一种地面模拟宇宙粒子辐射育种方法技术

一种地面模拟宇宙粒子辐射育种方法，利用地面模拟的高能混合粒子辐射场环境处理植物种子和离体培养物。所述植物包括粮食作物、蔬菜、牧草和花卉。本方法为探索空间环境诱变机理、开展地面模拟空间环境诱变育种，进行品种改良开辟了一种新的途径。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用模拟空间环境影响植物的生物遗传效应的方法，具体涉及一种地面模拟宇宙粒子辐射育种方法。
技术介绍
进行空间技术育种实验研究已经取得可喜进展。例如利用返回式卫星搭载植物种子，已育成了高产、优质、多抗的水稻、小麦、芝麻、青椒、番茄等作物新品种、新品系，并从中获得一些特异突变新材料、新种质。空间诱变技术育种具有变异幅度较大、有益变异增多，有利于加速育种进程和改进品质等特点，是一个颇具发展前景的育种新途径(刘录祥等作物空间诱变效应及其地面模拟研究进展，核农学报，2004，18(4)247-251)。尽管太空环境因素协同诱变具有显著的特点和效应，但由于太空实验投资大，技术要求高，实验机会也十分有限，因此，有必要进行地面模拟太空环境因素的试验研究，这有利于揭示太空诱变机理，开展育种研究。宇宙线辐射是空间环境诱变种子的重要因素之一。国内外在高能单粒子生物效应研究方面已有大量文献积累(杨垂绪，梅曼彤太空放射生物学，中山大学出版社，1995)，但尚未报道过混合粒子场的生物效应及其育种应用研究。由于宇宙线是由多种高能、高LET粒子组成的混合场，单粒子效应难以真实反映宇宙线辐射的实际效应。因此，开展混合粒子场诱变农作物的生物效应试验，对于探索空间环境诱变机理、提高空间育种效率和开辟育种新途径具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是在地面模拟宇宙粒子进行太空辐射生物效应研究，为开展地面模拟空间环境诱变育种，进行品种改良提供一种新方法。本专利技术的技术方案是利用混合粒子场模拟空间环境处理植物种子和离体培养物。具体操作方法是将待处理的植物种子或离体培养物置于地面模拟的高能混合粒子辐射场环境进行处理，然后进行种植筛选或培养。所述植物包括粮食作物(如小麦、大麦、水稻、玉米)、蔬菜、牧草(紫花苜蓿和草坪草)和花卉等。所述离体培养物包括花药、幼胚及其愈伤组织等。所述高能混合粒子辐射场环境是指由地面直线加速器引出的能量为1.1～1.5Gev的电子束轰击金属靶产生的混合粒子场，包括派介子、谬子、正、负电子、质子、中子和伽马。根据植物种类或组织的不同，所使用的高能混合粒子场的剂量范围也不同。植物种子所用的剂量范围在100～500Gy。如小麦、大麦、水稻和玉米等粮食作物的适宜剂量范围为200～300Gy；番茄、青椒、黄瓜、牧草、花卉等作物的适宜剂量范围为150～200Gy；离体培养物的适宜剂量范围为15～20Gy。本专利技术采用不同基因型的植物种子及离体状态脱分化过程中的植物组织等为材料，经不同剂量的模拟空间混合粒子场处理，实验室分析和大田种植试验相结合，通过世代跟踪和对比分析方法，揭示模拟空间环境处理植物的生物遗传效应。本专利技术为评价空间环境生物效应要素中宇宙线辐射的重要性和探索地面模拟空间环境诱变育种新途径提供了实验依据。为开拓植物诱变育种提供了新方法。附图说明图1～4展示了不同的粒子数目随辐照动量变化的数量关系。图中A正电子；B派介子；C质子；D负电子；图5是混合粒子场靶室不同照射角度粒子剂量刻度分布图。图中No.1辐照24h；No.2辐照48h；具体实施例方式实施例11 材料和方法1.1 供试材料小麦品种SP8724和D6-3。1.2 试验方法利用北京正负电子对撞机(简称BEPC)上运行的直线加速器引出的1.5Gev的高能电子束打固定(碳)靶，产生次级粒子束，组成高能混合粒子场，模拟高空(中层大气层)宇宙线辐射。辐照靶室放在距离固定靶2m远的弧线上，不同位点(以角度表示)的辐照剂量用硫酸亚铁剂量计刻度。小麦品种SP8724和D6-3风干种子各300粒，在室温下经185Gy高能混合粒子场处理，并以185Gy的60Coγ射线与未经处理的种子为对照，在21℃恒温条件下做室内发芽试验，每一处理100粒，三次重复。调查统计萌发势、发芽率及10天后的苗高和根长。各处理M1代及对照幼苗移栽大田，顺序排列，一次重复，行长2m，行距30cm，株距5cm。