离子注入技术在水稻育种上的应用研究

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离子注入植物诱变育种技术研究进展

离子注入植物诱变育种技术研究进展
水稻 、 小麦 、 芥菜 等作 物 的研 究也 取得 良好进展 [ ]我 6。 国离 子 束应 用 技术 研 究 已取 得 1 7项创 新 成果 和 一 大
( 离 子体 ) 等 轰击 植 物种 子 、 胚芽 、 粉 等生 物材 料 , 花 使 之产 生基 因突变 , 从而 选育 出新 的 品种 。简单 地说 , 离 子注 入诱变 育种 就是利 用离子 注入技 术进行 生物诱变 育种 的一种 新 的育 种 技术 。离 子束 与生物 的相互作用 不 仅有 物理 的和 化 学 的 , 而且 还 会 引起 强烈 的生物效 应, 从而促 使生 物产 生各种变 异 ( 中有许 多是 自然条 其 件下 极为 罕见或难 以产 生的 )我们可 以从 中选 出所期 ,
1 2 离子 注入诱 变 育种技术 .
启发 , 中国科 学 院等 离 子 体 物理 研究 所 与 安徽 省 农 科 院水 稻所 合 作 , 低 能 离 子 注入 应 用 于水 稻 的品 种 改 将
良, 得极 大 的成 功 [ 。 过 去的 近 2 获 1 在 ] O年 中, 们对 离 人 子 注入 植 物 的 生物 学 效应 进 行 了广 泛 研究 [ , 2 目前 ]
2 离 子 注入 植 物诱 变 育种 的特 点
离子 注入 植 物诱 变 育种 过 程 中 , 仅 离 子束 的能 不 量 对植 物体 有重 要 的作 用 , 而且 离 子本 身 最 终也 停 留 在 植物体 内 , 对植 物 体的变异 也有重 要 的影响 。 离子注
入 与传统 的 X射 线 、 7射线 等其 它辐射 源相 比, 具有 以 下 优势 :1 传 能线密 度大 , () 生物生 化作用 强 , 有较高 具
导体 材料 掺杂和 金属 、 陶瓷 、 高分子 聚合 物等 的表 面优

水稻分子育种技术的研究进展

水稻分子育种技术的研究进展

水稻分子育种技术的研究进展水稻是世界上最重要的粮食作物之一,其主要种植区域位于以亚洲为主的发展中国家。

然而,水稻的生长周期长,产量低,受环境因素的影响较大,对农民经济收益的影响也很大。

随着技术的飞速发展,水稻分子育种技术被认为是提高水稻产量和抗病能力的一种重要手段。

本文将介绍水稻分子育种技术的研究进展。

一、分子标记辅助选育分子标记辅助选育是指利用各种分子标记技术对遗传多样性、遗传连锁和精细定位等进行分析,以加速选育进程和提高选育效率的一种技术手段。

该技术不仅可以加速选育进程,提高选育效率,还可以避免一些传统选育方法中所存在的问题。

例如,基于分子标记技术的QTL定位和克隆,科学家可以更加精细地进行杂交组合和种质筛选,进而有效地提高育种效率。

此外,该技术还可以通过对水稻基因组中的微卫星标记、单核苷酸多态性标记和功能基因标记等进行分析,为杂交组合和种质选择提供更加准确的遗传背景信息。

因此,基于分子标记辅助选育的水稻育种工作得到了广泛关注和研究。

二、利用CRISPR-Cas9技术改良水稻基因CRISPR-Cas9技术是一种基于剪切目标DNA的精准基因编辑技术。

它可以通过人工设计的小RNA分子对特定基因进行靶向编辑,从而产生特定的基因改变。

该技术可以被应用于水稻的基因编辑和纯化。

例如,一种名为OsPPR736的基因被证明可以调控水稻的光合作用和呼吸作用,并影响大米质量和产量。

科学家利用CRISPR-Cas9技术成功对OsPPR736进行了靶向编辑,从而获得了产性状良好、产量更高的水稻品种。

类似地,该技术还可以用于改良水稻质量、耐旱、抗虫等性状,具有广泛的应用前景。

三、利用转基因技术提高水稻产量转基因技术是指利用外源基因对目标物种的基因进行改造和调节的一种技术。

在水稻中,转基因技术可以被用于提高其产量和改善其抗病性。

例如,水稻负责光合作用的基因被植入到水稻中,从而增强光合作用的效率,提高水稻的生产力。

此外,一些抗病基因和逆境响应基因也可以通过转基因技术进行提高,使水稻获得更好的抗病和逆境能力。

水稻育种的新技术与新方法

水稻育种的新技术与新方法

水稻育种的新技术与新方法一、引言水稻是全球重要的食用谷物之一,如何提高水稻产量、优化品质一直是水稻育种的热点问题。

近年来,随着科学技术的不断进步,新技术和新方法的不断涌现,为水稻育种提供了更加丰富的手段和选择。

本文将着重介绍水稻育种中的新技术和新方法,并探讨其应用前景。

二、分子标记技术在水稻育种中的应用分子标记技术是一种基因工程技术,利用分子生物学技术对种质资源进行分子标记,为育种提供一个新的选择手段。

在水稻育种中,分子标记技术主要有两种应用方式:一是对基因型鉴定,即通过酶切片段长度多态性(RFLP)、序列特异性扩增(SSR)和单核苷酸多态性(SNP)等标记技术对水稻种质进行基因型鉴定,实现育种的精准选择;二是对基因功能研究,即通过分子标记技术对水稻主要农艺性状相关基因进行筛选和鉴定,为优异基因的转化和应用提供科学依据。

三、转录组学技术在水稻育种中的应用转录组学技术是一种研究生物体内所有基因表达状况的高通量技术,可以全面解析种质资源的基因表达差异和调控机制,为水稻育种提供一种新的系统性、高效性手段。

通过转录组学技术,可以快速鉴定优质高产的水稻种质,筛选出高表达的关键基因,进而实现农艺性状优化或基因改良。

同时,转录组学技术还可以加速不同基因型之间的功能差异分析,揭示水稻适应环境的分子机制,为选配更优秀的基因组合提供理论基础。

四、基因编辑技术在水稻育种中的应用基因编辑技术是一种新兴的分子生物学技术,可以实现对基因组特定位点进行准确编辑、插入或删除,为育种提供一个高效的基因改良方法。

在水稻育种中,基因编辑技术的应用主要包括电穿孔法、CRISPR-Cas9和TALEN等技术。

此外,基因编辑技术还可以实现优质水稻品种在不同地区的适应性改良、耐盐碱性和耐病性的提高等方面的应用。

五、遗传多样性保护在水稻育种中的应用遗传多样性保护是现代农业发展的重要方向之一,也是水稻育种的需求之一。

在中国,水稻资源种类多样、数量丰富,但同时还受到了基因资源保护不足的问题。

离子束介导玉米DNA处理对水稻的生物学效应

离子束介导玉米DNA处理对水稻的生物学效应
( 郑州大学 河南 省离子束生物工程重点实验室 , 河南 郑州 4 0 5 z 50 2;湖南科技大学生命科学学院 , 湖南 湘潭 4 10 ) 12 1 摘 要: 以玉米 品种 为异源 D A供体 , 6份水 稻品系为受体 , N 以 借助于低能离子束介 导技术完成异源遗传物质
的 转移 试 验 , 其 介 导 试 验 的 当 代 群体 的特 异 性 进 行 了观 察 鉴 定 。研 究 结 果 表 明 , 验 材 料 的成 苗 率 在 同 一处 理 不 对 试
专 论 与 研 究
DOI 1 3 6 / i n 1 0 - 0 22 1 .40 9 : 0 9 9 . s .0 6 8 8 .0 00 . js 0

中 国 弗 米 2 1 ,6 4 :4 3 0 0 l ( )3 - 6
离子束介导 玉米 D A处理对水稻 的生物学效应 N
黄群策 。 燕晓阳 李玉峰 z
果。
关键词: 离子束介导 ; 水稻 ; 玉米 D A; N 生物学效应
中 图分 类 号 :5 1 3 . ¥1. 5 0 2 文 献 标 识码 : A 文 章 编 号 :0 6 8 8 (0 00 — 04 0 10— 0 2 2 1 )4 0 3 — 3
在水稻遗传改 良已经取得 了巨大成就 ,水稻单位 面积产量已经达到相当高水平的形势下 ,水稻育种的

直采用的试验 材料 。在试验 中异源遗传 物质的供 体
为 玉米 材料 ( 西星赤糯 一号 )由山东省莱 州市农业科 , 学院蔬菜种苗研究所提供。 采用 C A T B法提取玉米基 因组 D A,随后对其基 N 因组 D A的浓度进 行测定 。试验 中用于转化 的 D A N N
c m行株距将其移栽至大 田, 让其在 自然条件下生长发 育 。在成熟期 , 以水稻的主要农艺性状为考查对象 , 统 计群体 内变异植株出现 的频率 ,以便研究离子束介导 所导致 的生物学效应 。对 于介导试验的第一代群体 , 主

离子束生物技术在水稻育种中的应用前景

离子束生物技术在水稻育种中的应用前景

基 方 式 的 化 合 反 应 , 而 产 生 新 的 自 由 基 , 一 步 引 进 进
起 新 的 连 锁 反 应 。 除 此 之 外 , 由 基 的 反 应 活 性 很 自
强 , 容 易 与 生 物 分 子 发 生 加 成 反 应 、 氢 反 应 和 电 很 抽
子转 移反 应 , 果会使 生物 体 出现 一定 的损 伤 结
学 反 应 , 成 新 的 分 子 结 构 ; 外 , 能 离 子 被 注 入 形 此 荷
离 子束 生物 技 术是低 能 重离 子生 物学 的一 个重 要组 成部 分 , 利 用 离子 的极 化 和 离 子 群 的 团 化产 是 生 生 物 学 效 应 的 高 新 技 术 。 目前 , 子 束 生 物 技 术 离
18 9 9年 中 国 科 学 院 等 离 子 体 物 理 研 究 所 的 余 增 亮 研 究 员 率 先 将 低 能 重 离 子 注 入 技 术 巧 妙 地 应 用 于 生 命科 学 的 研 究 中 , 辟 了 辐 射 生 物 学 的 一 个 新 开 领 域 — — 低 能 重 离 子 生 物 学 , 到 国 内 外 学 者 的 重 受 视 低 能 重 离 子 是 指 能 量 在 1 ev ~ 15v 之 间 而 0e 其 原 子 序 数 大 于 氦 的 原 子 序 数 的剥 离 原 子 核 已 经 证 实 , 离子具 有 一定 的静 止质 量 , 过加 速注 入生 重 经 物 体 后 可 以 引 起 能 量 沉 积 、 量 沉 积 、 量 传 递 和 电在水稻 遗 传改 良中的新 颖性 、 在创造 远缘 水稻 新 种质 中 的特 殊性 和 存 水稻 育种 中 的心 用 前景 :认 为低能 离子束 作 为一种能 有效 地改造 生 物 体遗 传 特性 的新 的诱 变源具 有 诱 变 半高 、 变 谱广 和诱 突

