无核沙田柚激光生物学的系统研究
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摘要
无核沙田柚是国际市场上优质果品，采用激光诱变手段已经得到了无核、少核的沙田柚新品种。
本文收集和总结了多年来大田生产的实验样本与相关记录数据，从生物学效应和物理理论应用两个方面，对沙田柚的无核化做了实验观察、分析以及理论计算方面的探讨，详细论述了激光诱变的作用机理。
在生物学方面，从植物的形态学、细胞学、遗传学等角度，做了形态变异观察，讨论了花粉育性与激光诱变产生无核之间的联系，分析了沙田柚雌雄配子体的生长状况，做了酶谱分析，染色体结构和数目的研究，以及基因分析。
在理论分析方面，建立了激光作用DNA突变的理论模式分析，该分析主要的量子计算采用Rein等人对DNA氢键系统的计算结果，用曲线拟合最小二乘法处理Rein等人的数据，求出双势阱中间势垒的近似方程，再用量子力学势垒贯穿系数公式计算DNA氢键系统的质子贯穿系数，将结果用以解析激光作用对DNA突变率的影响，从理论上对突变的机理进行详细且合理的解析。
现将主要结果与结论介绍如下：
广西大学硕士学位论文
1.生物学实验结果为:诱变组与对照组相比，沙田袖雌雄配子体发
育基本一致，而酶活性、花粉育性及在ONA分子水平上都出现差
异。说明激光诱变可引起物种性状的改变。
2.复合激光处理后的酶谱呈现重合性，检测激光诱变沙田袖的第二
代的酶谱与对照组相比仍发生变化，且第二代的无核性状基本稳
定。说明激光辐照育成的无核果的酶活性发生了变化，其无核性
状具有遗传的可能。
3.沙田袖的种子是通过花粉授粉使胚珠受精，并在果实内发育而来
的，如果激光辐照后花粉出现败育性，种子就可能大大减少。可
见，沙田袖出现无核、少核与花粉败育情况有密切关系，但花粉
败育率高并不能百分之百地肯定是无核或少核，内在原因的高花
粉败育率才能出现无核、少核果。因此，雄性不育可能是产生无
核、少核的原因之一。
4.经激光诱变的芽，长出无核果的枝条的嫩叶的DNA特定序列，产
生了与所用引物对应的突变，引物序列互补，出现了多态性片段，
与对照组的相比，存在遗传性差异，导致在该枝条上长出无核果。
5.实验中发现，无核、少核沙田袖的坐果率低于多核沙田袖，果皮
变厚。但已获得无核、少核，·可食率增加等可贵的经济性状。
6.低功率激光影响生物体及其使生物体产生遗传变异的主要机制在
于:激光的光效应和电磁场效应，并且任一波长的激光都可产生
生物学效应。
7.物种在自然条件下的变异率极小，产生无核的几率更小，经激光
广西大学硕士学位论文
作用后，突变几率有了明显的提高，但数量级仍然很小。为使激
光诱变生物研究更具有规范性、可重复性，减少盲目性，应注意
诱变参数的选择。
Shatian Pumelo is a kind of high quality fruit in the world market. Our group of experiment have got the seedless fruit by the means of Laser-mutagenesis.
Most experimental swatches and data are included in this paper. Many experiments are done and analyzed in two aspects of biological and physical.
From biological aspect, we observed the modality aberrance, discussed the connection between pollen abortion and Laser-mutagenesis of seedless Shatian Pumelo in morphologic, cytology, genetics and so on. We observed and analyzed the male and female embryology's development, enzymology, chromosome structure and number, gene et.cl.
From theory analysis aspect, we analyzed the theoral mode of aberrance DNA acted by Laser. The main quanta count was cited from Rein's DNA results. We disposed the data by the means of Curve Least Square, made out proximate equation, and then calculated DNA H-bond system proton trans-coefficient. The result can be used to parse Laser's
act infection on DNA mutation rate. The mutation mechanism was
explained at the part of theory.
The following is our results and conclusions:
1. The biological experimental result: the contrast between experiment and wildness Shatian Pumelo is that the male and female embryology's development is normal, enzymologist work character, pollen abortion and DNA are different. The result shows that laser can lead species mutation.
