重离子束在诱变育种和分子改造中的应用

重离子束具有与中性辐射X,γ和中子不同的特性,利用这些特性开展它在生物学领域内的应用和基础研究具有重要的理论和实际意义.简要阐述了这种应用的理论基础,以及多年来实践的一些工作与取得的结果. Heavy ion beams have different character from X, γ rays and neutrons. It has important value in theory and practice to use the character to carry out application and fundamental researches in biological field. Theoretical basis of the application and some practice and their results are briefly described here.     

重离子束对北里链霉菌的诱变效应

考察不同剂量重离子束对北里链霉菌的致死及诱变效应, 可确定最有利于筛选高产菌株的重离子束辐照剂量。 利用不同剂量的重离子束辐照北里链霉菌孢子, 统计了存活率、 致死率、 正负突变率。 结果发现, 在5 Gy重离子辐照时北里链霉菌出现较高致死率, 其后随剂量升高, 致死率变化较平缓。 各辐照剂量下正负突变率相比较, 40 Gy时正突变率最高, 负突变率相对较低, 存活率为0.92%。 因此确定40 Gy是对北里链霉菌高产菌株筛选最有利的辐照剂量。 To define the optimum dose of heavy ion beams for selecting high productive strains, we should study mortality and mutation effects of Streptomyces kitasatoensis irradiated by heavy ion beams in diffe rent doses. In this research, spores of Streptomyces kitasatoensis were irradiated by heavy ion beams with different doses. And survival rate, mortality rate, positive mutation and negative mutation were analyzed statistically. The results showed that high mortality rate appeared from 5 Gy and then the mortality rate curve became gently. Compared the positive and negative mutations in different doses, highest positive mutation was obtained in 40 Gy, while the negative mutation was lower in this dose, and the survival rate was 0.92%. So we defined that optimum dose of heavy ions radiation for Streptomyces kitasatoensis selection was 40 Gy in this experiment.     

重离子束在微生物诱变育种及生物能源开发中的应用

作为一种新型的辐射诱变源, 重离子束在辐射诱变育种中的优越性已经显现。 在此基础上综述了重离子束用于微生物诱变育种的基本原理、 独特优点、 所取得的成果及研究进展, 并对其在新型生物能源开发中的潜力进行了展望。As a new radiation source, heavy ion beams have demonstrated the outstanding advantage in mutation breeding. Based on this background, the basic principal and unique peculiarity of heavy ion beams, the achievement and the progress in the research of microbial mutation breeding are reviewed in the paper. The potential application of heavy ion beams to new biological energy is also prospected.     

光谱法研究橙皮素与DNA分子间的相互作用机制

以盐酸小檗碱(BR)为荧光探针,研究了鲱鱼精DNA与橙皮素的相互作用.采用荧光光谱,紫外可见吸收光谱,盐效应,Scatchard方程等手段,探讨了橙皮素与DNA的作用机制.结果表明,在生理酸度(pH=7.4)下,橙皮素对DNA-BR体系的荧光有猝灭作用,猝灭类型为静态猝灭与动态猝灭共存的模式,其作用方式为嵌插和静电作用...     

纳米材料与生物分子的相互作用与微结构特性

纳米材料是物理、化学、生物等领域所广泛关注的研究方向,主要分为无机材料、有机材料及复合材料。其中由纳米粒子与生物分子组成的复合材料因具有独特的光学、化学、电磁学等性质,在医学和医疗等方面有着良好的应用前景。此外,利用生物分子自组装的方法,可设计出具有复杂有序结构的复合材料。因此,研究纳米粒子和生物分子的相互作用对纳米材料的设计和应用有着重要的意义。本文从实验和计算机模拟两个方面综述了纳米粒子对生物分子(包括蛋白质、DNA、生物膜)结构特性以及热力学、动力学性质的影响,并概述了影响两者相互作用的多种因素,包括纳米粒子的尺寸、形状、浓度、表面特性等。     