离子注入后突变水稻再生植株的花器性状

离子注入后突变水稻再生植株的花器性状

2 1 年第 3 01 9卷第 6期
黄雅琴, 李尽哲, 黄群策.离子注入后突 变水稻再生植株 的花器性状[ ] J .江苏农业科学,0 13 ( :1 2 1 ,9 6) 16—18 1
离子注入后 突变水稻再生植株 的花器性状
黄雅 琴 ,李尽 哲 ,黄群 策
中图分类号 : 5 10 ¥1.1 文献标志码 : A 文章编号 : 0 1 2—10 (0 1 0 0 1 0 3 2 2 1 )6— l6一O 3
杂交水稻育种从研究方法上 分为三系法 、 两系法 和一系
在后代群体内筛选 到具有双 胚苗特征 的新材 料 , 配合无 再 性系诱导技术进行更有效 的遗传改 良 , 成功再分化 出一批
18 1 ( )2— . 95,7 1 : 9
[] 3汪
华, 杨京平 , 洁 , 金 等.不同氮素用量对高肥力稻 田水 稻 一
土壤 一 水体氮素变化及环境影响分析 [] J .水土保持学报 , 0 , 2 6 0
2 1):0—5 0f 5 4.
步说 明改 良施肥方式 的优越性 。
3 小 结
株后代 ;C37— — 1是 D 7— — 1 T1 0 0 0 4 0 0 0 经过组 织培养脱分 4 的氮 占 5 2 % 一1. 1 , .7 3 7 % 损失 的氮 占5 .5 一 20 % , 6 0 % 7 .3 其
中氨挥发损失的氮 占7 0 % ~9 8 % , 随着施 氮量的增加 .6 .7 且 而增多 。残 留在土壤中的氮主要存在于 0~ 0c 4 m土层 , 中 其 约 7 % 的残 留氮存在于 0— 0c 0 2 m的表 土层 ,O~ 0 c 4 6 m土层 几 乎检测不到。改 良施氮方式与习惯施氮方式相 比能减少氮 素的损失 , 试验地 区适宜 的氮肥用量为 20— 0 s h 0 30k m 。 /

