高压静电场在农业中的应用及其作用机理的物理微观解析

本文概括了近几十年来电场处理种子、分选种子、空间电场防病促生技术、电场果蔬保鲜的应用及其产生的电场生物学效应,同时阐述了电场生物效应作用机理及其研究现状.本文重点介绍了近年来一些物理学者对电场作用机理的物理微观解析一介质极化微观理论、一维自由谐振子能级理论、势垒贯穿理论等.指出了电场在农业中的应用非常广泛,但到目前为止对其作用机理还没有统一的理论解释.电场生物学效应作用机理的深入研究需要生物学者、化学学者和物理学者的密切合作.     

氮离子束对小麦种子不同部位作用的突变效应

本文描述了荷能重离子束（^14氮^1 和^14氮^7 ）在作物改良上的应用。为了探讨离子束轰击小麦种子不同部位（例如：种皮,种胚和整粒种籽,包括胚乳、胚和种皮）后的不同反应,采用了不同能量的氮离子。轰击不同部位是通过改变离子能量来实现的。在这个研究中,我们选择了三种能量以达到轰击不同部位的目的,它们是超低能区的110keV,低能区的15．7MeV/u和中能区的72MeV/u.根据TRIM 91程序计算,它们在种子内的射程依次为0．44μm,0.61mm和9.6mm。所以,110keV的离子不能贯穿种皮,因为它的厚度72μm,只能极浅层注入种皮而不能触及胚细胞（称这种情况为轰击部位1）,15．7MeV/u的离子能够贯穿种皮并注入胚内（厚度约1mm),但不能进入胚乳（称这为轰击部位2）,72MeV/u的离子能从种子的胚部到顶部贯穿整个麦粒（麦粒长约7mm)（称这为轰击部位3）。上述三种能量的氮离子辐照了三个品种（定西24、88－12、82－579）的春小麦种子。而后进行了室内实验和大田培育,得到了50％出苗率时的剂量D50,统计了上述三个轰击部位下根尖细胞中的微核率及染色体畸变率,大田中产生了一些新的变异,例如增产（达百分之几十）,早熟（五天左右）,矮杆（低约20cm),抗（条锈）病,并且显示了轰击不同部位的突变频率与突变谱,还简略地讨论了三种情况的突变机理。     

重离子束辐照牧草的细胞学研究

采用80MeV／u^20Ne^10 叶离子束贯穿处理豆科与禾本科牧草种子,从实验室种子萌发和根尖细胞的观测分析,随着贯穿剂量的增加,幼苗生长明显减弱,呈负相关性;而染色体总畸变率和徽核率随剂量的增加而显著增加,呈正相关性。结果表明：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20Gy～30Gy,豆科牧草辐照剂量应高于150Gy。     

低能离子束生物技术的应用

自从我国科学家发现离子注入生物学效应后,低能离子束生物技术的研究就在我国率先兴起。随后,越来越多的科学家基于低能离子与生物体之间存在的能量沉积、动量传递、质量沉积及电荷中和与交换的相互作用,对生物体内的遗传物质进行加工、修饰、重组,开辟了农作物和微生物等遗传改良及转基因的新方法。本文简要介绍了低能离子束生物技术产生的背景、低能离子束与生物体之间相互作用的机理和特点以及目前低能离子束在诱变育种和转基因等生物技术领域的研究进展,并展望了离子束技术在藻类基因工程方面的发展潜力。     

低剂量率下高线性能量转移碳离子束辐照人类唾液腺细胞的存活效应

利用日本千叶重离子医用加速器 HIMAC 提供的碳离子束,对人类唾液腺细胞 (HSG) 在剂量率为 0.5 Gy/h 的低剂量率条件下进行了辐照,运用标准的克隆形成法得到了 3 种不同剂量平均线性能量转移 (LET) 碳离子束辐照 HSG 细胞的剂量存活效应 . 与先前 HSG 细胞在治癌剂量率 (1~5 Gy/min) 下对相近剂量平均 LET 碳离子束辐照的剂量存活效应数据相比, HSG 细胞对高 LET 碳离子束辐射表现出明显的剂量率效应 . 为在相同条件下得到碳离子束对 HSG 细胞的相对生物学效应 (RBE) ,利用 60Co-γ射线在剂量率为 0.5 Gy/h 的条件下辐照了 HSG 细胞,得到该细胞系对低 LET 射线响应的剂量存活效应 . 与先前在治癌剂量率下得到的 RBE 值相比,低剂量率条件下得到的 RBE 值总体减小 . 由实验发现的剂量率效应及低剂量率条件下 RBE 值的减小,表明由高 LET 碳离子束造成的辐射损伤在低剂量率条件下也存在着显著的修复效应 . 据此,对辐射造成细胞致死的原因进行了探讨 .     