2. Multiplex Laser makes enzymologist chart super positional. Enzymologist chart has changed, and the second generation's seedless character is steady on the whole. The result shows that the inherited character by Laser-mutagenesis is possible.
3. Shatian Pumelo's ovule impregnated through pollen pollination, and then developed into seed in fruit. If abortion appeard on pollen after Laser- irradiation, the number of seed can be reduced greatly. It's evident that the seedless is connected with pollen abortion. But it is not sure that pollen abortion can bring seedless absolutely. Inter reasonal pollen abortion can bring seedless fruit. So pollen abortion is possible only one of reasons that bring seedless fruit.
4. The Laser-mutagenesis seedless fruit's burgeon leafage DNA sequence is changed. Contrast with the weedless, it has genetic difference. So it grows into seedless fruit.
5. Seedless Shatian Pomelo's fruity ratio is lower, the seed capsule is thicker. But we have got the seedless.character.
6. The main mechanism that low-power Laser affected on organism and got variation is Laser phonic and electromagnetic effect. Any wavelength laser can bring biological effect.
7. Species variation ratio is very little in nature condition, the ratio can be rised by Laser but still little. So we should choose laser bean parameter in order to avoid blindness work.
本文收集和总结了多年来大田生产的实验样本与相关记录数据，从生物学效应和物理理论应用两个方面，对沙田柚的无核化做了实验观察、分析以及理论计算方面的探讨，详细论述了激光诱变的作用机理。
在生物学方面，从植物的形态学、细胞学、遗传学等角度，做了形态变异观察，讨论了花粉育性与激光诱变产生无核之间的联系，分析了沙田柚雌雄配子体的生长状况，做了酶谱分析，染色体结构和数目的研究，以及基因分析。
在理论分析方面，建立了激光作用DNA突变的理论模式分析，该分析主要的量子计算采用Rein等人对DNA氢键系统的计算结果，用曲线拟合最小二乘法处理Rein等人的数据，求出双势阱中间势垒的近似方程，再用量子力学势垒贯穿系数公式计算DNA氢键系统的质子贯穿系数，将结果用以解析激光作用对DNA突变率的影响，从理论上对突变的机理进行详细且合理的解析。
现将主要结果与结论介绍如下：
广西大学硕士学位论文
1.生物学实验结果为:诱变组与对照组相比，沙田袖雌雄配子体发
育基本一致，而酶活性、花粉育性及在ONA分子水平上都出现差
异。说明激光诱变可引起物种性状的改变。
2.复合激光处理后的酶谱呈现重合性，检测激光诱变沙田袖的第二
代的酶谱与对照组相比仍发生变化，且第二代的无核性状基本稳
定。说明激光辐照育成的无核果的酶活性发生了变化，其无核性
状具有遗传的可能。
3.沙田袖的种子是通过花粉授粉使胚珠受精，并在果实内发育而来
的，如果激光辐照后花粉出现败育性，种子就可能大大减少。可
见，沙田袖出现无核、少核与花粉败育情况有密切关系，但花粉
败育率高并不能百分之百地肯定是无核或少核，内在原因的高花
粉败育率才能出现无核、少核果。因此，雄性不育可能是产生无
核、少核的原因之一。
4.经激光诱变的芽，长出无核果的枝条的嫩叶的DNA特定序列，产
生了与所用引物对应的突变，引物序列互补，出现了多态性片段，
与对照组的相比，存在遗传性差异，导致在该枝条上长出无核果。
5.实验中发现，无核、少核沙田袖的坐果率低于多核沙田袖，果皮
变厚。但已获得无核、少核，·可食率增加等可贵的经济性状。
6.低功率激光影响生物体及其使生物体产生遗传变异的主要机制在
于:激光的光效应和电磁场效应，并且任一波长的激光都可产生
生物学效应。
7.物种在自然条件下的变异率极小，产生无核的几率更小，经激光
广西大学硕士学位论文
作用后，突变几率有了明显的提高，但数量级仍然很小。为使激
光诱变生物研究更具有规范性、可重复性，减少盲目性，应注意
诱变参数的选择。
Shatian Pumelo is a kind of high quality fruit in the world market. Our group of experiment have got the seedless fruit by the means of Laser-mutagenesis.