水稻基因组重组技术及应用研究

水稻基因组重组技术及应用研究

水稻基因组重组技术及应用研究水稻是世界上最重要的粮食之一。

由于人口的增长与城市化的发展,而且因气候变化和有限资源,水稻的生产及其效率成了农业发展和食品安全的重要问题。

因此,开发和推广新技术和新方法来提高水稻产量和质量具有十分重要的意义。

在这方面,水稻基因组重组技术及其应用研究成为了一项前沿科学研究的重要内容。

一、水稻基因组的研究进展1987年,日本的一个团队首次完成了水稻基因组的测序。

随着科技和计算能力的进步,这项工作的水平和速度有了很大的提高。

2005年底,八个国家和地区的研究者合作完成了水稻基因组的重组分析,确定了水稻有38,016个基因。

当时,人们认为这是一个重要的科学突破,记者甚至预测,水稻的基因组重组可能会带来革命性的变化。

在此基础上,科学家们发现了一些重要的水稻基因和基因家族。

例如,水稻有一个叫做SD1的基因,它编码一个调节农作物高度的激素,有效的利用它可以增加产量。

此外,水稻基因组中还有众多的转录因子、丝氨酸蛋白酶抑制剂、微RNA等,对于调节水稻开花、抗病、调节光合作用等,都有着重要的作用。

二、水稻基因组重组技术的发展在对水稻基因组的深入了解以后,科学家们开始着手开发水稻基因组重组技术,以实现包括优质,高产,抗病等特点的水稻品种的培育。

1、基因诱变技术基因诱变通过诱发基因组发生突变,来产生新的品种,这是一种比较成熟的方法。

科学家们主要通过辐射或使用化学物质来诱导遗传变异。

在辐射诱变时,普遍使用的是X线、γ射线、中子或质子,这些粒子能够通过杀死细胞或破坏细胞,达到目的。

此外,还有基于X-射线的仪器,运用微电子学的原理,对植物进行基因诱变。

2、基因组编辑技术随着CRISPR-Cas9技术的发展,基因组编辑技术的应用变得越来越广泛。

CRISPR-Cas9技术相较其他的转基因技术更为高效,便于实施,能够快速生成特定的编辑作用,并且能够针对不同类型的基因组重组。

应用于水稻上的编辑技术,例如基因剪切、基因组插入、基因调控,极大的促进了优质,高产水稻品种的培育。

离子束生物技术在生命科学中的应用

离子束生物技术在生命科学中的应用

离子束生物技术在生命科学中的应用第29卷第2期2006年2月核技术NUCLEARTECHNIQUESV o1.29,No.2February2006离子束生物技术在生命科学中的应用曾宪贤,武宝山1,2吕杰,21(新疆大学离子束生物工程中心乌鲁木齐830008)2(新疆大学物理系乌鲁木齐830046)摘要我国科学家80年代发现了离子注入的生物效应,并将这一原理应用于诱变育种.本文介绍了离子束生物技术及原理,低能离子束注入生物学效应的研究,离子束生物技术在新疆的应用和发展.关键词离子注入,诱变育种,应用中图分类号TL503.4,Q691.$816_3受太空育种等辐射育种的启发,20世纪80年代中国科学院等离子体物理研究所开创了离子束注人生物新技术.经过二十多年的发展,该技术研究无论在理论还是实际应用方面都取得了一定进展.在诱变育种,转基因以及环境辐射与人类健康等方面取得了一些重要的阶段性研究结果.其中在植物及微生物诱变育种的研究应用中,利用离子注入进行品种改良已在生产实践中得到广泛的推广应用.离子注入是一种具有能量沉积,动量传递,质量沉积和电荷中和与交换联合作用的诱变源,相当于一种复合诱变源,使该技术比其它诱变方法能产生更为广泛的诱变图谱.因此,离子注人进行生物诱变育种已成为诱变育种研究的热点.本文对离子束生物技术的原理进行了概括,并对离子束生物技术在新疆的应用与发展进行了综述.1离子束生物技术及原理核技术是现代科学技术的重要组成部分,是当代最主要的尖端技术之一,也是社会现代化的标志之一.核技术的范围十分广泛,它包括核武器,核动力,同位素和辐射技术.民用非动力核技术应用产业包括的内容之一是辐射加工和材料改性.离子束在生物技术上的应用是我国在80年代中期由中国科学院等离子体物理研究所余增亮研究员等一批科技工作者开创的新的研究领域,是育种方法学的重要创新.离子束生物工程学自诞生以来,已成为名副其实的高新技术成果孵化器.在装置发明,方法学创新,新种质资源创建,新品(菌)种培育等方面,每年都有一批成果产出.离子束诱变技术,离子束DNA大分子转移技术,离子束辅助农杆菌遗传转化技术,离子束介导超远缘分子杂交技术和离子束细胞加工技术等,已成为具有我国自主知识产权的定向遗传改良的新方法,新途径….离子束诱变育种与传统的辐射法及化学诱变剂相比,具有损伤轻,突变率高,突变谱广,遗传稳定,易于获得理想新品(菌)种等特点,对品(菌)种的选育是较理想的方法.可以预言,离子束在科学中的应用研究正处在重大突破前夜,并将成为2l世纪生命科学研究的支撑技术之一.重离子通常是指原子序数比氦大的,被剥离或部分剥离了轨道电子的原子核,带正电荷,如碳,氮,氖及氩离子等.低能重离子通常是指l0~lOOkeV的重离子.然而由于过去通常认为低能离子注人生物体组织的深度有限,对机体作用不大,因此国际上在这一领域内的研究主要限于l0.~10eV的高能重离子的辐射生物学及其在肿瘤治疗上的应用,而低能重离子的研究主要集中在半导体掺杂和离子注人金属材料表面改性方面.重离子与x射线,Y射线(都属于光子流)及电子束等低线性能量转移值(Linearenergytransfer.LET)辐射相比具有一些重要的特征:如传能线密度高以及能在生物组织内产生高密度的激发和电离作用等.在能量损失过程中在射程末端形成电离峰(又称Bragg峰),因而离子作用于生物体的主要效应是局部的,可控的,可选择的,相对生物学效应大,氧增比小,损伤可修复性小等.由于这些独特的性质,低能重离子在生物学,医学和农业上正展现出美好的应用前景,成为辐射生物学发展的一个新领域并日益引起人们的兴趣l2】.1986年,中国科学院等离子体物理研究所余增亮率先把低能重离子注入技术应用于水稻诱变育国家自然科学基金项目(19865001),岛鲁木齐巾重大基金项目(YO010),崮家发改委高技术产业化示范工程项Lt(发改高计[200412077号)第一作者:曾宪贤,男,1942年5月出生,1964年毕业于北京大学,教授,硕十研究生导师,主要从事核物理和离子束生物工程方面的研究收稿日期:200510.09第2期曾宪贤等:离子束生物技术在生命科学中的应用种,表现出生理损伤小,突变谱广,突变频率高的统计结果,并有一定的重复性和方向性的诱变效应, 开辟了低能离子与生物体相互作用的新的研究方向,建立了质量,能量,电荷三因子作用的机制体系,创立了"离子束生物工程学"(也叫低能重离子生物学).这一新型的交叉基础学科被认为是中国兴起的辐射生物学发展的新领域,填补了辐射生物学的空白,受到国内外专家的关注.经过十余年的努力,离子束生物工程学在基础研究领域为分子生物学,遗传工程等方面的研究提供了新的研究手段,同时新的实验证据使得人们对低能离子在生命中的作用有了新的认识.1.1低能离子束注入生物学效应的研究加速后的重离子具有一定的静止质量,注入生物体后可使质量,动量,能量和电荷共同作用于生物体,且注入离子同时还具有高LET和尖锐的Bragg峰.不同的质量数,电荷数和能量又可根据需要进行组合,这种离子注入生物体后质,能,电的联合作用比核辐射对生物体的作用内容更为丰富,它将会对生物细胞乃至生物大分子的生理,生化功能产生重大影响,从而引起染色体突变I引.注入离子与生物体作用的原初过程可分四个方面,即能量的沉积,动量的传递,质量沉积和电荷的交换,此过程大约在10-一lOS内同时发生,很难区分各自的独立作用.1.2离子束生物工程学的应用进展离子束注入作为新的诱变源表现出损伤轻,突变谱宽,突变率高的统计结果,因此具有良好的应用前景【5】.在遗传改良上应用开展最早的是诱变育种.据统计,仅1994年至1997年,经离子束处理选育出的8个新品种,新增经济效益就达l5亿元【6J. 众所周知,作物产量,品质,抗性等性状往往是由多基因控制的.传统的诱变技术在对这些性状的改良上效果不佳,而离子束诱变技术对这些性状的改良效果显着.其原因在于离子注人除了像一般辐射一样由于能量作用引起DNA链断裂外,还由于质量,能量,电荷的三因子协同引起大量受体原子移位,重组,形成新的分子结构和基因,产生丰富的基因突变.因而,可以在损伤轻的情况下获得较高的突变率.这种诱变技术自应用以来,一直倍受青睐.目前,在农作物诱变育种方面,离子注入改良的范围几乎涉及所有的主要粮食和经济作物.离子束在改良微生物方面也取得了可喜的成果.淮南制药厂林可霉素出发效价2600u/mL,经过中国科学院等离子体物理研究所离子束生物工程实验室微生物攻关小组一年的诱变筛选后,效价达到3100u/mL,提高了25%.经过两年的筛选,之江霉素发酵水平由200单位提高到500单位[4】.经过离子注入筛选的花生四烯酸生产菌发酵水平高于出发菌70.5%,中试效果良好,AA产量最高达4.59g/LJ.利用离子注入单宁酶菌产生菌——黑曲霉选育高产菌株,获得高产菌株酶活可达34.5u/mL,较原始出发菌提高近5倍.远缘杂交是创造新物种和向异源物种转移有利基因的重要途径,具有重大的理论和实践意义,但由于亲缘关系较远的物种间存在生殖隔离,会出现远缘杂交中的不亲和现象,使杂种不结实.因此,有关提高远缘杂交结实率的研究是十分有意义的. 离子束生物工程在创造新资源和远缘杂交方面取得了较大的进展.用紫玉米全DNA转化水稻得到的玉米稻新品系,茎杆粗,抗倒伏,光合速率比原品系提高84%,区域试验中亩产在650kg以上.安徽农业大学用离子束处理玉米得到的高光效多穗型材料一对生玉米,对玉米高产育种是一种极其宝贵的中间材料.安徽农业大学利用离子注入技术注入海岛棉和陆地棉杂交F1种子,其后代遗传性稳定, 从中选育出了结合海岛棉和陆地棉性状的稳定优良品系J.因此,离子注人对于生物体的作用是多方面的.离子束外源基因转移技术是低能离子束注入在生物工程上应用的重大进步.这种技术的原理是利用离子束对植物细胞的刻蚀作用【9J,造成受体细胞表面的损伤和穿孔,从而引起细胞膜透性和跨膜电场的改变,将外源基因引入植物细胞.转基因的方法很多,但作为一种新的导入外源基因的方法,低能离子束介导的外源基因转移技术的突出优点是: (1)利用种子胚和愈伤组织等作为外植体,便于取材和批量操作,同时也省去了原生质体制备和再生植株的麻烦,是一种方便,有效的外源基因转移技术. (2)由于向生物细胞注人的是带电荷的离子,带正电的离子注人后,电荷交换使微通道积累正电荷,便于吸引带负电的外源DNA主动进人细胞.(3)利用离子束作用细胞体时存在峰值,如果对峰值控制得当,就可以对微通道内的部分染色体造成损伤,便于外源DNA与受体细胞DNA的重组和整合.在总结多种植物的多品种转化经验的基础上,离子束介导转基因技术体系已经初步形成.2离子束生物技术在新疆的应用和发展2.1离子束注入装置新疆大学离子束生物工程中心科研人员从114核技术第29卷1997年开始借用中港合资新疆贝肯工业发展有限公司的LCD.1000多功能离子注入机对新疆农作物种子进行改良.该机主要用于金属材料改陛,其本身的结构(靶室,离子源,真空系统,操作控制,机电能源)不适合离子束生物工程的研究与应用. 为此,本中心需对离子束生物工程装置的智能化, 小型化和特殊靶室进行设计,加工和安装,其目标为:研制能处理含水量高的特殊样品靶室,靶室直径不小于900mln,并有可自动控制转速,角度的转盘,转盘上可放6__8个直径为200m/n的样品盘. 