014第八章 核技术在农业领域中的应用
核技术在农业领域的应用
核技术在农业领域的应用
核技术在农业领域的应用
一、什么是核技术
核技术是指运用放射性元素和核反应堆，利用原子能来解决社会经济和科学研究问题的一种复杂的技术，其主要应用是放射治疗和放射诊断、放射性核素调查分析、核聚变能等领域。
二、核技术在农业领域的应用
1、土壤分析：利用示踪剂技术，可以快速、准确地确定土壤的养分和植物生长状况，从而指导农作物施肥，改善土壤质量。
2、放射性核素调查分析：可以利用放射性核素测量和分析技术，充分发挥核技术在农业中的作用，可用来检测各种农作物营养元素的含量，从而指导农田施肥，提高作物产量。
3、核技术在生物改造方面的应用：核技术可以用来改造农作物，提高作物抗逆性，增加农作物产量，改善作物品质，减少农业生产投入和改善农民生活水平。
三、核技术在农业领域的优势
1、核技术可以提高农作物的品质，增加农作物产量，减少农业生产投入，从而提高农民的收入和改善民众的生活水平。
2、核技术的使用能够提高农业的生产效率，减少农业生产的投入，从而节约社会资源，降低农业生产成本，提高农作物品质，提高农民收入。
3、核技术的应用能够改善土壤质量，减少水土污染，改善环境
质量，保护生物多样性，改善农田环境，提高资源利用率，实现可持续农业发展。
四、结论
核技术在农业领域的应用具有许多优势，可以提高农作物的品质、增加农作物产量，改善土壤质量，减少水土污染，改善环境质量，保护生物多样性，改善农田环境，提高资源利用率，实现可持续农业发展。
核技术在农业领域的应用
核技术在农业领域的应用引言核技术，指通过利用和研究原子核及其变化特性而应用于各个领域的技术。
在农业领域，核技术的应用已经取得了显著的成果。
本文将介绍核技术在农业领域的应用及其对农业发展的贡献。
核技术在种植业中的应用核辐照技术核辐照技术是一种利用辐射对作物进行杀虫、杀菌和贮藏保鲜的方法。
它通过照射作物或种子，使得该作物或种子的DNA发生突变，从而达到改良作物品质的目的。
核辐照技术可以提高作物的产量和品质，抑制作物疾病的发生，延长作物的保鲜期等。
核示踪技术核示踪技术是一种利用放射性同位素标记物质，通过检测标记物质在作物中的分布和迁移情况，从而研究作物的养分吸收、传输和转化过程。
核示踪技术可以帮助农民了解作物的养分需求，优化施肥方案，提高施肥效率，减少农作物对环境的污染。
核能肥料核能肥料是一种利用放射性同位素标记氮肥或磷肥，通过测定标记同位素在作物体内的分布情况，从而研究作物对肥料的吸收和利用效率。
核能肥料可以帮助农民科学施肥，提高氮肥或磷肥的利用率，减少肥料的浪费和环境污染。
核技术在畜牧业中的应用核素标记技术核素标记技术是一种利用放射性同位素标记饲料或药物，通过测定标记同位素在动物体内的分布和代谢情况，从而研究动物的饲料消化、代谢和药物利用情况。
核素标记技术可以帮助畜牧业者科学饲养动物，优化饲料配方，改善饲料利用效率，提高动物生产性能。
核医学影像技术核医学影像技术是一种利用放射性同位素标记药物，通过检测标记药物在动物体内的分布和代谢情况，从而研究动物的器官功能和疾病诊断。
核医学影像技术可以帮助兽医科学诊断动物疾病，指导治疗措施，提高兽医诊断水平。
核技术在农业环境保护中的应用核能测土仪核能测土仪是一种利用放射性同位素检测土壤中的养分含量和污染物含量的仪器。
它可以帮助农民了解土壤的养分水平，调整土壤施肥方案，减少肥料的过量施用和土壤养分的流失。
此外，核能测土仪还可以检测土壤中的重金属等有害物质，帮助农民进行农产品安全检测。
第八章核技术在农业领域中的应用
