电离辐射剂量与植物变异效应关系的研究

摘要

电离辐射作为诱导突变的一种重要手段被广泛地应用于植物尤其是农作物的品种改良中。大量实验证明电离辐射剂量与植物存活率之间存在“马鞍型”曲线关系，而其至今在理论上尚未给出合理的解释。探索电离辐射剂量与植物诱变效应的内在机理是本学科领域发展的迫切需求，同时也是应用研究中亟待解决的关键问题。 电离辐射剂量与植物变异效应关系的研究历经七年，由理论与实验两部分工作组成：一是作者在硕士期间完成的重离子辐射玉米自交系田间性状的实验工作；二是作者在攻读博士期间所进行的理论研究工作。而后者为本文研究的核心内容，并取得了如下的主要结论： 1、将电离辐射剂量、植物修复作用以及完全随机化引入到生物进化的Crow-Kimura理论中，对彼此独立的选择与突变两参量完全随机化，建立了电离辐射致植物诱变的平行进化模型，得到稳态分布的解析解，从理论上阐述了电离辐射剂量与植物变异效应之间的“马鞍型”实验曲线形成的内在原因； 2、将上述理论结果应用到已有的玉米、甜高粱和棉花的辐射诱变实验中，结果表明上述三种植物的理论“马鞍型”曲线与实验“马鞍型”曲线基本吻合，并给出三种植物的辐射剂量阈值； 3、Eigen模型完全随机化研究表明突变率随机化对误差阈展宽效应发挥主导作用，且群体系综逐步通过误差阈的行为是误差阈展宽的原因，为选择与突变相互耦合的特殊物种诱变理论的研究奠定了基础。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 电离辐射及其剂量

1.2 电离辐射与植物体的相互作用

1.2.1 物理过程

1.2.2 化学过程

1.2.3 生物化学过程

1.2.4 生物过程

1.3 植物体生物性状诱变效应的定量研究

1.4 电离辐射生物诱变理论模型的研究进展

1.4.1 靶理论

1.4.2 线性平方模型（LQ）

1.4.3 修复模型和速率模型

1.4.4 进化的准物种模型

1.5 研究目的和主要内容

第二章 电离辐射作用下的平行进化模型

2.1 Crow-Kimura模型随机效应的研究

2.1.1 完全随机化条件下，Crow-Kimura模型的随机效应

2.1.2 完全随机化情况中，误差阈展宽效应的定量研究

2.2 电离辐射致植物诱变的物理模型的建立

2.2.1 电离辐射植物的宏观状态

2.2.2 电离辐射剂量的引入

2.2.3 植物修复作用的引入

2.3 电离辐射致植物诱变效应的数学模型的建立

2.3.1 电离辐射致植物诱变过程的基本假设

2.3.2 数学模型的建立

2.4 电离辐射致植物诱变平行进化模型的稳态求解

2.4.1 稳态分布的解析解

2.4.2 稳态分布中几个关键因素分析

2.5电离辐射作用下的平行进化模型的随机化处理

2.5.1完全随机化处理

2.5.2 完全随机化条件下，群体系综的稳态解和稳态分布

2.6本章小结

第三章 电离辐射作用下的植物存活率的实验与理论计算模拟研究

3.1 电离辐射植物存活率的理论计算

3.2 加速器重离子 7Li辐射玉米自交系的实验研究和理论分析

3.2.1 重离子 7Li辐射玉米自交系生物性状的统计分析

3.2.2 电离辐射玉米的效应-剂量关系的理论分析

3.3电离辐射其他植物存活率实验的理论分析

3.3.1 12C离子辐射甜高粱品种的存活率理论分析

3.3.2 14N离子辐射棉花品种的存活率理论分析

3.4 电离辐射下植物存活率拟合模型的随机特性研究

3.4.1 确定性和随机拟合结果的对比

3.4.2 拟合优度

3.4.3 随机化处理后植物的辐射剂量阈值

3.5 本章小结

第四章 随机Eigen模型的理论研究

4.1 完全随机化Eigen模型的随机特性

4.1.1 完全随机化Eigen模型的稳态分布

4.1.2 完全随机化Eigen模型误差阈的宽度

4.2 随机Eigen模型中误差阈展宽效应的定量研究

4.3单峰高斯适应面下准物种分布和误差阈展宽效应的统计机制

4.3.1 给定突变类序列相对浓度的稳态统计特性

4.3.2 误差阈附近“双峰分布”的特点

4.4 Eigen模型 与Crow-Kimura模型随机效应的对比

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间所取得的相关科研成果

附录A

附录B

致谢