设计,加工用于微生物,植物细胞离子束处理的无菌操作环境的小靶室.2.2离子束农作物育种新疆长绒棉l7万亩,品质优良,但产量只有1.5X10t;陆地棉1485万亩,产量1.4X10.t,而品质急需提高;甜菜165万亩,产糖5.31×10.t,而含糖率逐年下降;甜瓜22万亩,产量2.95X105t; 西瓜26万亩,产量4.95X10t.在这些新疆特色农业中,提高含糖量,产量,早熟,抗病是急需解决的课题.新疆的红色食品,如西红柿,辣子,红花,枸杞子,红枣以及新疆特有的食(药)菌均可用离子束生物技术培育新品种(系),使其更加发挥新疆特色农产品及特色食品加工业的优势.(1)《离子注入对新疆甜菜品种的改良和生物效应研究》已于2002年6月通过自治区科技成果鉴定.该项研究在甜菜育种上做了开创性工作,获得甜菜早熟亲本材料一份,甜菜产量和含糖量同时增加的亲本材料二份,填补了国内外在甜菜育种上应用离子束技术的空白,达到国际同类研究的先进水皿[1O,l1】l0(2)离子注入的加工番茄比对照早熟20d,产量提高25%,番茄红素等七项品质因素略有提高,当代效应十分明显.Mz代稳定遗传,今年产量提高到3O%【.(3)四平头辣椒经离子注入后显着提高了对疫霉病的抗性,有望解决多年来一直困扰生产的辣椒抗病难题.今年处理的四平头辣椒继续表现出对疫霉病的抗性.(4)不同注量的低能离子注入五叶茄种子,通过M1代和M2代的筛选,分离,筛选,M3代已出现了完全不同的性状表现.座果数高达4.6-_6个,最大果重1.9—3.45,同时,两处理的M3代外形和果色也有明显区别u引.(5凝离子注入的麻黄草种子的发芽率和出苗率从原来的20%提高到了90%以上.正在进一步研究和开发右旋麻黄素的含量.(6)百日草经离子束注入后,由一种颜色变为五种颜色,可为花卉市场提供新材料.2.3离子束微生物育种(1)国内外将离子束生物技术应用于谷氨酸高产菌株的选育,经过一年多的努力,获得了产酸率比出发菌株提高了二个百分点以上的优良菌株2 株,中试后,可进行技术转让ll.(2腐子注入纤维分解细菌的研究在国内外也已经提出.N注入后,FPA活性提高了4.1倍, CMCase活性提高了2.5倍;N注入后,纤维素酶的pH稳定性,温度稳定性和对底物的适应性均有不同程度的提高Il引.设计了引物Pl,P2,以高酶活菌株和出发菌株总DNA为模板,用引物Pl及P2进行PCR扩增,得到大小约1500bp的扩增产物.序列分析测序结果与GeneBank中的相关序列进行同源性比较,表明获得所要的纤维素酶基因序列其全长为1500bp,该序列已被GeneBank,收录登录号是AY766381.基因序列部分碱基发生了变化【I制. 目前正在进行真核表达载体的构建和表达工作. (3)利用离子注入技术改良阿魏菇,猴头菇,香菇等食(药)用菌的品质,选育耐高温新品种进行反季节生产,同时进行食(药)用菌的液体深层发酵和深加工等研究,并实现产业化.通过简易组织分离,筛选得到一株阿魏菇低温型品种.以此为基础,通过离子束诱变,分离,筛选得到2株在33~C 菌丝生长正常的耐高温阿魏菇新品系.目前针对实验室筛选得到的3株阿魏菇新品种,正进行出菇小试和液体发酵试验.(4)以黑曲霉最优菌种为出发菌,在实验室条件下发酵水平的基础上,经离子束诱变筛选后,实现以下三项技术指标的任意两项:①产酸能力提高两个百分点,②发酵周期缩短5h,③糖酸转化率提高六个百分点.2.4离子束介导DNA大分子转移"离子束介导麻黄碱基因组DNA的遗传转化"课题,今年又得到国家自然科学基金委的资助.通过离子束介导麻黄DNA大分子转移,研究麻黄碱基因组DNA在酵母菌中的高效表达和稳定移传途径,创建麻黄碱新基因型材料,为微生物发酵生产麻黄碱奠定基础,将对我国干旱半干旱地区生态环境的保护和民族制药业的发展产生深远的影响.3结束语新疆地域辽阔,资源丰富.根据新疆自治区党第2期曾宪贤等:离子束生物技术在生命科学中的应用l15 委和人民政府对新疆经济建设和社会发展的战略部署,本中心以"种子工程"为切入点,联合新疆地方和兵团,农,牧,草,林,微生物,食品等科研单位,紧紧围绕新疆种植业,畜牧业,发酵行业的产业结构调整,培育新的增长点,带动产业群的发展,促进新疆自身科技的创新能力,促进新疆自身的科技和交叉学科的发展,促进新疆自身高层次科技人才的培养,并实现环境效益,社会效益和经济效益的统一.使离子柬生物工程学这一新的交叉学科得到进一步的充实和发展.参考文献l陈佳洱.核技术.北京:科学出版社,1991.14O一156 CHENJiaer.NuclearTechniques.Beijing:SciencePress, 1991.14一1562余增亮.物理,1997,26(6):333--338YUZengliang.Physics,1997,26(6):333--3383宋道军,余汛,姚建铭,等.生物化学与生物物理,1998,30(6):57O~574SONGDaojun,YUXun,YAOJianming,eta1.Acta BiochimBiophysSin,1998,3O(6):57~5744余增亮.离子束生物技术引论.安徽:安徽科技出版社, 1998.67—105YUZengliang.Theindexofionbeambio.technology. Anhui:ScienceandTechnologyPress.1998.67—1O55吴跃进,余增亮,王学栋.安徽农业科学,1989,4O(1):1一13WUYu~in,YUZengliang,W ANGXuedong.JAnhuiA鲥cSci,1989,40(1):1O~136吴跃进,余增亮,吴家道,等.核农,1990,11(4):154_一156W-t5Yuejin,YUZengliang,WUJiadao,ela1.ActaAgfic NuclSin,1990,11(4):154—1567袁成凌,余增亮,张宏慧,等.粮食与油脂,2001,(5):6---7YUANChengling,YUZengliang,ZHANGHonghui,el.JCerealsOils,2001,(5):6-一78宾郁泉.第二次全国离子注入生物效应学术会议论文集,1993BINGYuquan.Thesecondnationalconferenceofion beambioengineering,19939余增亮,邵春林,杨剑波+安徽农业大学,1994,21(3):26~264YUZengliangSHAOChunlin,YANGJianbo.JAnhui AgricUniv,1994,21(3):26O一264l0曾宪贤,张石峰,李茜,等.核技术,2002,25(3):193—197ZENGXianxian.ZHANGShifeng,LIQian,eta1.NuclTech,2002,25(3):193—19711曾宪贤,王燕飞,张石峰,等.科学通报,1999,44(4):382--384ZENGXianxian.W ANGY anfei,ZHANGShifeng,eta1.ChineseSciBull,1999,44(4):382—38412毛培宏,李晓国,曾宪贤,等.核技术,2003,26(5):346~348MAOPeihong,LIXiaoguo,ZENGXianxian,eta1.NuclTech,2003,26(5):346_一34813武宝山,凌海秋,曾宪贤,等.种子,2004,(8):9—1OWUBaoshan,LINGHaiqiu,ZENGXianxian,eta1.Seed,2004,(8):9—1O14甄卫军,李茜,张石峰,等.食品与发酵,2002,28(3):20_一24ZHENWeijun,LIQian,ZHANGShi~ng,eta1.FoodFerment,2002,28(3):2o_一2415陈燕勤,曾宪贤.种子,2004,(8):3—5CHENY anqin,ZENGXianxian.Seed,2004,(8):3—516曾宪贤,吕杰.新疆大学,2005,(1):17—21ZENGXianxian.El3Jie.JXi~iangUniv,2005,(1):17—21Applicationanddevelopmentofionbeambio-technologyinlifescienceZENGXiaJ1xian1?WUBaoshart,L0Jie?(IonBeamBio.EngineeringCenter,XinjiangUniversity,Urumqi830008)2(DepartmentofPhysics.XinjiangUniversity.Urumqi830O46) AbstractChinesescientistsdiscoveredthebiologicaleffectofionbeamimplantationinthe19 80s,andappliedthismethodtothemutationbreeding.Thearticlegivesabriefintroductiontothetheoryofionbeambio—technology,the biologicaleffectoflowenergyionbeamandtheprogressofstudiesonionbeambio.engineerin ginXinjiang-KeywordsIonimplantation,Mutationbreeding,ApplicationCLC1103.4,Q691,$816.3。

N+离子束注入对水稻生物学效应

N+离子束注入对水稻生物学效应

N+离子束注入对水稻的生物学效应【摘要】以水稻新稻-18为实验材料,以不同剂量的低能氮离子束为诱变源,研究了低能离子束注入对水稻生物学效应的影响。

用能量30 kev剂量为1×1017 n+/cm2、2×1017 n+/cm2、4×1017 n+/cm2、6×1017 n+/cm2、8×1017 n+/cm2的离子束辐照新稻-18水稻种子后,30 ℃暗培养。

72 h后第一次取样,之后每间隔24 h 小时取样一次,共取样三次。

观察记录水稻的生长状况,分析其种子的发芽势和发芽率、苗高与根长、干重与活力指数。

【关键词】水稻;离子束注入;生物学效应我国是个农业大国,农业始终处于国民经济发展的基础地位。

用各种高新技术方法改良种子或创建新品质材料、优化生物过程、提高转化率是促进农业经济发展的永恒主题。

随着我国人口不断增加和可耕地不断减少,对水稻的的研究更为迫切。

近年来,由于气候变化和水资源紧张导致干旱气候频繁出现,给世界粮食产量造成严重损失。

在干旱等不利条件下,最大限度的增大粮食作物的产量,是农业和生物科学工作者的奋斗目标。

稻米是中国人的主食,为人们提供39%的热量,约60%人口粮食来源。

并且根据中国人口增趋势,到2030年人口可达16亿,稻米总产量要达2.47亿t[1]。

目前,提高水稻产量的方法主要通过杂交培育水稻新品种,但是新品种的选育周期较长,并且难度较大。

在这种情况下,用物理手段对水稻种子处理,成为提高水稻产量的一种有效方法。

离子注入技术最初被用于半导体和金属表面改性研究是在20世纪70年代。

前人一般认为只有在生物体内部的遗传物质被外来的离子直接击后才能产生可遗传突变,长期忽视了那些在表型上可见的有低能离子束的相作用引起的生物效应。

因此,对离子束的生物效应的研究特别少[2]。

20世纪80年代中科院余增亮及其研究成员将低能离子束技术应用于作物品种的改良[3],利用离子束技术具有突变率高、突变谱广、生理损伤性小等优点在农作物的遗传改良中推广运用,离子束生物技术逐渐被人们运用,现经离子束诱变已育成了水稻、小麦、玉米和番茄等多个农作物新品种并获得了许多优良的突变材料。

