CN101449641A - 电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法及其装置，本发明涉及辐照处理马铃薯种薯的方法及其装置。它克服了现有的辐射诱变育种方法在马铃薯增产上见效慢的缺点。本发明的方法是用电子束辐照马铃薯种薯，电子束为加速器产生的带电粒子，电子束的剂量在1～24格瑞之间；剂量率范围在0.1格瑞/秒～0.27格瑞/秒之间。本发明的装置包括加速器扫描盒、挡板、束流表、束流积分仪和金属板，加速器扫描盒设置在上方，加速器扫描盒的下方设置挡板，挡板的下方设置金属板，束流表的一端连接在挡板上，束流积分仪的一端连接在金属板上，束流表和束流积分仪的另一端接地。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高马铃薯产量的技术，具体涉及辐照处理马铃薯种薯的方法及其装置。
背景技术
辐射诱变育种主要指利用物理诱变剂诱变作物，使作物的遗传基因产生改变，经过几代人工筛选后培育出新品种的方法。此方法突变频率高、突变谱宽、能打破性状连锁、突变性状稳定快，因此已成为创造新种质、培育新品种的重要手段，并已在多种作物的诱变育种上取得了成功。但马铃薯是无性繁殖的多倍体作物，其遗传基础复杂，遗传变异容易消失，因此物理诱变剂在马铃薯诱变育种上取得的效果非常有限。诱变剂的研究也大多局限于60Co-γ射线与重离子束的诱变机理。
由于辐射诱变育种在经过辐照处理后还要经过几代的选择培育才有可能培育出高产新品种，在实现增产目的方面见效慢，且马铃薯具有遗传变异容易消失的特点，因此需要另外寻找新的马铃薯增产方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法及其装置，以克服现有的辐射诱变育种方法在马铃薯增产上见效慢的缺点。本发明的方法是：用电子束辐照马铃薯种薯，所述电子束为加速器产生的带电粒子，电子束的剂量在1～24格瑞之间；剂量率范围在0.1格瑞/秒～0.27格瑞/秒之间，辐照后的马铃薯种薯即为种植用种薯。
本发明与辐射诱变育种的相同点是都需要用物理诱变剂处理作物，不同的是：本发明为「辐照处理」→「种植」→「增产」；辐射诱变育种是「辐照处理」→「经过几代的选择培育」→「高产新品种」，二者之间可以说是为达到增产的目的而使用的两种方法。本发明中的方法辐照种植当代就能达到增产的目的。
本发明的装置如下：它包括加速器扫描盒1、挡板3、束流表4、束流积分仪6和金属板9，加速器扫描盒1设置在上方并使其发射出的电子束垂直向下，加速器扫描盒1的下方设置挡板3，挡板3的下方设置金属板9，挡板3和金属板9都垂直于电子束发射方向设置并使挡板3遮挡加速器扫描盒1射向金属板9的电子束，束流表4的一端连接在挡板3上，束流积分仪6的一端连接在金属板9上，束流表4的另一端和束流积分仪6的另一端接地。
本发明所述的电子束为加速器产生的带电粒子，其特点是与其它诱变源一样能引起生物体遗传基因物质DNA分子和染色体的突变。在水稻、大麦、小麦及观赏植物的诱变上有所利用，其能量单一，穿透力小，能量大小和穿透性、辐照剂量和剂量率在一定范围均可人工精确调整，急性辐射处理能引起植物分子激发，低剂量处理对作物的生长有促进作用。因而用低剂量辐照处理马铃薯，当代即可可刺激马铃薯沿优化方向发展，使马铃薯出苗早、生长旺盛、可显著提高马铃薯产量，从而达到显著提高马铃薯产量的目的。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图，图2是克新13马铃薯种薯用不同剂量与不同剂量率电子束辐照处理对产量影响的关系曲线图，图3是不同剂量率对荷兰15马铃薯种薯温室培育的产量影响关系曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的技术方案是用电子束辐照马铃薯种薯，所述电子束为加速器产生的带电粒子，电子束的能量范围在0.5～0.9兆电子伏(MeV)之间，电子束的剂量在1～24格瑞(Gy)之间；剂量率范围在0.1格瑞/秒(Gy/s)～0.27格瑞/秒(Gy/s)之间，优选剂量率在0.16格瑞/秒(Gy/s)；辐照后的马铃薯种薯即为种植用种薯。