複合離子注入育種方法
2023-07-20 03:24:36
專利名稱：複合離子注入育種方法
技術領域：
複合離子注入育種方法所屬帶電粒子輻射育種領域。
背景技術：
離子注入育種，是我國科學家在二十世紀80年代末期首先提出的，在人工輻射育種技術領域內具有創新意義的科學育種方法。輻射育種還包括伽瑪射線輻照育種、電子射線輻照育種、中子輻照育種和航天育種等。伽瑪射線、快中子輻照這兩種射線，屬於非帶電粒子，伽瑪射線和快中子的穿透力都非常強，它們基本上很少停留在種子內部，只是對種子的組織，及細胞內的DNA造成輻射損傷，產生變異。這種變異，一般是生態變異，遺傳機率非常低。電子是無靜止質量帶電粒子，其射線輻照育種，在種子內無質量停留，也只是對種子的組織造成輻射損傷和電離損傷，不宜產生遺傳性變異。航天育種，是利用空間的宇宙射線(多種帶電粒子及伽瑪射、中子等)及微重力等綜合因素，種子在適當的航天育種條件下，部分種子會產生優良的遺傳性變異，能培養出新品種。但是，航天育種搭載成本太高，載人飛船成功飛行以後，由於宇宙飛船太空飛行的主要任務不是航天育種，為了保障航天員的身體健康，飛船內部要儘量降低宇宙射線輻射，飛船船體防宇宙射線的水平不斷提高，使航天育種種子射線輻照量降低；宇宙飛船飛行的天數由執行太空任務而定，這些因素，造成航天育種許多不確定性，種子接受宇宙射線的劑量難以控制，何種射線或帶電粒子引起的變異，更無從知曉，不確定性的因素使航天育種的效果難以重複。農業向科學界出了新的研究課題分別應用各種帶電粒子，以不同的能量、不同的劑量對種子進行離子注入，使種子產生永久性變異，從中選出人類感興趣的特性品種。這種人為控制的試驗，採用帶電粒子——離子進行輻照，其能量、劑量、束流強度、真空度均可以重複；輻照育種變成完全人為可控制，這就是離子注入育種。北京師範大學低能核物理研究所的科研人員，從80年代起，沒有間斷在這個領域裡的科學研究。我們先後對小麥、黃豆、棉花、花生、玉米、甜葉菊和幾十種花卉的種子，分別進行了氮離子注入或者碳離子注入。部分單元素離子注入的種子，種植在與我們合作的中國農科院種子所課題組的農田裡，曾觀察到作物生長的新特性，如黃豆、棉花、花生的生長速度加快，果實籽粒飽滿，產量提高。棉花株高增加，棉花結桃率增加百分之二十，棉桃增大，棉纖維質地正常。經碳離子注入的甜菊含糖甙，比較沒有離子注入的甜菊口味更正，其甜度為蔗糖的200-300倍。在發達國家的食品業首選甜菊糖甙天然糖味劑，甜菊糖甙代替蔗糖，預防肥胖及糖尿病為世界衛生組織認可。隨著我國工業逐步現代化，經濟高速發展，人民生活水平不斷提高，人體肥胖帶來的高血壓、高血脂、糖尿病、冠心病、腦中風等疾病越來越困擾著我國中老年民眾。我國食品業也正面臨著甜味劑的變革。單元素離子注入的推廣應用，培育出許多新品種。科學事業並沒有滿足現有的結果，在單離子注入育種過程中，並不是種子的變異都滿足人們的願望，如小麥生長周期短了、高產了；營養、口感是不是也滿足人們的要求；黃豆植株增高、豆粒增大，蛋白質質量、胺基酸含量是不是也有改善等。這就需要有更多的能使種子變異的處理方法。複合離子注入育種方法，為國家的農業科學育種提供了一個切實可行的方法。
發明內容
北京師範大學低能核物理研究所和北京師範大學生物系的科研人員，試驗得出N+離子注入有增加細胞內鈣離子濃度的因素，其原因是改變了細胞膜電位，鈣離子通道的性能增強，促進細胞內離子吸收及轉換，因而促進植物生長發育。適當的N+離子注入可以促進植物的生長。實驗表明C+離子注入可以改善某些作物的品質，如花卉的顏色、甜菊糖甙的味道，其原因是C+離子打入糖甙的DNA分子連，形成作物新的品質。複合離子注入育種方法是綜合各個單個離子注入的優勢，依據每一種植物生長發育的特點，選擇適當的離子搭配，同時根據種子的組織結構選擇適當的離子注入能量、離子注入劑量，對種子進行離子注入。以達到科學實驗的預期目的。在育種方面採用新方法複合離子注入，將會得到即穩定高產的，又有優良品質的好品種。複合離子注入，調整離子搭配，再配以伽馬射線、中子等射線，可以模擬太空輻射粒子的組成，在地面上模擬航天育種。