低能离子束的研究进展

低能离子束的研究进展

低能离子束的研究进展摘要低能离子束能精确控制生物体入射深度和部位,与物质作用时不同参数可以根据需要进行组合,可获多种不同需求的新品种。

该文简要阐述了离子束在诱变育种、介导转基因、磁性研究以及碳纳米管的除杂方面的研究现状及其发展前景,以为低能离子束的进一步研究和应用提供参考。

AbstractLow energy ion beam can exactly control penetration depth and position. Different parameter can be combined as required to gain many new variety for different needs when it acts with substance. This paper briefly introduced current status and development prospect of low energy ion beam in mutation breeding,transgenic,magnetism research and carbon nano-tube cleaning,so as to provide references for the further study and application of low energy ion bean.Key wordslow energy ion beam;basic principle;mutation breeding;prospect 20世纪80年代中期,中国科学家首次尝试将低能重离子束应用于农作物品种改良,发现了离子注入对水稻的诱变作用[1],科学家们很快意识到其潜在的应用前景,并在植物、微生物的诱变育种方面蓬勃发展,因而对其的研究进一步加深。

1基本原理离子束是指具有能量的带电离子放射线。

根据所产生荷能离子能量的不同,可以划分为高能离子和低能离子,具有Bragg峰(尖锐的电峰值)、LET(高传能线密度)及低氧增比,其入射部位和深度可精确控制。

离子注入后同源四倍体水稻双胚苗突变性状的表达特点

离子注入后同源四倍体水稻双胚苗突变性状的表达特点

收稿日期:2007-07-15作者简介黄群策(58),男,教授,博士,博士生导师,河南省省级特聘教授,主要从事水稻生殖生物学和离子束生物技术研究工作离子注入后同源四倍体水稻双胚苗突变性状的表达特点黄群策1,李玉峰2(11郑州大学河南省离子束生物工程重点实验室,郑州河南 450052;21内蒙古大学离子束生物工程自治区重点实验室,呼和浩特内蒙古 010021)摘 要:氮离子注入后在同源四倍体水稻的后代群体内筛选到1株具有双胚苗特征的突变单株.在多个世代的筛选、纯化和鉴定过程中对其多胚苗性状的表现特点进行了观察鉴定.玉米诱发的同源四倍体双胚苗材料在其性状表达特征、性状表达频率和性状表达的条件等方面均显现出一定的特异性.在试验材料的群体内双胚苗发生频率因材料种类不同或发芽温度条件不同而表现出一定的差异性.种子经过去颖壳处理后可以使其双胚苗频率提高3214%~3610%.在同源四倍体双胚苗材料中,其苗位特征表现出明显的多样性.关 键 词:同源四倍体;双胚苗水稻;形态特征;性状稳定性中图分类号:Q81317文献标识码:ACharacher s expr ession on a utotetr aploid r ice with t w in 2embr yo seedling via ion bea m implantationHUANG Q un 2ce 1,L I Yu 2feng 2(11K e y Laboratory of I on Beam Bioengineering ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450052,China ;21K ey Laboratory of I on Beam Bioengineering ,Inner Mong olia Universit y ,Huheha ote 010021,China )Abstra ct :The 1mutant wit h twin 2embryo was selected in M2of a utotetra ploid rice impla nted by N +ion beam 1The cha racters of the poly 2embry o seedlings were studied in variant generations ,gaining s ome mutants with the stable properties 1The two lines of t he muta nts in M6were used a s t he materials ,stud ying their rate of poly -embryo seedlings in different te m peratures 1The results showed t hat the effects of ion beam im plantation tec hnique were very obvious in ge netic improvement of autotetraploid rice ,promoting to obtain the new ger mplasms 1The twin 2embryo seedlings sh owed stably genetic characteristics in self 2ge nerations 1The mutant had apparent specificities in express ion ,frequency and condition of twin 2e mbry o seedlings 1The frequency depend on material ty pe a nd germination temperature 1Husking rice seed husk made the rate of twin 2embry o seed lings raise 3214%~3610%1The morphological c haracters of t he twin 2embry o seed lings were very v isib le 1K ey w or ds :autotetraploid ;twin 2embry o seed lings rice ;morphological characters;sta b ility of twin 2embry o seed lings 从全球水稻遗传改良的现状来看,固定水稻杂种优势效应或简化水稻杂种优势利用的技术程序是育种者面临的重大难题之一.根据杂交水稻研究的发展趋势,利用生物体的无融合生殖方式有可能解决这一水稻难题[1].从被子植物无融合生殖研究的近期研究成果来看,通过筛选双胚苗材料有可能寻找到无融合生殖基因或种质资源,在二倍体水平对双胚苗水稻的筛选和研究已经获得了一些有意义的研究结果[2],而在多倍体水平筛选水稻无融合生殖基因或种质资源则为一系法杂交水稻的研究找到了新的研究方向[3].离子束生物工程作为一门新兴的交叉学科,在农作物遗传改良上的实用性已经被大量的试验结果所证实[,5]经过多年的探索之后,在离子束生物工程的研究领域内研究者面临的第33卷2007年8月湖南农业大学学报(自然科学版)Jour nal of Huna n Agricultural Univer s ity (Natural Sciences )Vol 133Aug 12007:19-.4.20一项重要任务就是对具有特异性的突变体材料的性状表达规律进行更深入地研究.本项研究以氮离子束为诱变源,对同源四倍体水稻进行注入处理后在其当代群体内获得了同源四倍体双胚苗突变体.以此为基础,在对突变体后代进行筛选和纯化的过程中对其双胚苗的形态特征及其性状表达频率进行了研究,旨在更好地认识在同源四倍体水平双胚苗性状的表达特点,进而为更深入地开展同源四倍体水稻的研究和促进离子束生物工程的发展积累更多的参考资料.1 材料与方法111 氮离子注入试验在氮离子注入试验中以两种不同染色体组倍性的水稻[即同源四倍体水稻品系99-01(4)和相应的二倍体水稻品种99-01(2)]作为试验材料.前者是以后者为亲本材料通过种芽诱导法所筛选到的主要农艺性状已经达到稳定状态的同源四倍体水稻品系[6].在进行离子注入试验之前,每份试验材料均进行了纯化试验,以便证实其遗传上的稳定性.在试验中以能量为25K eV的氮离子束为诱变源,离子注入剂量为4×1016N+/cm2,在真空靶室内对试验材料的种胚进行离子注入处理.在试验中设两个对照,即不进入真空靶室内的空白对照(C K1)和在真空靶室内不经过离子注入处理的对照(C K2).在离子注入处理中所采用的仪器设备为由中国科学院等离子体物理研究所自制的L CD-1000多功能离子注入机.在进行离子注入试验中首先将每份水稻种子1000粒去壳,将其插入并固定在盛有花泥的培养皿中.种子的胚部露在花泥的外面(即种胚朝上露出),以便能直接受到氮离子束的照射.在静真空度和工作真空度均为10-6Pa的条件下进行离子辐照处理.随后,按照常规水稻的浸种催芽方法在30℃的条件下进行浸种和催芽,再将已经成苗的实验材料寄栽到实验盆内.当实验材料具有5~6片真叶时再按照(30×25)cm行株距将其移栽至大田让其在自然条件下生长发育. 112 对双胚苗突变体材料的筛选在经过离子注入处理的试验材料进入成熟期时,分别从中筛选出一些外观农艺性状比较特殊的变异单株,在隔离条件下让其自交繁殖并以试验材料的单株为单位进行留种,由此形成第二代群体(M2).在对M2材料的发芽状态进行鉴定时发现了1株具有双胚苗特征(即1粒种子同时萌发出两株种苗)的种子(图1).将具有双胚苗特征的材料种植在试验盆内,对两株种苗分别进行标记(其中包括由每一主茎所产生的分裂植株).由每一主茎植株及其所产生的分裂植株组成一个遗传单位进行留种,由此在成熟期形成两份M3后代材料(即M3 -1和M3-2).在两份M3后代种子进行催芽期间开始对表现双胚苗特征的材料进行鉴定和统计,由此确定在两个后代群体内双胚苗性状在形态学上的特异性及其表现频率.在对突变体后代进行筛选的过程中按照试验材料的形态学特征进行单株归类和留种.在田间条件下对试验材料的主要农艺性状进行筛选,以单株为单位留种,由此形成M4后代材料.从M4群体开始直至M6群体,以主要农艺性状的表现状况为鉴定指标进行单株筛选和后代留种,并对其双胚苗的特异性及其表现频率进行鉴定和统计.113 对双胚苗形态特征的观察鉴定从M3群体开始到M6群体,以单株为单位对其双胚苗发生频率进行了鉴定.在观察鉴定试验中,首先按照试验设计将各份试验材料的种子放入恒温为30℃的清水中浸泡2d.随后,将其放入铺有湿润滤纸的培养皿中催芽和培养,10d后分别统计其群体内双胚苗、三胚苗和四胚苗的数目,由此计算多胚苗的发生频率(双胚苗频率=双胚苗数/发芽种子数×100%;三胚苗频率=三胚苗数/发芽种子数×100%;四胚苗频率=四胚苗数/发芽种子数×100%;多胚苗频率=双胚苗频率+三胚苗频率+四胚苗频率).对于同源四倍体水稻群体内所出现的双胚苗突变材料,按照单株筛选法对其进行3个世代的筛选和纯化,待其主要农艺性状稳定后按照试验设计对其双胚苗的形态特征及其性状稳定性进行了研究.在试验中以同源四倍体双胚苗株系ASDOR05-01和ASDOR05-02、同源四倍体水稻99-01(4)和相应的二倍体水稻99-01(2)为研究材料.试验设计包括4次重复,在每一次重复中每份试验材料的粒种子分为留壳和去壳两种处理,选用种发芽温度(即℃,5℃,3℃和35℃)对25湖南农业大学学报(自然科学版)2007年8月400042020图1 具有双胚苗特征的同源四倍体水稻Fig11 Autotetra ploid r ice w ith t w in2embr yo seedling试验材料的特征特性进行观察鉴定,统计其双胚苗的发生频率.在对试验材料的双胚苗发生频率进行鉴定的同时,对双胚苗的形态特征进行观察鉴定.2 结果与分析211 氮离子注入后在当代群体和M2代群体内的生物学效应 在C K1和C K2的当代群体内没有发现具有明显变异特征的突变体,群体的主要农艺性状表现为整齐一致.在经过氮离子束注入后的当代群体内出现了一些具有生育特性和形态学特异性的突变体,其突变体的类型和变异频率因材料种类不同而异,性状的变异并没有一定的规律性,而是表现出明显的随机性.在同源四倍体水稻品系99-01(4)的后代群体内所出现的突变频率(916%)明显超过在二倍体水稻品种99-01(2)的后代群体内所出现的突变频率(112%).突变体的生育特性主要涉及到生育期的长短,其中包括早熟类型、迟熟类型和中间类型.突变体的形态学特异性主要涉及到植株高度、剑叶长短和宽窄、穗长、穗粒数和叶色等.在试验中,对于各种突变体材料按照不同材料类型单株收种.在二倍体水稻品种()的M代群体内存在着一些表现为形态学变异的突变单株,但没有发现具有双胚苗特征的突变株.在经过氮离子束注入处理的同源四倍体水稻99-01(4)的M2代群体内除了存在着比较多的突变单株之外,特别发现了一株具有双胚苗特征的突变株(当时将其命名为99-01(4)-双).根据当时的观察鉴定结果,该突变株所形成的两株苗表现为均势双苗,即形成的两株苗在生长势上大小相当,没有表现出强弱之分.以该双胚苗突变株的不定根根尖为材料进行染色体鉴定的结果表明,在这两株苗的细胞内所携带的染色体数目均为48条.将双胚苗植株中的两个单株分别进行标记后,在成熟期获得了由两个单株分别产生的M3群体.212 在M3群体至M5群体内双胚苗性状的遗传动态在试验中通过对M2群体内的双胚苗材料进行标记和筛选后获得两份M3群体.在M3群体内各个单株在主要农艺性状上仍然表现出明显的分离现象.与其原始亲本相比,99-01(4)-双的主要农艺性状有其特异性(表1).发芽试验的统计结果表明,在M3群体内除了存在着双胚苗单株之外,还出现了三胚苗单株和四胚苗单株,其多胚苗频率为12150%.在全部的多胚苗材料中,双胚苗单株、三胚苗单株和四胚苗单株出现的相对频率分别为81195%,9172%和8133%.然而,在随后的世代中在群体内没有发现三胚苗材料和四胚苗材料(表) 在M群体内,在主要农艺性状的表现上,35第33卷黄群策等 离子注入后同源四倍体水稻双胚苗突变性状的表达特点99-01222.4表1 99-01(4)-双的主要农艺性状Table1 The ma jor a g r onomic char acter s o f the I R36-Shuang材料M3M4株高/cm穗长/cm结实率/%千粒重/g株高/c m穗长/cm结实率/%千粒重/g99-01(4)-双8912723197351173618989146241183410937106 99-01(4)(CK)137191251014012342118138150251473819143197 99201(4)2双与其对照单株仍然存在着一定的差异,与上一个世代的双胚苗单株也存在着明显的差异,这说明其主要农艺性状处于进一步的分离状态.对双胚苗单株的发芽试验结果表明,在2340粒种子中多胚苗总数为297株(12169%),其中包括的双胚苗、三胚苗和四胚苗的数目分别是246株(10151%)、31株(1132%)和20株(0186%).在M5群体内,99201(4)2双株系的主要农艺性状趋于稳定.在试验中以M4群体内的均势双胚苗单株的自交后代组成M5群体进行发芽试验.统计结果表明,在3000粒种子中没有发现三胚苗个体或四胚苗个体,具有双胚苗特征的种子数目为273粒,其双胚苗频率为9110%.表2 在M3~M5代群体内IR36-双的多胚苗频率T a ble2 The ra tes of polyembr yonic seedlings of t he I R36-Shu a ng in M3~M5gener at ions世代种子数双胚苗数三胚苗数四胚苗数多胚苗总数多胚苗频率/%M357659767212150 M42340246312029712169 M53000273002739110213 在M6稳定群体内双胚苗性状表达的特异性在M6群体内各个株系之间在主要农艺性状上存在着一定的差异,但在株系内各个单株之间其主要农艺性状相对稳定.在试验中以具有双胚苗特征的两个整齐株系(即ASDOR05-01株系和ASDOR05-02株系)为研究材料,对其双胚苗的发生频率进行了观察鉴定和统计分析.研究结果表明,作为对照的同源四倍体水稻99-01(4)和相应的二倍体水稻99-01(2)在4种温度条件下进行发芽试验,在群体内均没有发现具有双胚苗特征的个体,这说明它们不具有双胚苗特性.在两份双胚苗株系中均出现了双胚苗个体,但在群体内双胚苗的发生频率因材料种类不同而异,或因同一种材料在不同的发芽温度条件下其双胚苗的频率也表现出一定的差异(表3).从双苗性状发生频率的总体平均值来看,ASDOR05-01的双胚苗频率(413%)要高于ASDOR05-02的双胚苗频率(113%).在发芽温度为30℃的条件下,ASDOR05-01和ASDOR05-02的双胚苗频率均为最高值,分别为618%和215%.表3 试验材料的发芽率(%)和双胚苗率(%)T a ble3 G er m i na tion ra te(%)an d t w in-ombryo seedling ra te(%)of t he ma ter ials温度/℃ASDOR05-01ASDOR05-0299-01(4)99-01(2)发芽率双苗率发芽率双苗率发芽率双苗率发芽率双苗率20821621580150158615076150 25841041585100158910080100 30861061888152159015082100 35831531387111168715083100平均值841041385131138814080140 根据以前的研究结果,水稻种子颖壳的有无对其双胚苗频率和发芽率有一定的影响[2].在本试验的研究中,试验材料在25℃条件下浸种,在30℃条件下进行催芽,对于试验材料颖壳的有无所导致的效应进行了研究.研究结果表明,对于所有的试验材料而言,种子去壳有利于提高其发芽率,发芽率提高的幅度大约在3%以上在两份对照材料[()和()]中没有发现双胚苗个体,而在SDOR5和SDOR5群体内均出现了双胚苗个体.在ASDOR05-01群体内,种子去颖壳处理后使其双胚苗频率提高至910%,这比同样条件下种子不去颖壳的处理结果(618%)提高了3214%.在ASDOR05-02群体内,种子去颖壳处理后使其双胚苗频率提高至314%,这比同样条件下种子不去颖壳的处理结果(215%)提高了361%由此可见,在水稻双胚苗频率的鉴定试验中种子颖壳的有无在一定程度上影响着其双胚苗性状的表达频率45湖南农业大学学报(自然科学版)2007年8月0.99-01499-012A0-01A0-020..根据对双苗材料的苗位进行观察的结果表明,其双胚苗的苗位存在着两种类型,即非完全双胚苗和完全双胚苗.在非完全双胚苗中主要有单胚轴单胚根双胚苗和单胚根异胚轴双胚苗两种类型.在完全双胚苗中有正常双胚苗(即双苗的生长势比较均匀,没有明显的大小苗之分)和异常双胚苗(即双苗的生长势很不均匀,存在着明显的大小苗之分).由此可见,在同源四倍体双胚苗材料中,其苗位特征表现出明显的多样性和差异性.3 讨 论在确保水稻产量潜力的前提下如何简化利用水稻杂种优势的技术程序,即固定水稻的杂种优势是水稻遗传改良者目前所面对的难题之一.前人在禾本科植物遗传改良的研究中发现,固定禾本科植物杂种优势的途径有多条,其中最好的途径就是有效地利用无融合生殖种质资源,进而建立挖掘其无融合生殖潜力的育种技术程序[1,3].从当前的研究趋势来看,各国研究者已经将选育具有无融合生殖特性的农作物品种作为掀起又一次绿色革命浪潮的突破口而对其给予高度重视,正加紧在高梁、玉米、小麦、珍珠粟和水稻等农作物中开展无融合生殖的研究.我国水稻无融合生殖的研究主要集中在筛选和鉴定多胚苗材料,对于多胚苗水稻的形态学、胚胎学和遗传学的研究已经获得了一些具有学术价值的研究资料[6].然而,前人关于多胚苗水稻的研究主要在二倍体水平展开探索,而关于同源四倍体多胚苗水稻的研究目前尚未见到公开的文献报道[3].在禾本科植物中具有无融合生殖特性的大多数物种,在染色体组水平上表现出多倍化的特征,由此促使研究者将寻找水稻无融合生殖种质的研究重点由二倍体水稻转向多倍体水稻.利用离子束注入技术对同源四倍体水稻进行遗传改良的实用性已经被大量的研究结果所证实[7].通过离子束注入之后在其后代群体内筛选到具有双胚苗特性的突变材料,对其双胚苗形态特征及其性状稳定性值得进一步研究.研究结果表明,通过离子束注入处理后在同源四倍体水稻群体内所获得的具有双胚苗特性的突变材料,在其自交后代株系内仍然按照一定的频率保持着双胚苗特性,其变异特征属于遗传性变异随着自交世代的推进,在其主要农艺性状趋于稳定的同时,其双胚苗特性的表达频率发生了一定的变化.在高世代的两份多胚苗株系中均出现了双胚苗个体,但群体内双胚苗发生频率因材料种类不同或发芽温度条件不同而表现出一定的差异性.从双苗性状发生频率的总体平均值来看,ASDOR05-01的双胚苗频率(413%)要高于ASDOR05-02的双胚苗频率(113%).在发芽温度为30℃的条件下,ASDOR05-01和ASDOR05 -02的双胚苗频率均为最高,分别为618%和215%.在双胚苗频率的鉴定试验中种子颖壳的有无在一定程度上影响着其双胚苗性状的表达频率.在ASDOR05-01群体内,种子去颖壳处理后使其双胚苗频率提高至910%,这比同样条件下种子不去颖壳的处理结果(618%)提高了3214%.在ASDOR05-02群体内,种子去颖壳处理后使其双胚苗频率提高至314%,这比在同样条件下种子不去颖壳的处理结果(215%)提高了3610%.在同源四倍体双胚苗材料中,其苗位特征表现出明显的多样性.由此可见,利用离子注入技术对同源四倍体水稻进行改良则可以获得一些具有遗传性变异特点的新种质,同源四倍体双胚苗材料在其性状表达特征、性状表达频率和性状表达的条件等方面均显现出一定的特异性.然而,关于ASDOR05-01和ASDOR05-02的特征特性还有许多问题值得进一步深入研究.参考文献:[1] 袁隆平1杂交水稻超高产育种[J]1杂交水稻,2001,16(1):1-31[2] 郭学兴1中国水稻无融合生殖研究进展[M]1成都:四川科学技术出版社,19911[3] 黄群策1被子植物的无融合生殖[M]1福州:福建科学技术出版社,20001[4] 余增亮1离子束生物技术引论[M]1合肥:安徽科学技术出版社,19981[5] 黄群策,李玉峰1离子束生物技术在水稻育种中的应用前景[J]1杂交水稻,2002,17(5):53-561[6] 黄群策,孙敬三,朱生伟1种芽诱导获得同源四倍体水稻技术的研究[J]1中国农学通报,1997,3(6):21-231 [7] 黄群策,秦广雍1离子束生物技术改良同源四倍体水稻的设想[]1郑州大学学报,3,35()3361责任编辑曾凡盛55第33卷黄群策等 离子注入后同源四倍体水稻双胚苗突变性状的表达特点.J2004:1-:。

离子束生物工程技术简介

离子束生物工程技术简介

离子束生物工程技术简介中科院等离子体物理研究所从上世纪80年代末开创了离子束生物工程学这一交叉学科,利用低能离子束与生物体相互作用原理,发明了离子束生物工程改良品(菌)种的方法。

离子束生物学在国家自然科学基金重点、重大项目及国家“八五”、“九五”、“十五”“十一五”重点科技攻关项目、“863”项目、农业成果转化基金等和中国科学院及安徽省科技项目支持下,经过多年发展,基础研究和应用研究取得了一系列创新成果,创造了显著的社会经济效益。

八十年代中,正当国内外兴起离子注入材料表面改性研究时,中国科学院等离子体所与安徽农业科学院水稻研究所科技人员用30keV的氮离子注入水稻干种子后发现显著的诱变效应,以后又陆续发现一些新现象:如注入离子在种子里长距离穿射和高速率溅射,低能离子与生物分子相互作用只要反应体系里有氮参与都有一定的几率形成氨基酸,以及离子注入条件下出现的生物反常辐照损伤、当代可遗传突变等等现象。

