中子辐照豌豆的实验研究.docx
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中子辐照豌豆的实验研究
中子辐照豌豆的实验研究
本实验采用252Cf中子源对豌豆的干种子辐照后收获当代豌豆植株的果实,通过实验室育苗-大田移栽的方法种植M2代豌豆种子,在试验田观察各个小组豌豆的生长情况并记录,研究了不同剂量中子辐照对豌豆M2代生物学性状的影响,研究发现:
(1)中子辐照对豌豆植株的出苗率、株高、分支数等生长指标有一定的影响,高剂量抑制豌豆幼苗的生长和发育进程,低剂量对豌豆的生长有促进作用,而在一定范围内中子辐照均对豌豆幼苗的分支有促进作用。
(2)中子辐照对豌豆的光合生理也有一定的影响,并且和叶绿素含量相联系。
(3)一定剂量的中子辐照会使得豌豆植株的外在形态发生很大变化,通过观察叶片切片发现辐照对豌豆叶片的组织结构也有影响。
关键词:
豌豆M2、生长指标、光合生理、外在形态、叶片结构
第一章引言
1豌豆(PisumsativumL.)属豆科,蝶形花亚科,蚕豆族,豌豆属,又称为荷兰豆,麦豆,寒豆等,豌豆是一年生或二年生攀援草本植物,起源于亚州西部、地中海地区和埃塞尔比亚、小亚细亚西部,因其适应能力强,在世界的地理分布很广[1]。
截止2005年,世界上生产干豌豆的国家共有88个,我国种植豌豆最早是在汉朝,距今已2000多年,是豌豆的主要种植国之一[2],我国的豌豆种植主要分布在青海、四川、湖北、河南、新疆、甘肃、云南、浙江等二十多个省(区、市),在一些主产区,比如青海、甘肃、云南等,豌豆的选种及其栽培技术比较成熟,甘肃的兰州、临夏、陇南、定西、康乐、民乐、会宁等地均有大面积种植。
1.1豌豆的性状
2豌豆是一年生或两年生攀援草本植物,植株高90—180厘米,全株绿色,光滑无毛,豌豆植株根部生长着大量侧根,主根、侧根均有根瘤,多集中在靠近地表的根上,根瘤可以固定空气中游离的氮素;豌豆茎是青绿色的草质茎,呈圆而不明显的四方形,茎中空而柔软、质脆,茎由节和节间组成,节与节之间成为节间,长度一般为4—6厘米;豌豆叶片多为偶数羽状复叶,每片复叶由叶柄和小叶1—3对组成,复叶顶端的小叶常变成卷须,攀援它物,叶柄与茎相连处有托叶,呈卵形,基部耳状包围叶柄;豌豆花为白色或者紫红色,单生或者1—3朵排列成总状花序,自叶腋长出,每一花序生有1—3朵花,以两朵最多,偶有4—6朵,花柱内侧有须毛,闭花授粉,花瓣呈蝴蝶形;荚果是豌豆的果实,为长椭圆形或扁形,荚长一般2.5—15厘米,宽1.2—4.0厘米,根据内部有无内层革质膜及其厚度分为软荚及硬荚,由于豌豆品种的差异,种子的形状差异明显,颜色也不尽相同,豌豆种子可呈圆形、圆柱形、椭圆、扁圆、凹圆形,多为青绿色,也有黄白、红、玫瑰、褐、黑等颜色的品种,干后变为黄色,根据种子表皮的形状,可分为皱皮豌豆和光滑豌豆,皱皮豌豆种子表皮上有较突兀的皱褶,并且这些皱褶延续到表皮下的子叶上,光滑豌豆种子表皮基本上是光滑的,但部分或多或少存在一些凹痕[3]。
1.2豌豆的经济价值
1.2.1豌豆的食用价值
3作为蔬菜,豌豆口感细腻,香甜爽滑,豌豆荚和豆苗的嫩叶中富含维生素C和能分解体内亚硝胺的酶,可以分解亚硝胺,具有抗癌防癌的作用;在荷兰豆和豆苗中也含有较为丰富的膳食纤维,可以防止便秘,有清肠作用;目前甘油三酯是导致心血管疾病的危险因素之一,而豌豆纤维恰恰可减少人体血浆中甘油三酯,预防心血管疾病的发生。
豌豆区别于其他蔬菜之处在于它体内所含的止杈酸、赤霉素和植物凝素等物质,有抗菌消炎,增强新陈代谢的功能[3]。
青豆粒和青荚适宜鲜食和速冻加工,鲜豌豆的茎稍、荚、豆粒可以做汤或菜品,具有极高的营养价值。
1.2.2豌豆的药用价值
4豌豆具有性平,味甘,归脾的功效,并且具有止泻痢、益中气、利小便、调营卫、消痈肿、解乳石毒的作用,对心脏病、糖尿病、产后少乳、痈肿患者有一定的作用;豌豆主要用于治疗脾胃不适、痈肿、脚气、乳汁不通、心腹胀痛、呃逆呕吐、口渴泄痢等疾病,具有很高的药用价值[3]。
1.2.3豌豆的美容功效
