《常壓下強電場電離輻射誘導植物種子變異的機理研究》是依託廣東石油化工學院，由熊建平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：常壓下強電場電離輻射誘導植物種子變異的機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：熊建平
- 依託單位：廣東石油化工學院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
用輻射誘導種子變異的方法有：太空育種、離子束介導法、強電場電離輻射、靜電（磁）場輻射、脈衝電（磁）場輻射、重離子輻射、光輻射等。其中離子束介導法需要低溫和真空特殊環境，存在種子耐受性差、冰凍損傷和裝置結構複雜；太空育種成本較高，存在輻射單一、輻射源無法控制等問題。而電離輻射作為一種高能物理損傷因素，可通過電離激發產生大量自由基，引起直接受照的生物組織和細胞的損傷。我們開展了常壓下強電場電離輻射誘導植物（水稻）種子變異的研究：改變強電場放電體系的物理參數，控制離子的能量和濃度，誘導種子變異，得到變異體；檢測其種子活力、酶活性、DNA、蛋白質的變化，得到性狀變異譜，尋找誘導種子變異的規律和最佳方案；分析其內部機理。本課題的研究是多學科的交叉，具有較高的可行性和實用性，將為常壓下輻射誘變育種提供一種新方法和技術，對建立優異種質創新具有重要的實踐意義,同時也為解決離子束介導法現存的問題提供科學依據
結題摘要
本項目利用強電場電離輻射這種高能物理損傷因素，通過電離激發大量自由基，在常壓下引起種子組織和細胞損傷，並控制強電場參數誘導種子基因變異，開展了常壓下強電場電離輻射誘導植物種子變異的機理研究。從強電場介質阻擋放電著手，對非平衡電漿理論進行剖析。選取介電常數高、頻率特性好的電介質材料和採用窄放電間隔，獲得250Td~400Td電離電場，電離空氣中氣體分子生成•O、•N和•OH等化學活性粒子誘導種子變異；並成功研製出“強電場電離輻射種子的系統裝置”，開展強電場電離輻射水稻種子的試驗。 試驗中首次闡述了場強與時間乘積的實質是給種子輸送能量，強電場電離輻射能有效激活水稻幼苗酶的活性，α-澱粉酶等五種酶的活性都有顯著變化，MDA含量變少，有利於種子萌發和生長；通過DNA甲基化的測試，發現強電場輻射後甲基化水平都比未輻射的有所降低，細胞DNA全甲基化、半甲基化擴增位點占總擴增位點的比例分別為12.89%～13.62%，3.36%～4.63%，證明輻射後DNA甲基化較親本有明顯變異，引起表觀遺傳變異。肽質量指紋圖譜鑑定發現：強電場輻射主要改變了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（RuBisco）的大亞基、其A鏈及它們前體的含量；已觀測輻射後，水稻基因變異及表達蛋白質的變化，農藝性狀也有變化。經三年大田試驗，尤其是2012年與湖南雜交水稻研究中心合作輻射的9311常規稻，獲得一棵直立、異常高大的變異株。通過SSR分析，發現基因組有16.3%的差異；當年十月又在海南南繁基地種植，該株自交後代群體出現明顯分離。選取綜合性狀超過原始親本的單株，進行繁育，定位突變位點，分析基因組序列變化，通過基因互補或干擾驗證突變基因的功能，探討強電場誘變的機理。依託該項目，項目組成員發表論文13篇，申請專利1項，培養碩士研究生2名，博士研究生2名。