这些现象后来被国内外科学家所证实。

例如,低剂量下生物体呈现的“反常辐照损伤”(hyper-radiosensitive response,HRS’)现已成为辐射生物学研究的热点之一。

因此,低能离子与生物体相互作用是一个客观存在的有重大应用背景的科学问题。

这一科学问题的提出和研究在有关论著中得到高度评价。

《核技术》(科学出版社)认为:“余增亮小组利用核物理实验方法、手段、概念探索离子注入生物体后产生的物理和生物现象…,形成了很强的交叉领域,孕育着交叉学科”。

杨垂绪(美)在《太空放射生物学》(中山大学出版社)中将此列为重离子生物学发展的一个阶段,并做了详细介绍。

丘冠英在《生物物理学》(武汉大学出版社)一书中认为:这“形成了辐射生物学的一个新领域-低能重离子生物学,引起了国内外的关注”离子束生物技术具有很多优点:一是诱变的变异频率高,可选择注入的离子种类多样,而且其质量、能量、电荷可有多种组合,所以其产生的诱变结果和效应也是多种多样的;二是变异谱宽,离子束能产生较高的电离密度,使DNA产生严重损伤,其作用于植物体后可获得较高的变异频率和较广的突变谱,易于筛选出先新的突变体;三是变异稳定快,离子注入造成的损伤不以修复,突变体稳定较快;四是技术稳定可靠,简单易得,经加速后的离子具有一定的静止质量,注入生物体后可以使质量、能量、电荷共同作用于生物体。

离子注入诱变育种技术的研究与开发应用进展

离子注入诱变育种技术的研究与开发应用进展
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种 子科 技 ・
・0 7 6 ・ 20()
中 图分 类 号 : 3 . S0 52 文献 标 识 码 : A
・ 专题 综 述 ・
文章 编 号 :10 — 6 0 2 0 )6 0 3 — 3 0 5 2 9 (0 70 — 0 9 0
的传 递 、 子 的 注入 和 电荷 的交换 过 程 。这些 过 程 差 离 不多 在 l ~ l 0 06 s中同时 发 生 .很 难 区分 各 自独 立
的作 用 。 当离 子束 作 用 于农 作 物 种 子 时 , 引起 的生 物 损伤 小 , 变 频率 高 , 突 突变 谱广 , 产 生 明 显 的有 利 变 会
裂 , 粒 在 土壤 中吸水 后 迅 速疏 散 , 丸 不影 响 种 子 发芽 。 丸 化种 子 出苗 比裸 种 迟 1~2天 , 出苗后 劲 足 , 势 但 长 好。 2 . 技 术 指 标 :丸 粒 化 种 子 出苗 率 比裸 种 子 提 高 .4 4 5% ~8%; 综合 病 害 发 病 率 下 降 2 5% ~3 5% : 平均 亩增 产 8% ~l 2%。
度转 动 ,种子被 锅 壁与 种子 之 间摩 擦 力带 动 随锅体 转 动 , 到一 定 高度后 , 重力 的作 用下 脱 离 锅 壁 下落 , 转 在
到锅 的下部 时又 被带 动 ,这样 周 而复 始地在 锅 内不 停 翻转运 动 。液料 ( 甲基纤 维素 、 营养 液 、 药剂 ) 时地 经 定 电动高压 无 气喷枪 呈 雾状 均匀 喷射 到 种子表 面 .当粉
1 ~2天 。但无 论 土壤墒 情 好坏 , 粒化 包衣 种子 出苗 丸
状 填充物 料从 料 斗 中落 入锅 中后 .即被 胶悬 液粘 附 于 种子 表 面 。如 此不 断往 复 , 使种 子逐 渐包 裹变 大 . 并最 终成 丸化 种子 。 蔬 菜 种子 丸粒 化包 衣工 艺流 程如 下 :

离子注入——改良转基因植物性状的新途径

离子注入——改良转基因植物性状的新途径

关键词
离子注入
转基 因植物
性状
改 良 途径
2 植 物 转 基 因育种 的 困难 与 机 遇
正因为转基因是人为的导人外来基 因, 公众对转
基 因农产 品 安全性 问题 产生 了很 多质 疑 。一 般认 为转
近年来 , 随着人们生活质量 的提高和环境保护意 识的增强 , 对转基因作物和转基 因花卉的要求越来越
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第2 5卷 第 9期 2 0 06年 9月


( ed Se )
V 12 N . Sp. 2 0 o. 5 o9 e t 0 6
7 黄祥富 , 明兰.E 蒋 P G渗调对苦瓜种子 活力和膜脂过氧 化的 影 响[]种子 , 9 ( )7 8 J. 1 92 :~ . 9
1 陈禅友 . E O P G处理 提高豇 豆种源自子活 力的初 步研究 [] 种 J.
子 ,9 1 1 ( ) 3 19 ,0 1 :2~3 . 5
1 张海 旺. E 1 P G渗透处理对老化油菜 种子过 氧化及 细胞膜透
性 的影 响[]华北农学报 , 8 ()5 ~ 3 J. 1 9 2 : 6. 9 6 1 郝风 , 月琼. 2 康 提高 莴笋种子 活力 的研究 []西 南农 业学 J.
高, 如何改良转基因植物 目的基因以外的性状 , 拓宽转 基因植物的应用领域 , 已受到人们的密切关注。由中 国科学院余增亮研究员开创的具有我国自主知识产权
基因技术应用于非食用植物更容易被公众接受。对于 花卉来说 , 们喜好 不断变化 的花卉颜 色及其形状。 人
但 为 了取 得 必 需 的转 基 因技 术 , 会 花 费 很 多 时 间。 还
报 ,0 4 3 :5 3 5 20 ( )32~ 5 .

新疆离子束诱变育种研究现状

新疆离子束诱变育种研究现状

T eReerhSau f o sB a MuainB edn ij n h sac ttso n em tt reigi X ni g I o n a
ZHOU a Xio—y n, u MA u ,HUANG e—pig Dn L n
( ̄ / t o ul r n e nl y XnagA ae yo gi l r c n s Uu q 809 , h a 1 tu te fN c a dTc o g , ii cdm e a h o jn fA rut a Sic , r i 30 1 C / ) c u l ee m n
离子束物质能量的传递特征是 , 离子通过物质时, 在物质中的局部引起高密度的电离和激发。而且 经加速后的离子具有一定的静止质量, 注入生物体后可以使质量 、 能量和电荷共同作用于生物体L 。因 3 J 此 , 育种 和改 良的应用 中植 株表 现出生理损 伤小 、 谱广 、 变频率高 , 一定 的重 复性 和方 向性 在 突变 突 并有
( 新疆农科 院核生所. 乌鲁木齐 80 9) 30 1

要 : 了新疆离子束诱变育种在经济作物 、 简述 农作物等方面的研究和应用工作 , 提出了新疆离子束诱变育
种 的方 向和加快离子束诱变育种进程 的建议 。 关键词 : 离子束 ; 离子注入 ; 诱变育种 中图分类号:18 S8 文献标识码 : A 文章编号 :0 1 4 3 {07S —04 — 4 10 — 30 20 )3 04 0
h o e m t i re ig p o rs a b e u o w r t e in b a mu t n b e dn rge sh e n p tfr ad. a o s Ke r s in a ;o mpa tt n;mu t n b e dn y wo d :o s b m In i ln i e a o a o t i re ig

《浙江农业科学》2006年(1~6期)总目次

《浙江农业科学》2006年(1~6期)总目次

浙 江 省 榨 菜 产业 现状 及 发展 对 策
胡 美华 ,等 6(0 ) 65 浙江省柑橘应对 日本 “ 肯定列 表制度”研究 孙 彩 霞 ,等 6(0 ) 68
… … … … … … … … … … … … … … …
… … … … … … … … … … … … … … … …
离 子 注 入 技 术 在 水 稻 育 种 上 的 应 用 研 究 乔 中英 ,等 5(5 ) 57 杂交粳稻 甬优 16 4 0的选 育 、特征特性及栽培 技术 ………………………………… 张增 勤,等 6(5 ) 60 晚粳稻嘉乐优 2 的选育 、特性及应用 号 来 乐眷 ,等 6(5 ) 63 单季稻免耕强化栽培下秧龄对产量的影响 黄 洪 明 , 等 6(5 ) 69
4(1 ) 4 7
4(2 ) 4 4 4(2 ) 4 8
4(3 ) 4 0 5(4 ) 5 7
5(5 ) 51
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■ … ……………-虞振先 ,等 5(5 ) 56
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水稻新品种玉稻518灌浆期POD动态分析

