CN108020656B - 一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置，所述装置为一个用于水稻种子空间辐射效应研究的种子盒；所述装置从上至下依次包括上盖板(3)、核径迹探测器(4)、基体(6)和下盖板(7)，所述基体(6)为一个设有若干个椭圆孔(5)的方形槽；椭圆孔(5)为通孔，用于安装固定水稻种子(8)，所述核径迹探测器(4)安装在方形槽内；并通过上盖板(3)与下盖板(7)进行固定。基于该装置，本发明还公开了一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，能够得到种胚所受的重离子辐射的传能线密度信息。该方法的优点是可以精确得到水稻种胚处的重离子辐射，这些重离子除了能量高、射程长的重离子，还包括能量低、射程短的重离子。

Description

一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置及方法
技术领域
本发明涉及生物的空间辐射效应研究领域，尤其涉及测量水稻种胚部位所受的空间重离子辐射照射的方法，特别涉及一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置及方法。
背景技术
目前，在水稻种子的空间辐射效应研究中，为了确定哪粒水稻种子受到空间重离子辐射照射，常采用“三明治”叠层方式：中间层为按行、列编号排列的水稻种子，在种子的上层和下层各使用1片辐射位置敏感探测器，由两片探测器得到辐射径迹，从径迹来确定受到照射的种子。水稻种子由种胚、胚乳和种皮三部分组成，其中种胚是对辐射最敏感部位。在水稻种子的空间辐射效应研究中，尤其关注种胚是否受到空间重离子照射。然而，种胚在水稻种子中只占很小的面积，“三明治”叠层探测方式一方面辐射定位测量的精度低，难以判断种胚是否受到重离子辐射照射；另一方面该探测方式仅适用于测量长射程、在两片探测器上产生径迹的重离子，无法对只入射到其中1片探测器、能量低、射程短的重离子进行定位测量，而这些重离子的传能线密度高，辐射生物效应显著，不可忽略。
发明内容
本发明的目的在于，为解决在水稻种子的空间辐射效应研究中需要测量种胚重离子辐射的问题，本发明提供了一种用于水稻种子空间辐射效应研究的种子盒和基于该种子盒测量水稻种胚重离子辐射的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置，所述装置为一个用于水稻种子空间辐射效应研究的种子盒；所述装置从上至下依次包括上盖板3、核径迹探测器4、基体6和下盖板7，其特征在于，所述基体6为一个设有若干个椭圆孔5的方形槽；椭圆孔5为通孔，用于安装固定水稻种子8，所述核径迹探测器4安装在方形槽内；并通过上盖板3与下盖板7进行固定。
上述技术方案中，所述核径迹探测器4采用透明的CR-39材料，在核径迹探测器4上设置3个圆形的位置标记孔，这3个位置标记孔分别分布在核径迹探测器4的任意3条边或3个角上。
上述技术方案中，所述上盖板3采用透明的有机玻璃材料或者在种子位置处掏空，使得种子盒组装后透过上盖板3和核径迹探测器4看到水稻种子。
基于上述装置，本发明还提供了一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，所述方法包括：
步骤101)将水稻种子5、核径迹探测器4安装固定在种子盒，使水稻种胚部位与核径迹探测器4接触；
步骤102)用扫描仪扫描种子盒的上表面，获得水稻种胚与核径迹探测器4的位置标记孔的位置图片；
步骤103)对扫描的图片进行处理，得到每粒水稻种子种胚的外轮廓线和核径迹探测器4的位置标记孔的轮廓线，并把轮廓线打印在透明的胶片上；
步骤104)在完成了空间试验后，从种子盒取下核径迹探测器4，并进行化学蚀刻处理；
