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15.3环境电离辐射1
202X
第一节 环境电离辐射对植物 的损伤效应
电离辐射广泛用于大田作物、牧草、果树、蔬菜、观赏性植物及森林树木等的诱变育种，不仅可以缩短育种年限、提高突变率、扩大突变谱，并有效地改良个别性状，而且诱发的变异较易稳定下来。其实，电离辐射育种是利用了辐射对种子的适量“损伤”(即造成基因突变或染色体异常)而进行的。
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低剂量电离辐射对植物具有刺激作用，可以打破休眠、促进萌发、加速生长和发育、提早或延期开花、诱导生根、增加产量、提高抗病力等，但随着辐射剂量增大，植物可受到不同程度的损伤，表现为形状异常、生长减慢、产量降低、再生能力丧失等，高剂量照射可造成植株枯萎、死亡。
不同植物对电离辐射的敏感性不同，苔藓、地衣等低等植物抗辐射能力强，而木本植物则对辐射很敏感，如松树在受到吸收剂量为10Gy的短期照射后即出现死亡。
另外，植物对辐射的敏感性还依赖于个体发育阶段和种类的系统发生：同一种属内的植物在不同发育阶段其辐射敏感性差异很大，干种子抗性强，而分裂期的配子却很敏感。
同一种植物对慢性照射的耐受性也有个体差异，生长良好的植物辐射耐受性高于生长不良或营养不足的植物。某些种群的生物量及多样性也影响着电离辐射对植物的损伤效应。
植物对电离辐射的反应与植物种类、生长状况及个体发育密切相关。另外，染色体中所含的
DNA量也决定植物对辐射的敏感性，DNA量越多越敏感，但多倍体(如四倍体、六倍体)植物的抗性似乎大于二倍体植物。
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第二节 环境电离辐射作用机制
一、电离辐射效应的物理化学原理
二、自由基和辐射损伤
三、电离辐射的原发作用和继发作用
四、α粒子辐射的“旁观者效应”
五、电离辐射引起生物效应的分子机制
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一、电离辐射效应的物理化学原理
1.电离辐射与物质作用的主要方式
（1）电离和激发：电离和激发是带电粒子(如α和β粒子) 与其通过的介质的原子核外电子相互作用的结果。
电离是指在带电粒子的作用下，核外束缚电子获得能量脱离原子而变成自由电子，同时中性原子因失去电子而变成离子的现象，这种同时产生的自由电子和离子称为离子对。带电粒子通过介质时在它经过的径迹周围可留下许多离子对。
激发是指在带电粒子的作用下核外电子获得能量，由原来的能级跃迁到更高能级上去，使整个原子处于较高能量状态(即激发态)的现象。处于激发态的原子自发地回到正常状态(即基态)时，多余的能量就以光的形式释放出来。
（2）光电效应和康普顿效应: 致电离光子 (X射线和γ射线)与介质的原子相互作用时，整个光子被原子所吸收，其所有的能量交给原子中的一个电子，该电子获得能量后被发射出来的现象叫做光电效应。被发射出来的电子叫光电子，光电子能继续与介质相互作用。
康普顿效应是光子与原子中最外层电子发生的一种非弹性碰撞，光子将部分能量传递给核外电子，使该电子脱离核的束缚从原子中逸出，光子本身则改变了运动的方向。被发射出来的电子称康普顿电子，能继续与物质发生相互作用。
（3）散射和吸收: 中子为不带电粒子，它与介质的原子核发生作用后可产生次级带电粒子，这种作用过程可分为散射和吸收两种。
散射指中子与介质的原子核相碰撞后，其性质不变而只改变方向和能量的过程，这种过程主要发生在快中子与机体组织相互作用中。
吸收是指中子与介质的原子核相碰撞后，它们的性质发生变化的过程，可以是中子俘获、核分裂或重核裂变。
2.电离辐射的直接作用和间接作用
电离辐射与物质相互作用，从某种意义上讲是一种能量传递过程，也就是辐射放出能量、物质吸收能量的过程。
直接在重要生物分子(如核酸、蛋白质、脂质等)上沉积能量使之发生电离、激发或化学键的断裂等物理和化学变化的过程称为电离辐射的“直接作用”，而通过在重要生物分子周围环境的其他成分(主要是水)上沉积能量并引起这些生物分子发生物理和化学变化的过程称为电离辐射的“间接作用”。
二、自由基和辐射损伤
1.自由基的特性
自由基是指能够独立存在且核外带有未配对电子的原子、原子团或分子。它们可以带电荷，也可以不带电荷。
由于自由基中存在未配对电子，具有强烈的夺取或丧失电子以成为配对电子的趋向，因而它的化学性质异常活跃，反应能力极强，既可与另一原子的未配对电子配对，也可放出它的未配对电子到其他原子、分子上去，或者从其他原子、分子中俘获电子。
2.辐射过程中自由基的产生
构成生物体基本单位的细胞可近似地看作是一个由水和各种溶质分子组成的溶液体系，一方面电离辐射可直接作用于生物分子，另一方面，水辐射过程中产生的自由基及活性氧与生物分子起反应也可导致生物分子的损伤(图15-2)。
图15-2 水的辐解反应过程示意图
溶液中的自由基虽不稳定，但比电离作用的产物离子还是要稳定得多，二者的寿命分别为10-5s和10-10s，因而有机分子的间接辐射损伤几乎全由自由基作用引起，而不是由射线产生的离子所致。

正常生物体内自由基的生成与清除维持着动态平衡，遭受电离辐射后可由水的辐解反应引发产生大量自由基，如果产生的过量自由基或活性氧超出体内抗氧化物质的清除能力，则由这些自由基通过加成反应、抽氢反应、电子俘获反应等可影响体内糖类、脂质、核酸、蛋白质等生物大分子的正常代谢，影响细胞功能的发挥，造成机体氧化损伤。?
3.自由基对生物体的作用
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