水稻新品种玉稻518灌浆期POD动态分析

收稿日期:2018-02-08基金项目:河南省现代农业产业技术体系建设专项资金资助(S2012-04-05);河南省重大科技专项(171100110300-4);河南省自然科学基金项目(112300410226);国家自然科学基金项目(31370219);国家重点研发计划(2018Y F D0200204-06)㊂作者简介:姬生栋(1963),男,河南沁阳人;教授,主要从事水稻分子育种研究;E -m a i l :ji s d 99@126.c o m ㊂水稻新品种玉稻518灌浆期P O D 动态分析姬生栋1, 宋刘敏1, 栗 鹏1, 李江伟2, 刘苗苗1, 高狂龙1(1.河南师范大学生命科学学院, 河南新乡453007; 2.河南省新乡市农业科学院, 河南新乡453000)摘 要:采用复性电泳技术对离子束诱变的水稻新品种玉稻518及其亲本在灌浆期的P O D 酶谱动态变化进行了分析,结果表明,稳定遗传的诱变后代与亲本灌浆期叶片的P O D 酶谱存在显著差异:1)诱变后代检出185㊁54k D 和42k D3条新酶带;2)诱变后代中245㊁53k D 和38k D 酶带较亲本表达时期有差异;3)诱变后代灌浆中期㊁后期P O D 总酶活较亲本显著增强㊂关键词: P O D ;水稻;诱变;离子束;复性电泳技术D O I 编码: 10.16590/j.c n k i .1001-4705.2018.07.005中图分类号: S 511;Q556+.3 文献标志码: A 文章编号: 1001-4705(2018)07-0005-05P O DD y n a m i cA n a l y s i s o fR i c eN e w V a r i e t y Y u d a o 518D u r i n g G r o u t i n g Pe r i o d J I S h e n g d o n g 1,S O N GL i u m i n 1,L IP e n g 1,L I J i a n g w e i 2,L I U M i a o m i a o 1,G A O K u a n g l o n g1(1.C o l l e g e o fL i f eS c i e n c e s ,H e n a nN o r m a lU n i v e r s i t y ,X i n x i a n g He n a n453007,C h i n a ;2.H e n a nX i n x i a n g A c a d e m y o fA g r i c u l t u r a l S c i e n c e s ,X i n x i a n g He n a n453000,C h i n a )A b s t r a c t :B y u s i n g t h e r e n a t u r a t i o ne l e c t r o p h o r e s i s t e c h n o l o g y to i o nb e a mi n d u c e dr i c en e wv a r i e t i e s Y u d a o 518a n di t s p a r e n t si nt h ef i l l i n g s t a g eo fP O D e n z y m es p e c t r u m d y n a m i cc h a n g e s w e r e a n a l y z e d ,t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t t h eP O Dz y m o g r a m o f s t a b l e g e n e t i cm u t a n to f f s p r i n g an d p a r e n t e x i s t s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n t h e f i l l i n g s t a g e :1)T h r e en e we n z y m eb a n d so f 185k D ,42k D ,54k D w e r ed e t e c t e di nt h e m u t a n t p r o g e n y ;2)T h e245k D ,53k Da n d38k De n z ym eb a n d s i n m u t a n t o f f s p r i n g w e r e d i f f e r e n t f r o mt h e p a r e n t a l e x p r e s s i o n p e r i o d s .3)T h eP O Dt o t a l e n z y m ea c t i v i t y of m u t a n t o f f s p r i ng w a s s i g n i f i c a n t l y e nh a n c e di n t h em i d d l e a n d l a t e r s t a g e s o f g r o u t i n g c o m pa r e dw i t h t h a t o f p a r e n t s .K e y w o r d s : p e r o x i d a s e ;r i c e ;m u t a t i o n ;I o nb e a m ;r e n a t u r a t i o ne l e c t r o p h o r e s i s 过氧化物酶(pe r o x i d a s e ,P O D )是植物中广泛存在的一种氧化还原酶,它以过氧化氢为电子亲本催化底物氧化,参与体内活性氧的清除,在植物呼吸作用㊁光合作用以及抗逆等过程中起到重要作用㊂该酶在植物不同生长发育阶段的活性和种类,受到遗传物质直接调控和环境因素影响,因此可通过P O D 酶谱特征来分析某些表观性状的遗传变化[1-3]㊂离子束诱变育种技术,是通过低能离子束辐照,使植物产生可遗传的变异,后经人工多代选择,培育植物新品种的一种育种方法[4-5]㊂在20世纪80年代,国内科研人员首先将低能离子束应用于水稻诱变育种,发现诱变后代中具有高突变率和宽突变谱的特点[6],随后该技术普遍应用在作物诱变育种研究[7-9]㊂李金亭等[10]采用离子束注入萝卜,对诱变萝卜的幼苗P O D进行电泳分析,发现真叶期P O D 酶谱出现1条R f 0.61的酶带,减少1条R f 0.22的酶带,证明离子注入能影响P O D 的表达;徐家萍等[11]采用离子束诱变鸡桑,提取芽中P O D 同工酶进行电泳分析,发现诱变后代与亲本在过氧化物同工酶酶谱及R A P D 指纹上均存在差异,初步从分子水平证实离子束诱变能获得新的种质资源㊂赵俊杰等[12]对N +离子注入的小麦种子萌发期P O D 同工酶进行研究,发现根中P O D 同工酶检出一条新酶带,推测是离子注入引起P O D 同工酶基因表达改变㊂㊃5㊃研究报告 姬生栋等:水稻新品种玉稻518灌浆期P O D 动态分析以往关于水稻离子束诱变育种同工酶方面的研究,大多集中在对低代诱变材料的P O D变化进行分析,对离子束诱变选育出的水稻新品种(指已稳定遗传且综合农艺性状优良的通过国家或省级作物品种审定的新品系)P O D酶谱变化及与农艺性状关系的研究还未见报道㊂为了解离子束诱变的水稻品种P O D酶谱变化及与性状的关系,采用蛋白质复性电泳技术对离子束诱变的水稻新品种玉稻518及亲本在灌浆期的P O D酶谱动态变化进行了研究,旨在发现离子束诱变引起的水稻灌浆期酶谱的变化情况,以及与变异性状间的关系,为水稻离子束诱变育种提供理论依据㊂1材料和方法1.1材料2004年对亲本新稻03518(用A表示)进行离子束诱变,经多代自交选育得到稳定遗传的新品系M03518,于2015年通过国家农作物品种审定委员会审定(国审稻2015044),品种名:玉稻518(用B表示)㊂1.2方法1.2.1样品制备实验材料统一于2017年5月1日育秧,6月3日移栽于土壤肥力一致的同一试验田(河南师范大学生物试验田),田间管理按常规大田措施㊂待水稻生长至灌浆期分3次取样,分别在灌浆前期㊁中期㊁后期㊂每个样品设置3个重复,每个重复选5株,每株取倒2叶片,迅速置于冰盒中带回实验室㊂用去离子水冲洗干净,吸干水,去除叶脉后保留中间1c m叶片,5份剪碎混合称量相同鲜重,置于预冷研钵中液氮充分研磨,然后加入4倍体积(W/V=1/4)提取液(0.9%N a C l溶液)继续研磨至匀浆液,转移至离心管冰浴浸取5m i n, 4ħ离心(10000r/m i n)10m i n,取上清液分装到200μL离心管中,-20ħ保存备用,以上操作均在4ħ环境进行㊂1.2.2复性电泳复性电泳技术(S D S-G-P A G E)[13]采用过饱和S D S与蛋白质结合发生可逆变性,然后进行电泳,电泳后用非离子去垢剂洗去与蛋白质结合的S D S,使其恢复活性㊂然后用联苯胺染色,便可直观的分析P O D 酶谱变化㊂聚丙烯酰胺凝胶复性电泳按照N e u h a u s-S t e i n-m e t z等[13]的方法(略有改动),电泳采用10%分离胶和5%浓缩胶,样品制备液中加入活性样品缓冲液,混匀备用㊂每泳道上样量为30μL㊂电泳按照H e u s s e n 等[14]和徐存栓[15]等的方法,浓缩胶电压ɤ80V,电流ɤ20m A,分离胶电压ɤ120V,电流ɤ20m A,-4ħ环境电泳㊂当溴酚蓝距离分离胶下沿1~2c m时停止电泳,取出分离胶,切除溴酚蓝以下部分,放入250m L 洗涤液(T r i t o n X-10012m L,T r i s-b a s e3.03g,加双蒸水500m L,调p H=7.0)洗涤30m i n,再用双蒸水洗涤3次,每次5m i n㊂1.2.3染色及照相采用联苯胺染色法(双蒸水200m L+联苯胺母液20m L+1.5M醋酸钠10m L+1.5M醋酸10m L,3%的H2O220m L,现用现配)进行染色,条带清晰后立即拍照㊂由于酶活有差异,本实验分2次拍照,即着色速度快的酶带清晰时第1次拍照,继续染色至其它酶带清晰时第2次拍照㊂然后,将胶板保存于7%乙酸中或制成干胶㊂标准蛋白泳道在洗涤前单独切下,固定,考马斯亮蓝染色液染色,然后脱色,照相㊂1.2.4酶谱分析利用G e lP r o软件(美国M e d i aC y b e r n e t i c s公司)标注分析各泳道酶带分子量和酶活㊂1.3主要试剂及配方丙烯酰胺/甲叉双丙烯酰胺贮存液:称取丙烯酰胺(A c r y)150g,甲叉双丙烯酰胺(B i r)4g,加入2g活性炭溶解1h,过滤定容至500m L,4ħ保存㊂1.5M T r i s-H C l(p H=8.8):三羟甲基氨基甲烷36.28g,S D S0.8g,盐酸调p H至8.8,定容至200m L㊂0.5M T r i s-H C l(p H=6.8):三羟甲基氨基甲烷12.11g,S D S0.8g,盐酸调p H至6.8,定容至200m L㊂电极缓冲液(10X电极缓冲液):G l y72.2g+T r i s 15.41g+S D S5g,溶解后双蒸水定容至500m L保存备用,注意经常更换㊂活性样品缓冲液(3X样品缓冲液):78%甘油20 m L,0.5M T r i s-H C l(p H=6.8)7m L,S D S10g,双蒸水定容至200m L㊂固定液:甲醇250m L,冰乙酸50m L,双蒸水200 m L㊂染色液:考玛斯亮蓝R2501.1g,甲醇200m L,冰乙酸50m L,双蒸水250m L㊂脱色液:甲醇150m L,冰乙酸50m L,双蒸水300 m L㊂洗涤液:T r i t i o n X-10012m L,T r i s3.03g,完全溶解后调p H至7.0,定容500m L㊂联苯胺母液(10x):2g联苯胺+100m L无水乙醇,溶解后4ħ保存备用㊂标准蛋白M a r k e r:245㊁180㊁135㊁100㊁75㊁63㊁48㊁35㊁25㊁20k D㊂㊃6㊃第37卷第7期2018年7月种子(S e e d) V o l.37 N o.7J u l.2018注:A.新稻03518;B .玉稻518;1㊁2㊁3分别代表灌浆前期㊁中期㊁后期;M 为标准蛋白M a r k e r㊂下同㊂图1 玉稻518及亲本灌浆期叶片P O D酶谱图2 玉稻518及亲本灌浆期叶片300~100k D 区域P O D 酶谱(高酶活区显色早期放大图)2 结 果2.1 灌浆前期酶谱由图1的A1和B 1泳道可以看出,在灌浆前期,A1㊁B1中均检出300~100k D 酶活极强的带区,以及48㊁38㊁36㊁34㊁33㊁31k D 和27k D 等7条酶带,其中48k D 和36k D 酶活较强,其它酶带活性较弱;上述各酶带在A1中酶活均高于B 1,两泳道总酶活A1>B1㊂B1中还检出54k D 和42k D2条新酶带,活性较弱,A1中未检出㊂由图2可知,在B 1中,检出185k D 新酶带,且活性较弱,A1中未检出㊂A1㊁B1中均检出了245㊁100k D 2条酶带,且100k D 酶活较245k D 强㊂2.2 灌浆中期酶谱由图1的A2㊁B2可以看出,灌浆中期均检出300~100k D 酶活极强带区,以及52㊁48㊁36㊁34㊁33㊁31k D 和27k D 等7条酶带,且各酶带活性B 2中均显著高于A2㊂两泳道总酶活B 2>A2㊂B 2中还检出53㊁42k D 和38k D 酶带,其酶活表现为38k D>42k D>53k D ,这3条酶带在A2中未检出㊂从图2可以看出,B 2较A2多检出1条245k D 酶带,且酶活强㊂2.3 灌浆后期酶谱灌浆后期酶谱见图1的A3和B 3泳道所示,A3㊁B 3中均检出300~100k D 活性极强酶带区,以及48㊁38㊁36㊁34㊁33㊁31k D 和27k D 等7条酶带;从酶活来看,B3中各条酶带活性均强于A3,两泳道总酶活B 3>A3;A3中48k D 和36k D 酶带活性强于同泳道及对应B 3泳道的其余5条酶带活性㊂B 3中检出54k D 和42k D2条新酶带,在A3未检出;A3中检出1条53k D 酶带,B 3未检出㊂2.4 灌浆各时期酶谱由图1和图2可以看出,整个灌浆期A 和B 叶片P O D 酶谱差异显著㊂B 中灌浆前期和后期检出54k D新酶带,在B 的中期及A 的整个灌浆期均未检出㊂B的灌浆各时期均检出42k D 新酶带,在A 灌浆各时期均未检到㊂在A 3和B 2中检出1条53k D 酶带,该酶带在A 和B 的表达时期出现差异㊂由图2可以看出,仅在B 1中检出185k D 新酶带㊂酶带活性上,各泳道总酶活由高到低依次为:B 2>B 3>A1>A3>B1>A2,可以看出A 各泳道总酶活表现出灌浆前期强,中期弱,后期较强的特点;B 各泳道的总酶活表现为灌浆前期弱,中㊁后期强的特点㊂38k D 酶活在B2㊁B3强,A1稍强,其余泳道较弱;31k D 酶活在B2强,B3较强,其余泳道较弱;27k D 酶活在A1㊁B 3中较强,其余泳道活性极弱;这3条酶带在不同时期活性变化较大㊂㊃7㊃研究报告 姬生栋等:水稻新品种玉稻518灌浆期P O D 动态分析3讨论灌浆期水稻叶片生理活动旺盛,参与多种代谢活动的P O D酶活和种类也发生显著的变化[16-19]㊂本研究发现,离子束诱变的水稻新品种玉稻518在灌浆期检出3条新酶带,包括灌浆前期检出的185k D酶带,灌浆前期㊁后期检出的54k D酶带和灌浆各时期均检出的42k D酶带㊂因此推测,离子束可能诱导亲本新稻03518的基因发生了突变或调控水平发生了变化㊂N a k a i等[20]通过热中子辐射处理水稻,获得一个抗白叶枯病几个菌系的突变体M41,进一步抗性鉴定获得一个新的抗病基因x a-n m(t),证明热中子辐照能诱导突变,产生新的抗性基因㊂吴跃进等[21-22]采用氮离子辐照籼稻9311,在M2代中发现多个突变体,并通过基因定位确定一个新的可能控制水稻脆杆性状的基因t s b c1,证明离子束辐照能提供新的水稻突变体,对水稻基因组研究有一定作用㊂董喜存等[23]对碳离子诱变的早熟高粱突变体进行同工酶分析,发现突变体比野生型多了一条R f值为0.65的酯酶同工酶带,推测是碳离子使甜高粱酯酶基因或者调控酯酶表达的基因发生了改变㊂这些研究与本研究中检出新酶带的结果相同,说明离子束可以诱导基因突变,引起后代的遗传性状改变㊂从玉稻518和亲本的遗传性状可以看出:诱变后代的叶片在灌浆期表现出由下而上逐渐衰老,而亲本叶片的衰老过程不如诱变后代明显;在灌浆期诱变后代抗穗颈瘟,亲本中出现感穗颈瘟的情况,这说明诱变后代的抗瘟性较亲本提高㊂玉稻518中出现的新酶带,可能直接影响了某些特异性状的表现㊂在诱变后代玉稻518中,灌浆前期检出185k D新酶带,中期㊁后期未检出;灌浆前期㊁后期检出54k D新酶带,中期未检出㊂新酶带的阶段性出现可能与水稻灌浆期的生理活动变化有关㊂程家胜等[24]对苹果新梢前期生长过程中芽的P O D同工酶进行分析,发现一个负极向扩散酶区的出现与消失跟芽的生长减缓或停止生长和叶片的衰老有关,认为P O D同工酶与生长节奏和衰老存在一定关系㊂万文举等[25]对多个水稻抗瘟性品种和感病性品种的P O D同工酶酶谱分析,发现在不同时期抗瘟性品种均比感病性品种多检出一条稳定表达的弱活性P O D酶带,通过与感病品种的杂交验证,认为水稻的抗瘟性与该P O D酶带有关㊂刘涛等[26]对水稻灌浆不同阶段蛋白质表达差异进行双向电泳分析,发现核酮糖二磷酸羧化酶大亚基的蛋白点在灌浆早期丰富,灌浆末期消失,认为该酶的表达与灌浆周期中功能变化相关㊂由此推测,185k D 酶带出现可能与前期某些生理功能的转变密切相关, 54k D酶带可能参与到水稻某个生育时期的调控进程中,42k D酶带可能与变异后代抗稻瘟病能力提高密切相关㊂这3条新酶带(185㊁54k D和42k D),究竟那条与水稻的抗瘟性相关?灌浆期生理功能的转变相关?是否共同作用于一种或几种生理过程?均有待进一步研究㊂本研究发现,53k D酶带在亲本新稻03518的灌浆后期表达,在诱变后代的灌浆中期便表达,即表达时期较亲本提前;从它们的遗传性状上看,诱变后代玉稻518的生育期较亲本新稻03518缩短3d,说明诱变影响了后代玉稻518生育期相关基因的表达㊂王新望等[27]对陆地棉叶不同生育期的P O D同工酶酶谱进行分析,发现熟期越早,该酶带出现得越早,认为部分P O D同工酶带出现的早晚与品种成熟期相关㊂杨文等[28]对30个甘蔗品种的酯酶同工酶进行电泳分析,发现一些迁移率低的酶带与其开花早迟等性状相关,认为这些P O D同工酶带与早熟性状相关㊂由此推测,本实验检出的53k D酶带可能与水稻生育期相关㊂亲本新稻03518仅在灌浆前㊁后期检出,中期缺失,而诱变后代玉稻518在灌浆各时期均检出245k D 和38k D酶带,这说明诱变对基因不同时期的表达有影响㊂敖良德等[29]对苹果幼果发育过程的P O D同工酶进行分析,发现受精后果柄中P O D同工酶的酶带数在不同时期出现阶段性变化,认为酶带在某个阶段的消失与出现和基因阶段性表达相关㊂姬生栋等[30]对小麦生育前期绿叶中P O D酶谱进行分析,发现不同阶段和环境下,叶片中P O D种类和活性有显著变化,认为P O D同工酶的表达变化,直接反映小麦体内某个生育期的代谢状况㊂因此推测诱变后代灌浆中期某些受抑制基因被重新激活表达,对该时期的生理活动( 源 与 库 通道建立㊁叶片光合效率㊁抗病性等)有一定影响㊂诱变后代玉稻518在灌浆中㊁后期的总酶活较亲本显著提高,从玉稻518产量来看,其千粒重比亲本提高2.1g,产量提高451k g/h m2,这说明灌浆中㊁后期P O D酶活高可能直接影响到籽粒的灌浆㊂张小冰等通过对60C o-γ辐照甜荞高产突变体的第三代种子下胚轴的P O D同工酶分析,发现高产株的P O D活性较对照组高2倍,认为高产株P O D酶活与高产性状呈正相关[31];蔡永萍等对灌浆期水稻剑叶P O D酶活变化的分析发现叶片P O D酶活高能保证较高的灌浆速率,后期延缓叶片衰老,得出P O D酶活高能使籽粒干物质迅速积累的结果[32]㊂因此推测,诱变后代中㊁后期㊃8㊃第37卷第7期2018年7月种子(S e e d) V o l.37 N o.7J u l.2018P O D总酶活提高,是为了清除旺盛代谢活动产生的大量H2O2,维持功能叶片的活性㊂灌浆后期P O D酶活高有利于物质的高效合成㊁分解和 源 与 库 之间物质的运输和积累㊂参考文献:[1]林植芳,李双顺,林桂珠,等.水稻叶片的衰老与超氧物歧化酶活性及脂质过氧化作用的关系[J].植物生态学报(英文版),1984(6):47-57.[2]H i r a g aS,S a s a k iK,I t o H,e t a 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F 种 子 中 ,试 图在 进 行 注 入 规 律 研 究 的 同 时 ,围
传变 异 。国 内外 许 多单 位 均 开 展 了这 方 面 的研 究 ,
我 国利用 这一 技术 已育 成 了一 大批优 质 品种 。如 安
绕 目标性 状对 处 理变 异后 代进 行 系统 选育 ,对杂 交 粳稻 、恢 复系 及 F 重 点 向 新 恢 复 系 、常 规 稻 2个 . 方 向选 育 ,选 育 出综合 性 状优 良的 水稻新 品 种 和加 速 同质恢 的选 育进 程 ,从 而 为水稻 品种选 育 及杂 交 粳稻 的 发展提 供 一个 新的 途径 。
左 右 ,在 7月底 前完 成抛 栽 。
用 浸种灵 等农 药浸 种 ,防治恶 苗 病 。生 长期 根 据病 虫 测报 ,治好 二化 螟 、稻 纵 卷 叶 螟 、稻 飞 虱 、 稻瘟 病 等病 虫害 ,尤 其要 注 意 中后 期 的纹 枯 病 、稻
曲病 、蚜虫 等病 虫 害的 防治 。 同时要 做到 科 学地 使 用农 药 ,确保 稻 米 品质 。
徽省 农科 院水 稻所 与 中科 院合肥 分 院等 离子体 物理 研究 所共 同合 作 ,成功 地将 离 子束生 物技 术应 用 于
水稻诱 变 育种 中 , 由此 选育 的 7个水 稻新 品种 通过
收稿 日期 :20.5 1 060.6
基 金 项 目 :江 苏 省 农 科 院 基 金 项 目 (20 7 ) 6 140
作 者 简介 :乔 中英 (9 3 ,女 , 江 苏 建 湖 人 ,助 理研 究 员 ,从 事水 稻 遗 传 育 种 研 究 工 作 。 17 一)
整精 米率 、长 宽 比 、透 明度 、碱 消值 、胶 稠度 、直
链淀 粉含 量 、蛋 白质含 量 9项 指标 符合 部 颁优 质米