步骤105)把蚀刻后的核径迹探测器4与印有种胚轮廓和探测器标记孔轮廓的胶片重叠，使标记位对齐，在显微镜下测量种胚轮廓内的重离子径迹的长轴和短轴，进一步处理得到重离子辐射信息。
上述技术方案中，所述步骤101)具体包括：
步骤101-1)用彩笔在水稻种子8的种胚位置处作出标记；
步骤101-2)通过胶水把水稻种子8胶粘在种子盒的基体6的椭圆孔5内；
步骤101-3)待胶水自然晾干后再安装核径迹探测器4，通过上盖板3压实固定，然后安装下盖板7。
上述技术方案中，所述步骤102)的扫描仪的分辨率不小于1200像素/英寸。
上述技术方案中，所述步骤103)中采用光绘机把轮廓线打印在透明胶片上，设置打印线条宽度不大于25.4μm。
上述技术方案中，所述步骤104)具体包括：
步骤104-1)从种子盒取下核径迹探测器4后，测量核径迹探测器4的质量m1；
步骤104-2)把核径迹探测器4放在6.25N，60℃的NaOH溶液进行化学蚀刻；蚀刻时间为20小时；
步骤104-3)测量蚀刻后的核径迹探测器4的质量m2，厚度T2和边长a1、a2；
步骤104-4)采用如下公式计算整体蚀刻值B：
式中，P为蚀刻后核径迹探测器4的周长，Ad为蚀刻后核径迹探测器4的面积，由边长a1和a2计算得到。
上述技术方案中，所述步骤105)具体包括：
步骤105-1)胶片与核径迹探测器4重叠放置，胶片在下，核径迹探测器4与种子接触面朝上，胶片上的3个标记的轮廓与核径迹探测器4上的3个位置标记位轮廓对齐；
步骤105-2)选择显微镜的放大倍数；放大倍数为100倍、200倍和1000倍；
步骤105-3)显微镜先聚焦到胶片与核径迹探测器4接触面，获得种胚位置，然后聚焦到核径迹探测器4与种胚接触的表面，读取轮廓内部的重离子径迹的长轴d1和短轴d2；
步骤105-4)采用如下公式计算蚀刻率比率S：
步骤105-5)根据核径迹探测器4的传能线密度与蚀刻率比率S的定标曲线，计算重离子的传能线密度值。
本发明的优点在于：
1、本发明的种子盒采用透明的带标记孔的CR-39探测器，上盖板为透明材料或水稻种子位置掏空，水稻种胚紧贴CR-39探测器；该装置的优点是可以通过扫描精确得到水稻种胚和CR-39的相对位置信息，从而可从CR-39获得入射到水稻种胚位置的重离子径迹；
2、本发明的测量种胚位置重离子的方法是首先通过扫描仪扫描获取到水稻种胚和CR-39的相对位置信息，并把这些位置信息用光绘机打印在透明胶片上；在种子盒空间辐射试验后，把透明胶片与CR-39重叠放置，在显微镜下可以读取每粒水稻种子种胚的重离子径迹；最后对重离子径迹处理得到种胚所受的重离子辐射的传能线密度信息。该方法的优点是可以精确得到水稻种胚处的重离子辐射，这些重离子除了能量高、射程长的重离子，还包括能量低、射程短的重离子；并且该方法不需要读取整片CR-39的重离子径迹，仅需读取种胚位置处的重离子，提高了数据读取的速度。
附图说明
图1为本发明所采用的种子盒示意图；
图2为安装了水稻种子和核径迹探测器的种子盒示意图；
图3为打印的种胚轮廓和核径迹探测器定位标记轮廓示意图；
图4为利用本发明测量方法获得的显微镜下种胚轮廓和核径迹探测器上粒子径迹示意图(显微镜放大倍数为100倍)；
图5为利用本发明测量方法获得的显微镜下核径迹探测器上的重离子核径迹示意图(显微镜放大倍数为1000倍)。
附图标识
1、第一螺丝，2、第二螺丝，3、上盖板，4、核径迹探测器，
5、椭圆孔，6、基体，7、下盖板，8、水稻种子(黑色部位为种胚)，
9、定位标记轮廓，10、种胚轮廓，11、在种胚轮廓内的重离子径迹，
12、在种胚轮廓外的重离子径迹，13、重离子径迹。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例，对本发明的装置及方法进行详细说明。