Most experimental swatches and data are included in this paper. Many experiments are done and analyzed in two aspects of biological and physical.
From biological aspect, we observed the modality aberrance, discussed the connection between pollen abortion and Laser-mutagenesis of seedless Shatian Pumelo in morphologic, cytology, genetics and so on. We observed and analyzed the male and female embryology's development, enzymology, chromosome structure and number, gene et.cl.
From theory analysis aspect, we analyzed the theoral mode of aberrance DNA acted by Laser. The main quanta count was cited from Rein's DNA results. We disposed the data by the means of Curve Least Square, made out proximate equation, and then calculated DNA H-bond system proton trans-coefficient. The result can be used to parse Laser's
act infection on DNA mutation rate. The mutation mechanism was
explained at the part of theory.
The following is our results and conclusions:
1. The biological experimental result: the contrast between experiment and wildness Shatian Pumelo is that the male and female embryology's development is normal, enzymologist work character, pollen abortion and DNA are different. The result shows that laser can lead species mutation.
2. Multiplex Laser makes enzymologist chart super positional. Enzymologist chart has changed, and the second generation's seedless character is steady on the whole. The result shows that the inherited character by Laser-mutagenesis is possible.
3. Shatian Pumelo's ovule impregnated through pollen pollination, and then developed into seed in fruit. If abortion appeard on pollen after Laser- irradiation, the number of seed can be reduced greatly. It's evident that the seedless is connected with pollen abortion. But it is not sure that pollen abortion can bring seedless absolutely. Inter reasonal pollen abortion can bring seedless fruit. So pollen abortion is possible only one of reasons that bring seedless fruit.
4. The Laser-mutagenesis seedless fruit's burgeon leafage DNA sequence is changed. Contrast with the weedless, it has genetic difference. So it grows into seedless fruit.
5. Seedless Shatian Pomelo's fruity ratio is lower, the seed capsule is thicker. But we have got the seedless.character.
6. The main mechanism that low-power Laser affected on organism and got variation is Laser phonic and electromagnetic effect. Any wavelength laser can bring biological effect.
7. Species variation ratio is very little in nature condition, the ratio can be rised by Laser but still little. So we should choose laser bean parameter in order to avoid blindness work.
