航天搭载和离子束注入对大豆诱变效应的初步研究

以北方春大豆主栽品种绥农14的干种子为材料,分别进行航天搭载和低能离子束注入处理。其中,航天搭载在实践八号返回式卫星上完成,离子束注入采用能量为30keV的氮离子,设置4×1016、8×1016、12×1016和16×1016N+/cm2等4个注量水平,在相同种植条件下对航天搭载和低能离子束注入处理M1代的生物学效应和M2代的变异频率进行研究,以比较两种诱变育种手段诱变效应的异同。结果表明,航天搭载处理M1代的出苗率、株高、单株荚数、单株粒数等与注量分别为4×1016和8×1016N+/cm2的离子束注入处理无显著差异。航天搭载处理M2代的总变异频率为4.41%,离子束注入处理M2代总变异频率的平均值为5.02%,两种处理间差异不显著;两种处理M2代中均有早熟、不育、多小叶、矮化、畸形茎、圆形叶片等变异类型,这些相同变异类型的总频率占航天搭载总变异频率的比例为97.3%,占离子束辐照处理总变异频率的比例为89.0%。鉴于两种处理的诱变频率和突变类型相近,但航天搭载的成本高,建议在大豆诱变育种中,可考虑选用离子束注入。     

质子束诱变大豆的能量和剂量效应

用3个能量（3.0、5.0和7.0 MeV）和4个注量（1×108、1×109、1×1010和1×1011 H+/cm2）的质子束处理大豆品种绥农14的风干种子,以期确定质子束诱变大豆的效果和辐照参数。结果表明：质子束辐照可以导致大豆产生丰富的变异。在本试验条件下,经质子束辐照的大豆种子发芽率未受影响,但M₁代株高显著增加;M₂代出现早熟、黄化和不育等变异类型,总变异频率为6.81%。总变异频率有随注量增加而增加的趋势,但随能量变化的规律不明显。在M₂代,3.0 MeV、1×1011 H+/cm2处理的变异频率最高,为8.26%;在不同能量和注量水平下得到的突变类型不同,其中质子注量为1×1010和1×1011 H+/cm2的处理产生了较多的早熟突变,注量为1×109和1×1010 H+/cm2的处理产生了较多的黄化和不育的突变;质子能量为3.0 MeV时产生了较多的不育突变,5.0 MeV时产生了较多的早熟突变,7.0 MeV时产生了较多的黄化突变。结果表明质子束辐照可以作为一种新的育种手段在大豆上应用。     

加速器7Li+3注入小麦种胚内靶核反应的生物学效应

将加速器7Li+ 3 离子束与生物体内遗传物质发生1H( 7Li,7Be)n内靶特征核反应诱发核酸分子结构变化的机制应用于生物诱变 ,辐照剂量在 1 41 6× 1 0 10 粒子 cm2 - 1 41 6× 1 0 12 粒子 cm2范围内处理的小麦 ,观察幼苗叶片细胞亚显微结构 ,发现离子束注入引起了细胞膜的破裂 ,细胞发生质壁分离 ,细胞核形状变得不规则等。出现叶绿体局部突起 ,形成芽状结构 ;叶绿体基粒排列散乱 ,基粒类囊体模糊不清 ;叶绿体膜破裂 ,甚至消失 ;线粒体出现脊模糊、破裂等变化。对幼苗根尖细胞学研究观察 ,获得单桥、双桥、桥断裂、落后染色体、三级、断片和微核等畸变类型 ;对已获得的小麦突变株 ,分别进行M2 代DNA分子的RAPD分析 ,结果发现DNA均发生变异 ,证明7Li+ 3 注入通过内靶核反应能够诱发小麦在分子水平上产生遗传变异。     

质子对小麦的诱变效应及作用机理研究 Ⅰ.质子对小麦的诱变效应

用2MeV～9MeV 7个能量,5C～160C 12个剂量的质子处理5个品种,研究质子对小麦的诱变效应.结果表明,M1代的生物损伤随剂量的提高而加重,在一定能量范围内(6MeV以下),随能量的增加而加大,超过一定能量,生物损伤有所减轻;M1代较易出现γ辐照中少见的叶绿素条状缺失损伤.M2代诱变效果显著,突变谱宽,有益突变频率明显高于γ射线,较易诱发早抽穗性状变异;明确诱变小麦的适宜能量为4MeV,适宜剂量为1.4×1010～3.7×1010P/cm2.     