複合離子注入育種比較航天育種的優勢是複合離子注入育種的種子所接收的帶電粒子的能量、輻射劑量人為可控，種子的各種變異重複性強；並且，複合離子注入育種的成本低廉；不受航天計劃的約束，隨時可以進行。有很大的推廣意義。複合離子注入育種的離子組合有N++C+、N++O+、N++P+、N++K+、N++Na+、N++S+、N++H+、N++I+、Mn++N+、Zn++N+、Fe++N+、Gr++N+、Se++N+、C++O+、C++P+、C++K+、C++Na+、C++H+、Mn++C+、Zn++C+、Fe++C+、Gr++C+、I++C+、Se++C+、O++K+、O++Na+、Cr++O+、P++Na+、I++K+、二元以上複合離子N++C++O+、N++P++K+、N++C++K+、N++C++K++O+、等。複合離子注入育種的離子注入能量的選擇是生物物理研究過程，首先要了解即將注入的作物種子生理結構，確定此種子的生長發育基因所在位置，部分種子為胚芽上某區域組織；依據上述基因組織，在種子內埋藏深度、種子的密度、種皮的厚度、種皮的孔隙度及密度等因素，同時依據所選每一種注入離子射程分布，制定該離子注入的能量、並依據科學實驗數據設計種子誘變預期達到目的，如增大籽粒、縮短生育期、抗病、增加抗逆性等目的，制定每一種離子注入計量的搭配。
具體實施例方式
一、依據預處理種子的生理條件選擇能量適合的離子注入機，種皮厚、胚芽埋藏深的種子應選擇能量高的離子注入機，在選擇離子注入機時，要同時兼顧離子注入機能夠引出離子的種類。
二、依據各種作物種子對不同注入離子的誘變反應，選擇對預處理種子離子注入的離子組合。如N++C+、N++O+、N++P+、N++K+、N++Na+、N++S+、N++H+、N++I+、Mn++N+、Zn++N+、Fe++N+、Gr++N+、Se++N+、C++O+、C++P+、C++K+、C++Na+、C++H+、Mn++C+、Zn++C+、Fe++C+、Gr++C+、I++C+、Se++C+、O++K+、O++Na+、Cr++O+、P++Na+、I++K+、二元以上複合離子N++C++O+、N++P++K+、N++C++K+、N++C++K++Na+、等。
三、預處理種子放入離子注入機靶室前應該是乾燥的，種子含水分太大影響離子注入機真空系統的真空度，延長抽真空的時間，對離子注入進程不利。
四、種子進入靶室，應該固定其接受離子束流的部位。方法1、製作金屬靶盤，靶盤上密集、順序排列以種子適當直徑為直徑的法拉第孔，將種子放入法拉第孔內，使種子固定且胚芽朝向離子束流射來的方向或根據需要生長點與束流成一定角度；2、若種子很小可採取用導電膠布固定種子，並使種子的胚芽朝向離子束流射來的方向，根據需要也可以使胚芽與離子束流射來的方向成一定的角度。
五、放入真空室的種子在離子注入前要進行預抽真空。各種離子注入機對最低工作真空度要求不一樣。一般種子而言，在真空度1×10-1MP-2×10-6MP條件下離子注入，真空度不會影響種子的發芽率。高能離子注入機可以將離子束引出真空室，這樣已發芽的種子或活體組織也可以進行複合離子注入。
六、依據作物種子對注入所選離子組合的誘變率及誘變響應力，選擇適當的，參與複合離子注入的各離子注入計量。注入計量選擇範圍1×102ion/cm2-5×1017ion/cm2七、複合離子注入，各離子在離子注入中所佔的比例，可以依據預期達到的試驗結果而設定。離子總的注入量要考慮到被離子注入種子的承受力。
八、依據作物種子的種皮的質地、厚度、胚芽埋藏深淺及注入離子的種類對被注入植物種子的誘變響應力，選擇離子注入能量。離子注入能量選擇範圍1×100Kv-2×2.3Mv。
九、依據作物種子的質量的大小、種皮的厚度、種子耐熱性的程度，選擇注入離子束流的強度，已達到控制作物種子被注入時的溫度。離子注入時被注入種子的溫度一般低於90℃。
十、複合離子注入，因離子注入機不同，注入離子可以是調配好所需注入的各離子比例，複合離子同時注入；也可以是先注入完一種離子，再注入另一種離子。
