《核技术应用农业》PPT课件

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1、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（Radioactivebreedingtechn

2、iques）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。第一节辐射育种技术自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

3、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…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

4、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。辐射育种的发展历程辐射育种的特点：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。辐射育种的基本原理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

5、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。电离辐射损伤生物大分子脱氧核糖核酸（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

6、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。电离辐射损伤生物大分子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

7、，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。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。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

8、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