•
• 全球通过辐射育种方式培育了2376个品种，我国占全球的 四分之一以上。 • 保藏技术具有节约能源，卫生安全，保持食品原来的色、 香、味和改善品质等特点，应用越来越广泛，技术也日趋 成熟； • 昆虫辐射不育技术是目前可以灭绝某一虫种的有效手段。 同位素示踪技术能够比较真实地反映某一元素（或化合物） 在生物体内的代谢过程或农业环境的物理化学行为，它所 具有的优点是目前其它方法不能替代的。
B A C D E F G H 射线 A B C 中间缺失 F G H D 缺失的断片 E
A B C D E F G H 射线 A B C 顶端缺失 D E F G 缺失的断片 H
染色体在射线作用下的中间缺失示意图
染色体在射线作用下的顶端缺失示意图
• 2）染色体结构畸变 • 重复（ Duplication）：染色体上增加了相同的某个区段而引起变异的 现象。根据重复片段的排列顺序及所处的位臵，可以分为三种类型：串 联重复，倒位串联重复，移位重复。主要表现为顺接重复（Tandem duplication）和反接重复（Reverse duplication）
一、 辐 射 育 种 的 发 展 历 程
• 中国自50年代后半叶以来，已先后育成水稻、小麦、大 豆等各种作物品种品系20多个，其中用射线照射“南大 2419”育成良种“鄂麦6号”；用射线照射“科字6号”获 得优良稻种“原丰早”使成熟期提早45天。80年代以来定 向控制突变成为辐射育种工作的中心课题。90年代，辐 射育种进入了一个更加快速发展阶段。
•2）染色体结构畸变
• 染色体结构畸变指染色体发生断裂，并以异常的组合方式重新连接。 • 缺失（Deficiency或Deletion）：指染色体上某一区段及其带有的基因一 起丢失， • 缺失在遗传学上的效应表现为生物的活力降低，影响生长发育；第二个 是假显性，在杂合体中，由于受到缺失的影响，使某些隐性基因得以显现， 但是，这种显性是假显性；第三改变基因间的连锁强度，辐射所形成的缺失 染色体，在遗传过程中形成缺失纯合体，缺失导致染色体链缩短，使较远的 基因连锁强度增强，交换率下降；第四可能发生严重的遗传病，导致作物的 生存能力和产量下降。
核技术应用汇总.
1.2 核技术在工业中的应用
• 在无损检测技术中核技术占了很大比例并有显著优势。早 期的射线探伤是用加速器产生的电子束打靶产生的X 射线 照射工件形成平面图像。70 年代医用X-CT 诞生后，80 年 代即出现了工业CT，并很快应用到热轧无缝钢管的在线测 试、发动机检测、以至大型火箭的整体测试中。无损检测 的一个成功例子是集装箱检查。我国已成功地研制出了基 于加速器的和基于60Co 源的集装箱检测系统，为海关缉私 提供了强有力的工具。另一种重要的无损检测是中子照相 ，用其检测火药、继电器、发动机叶片等有很高的灵敏度 和分辨率，在航天与航空工业和国防上有重要应用。
2.1 工业应用 — 核子密度计
• 用途：
各种料液浓度的在线检测和控制 。也可通过密度而间接测定出料液中 某种成分的含量、以及两种物料的本 比等。
例如：选矿工艺中矿浆和浮选液 浓度的在线检测和控制；油田和石油 化工过程中油品含水率的测定；选煤 厂选煤液密度的检测和控制；化工厂 酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比 的在线检测；造纸厂纸浆浓度的测定 和控制；江河中水流含沙量的测定。