十一、分別注入每一種離子時，可以選擇不同的離子，用不同能量注入之方法，使各種離子達到作物種子內誘變機率最大的部位，複合離子注入可得到作物種子更大的誘變機率。
權利要求
1.複合離子注入育種方法，其離子注入特徵在於依據離子注入改變種子某些特定品質的需要，採用兩種或兩種以上非金屬元素或金屬元素，分別電離、加速、分析、掃描，並分先後將特定離子注入到種子不同的有效部位。對被注入的種子進行離子注入，在種子內部產生基因斷裂重組現象，以改變各種種子生物生長特殊性能。農業科學家可以在這些變異中，選出具有優良變異特性的品種。
2.如權利要求1所述複合離子注入育種方法。其非金屬選自N、C、O、H、P、S、B、I等一種或多種元素；其金屬元素選自K、Ca、Na、Mn、Zn、Fe、Gr、Se一種或多種。
3.權力要求1的複合離子注入育種方法中，離子注入的組成根據改變植物生長特性的需要，可以是非金屬元素與非金屬元素的組合，也可以是非金屬元素與金屬元素的組合。權力要求1、2所述複合離子注入育種方法，其中元素組合為N++C+、N++O+、N++P+、N++K+、N++Na+、N++S+、N++H+、N++I+、Mn++N+、Zn++N+、Fe++N+、Gr++N+、Se++N+、C++O+、C++P+、C++K+、C++Na+、C++H+、Mn++C+、Zn++C+、Fe++C+、Gr++C+、I++C+、Se++C+、O++K+、O++Na+、Cr++O+、P++Na+、I++K+、二元以上複合離子N++C++O+、N++P++K+、N++C++K+、N++C++K++Na+、等。
4.如權力要求1～3所述複合離子注入育種方法，其中離子注入能量其特徵為0.5KV-2×6.7MV的能量範圍內之能量，不同的離子可以是相同能量，也可以是不同能量。
5.如權力要求1～4所述複合離子注入育種方法，其中離子注入劑量其特徵為1×102ion/cm2-5×1017ion/cm2。複合離子注入育種方法每一種採用的離子可以依據育種的需要採取適當的離子注入劑量。
6.如權力要求1所述的將特定離子注入到種子不同的有效部位，此部位是指種子的胚芽部位、生長點及生物學給出的種子遺傳基因組織所在部位等。
7.權力要求1～6所述複合離子注入育種方法中離子注入是將種子放入真空室。種子在離子注入前要進行抽真空。各種離子注入機對最低工作真空度要求不一樣。一般對種子而言，在真空度1×10-1MP-2×10-6MP條件下離子注入，真空度不會影響種子的發芽率。
8.權力要求1～7所述的複合離子注入育種方法，種子放置可以製作金屬靶盤，靶盤上密集、蜂巢式順序排列以種子直徑為適當直徑的法拉第孔，將種子放入法拉第孔內，使種子固定且胚芽朝向離子束流射來的方向；若種子很小可採取用導電膠布固定種子，並使種子的胚芽朝向離子束流射來的方向，根據需要也可以使胚芽與離子束流射來的方向成一定的角度。
9.權力要求1～8所述的複合離子注入育種方法，可以處理任何作物品種的幹種子。
全文摘要
複合離子注入育種方法所屬輻射育種領域。低能離子注入育種，是我國科學家在二十世紀80年代末期首先提出的，在人工輻射育種技術領域內具有創新意義的科學育種方法。單元素離子注入的推廣應用，培育出許多新品種。在單離子注入育種過程中，並不是所有種子的變異都滿足人們的願望。複合離子注入育種方法是綜合各個單個離子注入的優勢，依據每一種植物生長發育的特點，選擇適當的離子搭配，同時根據種子的組織結構選擇適當的離子注入能量、注入劑量、注入束流劑量率、真空度等條件，對種子進行離子注入。以達到科學實驗的預期目的。採用複合離子注入育種，將會得到即穩定高產的，又有優良品質的好品種。
文檔編號A01H1/06GK101044839SQ200610065899
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月29日 優先權日2006年3月29日
發明者丁曉紀, 周宏餘, 陸挺, 張豐收, 鄧福國, 王平 申請人:北京師範大學