12C6+重离子束辐照玉米后代的生物学效应

为给玉米种质创新及品种改良创制优异的资源材料,采用不同剂量0(对照)、30、60、90、120 Gy 的¹²C⁶⁺重离子束辐照自育骨干玉米自交系LY8405干种子,并对各剂量辐照后代植株的生物学效应进行详细的对比分析。结果表明,随着辐照剂量的增加,自交系LY8405 M₁种子发芽率、株高、穗位高和花粉活力均低于对照组,相同剂量辐照的M₂生理损伤检测指标较M₁有较大程度的恢复,但仍显著低于对照组,而90和120 Gy剂量辐照后的M₁、M₂种子发芽率、株高和穗位高均与对照组表现出极显著差异;辐照剂量为30 Gy时,在M₂、M₃植株变异表型筛选中,创制出了多种农艺性状表型变异突变体,说明30 Gy是对自交系LY8405的生物学效应最为明显的辐照剂量,60 Gy影响效应次之,同时60 Gy是辐照半致死阈值;M₂和M₃突变类型包括植株矮化、穗位高度降低,叶片皱缩、叶色黄化、白化、花叶,穗型变大、变长,穗轴颜色由白变红,籽粒颜色由黄变为酒红色,粒型由马齿型变为硬粒型。生物学效应表明,30~40 Gy辐照剂量是0~120 Gy范围内重离子辐照选育玉米自交系LY8405的适宜剂量。本研究结果为不同玉米自交系创制新的种质资源提供了方法,更为玉米选育新品种提供了稳定的遗传材料。     

~7Li离子束诱变紫松果菊的生物效应研究初报

对紫松果菊的风干种子进行不同剂量的7Li离子束注入和γ射线照射处理 ,结果表明 ,与γ射线照射相比 ,7Li离子束注入处理具有损伤效应轻的特点。二者虽然在一定剂量范围都能够促进种子萌发 ,但对种子成苗的影响依诱变源和剂量不同而有所不同。7Li 1 0 9ions cm2 处理对幼苗形成有明显促进作用 ,随着7Li离子束剂量升高 ,幼苗生长受到一定程度的抑制 ,真叶的生长发育迟缓 ,成苗率明显下降。γ射线处理的种子成苗受到显著抑制 ,处理剂量越高 ,成苗率越低 ;当剂量高于 1 5 0Gy时 ,一般不能萌发真叶而导致幼苗死亡。在7Li离子束处理的M1代植株中出现花期、花径、花色、瓣形或瓣数的变异类型 ,变异主要发生在 1 0 11ions cm2 和 1 0 12ions cm2 两个剂量处理中 ,总体变异频率在 1 67%～ 6 67%之间。     

N+离子注入法选育高产葡萄糖耐量因子（GTF）酵母菌株

本研究通过铬耐量筛选的方式,从12株供试啤酒酵母中获得一株高耐铬性啤酒酵母菌株,并对该菌株进行N+注入诱变,注入能量为50keV,注入剂量1×2.6×1013、2×2.6×1013、3×2.6×1013、4×2.6×1013、5×2.6×1013和6×2.6×1013 icon/cm2。结果表明,最适诱变的注入剂量为4×2.6×1013 icon/cm2,得到1株高产GTF的啤酒酵母菌株M11-1A11,其富铬能力较诱变前提高了22.4%。经5次传代发酵培养,突变株的富铬性能稳定。     