5豌豆具有光泽皮肤,祛除暗斑的功效,在《本草纲目》中也有记载,研究表明,豌豆中维生素A原的含量丰富,它可以在人体内转化成维生素A,从而起到美容的功效,维生素A原的摄取渠道主要来源于食物且无任何毒副的作用[3]。
1.2.4豌豆对土壤改良的功效
6由于豌豆自身养分含量高,富含N、P、K,蚕豆作为绿肥压青后能使土壤有效养分含量显著提高,而且蚕豆特殊的根系可以溶解土壤中难溶性的磷,从而增强土壤中速效磷的含量,对土壤有很大的改良作用[4]。
据统计500公斤鲜豌豆茎秆相当于12公斤硫铵、3.5公斤过磷酸钙,12.5公斤氯化钾,根瘤还可以固氮,提高土壤肥力,豌豆的秸杆含有丰富的蛋白质,也可以作为家畜优质的蛋白补充饲料。
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1.2.5我国豌豆的种植情况
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9豌豆是一种粮、猜、饲、肥兼用作物,用途广泛,不仅如此,豌豆的营养也非常丰富,它富含有维生素、矿质元素、蛋白质和碳水化合物等物质,其营养全面且均衡,因此越来越受到生产者和消费者的青睐。
10我国是豌豆的主要种植国之一,20世纪90年代,FAO(联合国粮农组织)的统计数据表明,世界上干豌豆的总产量约有1750万吨,而其中我国的总产量就高达有150多万吨,占世界豌豆总产的9%左右,随着我国豌豆育种和栽培技术的提高,在一些主产区,豌豆的单产量可以达到3750.3kg/hm-5250.6kg/hm,豌豆多以原鲜荚的产品形式被速冻食品厂收购,然后再被速冻或加工成品罐头的产品形式进行交易,一部分销到国内大城市,另一部分出口到俄罗斯、东南亚等地。
由于市场经济的发展和农业种植结构的调整,豌豆生产面积有逐年提高的趋势,市场需求日益增大,表现出良好的市场前景[5]。
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1.3紫外线辐射生物效应的研究现状
12紫外线是一种电磁波,波长范围在10nm—400nm,能量在3eV—124eV之间,波长介于可见光和X射线之间,是一种非可见光,1801年德国物理学家(Ritte)发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光,因而发现了紫外线的存在,紫外辐射按波长不同主要分为长波紫外线UVA(波长315—400nm),中波紫外线UVB(波长280nm—315nm)和短波紫外线UVC(波长100—280nm),紫外辐射源有天然紫外辐射源和人工紫外辐射源。
1.3.1紫外线的主要效应
紫外线的效应主要有荧光效应、光电效应、光化学效应和生物效应,辐射的生物效应[6]是指物体吸收射线能量以后所出现的变化和反应(入细胞或集体死亡,细胞失活,基因突变等),不同波段的紫外辐射引起的生物效应也不相同,A波段紫外线可穿透云层、玻璃进入室内及车内,照射人体后,会有明显的色素沉着,使皮肤变黑,是皮肤老化、出现皱纹及皮肤癌的主因;B波段紫外线会被平流层的臭氧所吸收,照射人体后会使皮肤发红,在强烈刺激下会导致水泡和脱皮,同时该波段的紫外线使皮肤内的η-脱氢麦角胆固醇转化为维生素D3或D2,而D3可维持人体的正常钙磷代谢;C波段由于波长短,光子能量大,可以被臭氧层所阻隔不会到达地球表面,当细菌受到该波段的紫外线辐射后,细菌的核蛋白和脱氧核糖核苷酸(DNA)会吸收辐射能从而引起DNA链断裂,核酸和蛋白被破坏,导致细菌死亡,所以UVC具有极强的灭菌能力[7]。
1.3.2紫外辐射的现状
13随着环境污染日益严重,臭氧层也受到破坏,使得到达地球表面的UVB辐射增加,紫外辐射增强是世界3大环境问题之一[8]。
20世纪70年代南极的臭氧层出现空洞以来,世界上很多地区观测到了UVB辐射增强,由此造成的生物效应也受到广泛关注,有关紫外线辐射诱发突变以及辐射引起的生物效应的研究也越来越多,其中UVB增强的生物学效应研究是全球气候变化课题中的重大热门。
1.3.3紫外辐射的植物学效应
