论文部分内容阅读
通过不同离子种类及不同能量和剂量下的低能重离子辐射狐米草种子及胚性愈伤组织，试图研究低能重离子对细胞生理生化与超微结构的损伤，探索其较一般辐射具有更高突变率的原因，并尝试以该手段诱导选育适合我国滨海盐土农业与湿地植被恢复的优质狐米草新品系。该课题首先以美国特拉华州立大学盐生植物生物技术中心提供的狐米草(Spartinapatens(Ait)Muhl.)种子为材料，将现有狐米草组培方法进行改善，建立起以胚性细胞系为基础的狐米草无性繁殖体系，并以胚性愈伤组织取代种子作为种质资源。其次在中科院等离子体物理研究所与大连理工大学三束材料改性国家重点实验室的协助下，分别针对狐米草种子和胚性愈伤组织进行了低能重离子辐射参数的筛选。实验发现不同组合的离子辐射均能严重抑制种子萌发率或愈伤组织存活率，而能量越高，剂量越大，辐射对材料的影响也越大。相比之下，N+辐射较Ar+及Zn2+辐射对材料的影响略小。实验中利用生物抗冻剂二甲亚砜(DMSO)解决了胚性愈伤组织在真空中的存活率问题。后续实验中，论文重点研究了能量为20KeV，剂量范围为2.6×1015ionscm-2～15.6×1015ionscm-2的N+离子辐照对狐米草胚性愈伤组织超微结构的影响，比较了不同亚细胞结构在辐射后出现的种种病症，以及这些病症发生频率与辐射剂量之间的关系。实验发现细胞核核质与核膜对辐射均相当敏感，这可能正是低能重离子辐射较X-射线、γ-射线等传统辐射具有更高突变率的原因。实验同时发现低能重离子辐射损伤所能达到胚性愈伤组织的深度远超过其物理计算深度。进一步研究上述能量与剂量范围内N+辐射下狐米草愈伤组织自由基代谢变化情况，发现较低辐射剂量下，组织内稳定自由基水平即显著上升。机体内自由基清除系统中SOD、POD和CAT三种代表性酶的活性在辐射剂量范围内也有明显变化。中高剂量下，膜脂过氧化产物MDA的积累也显示了自由基代谢失衡是辐射对细胞膜损伤的重要因素。外加自由基清除剂甘露醇后，辐射对材料的损伤有所缓解。从非电解质外渗率与可溶性蛋白含量的变化规律看，低剂量下，辐射对细胞膜的损伤主要是离子束的机械穿透作用，但这种机械作用在实验剂量范围内差异不明显。中高剂量下，辐射对细胞膜的损伤应该是机械作用与失衡的自由基代谢等生化反应共同作用的结果。而自由基毒害可能是低能离子束辐射过程中诱导生物组织深层细胞损伤的重要因素。实验中SOD等抗氧化酶的应激性表达也可能正是组织存活率在随着剂量整体下降的过程中出现小幅回升的原因。提取处于特征拐点的5.2×1015ionscm-2处理组、10.4×1015ionscm-2处理组及对照组胚性愈伤组织、该三组愈伤组织分化所得再生苗、以及5.0×1016ionscm-2N+辐射种子萌发所得实生苗的DNA，并在80条Operon随机引物(KitsA、B、C、D)中筛选到8条适合于狐米草的引物(A18、A10、A4、A3、Bi0、C11、C2和D7)进行RAPD扩增，发现了大量DNA变异。同时，上述再生苗和实生苗中，在株高、节间距、叶宽、叶长、茎粗、分蘖数、地上生物量、地下生物量、粗蛋白含量等指标上也出现了大量的变异。这些遗传学与表型上的差异，证实了实验所选参数下的低能重离子辐射对狐米草诱变育种的可行性，并为狐米草新优品系的筛选奠定了基础。由于变异的非定向性，低能重离子辐射对狐米草各指标不存在整体的正向或反向刺激效应。