不同灌溉施肥措施对夏玉米-冬小麦农田N2O排放和产量的影响

为明确不同灌溉施肥措施下夏玉米-冬小麦轮作农田N_2O的排放特征,寻求既能减少N_2O排放又保证粮食产量的灌溉施肥方法,以华北地区夏玉米-冬小麦轮作农田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤N_2O排放特征进行了周年(2015年6月15日-2016年6月12日)观测,探讨了常规施氮量(夏玉米:205.5 kg/hm2;冬小麦:250 kg/hm2)下传统灌溉施肥(FP100%)、滴灌+传统施肥(DN100%)、滴灌水肥一体化(FN100%)以及滴灌水肥一体化下不同施氮量(减氮60%(FN40%)、减氮30%(FN70%)、常规氮量(FN100%)和增氮30%(FN130%))下农田N_2O排放特征及土壤温湿度对农田N_2O排放的影响,另设滴灌+不施氮肥(CK)为对照。结果表明:在夏玉米-冬小麦轮作体系中小麦季农田土壤N_2O排放通量高于玉米季,夏玉米季土壤N_2O阶段排放峰值出现在拔节期和抽雄期;而冬小麦季土壤N_2O阶段排放峰值出现在冬前苗期和拔节期。与FP100%处理相比,FN40%处理在夏玉米和冬小麦季的N_2O平均排放通量分别降低了70.8%和66.7%,N_2O排放总量分别减少了58.7%和66.3%;整个轮作季周年产量没有显著减少,N_2O排放总量显著降低了62.9%(P0.05)。FN40%处理夏玉米季和冬小麦N_2O排放系数分别为0.06和0.01,显著低于其他施肥处理(P0.05)。土壤温湿度均影响农田N_2O排放,但不同处理在夏玉米和冬小麦生长季与土壤温度和土壤湿度的相关性并不相同。综合考虑N_2O排放量和作物产量,研究认为,在华北地区夏玉米-冬小麦轮作系统下,若采用滴灌,则根据作物需肥规律同时采用水肥一体化方式进行施肥才既有增产,又减少农田N_2O排放的效果,并且在滴灌水肥一体化技术下,减少60%施氮量在保障粮食产量的同时,可以有效地减少N_2O排放,是兼顾作物产量及大气环境的推荐管理措施。     

夏玉米生长盛期农田土壤CO2排放的研究

对华北平原典型农田夏玉米生长盛期土壤排放CO_2的试验结果表明,秸秆覆盖增加土壤C的排放,比未覆盖秸秆约增加10％。土壤CO_2排放通量的日变化为单峰型,峰值出现在12:00～16:00,变化区间为109～170μg/m~2·s(秸秆覆盖)和97～128μg/m~2·s(未覆盖)。土壤CO_2排放与温度(5cm地温)有显著相关关系,但与土壤湿度关系较复杂。夏玉米生长盛期土壤CO_2排放通量高于初期和后期,8月2日土壤CO_2排放通量为9月15日的1.42倍(秸秆覆盖)和1.32倍(未覆盖),土壤CO_2排放的日进程为6:00～18:00排放量占全天总排放量的63.5％(秸秆覆盖)和57.9％(未覆盖)。     

稻田种植春玉米经济效益及高效耦合技术研究

长期定位试验研究结果表明 ,与常规麦 稻二熟制相比稻田种植春玉米的麦 /玉米 稻三熟制年产量为1.4 2 5 4万kg/hm2 ,增产率 17.6 9% ;有机投能、无机投能和总投能分别高 3.5 4 %、8.37%和 7.90 % ,生物量和籽粒能量产出分别高 16 .99%和 15 .12 % ,能量产投比较高 ;N、P2 O5和K2 O等养分盈亏率增大 ,土壤有机质盈余较多 ,盈亏率为 81.18% ;新增纯收益率 2 2 .4 2 % ,边际成本报酬率 3.33。稻田种植春玉米高效耦合技术包括部分放开冬春茬 ,稻田冬春季改小麦为菜果经济作物 ;春玉米采用两段覆膜种植技术 ,其产量 >82 5 0kg/hm2 的综合措施为种植密度792 0～ 8990株 /hm2 ,施N量 2 88.6～ 35 2 .4kg/hm2 ,玉米 11～ 12叶展开时以 30 4 .6～ 4 98.0mg/kg浓度乙烯利化学控制叶面喷施 ;后季稻实施塑盘旱育秧大苗抛栽技术 ,其产量 >75 0 0kg/hm2 的综合措施为在培育 >35d秧龄壮秧基础上 ,基本苗 2 2 5～ 2 4 0万株 /hm2 ,施N量 2 2 5～ 2 5 5kg/hm2 。     