引文
[1] 黄碧柳，提高广西沙田柚产量的探讨，广两农学院学报，1988，7(2)：31
[2] 王元裕，近代柑橘的育种，科学出版社，1986：43-45
[3] 李宝键，Wolbarsht，激光诱变染色体畸变原因探讨，遗传学报，1976，6(1)：51
[4] 王立秋，杨国忠，陈风德，激光诱变的生物学效应及其在动植物遗传育种上的应用，激光生物学报，1997，6(2)：1098
[5] 张亮芳，DNA 分子的能级结构，应用激光，1985，5(2)：46-48
[6] 邵耀春，封国林，DNA 分子突变量子模型，国外农学-麦类作物，1994，(1)：31-33
[7] 邵耀春，封国林，DNA 分子在激光作用下的随机动力学研究，原子与分子物理学报，1996，13(4)：515
[8] 周凌云，张玲琪，陈有为等，激光对酶热作用效应的分形及孤子理论分析，中国激光，1998，A25(1)：91-95
[9] 周凌云，DNA 分子在激光作用下的混沌行为研究，原子与分子物理学报，1993，10(2)：2723
[10] 刘普和，激光生物学作用机制，科学出版社，1989：59
[11] 许耀奎，作物诱变育种，上海科学技术出版社，1985：205
[12] 许耀奎，作物诱变育种，上海科学技术出版社，1985：212
[13] 曹恩华，辐射与环境生物物理研究，第一集，中国科学技术出版社，1992，176-178
[14] {德}Markolf H．Niemz著，张镇西等译，激光与生物组织的相互作用——原理及应用，西安交通大学出版社，1999：54
[15] 向洋，激光诱变及生物学作用机制，光电子·激光，1994，5(2)：96
[16] 何孔时，无核少核甜柚及早白柚选育初报，全国柚类协作广西会议交流，1996，10，24：1
[17] 李庄，韦文楼，陈茂鑫，激光诱变无核沙田柚研究，光电子·激光，1994，5(1)：34-35
[18] 陈芳远，胡能书，梁宏等，中国激光遗传育种与激光生物学，湖南师范大学出版，1992，156-157
[19] 李庄，陈茂鑫，韦文楼等，无核早熟沙田柚与花粉败育—无核机理研究(Ⅰ)，激光生物学报，1999，8(1)：52
[20] 陈建业，沙田柚少核机理及其调空研究，湖南农业大学学报，2002，2：25
[21] C．C．赖德，C．B．泰勒，同工酶，科学出版社，1987：16
[22] 李庄，韦文楼，陈茂鑫等，诱变无核沙田柚的研究，光电子·激光，1994，5(1)：35-37
[23] 李庄，韦文楼，陈茂鑫等，诱变无核沙田柚的研究，中国激光，1995，A22(1)：79
[24] 薛进军，沙田柚花芽分化和雌雄配子体发育过程的观察，广西农学院硕士学位论文，1989：8
[25] Wu Nai-hu,Gene.Engineering,Scinece Press,202:22
[26] 王元裕，近代柑橘的育种，科学出版社，1986：33
[27] 白庆武，非整倍体遗传术语，生物学通报，1996，31：11
[28] 李竟雄，植物细胞遗传学，科学出版社，1997：214
[29] 吴仲贤 主编，生物统计，北京农业大学出版社，1993，170-171
[30] 吴仲贤 主编，生物统计，北京农业大学出版社，1993，178-180
[31] Luo Peng, Yah Zaho-li. RAPD teenologyand it's apply in inherit analysis, Xi Nan nationality college transaction· Science technology,1995, 21 (1): 26
[32] 李庄，韦文楼，陈茂鑫，无核沙田柚的RAPD研究——无核机理研究(Ⅱ)，激光生物学报，2000，9(1)：5
[33] 庞小峰，青岛海洋大学学报，2002，32(4)：541
[34] 向洋，激光生物学，湖南科学技术出版社，1995,91-120
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[36] 刘次全，量子生物学引论，科学出版社，1989，108-123
[37] 程极济，光生物物理学，高等教育出版社，1987：102-103
[38] XI Shao-lin, Optimizational calculate method, Shanghai Technology Press, 1997,189-196
[39] ZOU Peng-cheng, Quantum Mechanics, Higher Education Press, 2003, 60-64
[40] 陈茂鑫，李庄，韦文楼，激光诱变生物效应参数的选择，广西大学学报(自然版)，1998，12：341-344
[41] 李庄，李荣耀，韦文楼，激光诱变无核沙田柚研究，激光生物学报，1994，1(3)：386-389
[42] 李庄，李荣耀，韦文楼，湛江红橙准分子激光处理的诱变效应的研究，激光生物学报，1994，3(3)：494-496
[43] 陈芳远，胡能书，梁宏，中国激光遗传育种与激光生物学，湖南师范大学出版，1992：152
[44] 梁宏，迈可·伯恩斯，活细胞染色体切割(光刀)和光扑捉(光铅)研究，激光生物学报，1994，3(3)：481-488
[45] 万贤国，水稻激光诱变规律的研究，中国激光遗传育种与激光生物学，湖南师范大学出版，1992：69-76
[46] 李庄，韦文楼，陈茂鑫，激光微束诱导鲶鱼受精卵融合的研究。激光生物学报，1996，1(5)：775-777
[47] 廖映枌 激光对柑橘的生理学效应及其在育种上的应用，中国激光遗传育种与激光生物学，湖南师范大学出版，1992：150-154
[48] 朱孝达，小麦激光后代的遗传变异和选择指数的研究，中国激光遗传育种与激光生物学，湖南师范大学出版，1992：104-107
[49] 庞伯良，YAG与He-Ne激光处理水稻干种子诱变效果的初步探究，中国激光遗传育种与激光生物学，湖南师范大学出版，1992：89-94
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