低能离子束在生物技术中的应用研究

自从发现离子注入生物效应后,低能离子与生物体系相互作用研究在我国率先兴起,并很快投入应用。简要介绍低能离子注入生物效应的机理研究和应用研究的进展状况,并展望未来 。     

重离子诱变微生物育种的研究进展

近年来,重离子束作为一种新的辐射诱变源在微生物育种领域已多有应用.与传统的辐照源相比,重离子束具有更高的传能线密度,可以产生更强的辐射损伤生物效应,因此诱变效率高.本文综述了近年来重离子诱变在微生物育种中取得的进展、诱变后突变体菌株的筛选策略、重离子束引起微生物遗传物质改变的直接和间接机制以及突变后的修复机理,并对其在...     

低能氮离子注入对决明子的生物效应研究

用低能氮离子注入决明子种胚,种子浸泡液电导率显著增加,发芽势和发芽指数显著降低,幼苗主根长度减少,平均鲜重和活力指数显著降低.直接接受离子注入的种胚,其SOD酶活性随注入剂量的增加呈现出先下降再轻微上升的趋势.而没有直接接受离子注入的胚乳,其SOD酶活随注入剂量的增加呈马鞍形曲线.     

重离子射线照射后抗辐射菌基因组DNA的损伤修复

研究了不同种类的重离子射线及同一射线的不同剂量照射后引起的抗辐射菌(Deinococcus radiodu-rans)R1的DNA二条链的切断损伤修复时间。结果表明,抗辐射菌经重离子射线照射后所引起的DNA二条链的切断损伤经过培养能被修复;切断的DNA二条链的修复时间随着照射剂量的增加而延长;高LET的重离子射线照射所引起的损伤修复比低LET的重离子射线需要更长的时间,损伤修复的时间与射线的LET之间存在一定的依存性。由此认为:抗辐射菌经照射后引起的DNA二条链切断损伤与射线的种类及照射的剂量有关,照射的剂量越大,射线的LET越高,则DNA二条链的切断损伤越多,损伤修复所需要的时间越长。     

低能氮离子注入西瓜胚芽的存活率的初步研究

以西瓜胚芽为材料 ,研究了低能氮离子注入植物活体组织的存活率和二甲亚砜 (DMSO)预处理对存活率的影响。结果表明 ,真空冰冻对存活率有一定影响 ,离子注入损伤是植物活组织在离子注入时存活率降低的主要原因 ;在能量为 2 5 ke V,总剂量为 3.9× 10 1 6ions/ cm2 ,脉冲剂量为 1.3× 10 1 4 ions/ cm2 的注入参数下 ,1%的 DMSO预处理 2 5～ 35分钟可以降低失水率并大大提高胚芽的存活率。由此讨论了进一步扩大低能离子注入的应用范围 ,以及在果树、花卉和无性繁殖的作物上进行诱变育种或遗传转化的可能性。     

维生素C二步发酵中离子注入诱变巨大芽孢杆菌的生物学效应

巨大芽孢杆菌BM279是经低能N 离子注入诱变原始菌株BM80而得到的维生素C高转化率伴生菌株。通过对离子注入前后出发菌和突变株的生理、生化等生物学特点比较,探讨了离子注入巨大芽孢杆菌对2-酮基-L-古龙酸(2KGA)高转化率的促进机理。离子注入对巨大芽孢杆菌自身的生长无明显影响,BM279呈现出与BM80基本一致的生长曲线;但BM279对混菌发酵体系中产酸菌GO29的细胞增殖有显著促进作用。BM279在混菌发酵过程中分泌较多的碱性物,有利于维持GO29生长、代谢的pH环境。BM279培养42 h,其胞外活性物质对GO29的糖酸转化活力较BM80有显著提高,且分泌时间较BM80推迟6 h。利用层析技术分别从BM80、BM279胞外液中纯化了L-山梨糖脱氢酶(L-sorbose dehydrogenase,SDH)激活蛋白(SSPBM80和SSPBM279),后者比活较前者高出50%,对GO29中的SDH酶活有更强促进作用。