氮离子束与γ射线辐照日本晴和“9311”水稻突变体库的筛选

利用氮离子束和γ射线辐照处理粳稻日本晴和籼稻"9311",经过M1代损伤鉴定、M2代筛选和M3代重复鉴定,分别得到了740份和666份日本晴突变体,571份和781份"9311"突变体。获得的突变体发生了叶片、茎秆、穗部和籽粒、生理等性状的突变。在氮离子束辐照处理中,日本晴和"9311"分别在5.0×1016N+/cm2和2.5×1016N+/cm2剂量辐照时获得高突变率,为6.44%和6.38%;γ射线辐照处理中,2种材料均在150Gy剂量辐照时获得高突变率,分别为5.68%和9.44%。在本试验中,各高突变率群体均为辐照当代损伤最低的群体。新构建的突变体库将为水稻功能基因组学研究提供较好的基础材料。     

离子注入对雪松花粉粒萌发与花粉管生长的影响

用激光扫描共聚焦显微技术(LSCM)研究了低能离子注入对雪松花粉管萌发和生长的影响。结果表明,低剂量(1×1015ions/cm2)注入对雪松花粉粒萌发没有明显的影响;3×1015ions/cm2和5×1015ions/cm2离子注入可以刺激花粉粒萌发;高剂量(等于或大于7×1015ions/cm2)的离子注入会显著抑制花粉粒萌发。离子注入对雪松花粉管的伸长和花粉管的形态特征有比较明显的影响,花粉管受到的损伤程度与离子注入剂量有一定的相关性。     

低能N+离子注入诱导小麦种子高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白的变异

应用SDSPAGE和APAGE电泳技术,对不同剂量低能(25keV)N+离子注入小麦稳定品系CH3286的M3代种子储藏蛋白高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白变异进行了系统的分析。结果表明低能N+离子束注入能有效地诱导小麦种子高分子量谷蛋白亚基的变异。高剂量(10.8×1016N+cm2)N+注入的诱变频率高于中剂量(7.2×1016N+cm2),其亚基总变异频率分别是13.7%和4.2%。不同位点的高分子量谷蛋白亚基对N+离子的敏感程度不同,其中以Glu1D最敏感,变异频率由大至小分别是Glu1D>Glu1B>Glu1A。低能N+离子束注入诱导的醇溶蛋白变异与高分子量谷蛋白亚基的变异有相似的规律。醇溶蛋白遗传区对N+离子的敏感程度也不同,其中ω醇溶蛋白最敏感,能产生较多的变异,其次是γ和β醇溶蛋白,最不敏感的是α醇溶蛋白。在M3代植株群体中筛选到一些农艺性状较稳定的高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白变异株。     

高能混合粒子场诱发的小麦矮杆突变体的SSR分析

为了研究高能混合粒子场(CR)和γ射线两种不同处理方法诱变小麦产生的具有相同表型的突变体之间的分子差异,选用随机分布于小麦21对染色体上的114对微卫星(SSR)引物,对CR和γ射线处理冬小麦品种ZY9和ZH7获得的矮杆突变体M3代进行SSR分析。结果表明,CR处理产生的矮杆突变体的多态性位点主要分布在染色体2A、2B、2D、3D和5A上,而γ射线处理产生的矮杆突变体的多态性位点主要分布在染色体2A、2B、2D、4A和5A上;与γ射线处理相比,CR处理较容易产生扩增条带的增加和扩增条带长度的差异,不易产生扩增条带的缺失。序列分析表明,CR处理产生的变异主要是碱基的置换和插入,其中碱基T为易发生突变的碱基。CR诱变能够在DNA水平上导致小麦遗传物质变异,其诱变机制不同于γ射线,是一种有效的诱发突变新途径。     

