低能离子束在生物技术中的应用研究3.PDF

中　国　生 　物 　工 　程 　杂 　志 第 23 卷第 4 期 CHINA BIOTECHNOLOGY 2003 年 4 月 低能离子束在生物技术中的应用研究 袁成凌 　余增亮 ( 中国科学院离子束生物工程学重点实验室 　合肥 　230031) 摘要 　自从发现离子注入生物效应后 ,低能离子与生物体系相互作用研究在我国率先兴起 ,并很 快投入应用 。简要介绍低能离子注入生物效应的机理研究和应用研究的进展状况 ,并展望未来 。 关键词 　低能离子束 　离子注入 　生物效应 　育种技术 - 19 9 　　辐射生物学发展的 100 年间 ,低能离子与物质 时间跨越 10 ～10 s ,经历物理 、化学和生物学阶 相互作用一直较少受到人们的关注 。20 世纪 80 年 段 ;空间从微观生物分子损伤到宏观性状的表现 , 代中期 , 中国科学院等离子体物理研究所的科研人 其效应不知放大了多少倍 。要弄清这样宽广的时 员将选择过的低能离子加速注入到生物体内,发现 空域内发生的过程 ,是一个十分困难的课题 。余增 离子注入后的水稻如同搭乘阿波罗飞船飞行的玉 亮最早从原初物理过程分析入手 ,提出低能离子质 米一样 ,叶片上出现了黄色的条纹 。人们称这类现 ( ) ( ) ( ) 量 、能 量 、电 荷 三因子联合作用引起生物效 象为离子注入生物效应[ 1] 。这一现象的发现 ,立即 应的观点 ,不断得到实验的证实[2～5 ] 。因子的复杂 得到科学家 、特别是农学家们的关注 ,纷纷投入该 性必然导致效应的特异性 。实验发现 ,生物存活与 项研究 ,开辟了离子束在生命科学中应用的新领 离子注入剂量的关系呈现先降后升再降的“马鞍 γ 域 ,促进了物理学与生物学的交叉 ,形成了一门新 型”曲线 ,与 射线辐照情况下的指数衰减存活剂 兴交叉学科 ———离子束生物工程学 。进入中国科 量曲线有本质的差异 ,这种“反常辐照损伤”的现象 学院知识创新工程以来 ,机理研究奠定了这一交叉 在离子注入有机小分子 、质粒 DNA 、细胞和种子等 领域的基础 ,在国际前沿 占有一席之地 ;应用研究 都有表现 ,是一个较普遍的现象[2 ] 。对这种奇特的 取得了十多项新技术新成果 ,技术传播和成果推广 存活剂量关系 ,科学工作者建立了几种模型拟合实 获得了重大社会 、经济效益 。 验结果 ,其中较成功的是“质量沉积产物对损伤修 复的刺激效应”模型 。这个模型的建立 ,对存活曲 1 　机理研究进展 线的峰值对应剂量也能结出较好的解释 : 即存活曲 离子束生物工程学是我国基金制的产物 ,是国 线峰值对应剂量与质量沉积的物理化学修复因子 内外物理学界 、生物学界许多科学家支持的结果 。 有关[6 ] 。1995 年以后 ,这一奇异现象后被国外科学 从 1989 年 1 万元学部主任基金起 ,在国家 自然科 家陆续证实 ,现已成为辐射生物学研究的热点问题 学基金重点、重大项 目和国家“八五”、“九五”、“十 之一[7～9 ] 。中国科学院离子束生物工程学重点实