整个辐照过程在常温条件下完成。所选马铃薯种薯一般为直径0.5cm～3cm的无缺陷优良品种种薯。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式的装置如下：它包括加速器扫描盒1、挡板3、束流表4、束流积分仪6和金属板9，加速器扫描盒1设置在上方并使其发射出的电子束垂直向下，加速器扫描盒1的下方设置挡板3，挡板3的下方设置金属板9，挡板3和金属板9都垂直于电子束发射方向设置并使挡板3遮挡加速器扫描盒1射向金属板9的电子束，束流表4的一端连接在挡板3上，束流积分仪6的一端连接在金属板9上，束流表4的另一端和束流积分仪6的另一端接地。金属板最好选用铝板，挡板3选用绝缘性能好的材料即可。
本发明的装置工作时将小种薯摆放于加速器扫描盒1下的金属板3之上，摆放种薯的金属板3连接在束流积分仪6的输入端，通过束流积分仪6的计数计算其辐照剂量；加速器扫描盒1下的挡板3连接在束流表4输入端，通过束流表4的指示数据换算辐照剂量率。
具体实施方式三：如图1所示，本实施方式与实施方式二的不同点是它还包括金属支架7和绝缘材料体8，金属板9设置在金属支架7上，绝缘材料体8设置在金属板9与金属支架7之间使二者隔离开，绝缘材料体8的面积要小于专用金属板9的面积使从上往下垂直俯视时绝缘材料体8不能露出金属板9之外。
本实施方式辐照操作步骤如下：第一步、在空白条件下调试加速器扫描盒1的电子束能量，如调试到0.8MeV；用与挡板3连接的束流表4调试电子束2的强度(即剂量率)。第二步、将马铃薯种薯5规则摆放于金属板9之上；金属板9是通过绝缘材料体8固定于金属支架7之上，要注意的是：绝缘材料8的面积要小于专用金属板9的面积，从上往下垂直俯视时绝缘材料8不能露出专用金属板9之外，以免测量数据有误。第三步、用第一步中调试好的辐照参数引出电子束2，并拿开挡板3使电子束均匀辐照马铃薯种薯5，辐照至需要的电子剂量。实施方式四至十的辐照工艺均如此，因此在其实施例中不再重复。
具体实施方式四：通过大田培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一、用自交方法育成的中晚熟品种“克新13”；选择种薯直径约2cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.9MeV的电子束能量，电子束剂量为1Gy，剂量率为0.16Gy/s，用电子束均匀扫描辐照。对照组为不作辐照处理的种薯，对照组收割后经观察，无大薯，单株产量为305g。辐照后的种薯种植的田间出苗率与对照组无异，当年收割后经观察单株结薯个数和大薯多，单株产量为490g，比对照组单株产量增加了60.7％。
具体实施方式五：通过大田培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一，用自交方法育成的中晚熟品种“克新13”；选择种薯直径约2cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.9MeV的电子束能量，电子束剂量为6Gy，剂量率为0.16Gy/s，用电子束均匀扫描辐照；对照组为不作辐照处理的种薯，对照组收割后经观察，无大薯，单株产量为305g。实验组田间出苗率与对照组无异，当年收割后经观察单株结薯个数和大薯多，单株产量为585g，比对照组单株产量增加了91.8％。
具体实施方式六：通过大田培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一，用自交方法育成的中晚熟品种“克新13”；选择种薯直径约2cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.9MeV的电子束能量电子束剂量为12Gy，剂量率为0.16Gy/s，用电子束均匀扫描辐照；对照组为不作辐照处理的种薯，对照组收割后经观察，无大薯，单株产量为305g。实验组田间出苗率与对照组无异，当年收割后经观察单株结薯个数和大薯多，单株产量为440g，比对照组单株产量增加了44.2％。