氮离子注入对仿栗种子当代生理生化性状的影响

研究了不同剂量的氮离子注入仿栗种子对种子内过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性以及丙二醛的含量、电解质外渗率的影响。结果表明:离子注入剂量在9×1016~12×1016N+/cm2下过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的酶活性达到峰值,丙二醛含量和电解质外渗率最低,在一定程度上削弱种子脂质过氧化作用。结果说明一定剂量的氮离子注入能激活合成自由基清除酶的能力,在一定程度上免受自由基侵害。     

实践八号育种卫星搭载植物种子的空间辐射剂量分析

为了探明植物种子在空间搭载后发生一系列改变的原因,尤其是探寻空间辐射与突变发生的内在关联,设计了"照相定位"实验法,采用CR-39固体核径迹探测器来探测空间重离子,并利用空间重离子径迹与植物种子的相对位置,来确定被重离子击中的种子及其击中部位;同时用LiF热释光片测量种子所受的较低LET空间辐射的剂量。结果表明,"照相定位"法简便易行,经济实用,并极大地缩短镜下分析时间;最终测得空间重离子注量率为4.44个/cm2.d,种子所受较低LET空间辐射的平均剂量为4.79mGy。     

电子束及~(137)Cs γ射线对春小麦辐射遗传效应的研究

本试验以春小麦为材料,用~(137)Cs γ射线辐照为对比,主要研究了电子束对春小麦诱变的遗传效应及适宜剂量,调查了 M_1代生物学损伤、M_2代突变率和突变谱变化,观察了有丝分裂和减数分裂染色体畸变。结果表明:电子束的生物学损伤比~(137)Csγ射线要轻些;两者在诱发染色体畸变方面的情况相似;电子束与~(137)Cs γ射线相比,M_2代突变率较高,突变谱较宽。试验初步表明:电子束是一种较有应用价值的诱变源,它对春小麦的适宜剂量为2.93—3.58×10~4rad。而~(137)Cs γ射线对春小麦的适宜剂量略低于2.32×10~4rad。     

离子注入诱变植物乳杆菌选育CLA高产突变株的研究

以A6-1为出发菌株,采用N+离子注入的方法进行诱变处理,注入能量为50keV,注入剂量为1×1013、3×1013、5×1013、8×1013、10×1013、30×1013、50×1013、80×1013、100×1013ion/cm2,真空度为10-3Pa。结果显示,菌体的存活率随离子注入剂量的增加呈"马鞍型"曲线,"鞍脊"出现在30×1013ions/cm2～50×1013ions/cm2之间,此时菌体的存活率在20%～35%之间。综合考虑存活率、总突变率、正突变率和突变幅度等因素,推荐30×1013ions/cm2作为离子注入植物乳杆菌的适宜诱变剂量。从所有的注入处理中挑选CLA转化能力提高了50%以上的突变株进行传代稳定性试验,发现F菌株经8次传代后产CLA的稳定性最好。该突变株各代的产量平均为162.5μg/ml,比出发菌株提高了69.87%,将此突变菌株命名为A6-1F。     

高能混合粒子场辐照小麦M_1代变异的SSR分析

本试验利用北京正负电子对撞机直线加速器E2束流打靶产生高能次级混合粒子场,模拟次级宇宙射线,分别以0、109、145、195、284和560Gy剂量处理两个冬小麦品种ZY9和ZH7,并与相同剂量的60Coγ射线相比较,研究混合粒子场辐射处理对小麦幼苗生长和微卫星(SSR)标记谱带变化的影响。试验结果表明,随着混合粒子场处理剂量的增加,小麦幼苗生长受到的损伤逐渐增加。SSR标记分析结果发现,小麦B基因组的多态性位点频率占总多态性频率的46%,在3个基因组中最高,可能为“热点”突变基因组。高能混合粒子场对冬小麦幼苗的生长抑制和微卫星DNA的损伤效应大于γ射线。