核技术应用-农业.ppt

第八章核技术在农业领域中的应用“核农学”（NuclearAgriculture）:主要研究核素和核辐射及相关核技术在农业科学和农业生产中的应用及其作用机理的一门交叉学科。功能：核技术是增加农业产量、提高农产品品质的最有效手段之一可为农业提供优质良种、控制病虫害、评估肥效、控制农药残余、保持营养品质、延长储存时间、鉴定粮食品质等。核农学分类：核辐射技术及其在农业中的应用核素示踪技术及其在农业中的应用。主要内容：辐射诱导育种昆虫辐射不育辐射保鲜肥料、农药、水等的示踪农用核仪器仪表等。辐射育种（Radioactivebreedingtechniques）是利用射线处理动植物及微生物使生物体的主要遗传物质—脱氧核糖核酸产生基因突变或染色体畸变导致生物体有关性状的变异然后通过人工选择和培育使有利的变异遗传下去使作物（或其它生物）品种得到改良并培育出新品种。这种利用射线诱发生物遗传性的改变经人工选择培育新的优良品种的技术就称为辐射育种技术。自1927年美国Muller发现X射线能诱发果蝇产生大量多种类型的突变以来辐射技术在农业育种上的应用在20世纪经历了一个突飞猛进的发展历程已经产生了巨大的社会效益和经济效益。1934年印尼科学家托伦纳利用Ｘ射线照射烟草育成烟草新品种开创了农作物辐射育种的新纪元。1958年美国国家原子能实验中心开展了大规模田间辐射育种研究。日本用射线对水稻农林8号进行田间照射获得545个突变体提高了蛋白质的含量。1964年美国利用热中子辐射培育出抗倒伏、早熟、高产的“路易斯”软粒小麦…中国的辐射育种起步于1958年起步晚但成绩巨大育成的品种数与推广面积均居世界领先地位。自20世纪50年代后半叶以来已先后育成水稻、小麦、大豆等各种作物品种品系20多个；采用辐射育种方法以及辐射育种与其他育种方法相结合选育出大面积推广应用的植物良种达数百个。年增产粮食30亿千克～40亿千克皮棉4亿千克～4.5亿千克油料2.5亿千克～3亿千克经济效益达30亿元～40亿元。辐射育种的特点：打破性状连锁、实现基因重组、突变频率高、突变类型多、变异性状稳定快、方法简便、缩短育种年限…生物体受到辐射后可以使很多生物活性物质受到损伤其中生物大分子损伤是大多数辐射生物效应的物质基础。电离辐射所致突变的可能机制：电离辐射损伤生物大分子。途径：直接作用入射粒子或射线直接与生物大分子（如DNA、RNA等）作用使这些大分子发生电离或激发。间接作用入射粒子或射线与生物体中的水分子作用使水分子发生电离或激发。一般情况下直接作用和间接作用是同时存在的它们的相对贡献取决于诸多因素：辐射的性质、靶的大小和状态、组织含水量、照射时的温度、氧的存在与否以及辐射防护剂或增敏剂的存在与否等。脱氧核糖核酸（DNA）是生物体中一类最基本的大分子是遗传信息的载体指导着蛋白质和酶的生物合成主宰着细胞的各种功能。DNA的基本结构是动态的而且是持续变化的因此变化的发生是很自然的尤其是在DNA复制和再结合期间外界环境和生物体内部的因素都经常会导致DNA分子的损伤或改变。DNA的变化是一切育种的物质基础。辐射诱发突变的遗传效应是由于辐射能使生物体内各种分子发生电离和激发导致DNA分子结构的变化造成基因突变和染色体畸变从而引起遗传因子发生改变并以新的遗传因子传给后代。电离辐射引起DNA损伤的类型：碱基变化碱基环破坏；碱基脱落丢失；碱基替代；形成嘧啶二聚体等。DNA链断裂辐射损伤的主要形式。磷酸二酯键断裂脱氧核糖分子破坏碱基破坏或脱落等都可以引起核苷酸链断裂。单链断裂发生频率为双链断裂的10-20倍但还比较容易修复；对大多数单倍体细胞（如细菌）一次双链断裂就是致死事件。DNA交联DNA分子受损伤后在碱基之间或碱基与蛋白质之间形成了共价键而发生DNA-DNA交联和DNA-蛋白质交联。会影响细胞的功能和DNA复制。以上损伤最终会导致DNA分子结构的变化造成DNA分子水平上的基因突变和染色体畸变是整体遗传突变的基础。基因突变由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变而引起的基因结构的变化就叫做基因突变。类型：点突变指DNA上单一碱基的变异。缺失指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。插入指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。基因突变基因突变通常可引起一定的表型变化对生物可能产生4种后果：致死性；丧失某些功能；改变基因型（Genotype）而不改变表现型（Phenotye）；发生了有利于物种生存的结果使生物进化这正是诱变育种的基础。染色体畸变染色体畸变指染色体数目的增减或结构的改变包括整个染色体组成倍的增加成对染色体数目的增减单个染色体某个节段的增减以及染色体个别节段位置的改变等。和基因突变一样染色体结构的变异也是生物遗传变异的重要来源之一；与基因突变相比染色体结构变异通常要涉及到较大的区段甚至达到