田间调查记载主要农艺性状，抽穗后逐株套袋，成熟后单株收获，室内考种。2 结果与讨论2.1 高能混合粒子场的产生与剂量刻度利用BEPC直线加速器引出的1.5Gev的电子束，在θ＝15°的出射角处打铜靶，产生次级粒子束，主要包括派介子(π±、π0)、谬子(μ±)、电子(e±)、伽马(γ)和质子(p)等。这些粒子均具有广谱结构，即Ek＝200Mev～1.2Gev。经过蒙特卡罗理论模拟计算，不同粒子在混合粒子中的所占比例随着辐照动量在300～1500Mev/c之间变动也在变动；平均而言，电子、和质子在各种辐照动量下的所占比例较高。图1～4展示了不同的粒子数目随辐照动量变化的数量关系。将辐照靶室划分成从5°～40°共10个不同处理位点，以硫酸亚铁剂量计刻度每一角度的辐照剂量。辐照时间分别为24h(No.1)和48h(No.2)。图5反映了辐照角度与辐照剂量间的数量关系。2.2 高能混合粒子场辐照小麦生物效应与适宜剂量结合定点剂量刻度，先后对小麦、水稻、紫花苜蓿、草坪草、番茄、青椒、黄瓜和花卉等植物种子以及植物组织离体培养物进行混合粒子辐照处理，并与相应剂量的60Coγ射线处理作对比分析。从幼苗苗高、根长等生物损伤效应初步分析发现，混合粒子辐照处理比60Coγ射线处理生物损伤大，相对生物效应高(表1和2)。混合粒子辐照处理小麦种子具有明显的剂量效应，主要表现为随着辐照处理剂量的增加，对幼苗及根系的生长损伤增加。以半致矮效应为指标，初步确定出混合粒子辐照处理小麦、大麦、水稻、玉米的适宜剂量范围为200～300Gy；番茄、青椒、黄瓜和花卉种子的适宜剂量范围为150～200Gy。表1 混合粒子辐照处理小麦对种子萌发与幼苗生长的影响 表2 混合粒子辐照处理小麦对M1代主要农艺性状的影响 实施例21 材料与方法1.1 材料小麦品种中原9号和中优9507。1.2 实验方法1.2.1 辐照处理利用BEPC直线加速器引出的1.5Gev的电子束打铜靶产生高能混合粒子场处理中原9号和中优9507，辐照剂量分别为0、79Gy、109Gy、145Gy、195Gy、284Gy和560Gy，各处理400粒种子。同时以60Co-γ射线处理作为对照，处理剂量和种子数量与高能混合粒子场处理相同。1.2.2 发芽实验发芽试验采用发芽盒法，在21℃的恒温箱中培养。将处理种子和对照(未处理种子)分别的随机各选取50粒种子发芽，在第三天时统计发芽势，第七天时统计发芽率，第10天时测量幼苗根长和苗高。1.2.3 根尖细胞学检测及幼苗叶片DNA多态性分析小麦干种子经75％酒精杀菌，在25℃下萌发露白，低温0-4℃处理24小时，然后在25℃恒温箱中待根长至1-2cm时取下根尖，在α-溴萘饱和液中预处理5小时，用卡诺固定液(酒精∶醋酸＝3∶1)固定，孚尔根法染色，卡宝品红液复染压片。每个处理观察8-10个根尖，每个根尖随机观察大约600个细胞，对各变异数记录。DNA多态性分析采用SSR方法(高睦枪等我国部分冬小麦新品种(系)SSR标记遗传差异的研究，农业生物技术学报，2001，9(1)49-54.)。1.2.4 M2代突变谱与突变频率M1代单株收获后按照每穗留取3-5粒种子混合后构建M2代群体，单株点播，行长2m，行距30cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物辐射育种方法，其特征是将待处理的植物种子或离体培养物置于地面模拟的高能混合粒子辐射场环境进行处理，然后进行种植筛选或培养。

【技术特征摘要】
1.一种植物辐射育种方法，其特征是将待处理的植物种子或离体培养物置于地面模拟的高能混合粒子辐射场环境进行处理，然后进行种植筛选或培养。2.根据权利要求1所述的植物辐射育种方法，所述高能混合粒子辐射场环境是能量为1.1～1.5Gev的电子束轰击金属靶产生的混合粒子场，包括派介子、谬子、正、负电子、质子、中子和伽马。3.根据权利要求2所述的植物辐射育种方法，所述高能混合粒子场处理植物种子的剂量范围在100～500Gy。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘录祥，郭会君，李家才，韩微波，赵林姝，赵世荣，王晶，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]