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《河北工业大学》 2016年
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太空电离辐射诱发植物变异的初步研究

李谨  
【摘要】:随着太空空间科学技术的应用与发展,太空植物诱变育种作为其重要分支凸显出越来越重要的作用。太空环境以高真空、微重力、地球磁场及太空带电粒子辐射为特点,为太空生物育种的发展和研究提供了一个不可替代的条件。先前该领域的科技工作者在应用方面已做出大量且卓有成效的工作,但在太空电离辐射诱发植物基因变异的理论研究、实验研究及其与应用研究的关联工作目前还鲜为人见。本研究试图从太空电离辐射的角度对太空环境诱发植物变异进行初步探索,这些也恰恰是该领域迫切需要解决的问题。本工作以两种花卉植物——四季薰衣草和仙客来为研究对象,将天上的太空电离辐射实验与地面的分子生物学实验及田间种植实验紧密结合,将理论研究、实验研究和应用研究紧密结合,得到了一些有益的结果,形成了如下的创新点:理论研究:根据Shieldose2模型定量得到了―神舟八号‖飞船在南大西洋异常区的―非连续‖且―周期性‖的辐射能谱、该轨道上主要带电粒子的平均能量通量、飞船返回舱内的辐射屏蔽剂量以及粒子能量分布特点。实验研究:分子生物学实验表明所有太空搭载花卉植物的DNA分子全部发生变异;相关联的田间种植实验表明太空植株在花形、花色、花产量、株高等表观性状上均发生了显著的变化,而聚类分析进一步表明植物基因变异的相似性与植物表观性状变化的相似性具有较高的吻合度。实验研究表明太空植株DNA分子变异及其在表观性状上发生的变化均为太空电离辐射直接作用的结果。应用研究:通过对以上两种花卉的表观性状有益变异株的筛选,首次获得了仙客来―三重花蕾‖等能够稳定遗传的变异株,为该花卉新品种的进一步培育做出了具有推广价值的工作。
【关键词】:太空电离辐射 辐射屏蔽剂量 变异率 表观性状 有益变异 太空辐射敏感系数
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:Q947;S68
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-9
  • 第一章 绪论9-19
  • 1.1 研究意义9-10
  • 1.2 国内外研究现状10-11
  • 1.3 太空诱变效应的研究11-15
  • 1.3.1 太空诱变育种概念和特点11-12
  • 1.3.2 太空诱变的生物学效应12-15
  • 1.4 花卉辐射诱变的研究15-16
  • 1.5 论文的工作思路和主要内容16-19
  • 第二章 ―神舟八号‖及搭载植物所受电离辐射的影响19-45
  • 2.1 ―神舟八号‖飞行轨道19
  • 2.2 太空带电粒子对―神舟八号‖的辐射影响19-38
  • 2.2.1 太阳宇宙射线对―神舟八号‖的影响20-22
  • 2.2.2 银河宇宙射线对―神舟八号‖的影响22-24
  • 2.2.3 地球辐射带对―神舟八号‖的影响24-38
  • 2.3 ―神舟八号‖搭载花卉所受电离辐射影响38-43
  • 2.3.1 返回舱内辐射屏蔽剂量分析38-41
  • 2.3.2 返回舱内带电粒子的传能线密度分析41-43
  • 2.4 小结与讨论43-45
  • 第三章 太空电离辐射对仙客来的诱变效应45-61
  • 3.1 太空电离辐射实验45-47
  • 3.1.1 太空搭载技术45
  • 3.1.2 ―神舟八号‖搭载实验45-47
  • 3.2 种植实验47-50
  • 3.3 基因组多态性分析实验50-59
  • 3.3.1 RAPD实验数据分析50-51
  • 3.3.2 RAPD-PCR实验51-58
  • 3.3.3 实验分析结果58-59
  • 3.4 小结与讨论59-61
  • 第四章 太空电离辐射对四季薰衣草的诱变效应61-79
  • 4.1 种植实验61-65
  • 4.1.1 种植实验的统计分析61-64
  • 4.1.2 种植实验结果64-65
  • 4.2 基因组多态性分析实验65-70
  • 4.2.1 RAPD实验数据分析65-66
  • 4.2.2 RAPD-PCR实验66-69
  • 4.2.3 实验分析结果69-70
  • 4.3 聚类结果与分析70-71
  • 4.3.1 聚类分析70
  • 4.3.2 聚类结果与表观性状的比较70-71
  • 4.4 四季薰衣草和仙客来太空辐射敏感性分析71-78
  • 4.4.1 电离辐射对生物体作用及辐射敏感性71-73
  • 4.4.2 单靶单击太空电离辐射模型73-75
  • 4.4.3 太空辐射敏感系数的确定75-76
  • 4.4.4 太空辐射敏感性的差异分析76-78
  • 4.5 小结与讨论78-79
  • 第五章 太空花卉育种的应用探索79-89
  • 5.1 仙客来新品种探索79-85
  • 5.2 四季薰衣草表观性状的―有益‖变异85-87
  • 5.3 小结与讨论87-89
  • 第六章 结论与展望89-91
  • 参考文献91-99
  • 附录99-101
  • 攻读博士学位期间所取得的相关科研成果101-103
  • 致谢103-104

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