核技术应用农业
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▪ 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…
插入
指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。
DNA分子结构变化
▪ 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。
DNA分子结构变化
▪ 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。
辐射育种的发展历程
▪ 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பைடு நூலகம்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。
辐射育种的发展历程
▪ 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。
电离辐射损伤生物大分子 DNA分子结构变化
▪ 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分子结构变化
▪ 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。
DNA分子结构变化
▪ 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。
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。
▪ 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 至达到光学显微镜可以识别的程度。
▪ 电离辐射作用于DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变， 甚至导致死亡。然而在一定条件下，生物机体能使其DNA的损伤得到修 复。这种修复是生物在长期进化过程中获得的一种保护功能。
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。
▪ 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。
DNA分子结构变化
▪ 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分子结构变化
▪ 染色体畸变
类型： 染色体数目畸变 染色体结构畸变
指染色体发生断裂，并以异常的组合方式重新连接。 畸变类型：缺失、重复、倒位、臂内倒位、易位等。
染色体畸变是植物辐射损伤的典型表现特征，在辐射处理材料的有 丝分裂和减数分裂细胞中都观察到了染色体畸变。
电离辐射损伤生物大分子 细胞对辐射损伤的修复
▪ 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。
第一节 辐射育种技术
▪ 辐射育种（Radioactive breeding techniques）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。
第八章 核技术在农业领域中的应用
▪ “核农学”（Nuclear Agriculture）: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。
辐射育种的基本原理
▪ 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 …
辐射育种的基本原理 电离辐射损伤生物大分子
▪ 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。
▪ 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…
插入
指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。
DNA分子结构变化
▪ 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。
DNA分子结构变化
▪ 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。
辐射育种的发展历程
▪ 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பைடு நூலகம்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。
辐射育种的发展历程
▪ 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。
电离辐射损伤生物大分子 DNA分子结构变化
▪ 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分子结构变化
▪ 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。
DNA分子结构变化
▪ 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。
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。
▪ 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 至达到光学显微镜可以识别的程度。
▪ 电离辐射作用于DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变， 甚至导致死亡。然而在一定条件下，生物机体能使其DNA的损伤得到修 复。这种修复是生物在长期进化过程中获得的一种保护功能。
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。
▪ 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。
DNA分子结构变化
▪ 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分子结构变化
▪ 染色体畸变
类型： 染色体数目畸变 染色体结构畸变
指染色体发生断裂，并以异常的组合方式重新连接。 畸变类型：缺失、重复、倒位、臂内倒位、易位等。
染色体畸变是植物辐射损伤的典型表现特征，在辐射处理材料的有 丝分裂和减数分裂细胞中都观察到了染色体畸变。
电离辐射损伤生物大分子 细胞对辐射损伤的修复
▪ 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。
第一节 辐射育种技术
▪ 辐射育种（Radioactive breeding techniques）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。
第八章 核技术在农业领域中的应用
▪ “核农学”（Nuclear Agriculture）: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。
辐射育种的基本原理
▪ 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 …
辐射育种的基本原理 电离辐射损伤生物大分子
▪ 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。