高能粒子產(chǎn)生的地磁俘獲帶輻射、太陽(yáng)系外突

2、發(fā)性事件產(chǎn)生的銀河宇宙射線(xiàn)及太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生的太陽(yáng)粒子輻射。在空問(wèn)輻射所包括的多種高能帶電粒子中，質(zhì)子的比例最大，其次是電子、氦核及更重的離子等?1。對(duì)植物的研究證明空間條件尤其是高能粒子具有強(qiáng)烈的致變作用““。微重力條件對(duì)植物生長(zhǎng)周期l

3、t很多功能產(chǎn)生影響”2。i“。一般認(rèn)為，太空輻射和微重力是主要誘變因素，并傾向于微重力通過(guò)提高生物對(duì)太空輻射的敏感性和抑flji]DNA損傷的修復(fù)，加劇生物損傷并提高變異率““。關(guān)于空J(rèn)訓(xùn)條件對(duì)植物影響的研究，國(guó)際上在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開(kāi)展““州，但是側(cè)重于其對(duì)宇航員的

4、健康傷害和防護(hù)辦法的研究。迄今為止，國(guó)外尚未開(kāi)展利用太空明i境條件進(jìn)行作物誘變育種的研究工作。出于遺傳背景、空間飛行高度、飛行時(shí)間等因素的差異，不同研究者實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡刪同。研究表明，經(jīng)過(guò)太空飛行的小麥種子在地面發(fā)芽活力增加，發(fā)芽率明顯提高，小麥幼苗生長(zhǎng)顯著高于地面對(duì)照組和Y射線(xiàn)處理晦51，這種差異在過(guò)氧化物酶和酯酶同工酶酶譜及活性上也得到充分的證明。而且，小麥幼苗根失細(xì)胞分裂會(huì)受到不同程度的抑制，有絲分裂指數(shù)明顯降低，染色體畸變類(lèi)型和頻率比地面對(duì)照有較大幅度的增加“7+?。常見(jiàn)的染色體變異是染色體橋、斷片

5、和微核?？臻g環(huán)境下生長(zhǎng)的小麥植株中葉綠素和類(lèi)胡籮h素的含量降低1．5倍．證明色素生物合成的停滯或破壞的加快“?。太空環(huán)境是一種特殊的誘變?cè)矗T發(fā)產(chǎn)生的變異幅度增大、有益變異增多。利用太空環(huán)境誘變作物種子創(chuàng)造新種質(zhì)、培育新品種已經(jīng)取得明顯成果。我國(guó)是世界上掌握衛(wèi)星航天器回收技術(shù)的國(guó)家之一，自1987年以來(lái)，我國(guó)科學(xué)工作者已經(jīng)多次利用返回式衛(wèi)星、高空氣球和神舟飛船搭載作物種子，經(jīng)多年地面種植篩選，先后育成50多個(gè)農(nóng)作物優(yōu)異新種質(zhì)、新品系并進(jìn)入省級(jí)以上品種區(qū)域試驗(yàn)。其hh至lJ2003年已通過(guò)品種審定的太空5號(hào)

6、、太空6號(hào)小麥新品種已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用，同時(shí)獲得了大量特異性十分突出的作物新種質(zhì)、新材料，如將極早熟、抗病和強(qiáng)筋等優(yōu)良性狀聚合一體的小麥新種質(zhì)SP8581和SP801■太空環(huán)境因素協(xié)同誘變具有顯著的特點(diǎn)和效應(yīng)，但由于太空實(shí)驗(yàn)投資火，技術(shù)要求·铘，實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)也十分有限，因此，有必要進(jìn)行地面模擬太空環(huán)境因素的試驗(yàn)研究。目前在太空環(huán)境的單因素地面模擬方面主要有粒子生物學(xué)效應(yīng)模擬、弱地磁生物學(xué)效應(yīng)模擬碩+學(xué)位論文混合粒子場(chǎng)誘變小麥的生物效應(yīng)與機(jī)理研究和微重力生物學(xué)效應(yīng)的模擬”’”1。粒子生物學(xué)效應(yīng)模擬包括單粒子效應(yīng)模

7、擬和混合粒子效應(yīng)模擬。在單粒子效應(yīng)方面，

8、}=l本、法國(guó)和德國(guó)等在20世紀(jì)60年代便開(kāi)始利用地面加速器丌展研究，所研究的?！畆種類(lèi)主要有質(zhì)子、“Fe、?0、“c和“’Ar等，并將試驗(yàn)結(jié)果用于放射醫(yī)學(xué)和宇航員的健康

9、{f『護(hù)等方面。我國(guó)的加速器單粒予生物學(xué)效應(yīng)研究始于20世紀(jì)90年代初。中國(guó)農(nóng)業(yè)科’≯院航天育種中心等單位自1996年以來(lái)，利用串列加速器丌展了地面模擬商能單粒子誘變小麥的生物效應(yīng)試驗(yàn)，初步建立起地面模擬高能單粒子誘變的方法。太空輻射是由多種高能、高LET粒子組成的混合場(chǎng)，單粒子效應(yīng)很難真實(shí)反映

10、宇宙射線(xiàn)輻射效應(yīng)。1999{F，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院航天育種中心等單位，在國(guó)內(nèi)外率先利用北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)模擬次級(jí)宇宙粒子(主要包括派介予、謬子、正、負(fù)電子、高能光子和質(zhì)子等)處理小麥種子，與Y射線(xiàn)相比顯著提高了相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)。弱地磁是空間環(huán)境重要因素之一。前蘇聯(lián)在屏蔽地磁場(chǎng)的零磁空間生物效應(yīng)研究方而已有相關(guān)專(zhuān)著。我國(guó)在人工磁場(chǎng)(同時(shí)存在地磁場(chǎng))處理農(nóng)作物種子的生物效應(yīng)研究方面已有大量文獻(xiàn)積累腳1。弱地磁生物學(xué)效應(yīng)模擬試驗(yàn)研究也有可喜進(jìn)展，目前全球已經(jīng)她有7個(gè)大型的屏蔽地磁場(chǎng)的零磁空間實(shí)驗(yàn)室。1989年，我國(guó)在

11、中國(guó)地震局地球物理研究所建立了第1個(gè)零磁空間實(shí)驗(yàn)室，主要用于精密儀器校正和消磁等。1998年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院航天育種中心與中國(guó)地震局地球物理研究所合作，利用模擬空間弱地磁處理小麥種子發(fā)現(xiàn)，一定周期的零磁空間可明顯抑制種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，但抑制損傷不存在劑量效應(yīng)，即抑制效應(yīng)并不隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)而增強(qiáng)”1。在小麥花藥培養(yǎng)過(guò)程中附加?定劇期的零磁處理，有助于促進(jìn)高質(zhì)量愈傷組織及其綠苗的獲得率。并可有效提高小麥花培后代的變異類(lèi)型和頻