如图1所示，一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置，所述装置为一个用于水稻种子空间辐射效应研究的种子盒；如图2所示，所述装置从上至下依次包括上盖板3、核径迹探测器4、基体6和下盖板7，所述基体6为一个设有若干个椭圆孔5的方形槽；椭圆孔5为通孔，用于安装固定水稻种子8，椭圆孔的数量和排列可以根据试验需要调整；所述核径迹探测器4采用透明的CR-39材料，所述核径迹探测器4安装在方形槽内，通过上盖板3压实固定，在核径迹探测器4上设置3个圆形的位置标记孔，这3个位置标记孔分别分布在核径迹探测器的任意3条边或3个角上；上盖板3采用透明的有机玻璃材料或者在种子位置处掏空，使得种子盒组装后可透过上盖板3和核径迹探测器4清晰看到水稻种子。
将核径迹探测器4放在种子盒的槽内，然后盖上上盖板3，用第二螺丝2拧紧固定；再与下盖板7用四个第一螺丝1进行固定。
本实施例中种子盒基体6共设置了54个椭圆孔5，可以安装54粒水稻种子，核径迹探测器4的3个角上设置定位孔；
基于上述装置，本发明还提供了一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，所述方法包括：
步骤1)准备种子盒和水稻种子8；
步骤2)标记出水稻种子8的种胚的位置，并把水稻种子8粘贴固定在种子盒的椭圆孔5，种胚朝向核径迹探测器4；
步骤3)把核径迹探测器4放在种子盒的槽内，然后盖上上盖板3，用第二螺丝2拧紧固定，最后用第一螺丝1安装固定下盖板7；安装后的种子盒如图2所述；
步骤4)采用激光扫描仪扫描种子盒，扫描面为种子盒的上盖板3的上面，扫描分辨率为4800像素/英寸，扫描结果保存为tiff格式图片；
步骤5)用Adobe Photoshop软件打开扫描的tiff格式图片，采用软件的画笔功能在图片中描出每粒种子种胚轮廓10和核径迹探测器定位孔的轮廓9，并用光绘机把轮廓1:1打印在透明胶片上，如图3所示；
步骤6)水稻种子8在空间接受辐射照射并返回地面后，拧下第一螺丝1和第二螺丝2，从种子盒取下核径迹探测器4；
步骤7)采用微质量计称核径迹探测器4的质量m1，然后把核径迹探测器4放在6.25N，60℃的NaOH溶液进行化学蚀刻，蚀刻时间20小时；
步骤8)测量蚀刻后的核径迹探测器4的质量m2，厚度T2和边长a1、a2；采用如下公式计算整体蚀刻值B：
式中，P为蚀刻后探测器的周长，Ad为蚀刻后探测器的面积，由边长a1和a2计算得到。
步骤9)把蚀刻后的核径迹探测器4与光绘机打印的胶片重叠，使核径迹探测器4的3个位置标记孔分别与胶片上对应的标记孔轮廓9对齐，然后在光学显微镜下测量种胚轮廓10内的重离子径迹的长轴和短轴；
步骤10)显微镜先聚焦到胶片与核径迹探测器4接触面，移动显微镜载物台，使种胚轮廓10在显微镜视野内，然后聚焦到核径迹探测器4与种胚接触的表面，选取种胚轮廓内的各个重离子径迹11，如图4所示；然后在读取该重离子径迹13的长轴d1和短轴d2，如图5所示；
步骤11)采用如下公式计算蚀刻率比率S：
步骤12)根据核径迹探测器4的传能线密度(Linear Energy Transfer，简称LET)与蚀刻率比率S的定标曲线，计算重离子的LET值，至此获得种胚位置处重离子辐射的LET值；
通过读取每粒种子种胚轮廓内的重离子径迹，然后利用定标曲线得到每粒种子种胚的重离子辐射LET值信息。

Claims (6)

1.一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置，所述装置为一个用于水稻种子空间辐射效应研究的种子盒；其特征在于，所述装置从上至下依次包括上盖板(3)、核径迹探测器(4)、基体(6)和下盖板(7)，所述基体(6)为一个设有若干个椭圆孔(5)的方形槽；椭圆孔(5)为通孔，用于安装固定水稻种子(8)，所述核径迹探测器(4)安装在方形槽内；并通过上盖板(3)与下盖板(7)进行固定；