光谱法及分子模拟研究青蒿素与小牛胸腺DNA的相互作用

在pH 7.4的Tris-HCl缓冲溶液中,采用紫外吸收光谱、荧光光谱结合溴化乙锭（EB）荧光探针、共振散射光谱以及DNA熔点（T_m）实验和分子模拟等技术,研究了青蒿素（QHS）与小牛胸腺DNA（ctDNA）分子间结合位点与结合机制。光谱实验结果显示,QHS与DNA发生减色效应,QHS的加入使EB-DNA体系发生静态荧光猝灭,QHS与DNA作用后其467 nm处共振散射峰锐增,与QHS作用引起DNA的T_m值升高5℃,说明QHS竞争性地嵌插入DNA的碱基对中。通过计算获得QHS与DNA间结合常数K_a为1.43×10³ L/mol（298 K）、0.99×10³ L/mol（304 K）。分子模拟结果表明,QHS吡喃环部分结构嵌插到DNA小沟区域GA碱基对间,氢键和范德华力是两者间结合的主要非共价作用方式,该结论与光谱法和热力学所得结果一致。     

光与生物分子相互作用时间特性的研究

应用辐射与物质相互作用时间特性的研究结论（ＲＭＴ）来研究光与生物分子相互作用。ＲＭＴ对视紫质分子和菌紫质分子的光化学异构化的成功应用说明了ＲＭＴ对光生物学的适用性。此文应用ＲＭＴ从时间的角度比较了ＤＮＡ和含有二硫键蛋白质的ＵＶ损伤和暗修复，定性解释了表征损伤的作用光谱。     

应用分子梳技术对DNA与组蛋白相互作用的研究

利用分子梳技术对λ DNA和组蛋白的相互作用进行了研究. 通过这种简单有效的方法，我们将λ DNA分子拉伸到26—28 μm，相当于其原长（约162 μm）的16—17倍. 当组蛋白与DNA结合后，DNA分子发生凝聚现象，复合体的拉伸长度明显变短，其峰值分布在10—14 μm之间. DNA 组蛋白复合体的拉伸长度与组蛋白的浓度、与碱基对和荧光染料的比例有显著的关系. 关键词： 分子梳 组蛋白 DNA 荧光显微     

抗生物素蛋白与DNA相互作用的单分子研究

抗生物素蛋白(avidin)在生物单分子实验中被广泛用于DNA与修饰表面的连接,同时avidin也可作为一种DNA载体用于基因治疗中.本文利用原子力显微镜(AFM)、动态光散射(DLS)、单分子磁镊(MT)技术系统地研究了avidin与DNA之间的相互作用,以及avidin引起DNA凝聚的机理.首先通过AFM对avidin-DNA复合体形貌进行观察,发现不但有avidin导致DNA凝聚的环状形貌,同时也存在avidin自身聚集引起的DNA凝聚现象,通过定量分析,发现其凝聚尺寸越来越小,而当avidin浓度大于2 ng·μL~(-1)时,其凝聚尺寸又突然变大.DLS实验结果也显示了同样的规律,伴随着avidin浓度的升高,DNA的粒径大小从大约170 nm减小到125 nm左右,其电泳迁移率由-2.76(10~(-4)cm~2·V~(-1)·s~(-1))变化到-0.1(10~(-4)cm~2·V~(-1)·~(-1)).此外,通过MT技术的力谱曲线变化,发现avidin导致的DNA凝聚与其他多价离子相比,长度的变化曲线几乎呈线性变化,偶尔存在少而小的阶跃,这种变化趋势与组蛋白的变化曲线更相似.因此可以判断,avidin导致DNA凝聚是由avidin与DNA的静电吸引和avidin自身聚集两种相互作用引起的.     