由紫外线引起的植物学效应不同强度的辐射效应也会不相同,不同类型的植物对紫外辐射的敏感度也不一样,前人[8][9]的大部分实验研究表明,中高剂量的紫外辐射对植物的生长会产生抑制作用,强度越强,抑制效应越明显[10]。
在植物形态学方面,紫外辐射会对植物发芽率、苗高、根长、株高、叶面积、节间距、生物量等方面造成影响;在植物生理代谢方面,一定强度的紫外线辐射会影响植物叶片的光合作用、蒸腾速率、开花数、叶绿素含量、内源激素、抗氧化酶活性等,比如彭燕[9]在UVB辐射对矮生刀豆生理影响的研究中发现,中高剂量UVB对植物生长产生较强的胁迫,抑制叶片、茎、根生长及总生物量的积累,导致植株矮化,节间长缩短、叶面积变小、茎杆增粗、叶片含水量下降等生物效应,同时,在设施栽培的弱光条件下,低剂量UVB辐射短期内可以促进刀豆幼苗的光合作用,而中、高强度UVB会严重损害了刀豆幼苗的光合作用能力,且随着时间积累,伤害效应也随之积累,相比完全无UVB辐射条件,适量的UVB辐射提高了刀豆幼苗体内的吲哚乙酸(IAA)和赤霉素(GA3)含量水平,而UVB辐射的增强则降低了刀豆幼苗体内的IAA和GA3含量水平;在李雪梅等人[8][11]在UVC辐射对豌豆幼苗光合特性及抗氧化酶活性的影响研究中发现,随着UVC辐射时间的延长,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性先升高随后降低,超氧化物酶(SOD)活性、叶绿素含量则逐渐降低,但丙二醛含量逐渐增加,这说明辐射增强引起抗氧化酶活性降低,使膜脂过氧化,导致光合作用减弱。
14植物并不是在单一环境因子影响下生长的,紫外辐射还可以与植物周围其他环境因子复合对植物生长发育造成影响,这一领域的研究已经涉及到了光照、温度、水分条件、营养情况等自然环境因素及温室气体、污染物质、重金属等污染胁迫限制等诸多方面[9]。
1.3.4紫外辐射对微生物的影响
15紫外线照射的生物学效应在高等植物和高等动物中已有较多报道,除此之外,紫外线也经常用于真菌诱变育种,紫外线对真菌作用的生物学效应也有研究,紫外线主要作用于DNA上,在DNA链上形成嘧啶双聚体,使被照射生物死亡。
在袁红旭等人[12]在紫外线照射禾顶囊壳生物学效应的研究中提到,紫外照射对孢子的存活率有很大影响,研究中还发现,紫外照射后,病菌出现细胞壁破裂和细胞质外渗现象,这种现象随着照射剂量增加而增加。
16紫外辐射会对生物圈的生态效应形成一定的影响。
UV-B增强对植物的形态构成、生长发育及生理生化等有着不容忽视的干扰作用,植物作为食物链的最基础的一环,植物的这种变化必然影响到昆虫的生存环境和食物的供应,从而间接影响昆虫种群[13];UV-B辐射也能够改变土壤中微生物数量、群落结构等[14];UV-B辐射甚至对植物残体分解都产生了一定影响[15]。
1.4X射线辐射的生物效应研究现状
X射线和紫外线,可见光一样都是电磁波,不同的是X射线的波长更短,能量更强,X射线的波长在0.001—50nm之间,波长略大于0.5nm的X射线被称为软X射线,波长短于0.1nm的被称为硬X射线,软X射线属于低能X射线,低能软X射线的线性能量转移(LET)大于硬X射线,所以相对生物效应也越高[16]。
1.4.1X射线的生物效应
17辐射损伤是指一定量的电磁辐射能量作用于机体后,机体产生病理反应,辐射效应显现在受照身体时,称为躯体效应,如果影响到受照射者的后代,称为遗传效应[17]。
18X射线照射生物体,与机体的细胞、组织体液等物质发生相互作用,进行能量交换后,而引起物质的原子激发或电离,可直接破坏机体内某些大分子结构,如蛋白质链断裂,核糖核酸和脱氧核糖核酸链断裂,破坏一些对物质代谢有重要意义的酶等,甚至可直接损害组织细胞,进而损伤器官,使机体发生一系列的生物化学变化,导致代谢的紊乱,机体失调以及病理形态的改变,损伤严重时可能发生机体坏死[17]。
19低能软X射线辐照农作物也会产生明显的辐射生物效应,可作为新的辐射诱变源,为辐射育种提供一个新的途径[18]。
1.4.2低能软X射线与物质的相互作用
20低能软X射线与生物样品物质相互作用时,主要以光电效应为
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