具体实施方式七：选择温室培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一，晚熟品种“荷兰15”；选择种薯直径约1cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.8MeV的电子束能量，电子束剂量为3Gy，剂量率为0.1Gy/s，用电子束均匀扫描辐照；对照组为不作辐照处理的种薯，当年对照组收割后经观察，单株产量为119.38g。实验组田间出苗率与对照组无异，单株产量为162.8g，比对照组单株产量增加了36.4％。
具体实施方式八：选择温室培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一，晚熟品种“荷兰15”；选择种薯直径约1cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.8MeV的电子束能量，电子束剂量为12Gy，剂量率为0.1Gy/s，用电子束均匀扫描辐照；对照组为不作辐照处理的种薯，当年对照组收割后经观察，单株产量为119.38g。实验组田间出苗率与对照组无异，单株产量为157.7g，比对照组单株产量增加了32.1％。
具体实施方式九：选择温室培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一，晚熟品种“荷兰15”；选择种薯直径约1cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.8MeV的电子束能量，电子束剂量为24Gy，剂量率为0.1Gy/s，用电子束均匀扫描辐照；对照组为不作辐照处理的种薯，当年对照组收割后经观察，单株产量为119.38g。实验组田间出苗率与对照组无异，单株产量为143.38g，比对照单株产量增加了20.1％。
具体实施方式十：选择温室培育做对照实验。选用东北地区的主栽品种之一，晚熟品种“荷兰15”；选择种薯直径约1cm。实验组为本发明方法处理后的种薯，辐照参数为0.8MeV的电子束能量，电子束剂量为12Gy，剂量率为0.27Gy/s，用电子束均匀扫描辐照；对照组为不作辐照处理的种薯，当年对照组收割后经观察，单株产量为119.38g。实验组田间出苗率与对照组无异，单株产量为165.9g，比对照单株产量增加了38.9％。
综合分析：
具体实施方式四至具体实施方式十中用于实验的马铃薯薯种在官方网站《中国马铃薯种薯网》(www.potatochina.com)都能找到。
一、试验分析
1.剂量的影响
由表一、图2可以看出播种前用低剂量电子束辐照马铃薯种薯具有显著增产的效应，且对马铃薯刺激增产效应的重复性和可靠性较好，在温室与大田试验不同的生长环境条件下增产剂量都有一个峰值，范围接近一致，不难看出适宜的照射剂量是刺激增产效应的一项关键因素，本实验所使用的小种薯为直径0.5～3cm的幼龄薯，其薯皮薄，而非老化的小薯，所以辐射敏感性更强，故刺激增产的剂量相对低。
表一 克新13温室与大田实验比较
2.剂量率的影响
由图3可看出，剂量率也是电子束对马铃薯刺激增产效应的一项关键因素；图2所示的条件是温室培育取一个辐照剂量率，大田培育取另一个辐照剂量率，两个不同剂量率所对应剂量的取点一致，因此由曲线的趋势也可确定马铃薯具有剂量率效应。由以上可看出，相同剂量条件下剂量率的影响也有一个最适范围，而非越低或越高越好。因为植物有剂量率效应，剂量率太大反而会对其细胞产生损伤而抑制植株的生长，剂量率过低刺激效果又不够明显。
表二 荷兰15在温室12Gy剂量下不同剂量率的影响
| 剂量(Gy) | 剂量率(Gy/s) | 单株产量(g) | 产量百分比(％) |
| 12 | 0.1 | 157.7 | 132.1 |
| 12 | 0.16 | 172.5 | 144.5 |
| 12 | 0.27 | 165.9 | 138.9 |
由以上数据可总结出，最适宜的剂量与剂量率的组合是0.16Gy/s剂量率下1～12Gy间的剂量，增产效果最显著，增产幅度均达40％以上。
3.电子能量的影响
能量主要决定电子的穿透强度，0.5MeV～0.9MeV电子束的穿透深度在2mm～3.5mm之间，3.0MeV电子束穿透深度为15mm，由于是以刺激生长过程为主，而非诱变或抑制发芽，所以无需用大能量的电子辐照，能量为0.5MeV～0.9MeV间的电子束就已足够使用。