如果我国也按3-4%的比值测算，核技术应用的年产 值应达到14000-18000亿人民币。这与我国当前核技术 应用的产值相比，差约一个数量级。据不完全统计， 我国核技术应用产业约为1200亿人民币 左右。这说明 ，我国核技术应用，有着一个很大的市场和很好的发 展前景。因此，我们应大力发展核技术，加速推动其 应用。
1.1 核技术在基础研究中的应用
• 各种射线和粒子束与物质相互作况下还会产生次级射线和次 级粒子。这些变化和次级发射在很大程度上取决于靶物质本身 的组成、结构和特性。因此，对于物理、化学、生物、地质、 考古等学科所研究的各种实体与物质，射线与粒子束技术亦是 有力的分析手段。通常我们将这类技术统称为核分析技术。核 分析技术主要包括活化分析技术、离子束分析技术和超精细相 互作用核分析技术三大类。
核技术在农业中的应用
西北农林科技大学和技术选修课作业核技术的应用对农业科技进步的影响摘要：作为核技术和平利用的重要组成部分核技术农业应用已被公认为农业科技领域的高新技术。
从20世纪50年代后期开始农业核技术广泛应用于诱变育种、农产品辐照加工、农业资源与环境、动物保健以及病虫害防治等领域取得了巨大的成就。
核技术的应用加快了农业科技进步，显著地促进了农业生产的可持续发展。
关键词：核农学；展望一、核农学进展1.诱变育种与作物改良经过40余年的研究与实践.诱变育种已成为核农学中最成熟的领域。
全国有50多个研究所一直从事诱变育种研究.并形成了完善的(全国性)研究协作与学术交流网络。
20世纪60年代初期.育成并推广了第一批突变品种。
截至2001年.通过辐射或辐射与其它技术相结合.中国已在42种植物上育成了625个突变品种约占世界突变品种(系)总数的四分之一。
所涉及的植物包括粮食作物、纤维作物、油料作物、蔬菜、果树、花卉以及其他经济作物。
诱变育种为中国的农业生产，特别是粮食、棉花和油料的生产做出了重要贡献。
种植突变品种年增产粮棉油36-40亿公斤年经济效益约33亿元口在过去的十年中，主要农作物的诱变育种取得了重要成就而且无性繁殖植物、经济作物以及微生物的诱变育种工作日益受到重视。
同时.育种目标也由突出高产转向品质产量并重。
为了获得更高的突变频率、扩大突变谱及提高突变体的选择效率.还对诱变方法技术进行了大量的研究。
相关研究包括辐射敏感性、原始材料、不同诱变剂的效果及复合诱变处理的效果评价等方面。
随着核技术与空间技术的发展，越来越多的新诱变剂(如离子束、电子束、磁化处理以及空间处理)被用于诱变育种实践。
运用离子束注入技术已在水稻、小麦、蔬菜、油料作物以及微生物上获得60多个突变体，其中20多个在生产上推广应用。
利用可返回式卫星和高空气球，深入研究了空间环境对植物和微生物的影响。
利用该技术已在水稻、油菜、红小豆、甜椒、黄瓜、马铃薯、蘑菇上获得了20多个突变体其中包括小麦和水稻不育系.大果甜椒和大粒红小豆等。
核电技术在农业领域的应用探索
核电技术在农业领域的应用探索随着人口的不断增加和全球气候变化的影响，农业可持续发展成为一个重要的议题。
为了满足食品的需求、减少对土地和水资源的压力，并降低对环境的损害，农业领域需要寻找新的技术手段。
核电技术作为一种清洁、高效的能源形式，正被越来越多的人认识到它在农业领域的潜力。
本文将探索核电技术在农业领域的应用。
首先，核电技术可以提供稳定的能源供应，以满足农业生产的需求。
现代农业对能源的需求非常大，包括灌溉、农机作业、温室供暖等。
传统的能源形式（如燃煤、燃油）不仅污染环境，而且供应不稳定。
而核电技术可以提供持久稳定的能源供应，确保农业生产的顺利进行。
核电站的建设和运营成本虽然高，但可以获得长期稳定的能源供应，降低农业生产的成本，提高效率。