~(12)C~(6+)离子束与电子束辐照对薰衣草当代诱变效应的比较

采用100 MeV的~(12)C~(6+)离子束和1.2 MeV的电子束辐照薰衣草干种子,研究了2个品种的薰衣草干种子对不同辐射源的辐照生物学效应,以期找到薰衣草干种子的最佳诱变参数。结果表明:不论是薰衣草701还是702,经~(12)C~(6+)离子辐照后,其发芽率表现为先增大后减小的趋势;经电子束辐照后,发芽率随着剂量的升高而降低,电子束辐照后的发芽率要低于~(12)C~(6+)离子束。另外,2个品种的薰衣草经~(12)C~+离子辐照后,其胚轴胚根长度以及幼苗鲜重也较电子束辐照后的大。由此可知,重离子的辐照效果优于电子束的,有利于后期筛选出新的薰衣草突变株。     

光谱学研究重金属离子参与下对甲萘威与ctDNA相互作用的影响

应用紫外、荧光光谱分析方法,研究了离体条件八种重金属参与下对农药甲萘威与小牛胸腺DNA的相互作用的影响。当有不同重金属离子参与时,甲萘威的猝灭常数及其结合位点数都发生了不同的变化。通过计算和分析,重金属离子对甲萘威与ct-DNA的加合物的影响程度为Pb2+>Ag+>Cu2+>Ni2+>Co2+>Zn2+>Cd2+>Cr3+。通过400 mol·L－1的不同金属离子对ctDNA的作用研究,得出不同离子对DNA的双螺旋结构的破坏能力强弱依次为：Pb2+>Cd2+>Ag+>Co2+>Zn2+≈Cu2+>Ni2+>Cr2+。两种光谱所得结果表明不同重金属离子对DNA的作用机理不同。     

GB1与金属离子相互作用的NMR研究

G群链球菌G蛋白的B1结构域——GB1蛋白,常被用作发展体外及体内基于顺磁核磁共振（NMR）的蛋白质结构测定方法的研究模型.为确保赝接触化学位移（PCS）、顺磁弛豫增强（PRE）等顺磁约束数据的准确性,了解GB1和金属离子,尤其是顺磁离子的相互作用非常必要.然而GB1和二价金属离子以及镧系金属离子的相互作用并不十分清楚.本文利用NMR波谱研究了GB1和镧系金属离子以及多种二价金属离子的相互作用.我们发现GB1和镧系金属离子之间存在弱特异性相互作用,和Mn²⁺、Cu²⁺以及Co²⁺等顺磁二价离子弱结合,但不与Ca²⁺、Mg²⁺以及Zn²⁺等抗磁二价离子结合.该研究表明在GB1上链接顺磁探针时,应使用与固有位点结合常数差异明显的顺磁标签以获取正确的PRE数据.     

110keV铁离子束辐照L(+)–半胱氨酸的分子改性研究

用110keVFe离子注入L(+)-半胱氨酸薄膜样品,然后通过傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光谱和核磁共振氢谱分析表明,L(+)-半胱氨酸在接受Fe离子束辐照后受到了严重损伤,在样品中产生了新的分子基团.ESR波谱分析表明在辐照产物中存在一种长寿命自由基.ESI质谱分析进一步支持了低能离子束辐照所致生物分子改性的发生.     

12C6+离子预辐射对小鼠胸腺脾脏细胞周期进程的影响

以0, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 Gy 12C6+ 离子全身预辐照昆明小鼠, 间隔4 h后再对小鼠进行4 Gy全身辐射。 辐照后12 h用流式细胞仪检测小鼠胸腺脾脏细胞在各细胞周期时相的百分率, 同时用单细胞电泳检测受辐射小鼠胸腺脾脏细胞DNA损伤程度。 结果显示, 相对于大剂量预照射组, 各低剂量预照射组胸腺细胞S期细胞百分率显著减少; 脾脏细胞G0/G1期细胞百分率明显减少; 同时胸腺脾脏细胞的拖尾率及拖尾长度明显减少, 以0.1 Gy预辐照效果最为明显。 这些结果表明, 低剂量预辐射处理可以减弱胸腺细胞的S期阻滞及脾脏细胞的G1期阻滞, 并明显减轻胸腺脾脏细胞的DNA损伤程度。