结论：在本实验中低剂量电子束对马铃薯生长过程具有刺激效果，表现在(1)显著提高了马铃薯产量；(2)提高淀粉含量及降低还原糖含量；(3)增加了大薯率，具有较好的使用价值。
二、作用机理：
低剂量刺激效应是在不足以使作物遗传基础发生改变的低剂量电离辐射条件下增强作物生理机能，促进新陈代谢，加快生长发育，是一种不改变栽培技术，不增加劳动力获得高产和改进品质的技术。低剂量辐射的刺激效应犹如很多环境有害因子(例如毒素)低剂量时表现出的兴奋效应。国外已在近40个作物上开展了辐射刺激效应的研究，其刺激效果表现为(1)提早打破休眠；(2)提高种子发芽率；(3)促进生长发育；(4)枝丫增生；(5)改善品质；(6)增强抗病性和生命力；(7)增加绿色体和籽粒的产量。国内对低剂量γ-射线作用于生物的研究较多，中子与重离子等的小剂量刺激效应的研究也有相关文章，对电子的刺激效应机理及电子作用于马铃薯的研究还未见相关报道；
小剂量电离辐射的刺激机理还没有一个统一的看法，对照射技术及影响因子缺乏系统而深入的研究，因而存在一种观点：低剂量增产效应不稳定，试验结果的重演性较差。但由本实验可看出低剂量电子束对马铃薯的刺激增产效应重复性、可靠性都较稳定，具有实际生产应用的价值。
Claims (8)
1、电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法，其特征在于用电子束辐照马铃薯种薯，所述电子束为加速器产生的带电粒子，电子束的辐照剂量在1～24格瑞之间；剂量率范围在0.1格瑞/秒～0.27格瑞/秒之间，辐照后的马铃薯种薯即为种植用种薯。
2、根据权利要求1所述的电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法，其特征在于电子束的能量范围在0.5～0.9兆电子伏之间。
3、根据权利要求1所述的电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法，其特征在于电子束的辐照剂量为1～12Gy，电子束的辐照剂量率为0.16Gy/s。
4、根据权利要求1所述的电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法，其特征在于电子束的辐照剂量为1Gy、6Gy或12Gy，电子束的辐照剂量率为0.16Gy/s。
5、根据权利要求1所述的电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法，其特征在于电子束的辐照剂量为3Gy、12Gy或24Gy，电子束的辐照剂量率为0.1Gy/s。
6、根据权利要求1所述的电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的方法，其特征在于电子束的辐照剂量为12Gy，电子束的辐照剂量率为0.27Gy/s。
7、电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的装置，其特征在于它包括加速器扫描盒(1)、挡板(3)、束流表(4)、束流积分仪(6)和金属板(9)，加速器扫描盒(1)设置在上方并使其发射出的电子束垂直向下，加速器扫描盒(1)的下方设置挡板(3)，挡板(3)的下方设置金属板(9)，挡板(3)和金属板(9)都垂直于电子束发射方向设置并使挡板(3)遮挡加速器扫描盒(1)射向金属板9的电子束，束流表(4)的一端连接在挡板(3)上，束流积分仪(6)的一端连接在金属板(9)上，束流表(4)的另一端和束流积分仪(6)的另一端接地。
8、根据权利要求1所述的电子束辐照处理马铃薯种薯使其增产的装置，其特征在于它还包括金属支架(7)和绝缘材料体(8)，金属板(9)设置在金属支架(7)上，绝缘材料体(8)设置在金属板(9)与金属支架(7)之间使二者隔离开，绝缘材料体(8)的面积要小于专用金属板(9)的面积使从上往下垂直俯视时绝缘材料体(8)不能露出金属板(9)之外。
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