32 科 学 用 肥 .
改 良现有 品种 的个 别不 良性 状 ,还 能创造 丰 富 的遗
了审定 ,如早 熟 皖稻 4 、优 质 米 皖稻 2 5 0及 高 产 稳 产 品种 皖 稻 6 0等 。 我 们 通 过 离 子 注 入 水 稻 常 规 品种 、杂 交 粳 稻 、杂 交 粳 稻 恢 复 系 及 杂 交 粳 稻
同能 量 ( 0ky 、相 同 束 流 ( 0m 、不 同 剂 量 2 e ) 2 A) ( 另 为200×26×1” c 25 0×2 6×1” 分 0 0 . 0 N /m , 0 . 0 N c 0 /m 和300×26×1 N c . 0 /m 。处 理代 号 依 次 为1 、2和 3 处 理 水 稻 干 种 子 。处 理 的 水 稻 品种 ) 有常规 粳稻 苏 香 粳 1 、杂 交粳 稻 8优 1 1 、恢 号 6 复 系 R 6 中) 和杂交粳 稻 F 种子 共 8 。 1 1( . 份 处 理后 的种子 于 当年播种 、移栽 、管理 ,方法
单 季稻施 好基 肥 ,早 施追 肥促 早 发 ,适 时适 度 施好 穗 肥 ;连 作 晚 稻 一 定 要 以基 肥 为 主 ,早 施 苗 肥 ,穗肥 看 苗 酌施 。 同时 ,适 当增 施 磷 、钾 肥 料 , 直播 和抛 栽稻 适 当控 制氮 肥用 量 。
33 水浆 管理 .
级标 准 ,垩 白度指 标 符合 二级 标 准 ,稻米 品质 与
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澎 廖 f 26 第5 江 十 学 0年 期 0

离 子 注入 技 术 在 水 稻 育 种 上 的应 用 研 究
乔 中英 ,王 建平 ,朱 勇 良,陈益海 ,谢 裕 林 ,黄 萌
( 苏 省 太 湖地 区 农业 科 学研 究 所 , 江 苏 吴 县 江 255 ) ll5
秀水 6 3品种 相仿 。
3 栽培 要点
3 1 适 时播 栽 .
移 栽后深 水 护苗 ,浅 水 发棵 ,7月底 至 8月 上
可作 单季 稻 、连作 晚稻 栽培 ,也 可作 直播 、抛
秧和 手插 移栽 栽培 。作 单 季稻 6月上旬 播 种 ,用种 量手 插 移 栽 3 . k /m ,直 播 、抛 秧 4 . 7 5 gh z 5 0~5 . 25
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1 材料与 方法
澎J 学 26 第5 f 种 0年 期 学 0
2 结果 与分 析
2. 生 育 期 与 米 质 1
3 3
选用类 型 不 同的晚粳水 稻休 眠 干种 子 ,在 中科 院合 肥分 院等离 子 体 物理 研究 所 用 N 离 子束 按 相
旬及 时 搁 田防止烂 根 ,抽 穗期 保持 田面有 水 ,抽 穗 后 干干 湿湿 ,活 水到 老 。
3 4 病 虫 防 治 .
ห้องสมุดไป่ตู้
k/m 。作连作 晚稻 7月 5~1 日播 种 ,用 种 量 手 gh z 0
插移 栽 6 0~7 g m ,一 定 要 增 加 插 栽 密 度 ,增 5k / z h 插基本 苗 ,一 般 1 . m ×1 . e 65e 6 5 m,每 丛 插 5~6 本 ;用种 量 抛 秧 9 0~15k /m ,抛 180盘 /r 0 gh z 0 hn 2
关 键 词 :水 稻 ;离 子 注 入 ;变 异 效 应 ;同质 恢 选 育
中 图 分 类 号 :¥ 1 . 52 5 10 . 3
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :02 . l(0 60 . 5.3 589 72 0 )50 70 0 5
离子 注入 是一 种新 型 的作物 诱 变技 术 ,离子 束 作 为一种新 的诱 变 源具 有 突变率 高 、突 变谱 广 、诱 变损 伤轻 等优 点 ,用它 来处 理作 物 干种 子不仅 能 够
摘 要 :用 3种不同剂量 的离子束 注入 常规 粳稻 、恢复 系 、杂交粳稻 及 干种子 中 ,观察 其变异效 应及杂
交 粳 稻 同 质 恢 后 代 的恢 复 力 。结 果 显示 ,后 代 生 育 期 、株 高 、穗 粒 数 、结 实 率 、单 株 产 量 发 生 变 异 ,并 且 具 有 较好 的 遗 传 性 ;剂 量 、品 种 之 间存 在 不 定 的 差异 ;杂 交 粳 稻 处 理 后 代 选 育 同质 恢 的进 程 好 于 不 处 理 对 照 。表 明 离 子 注 入 技 术 在 改 良常 规 水 稻农 艺 经 济 性 状 以 及 同质 恢 复 系 的 选 育方 面 具 有 一 定 的 应 用 前 景 。
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