所述核径迹探测器(4)采用透明的CR-39材料，在核径迹探测器(4)上设置3个圆形的位置标记孔，这3个位置标记孔分别分布在核径迹探测器(4)的任意3条边或3个角上。
2.根据权利要求1所述的测量水稻种胚受重离子辐射照射的装置，其特征在于，上盖板(3)采用透明的有机玻璃材料或者在种子位置处掏空，使得种子盒组装后透过上盖板(3)和核径迹探测器(4)看到水稻种子。
3.一种测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，基于权利要求1-2之一所述的装置实现，所述方法包括：
步骤101)将水稻种子(5)、核径迹探测器(4)安装固定在种子盒，使水稻种胚部位与核径迹探测器(4)接触；
步骤102)用扫描仪扫描种子盒的上表面，获得水稻种胚与核径迹探测器(4)的位置标记孔的位置图片；
步骤103)对扫描的图片进行处理，得到每粒水稻种子种胚的外轮廓线和核径迹探测器(4)的位置标记孔的轮廓线，并把轮廓线打印在透明的胶片上；
步骤104)在完成了空间试验后，从种子盒取下核径迹探测器(4)，并进行化学蚀刻处理；
所述步骤104)具体包括：
步骤104-1)从种子盒取下核径迹探测器(4)后，测量核径迹探测器(4)的质量m1；
步骤104-2)把核径迹探测器(4)放在6.25N，60℃的NaOH溶液进行化学蚀刻；蚀刻时间为20小时；
步骤104-3)测量蚀刻后的核径迹探测器(4)的质量m2，厚度T2和边长a1、a2；
步骤104-4)采用如下公式计算整体蚀刻值B：
式中，P为蚀刻后核径迹探测器(4)的周长，Ad为蚀刻后核径迹探测器(4)的面积，由边长a1和a2计算得到
步骤105)把蚀刻后的核径迹探测器(4)与印有种胚轮廓和探测器标记孔轮廓的胶片重叠，使标记位对齐，在显微镜下测量种胚轮廓内的重离子径迹的长轴和短轴，进一步处理得到重离子辐射信息；
所述步骤105)具体包括：
步骤105-1)胶片与核径迹探测器(4)重叠放置，胶片在下，核径迹探测器(4)与种子接触面朝上，胶片上的3个标记的轮廓与核径迹探测器(4)上的3个位置标记位轮廓对齐；
步骤105-2)选择显微镜的放大倍数；放大倍数为100倍、200倍和1000倍；
步骤105-3)显微镜先聚焦到胶片与核径迹探测器(4)接触面，获得种胚位置，然后聚焦到核径迹探测器(4)与种胚接触的表面，读取轮廓内部的重离子径迹的长轴d1和短轴d2；
步骤105-4)采用如下公式计算蚀刻率比率S：
步骤105-5)根据核径迹探测器(4)的传能线密度与蚀刻率比率S的定标曲线，计算重离子的传能线密度值。
4.根据权利要求3所述的测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，其特征在于，所述步骤101)具体包括：
步骤101-1)用彩笔在水稻种子(8)的种胚位置处作出标记；
步骤101-2)通过胶水把水稻种子(8)胶粘在种子盒基体(6)的椭圆孔(5)内；
步骤101-3)待胶水自然晾干后再安装核径迹探测器(4)，通过上盖板(3)压实固定，然后安装下盖板(7)。
5.根据权利要求4所述的测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，其特征在于，所述步骤102)的扫描仪的分辨率不小于1200像素/英寸。
6.根据权利要求5所述的测量水稻种胚受重离子辐射照射的方法，其特征在于，所述步骤103)中采用光绘机把轮廓线打印在透明胶片上，设置打印线条宽度不大于25.4μm。
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