混合粒子场诱变小麦的生物效应与机理研究

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1、第一章文献综述移具生物活性的裸褥DNA大分子，可以省略复杂的远缘杂交，获得带有目的性状的转化后代，是远缘物种问遗传物质交流的一种简便有效的途径。1．2．1．1．4航天诱变航天诱变育种是指利用返回式卫星、飞船等航天器搭载农作物种子，利用太空中的特殊环境(太空辐射、微重力、高真空、弱地磁等因素)诱发突变，然后返回地面种植选育，育成新品种的作物育种技术“。4““。航天环境具有太空辐射、微重力、高真空、弱地磁等特点，具有诱变育种的多种因素。空阳j辐射的主要来源有地球磁场捕获高能粒子产生的地磁俘获带辐射、太阳系外突

2、发性事件产生的银河宇宙射线及太阳爆发产生的太阳粒子辐射。在空问辐射所包括的多种高能带电粒子中，质子的比例最大，其次是电子、氦核及更重的离子等⋯1。对植物的研究证明空间条件尤其是高能粒子具有强烈的致变作用““。微重力条件对植物生长周期l

3、t很多功能产生影响”2。i“。一般认为，太空辐射和微重力是主要诱变因素，并倾向于微重力通过提高生物对太空辐射的敏感性和抑flji]DNA损伤的修复，加剧生物损伤并提高变异率““。关于空J训条件对植物影响的研究，国际上在20世纪50年代就已经开展““州，但是侧重于其对宇航员的

4、健康伤害和防护办法的研究。迄今为止，国外尚未开展利用太空明i境条件进行作物诱变育种的研究工作。出于遗传背景、空间飞行高度、飞行时间等因素的差异，不同研究者实验结果不尽删同。研究表明，经过太空飞行的小麦种子在地面发芽活力增加，发芽率明显提高，小麦幼苗生长显著高于地面对照组和Y射线处理晦51，这种差异在过氧化物酶和酯酶同工酶酶谱及活性上也得到充分的证明。而且，小麦幼苗根失细胞分裂会受到不同程度的抑制，有丝分裂指数明显降低，染色体畸变类型和频率比地面对照有较大幅度的增加“7+⋯。常见的染色体变异是染色体桥、断片

5、和微核。空间环境下生长的小麦植株中叶绿素和类胡箩h素的含量降低1．5倍．证明色素生物合成的停滞或破坏的加快“⋯。太空环境是一种特殊的诱变源，诱发产生的变异幅度增大、有益变异增多。利用太空环境诱变作物种子创造新种质、培育新品种已经取得明显成果。我国是世界上掌握卫星航天器回收技术的国家之一，自1987年以来，我国科学工作者已经多次利用返回式卫星、高空气球和神舟飞船搭载作物种子，经多年地面种植筛选，先后育成50多个农作物优异新种质、新品系并进入省级以上品种区域试验。其hh至lJ2003年已通过品种审定的太空5号

6、、太空6号小麦新品种已经进入生产应用，同时获得了大量特异性十分突出的作物新种质、新材料，如将极早熟、抗病和强筋等优良性状聚合一体的小麦新种质SP8581和SP801■太空环境因素协同诱变具有显著的特点和效应，但由于太空实验投资火，技术要求·铘，实验机会也十分有限，因此，有必要进行地面模拟太空环境因素的试验研究。目前在太空环境的单因素地面模拟方面主要有粒子生物学效应模拟、弱地磁生物学效应模拟硕+学位论文混合粒子场诱变小麦的生物效应与机理研究和微重力生物学效应的模拟”’”1。粒子生物学效应模拟包括单粒子效应模

7、拟和混合粒子效应模拟。在单粒子效应方面，

8、}=l本、法国和德国等在20世纪60年代便开始利用地面加速器丌展研究，所研究的粒‘r种类主要有质子、“Fe、⋯0、“c和“’Ar等，并将试验结果用于放射医学和宇航员的健康

9、{f『护等方面。我国的加速器单粒予生物学效应研究始于20世纪90年代初。中国农业科’≯院航天育种中心等单位自1996年以来，利用串列加速器丌展了地面模拟商能单粒子诱变小麦的生物效应试验，初步建立起地面模拟高能单粒子诱变的方法。太空辐射是由多种高能、高LET粒子组成的混合场，单粒子效应很难真实反映

10、宇宙射线辐射效应。1999{F，中国农业科学院航天育种中心等单位，在国内外率先利用北京正负电子对撞机模拟次级宇宙粒子(主要包括派介予、谬子、正、负电子、高能光子和质子等)处理小麦种子，与Y射线相比显著提高了相对生物学效应。弱地磁是空间环境重要因素之一。前苏联在屏蔽地磁场的零磁空间生物效应研究方而已有相关专著。我国在人工磁场(同时存在地磁场)处理农作物种子的生物效应研究方面已有大量文献积累脚1。弱地磁生物学效应模拟试验研究也有可喜进展，目前全球已经她有7个大型的屏蔽地磁场的零磁空间实验室。1989年，我国在

11、中国地震局地球物理研究所建立了第1个零磁空间实验室，主要用于精密仪器校正和消磁等。1998年，中国农业科学院航天育种中心与中国地震局地球物理研究所合作，利用模拟空间弱地磁处理小麦种子发现，一定周期的零磁空间可明显抑制种子萌发和幼苗生长，但抑制损伤不存在剂量效应，即抑制效应并不随着处理时间的增长而增强”1。在小麦花药培养过程中附加⋯定剧期的零磁处理，有助于促进高质量愈伤组织及其绿苗的获得率。并可有效提高小麦花培后代的变异类型和频