其次，核电技术可以解决农业水资源短缺的问题。
在干旱缺水地区，农业发展受到了限制。
核电技术的一项应用是海水淡化，可以将咸水转化为淡水，为农业提供水资源。
海水淡化技术虽然存在成本较高的问题，但随着技术的不断进步和成本的降低，这一问题可以得到解决。
利用核电技术进行海水淡化，不仅可以增加农业用水的供应量，同时也可以降低对地下水资源的过度开采，保护环境。
另外，核电技术在农业领域还可以应用于土壤改良和肥料生产。
土壤是农业生产的基础，而且被污染或贫瘠的土壤会影响农作物的产量和质量。
核能可以用于辐射杀虫和杀菌，以灭除土壤中的病虫害和杂草。
此外，核技术还可以用于肥料生产，通过改变肥料的成分或结构，提高其对农作物的营养价值。
利用核能进行土壤改良和肥料生产，不仅可以提高农产品的产量和质量，还可以减少对化学农药和化肥的使用，保护环境和人类健康。
此外，核电技术在农业领域的应用还包括农产品的储存和保鲜。
农产品的储存和保鲜是农业生产过程中重要的环节，对产品的保质期和品质有直接影响。
核技术可以用于食品辐射处理，延长农产品的保鲜期。
辐射处理可以杀灭食品中的微生物，抑制食品腐败，延长食品的货架寿命。
核科学在农业中的应用
核科学在农业中的应用
nuclear agricultural science
• 1896 年,法国科学家贝克勒尔(Becquerel H) 发现了铀的天然放射性,揭开了原子能时代 的序幕. 随后,核辐射的生物学效应立即引起 了科学家们的关注,开始了核技术在生物学 和农业科学中的应用研究……
植物辐射诱变育种
食品的辐照储藏和保鲜
• 从1943 年美国Proctor B E 博士首次利用辐 射来处理汉堡包至今,食品辐照技术的研究 已经有半个多世纪的历史. 食品辐照就是利 用电离辐射的方法,杀死食品中的微生物与 害虫,抑制农产品的代谢过程,减少食品败坏 变质的各种因素,达到延长储藏时间和保鲜 的效果.据IAEA 统计,到1994 年全世界有27 个国家已经建立了用于食品辐照的商业化 装置.
低剂量辐照刺激生物生长
• 经过长期试验人们发现,直接或者间接的致电离辐 射以低剂量照射生物体,可以像激素一样刺激生物 生长发育,即具有“刺激效应”.核辐射刺激生物生 长研究也就是探索这种效应发生的规律,以便加以 应用.在种植业和养殖业采用低剂量核辐射处理播 种前的种子和饲养的幼苗一般都能增产10 %左右, 有很好的经济效益. 低剂量核辐射刺激生物生长是 基于激活生物体内的同工酶,促进新陈代谢,加快生 长发育达到提高抗病能力和增长的目的,所以它的 使用可以节省农药和化肥,具有很好的生态效益.
害虫辐射不育技术
• 人们用一定剂量的电离射线照射害虫的某 一个虫态,破坏它们生殖细胞的遗传物质,使 受辐照害虫与正常害虫交配后形成的合子 致死,使得害虫能够“自灭”,这就是辐射不 育防治害虫技术.最近国内,路大光等人就开 展了昆虫辐射不育技术防治光肩星天牛的 研究，祝增荣等开展了应用辐射不育技术 根治桑给巴尔采采蝇的研究
核技术及应用详解
核技术及应用详解核技术是指利用核反应学、核辐射学和核能学等科学知识和技术手段进行能源开发、军事应用、医学诊断和治疗、农业改良以及环境监测与保护等领域的一种高新技术。
核技术的应用范围广泛，对社会经济的发展和人类福祉有着重要的意义。
在能源领域，核技术主要应用于核能发电。
核能发电是利用核裂变或核聚变过程释放的能量产生电能。
核裂变是指重核分裂成两个较轻的核，释放出大量的能量；核聚变是指将氢和氘等轻核聚变成氦，也能释放出巨大的能量。
核能发电具有能量密度高、环境友好、无气候变化影响等优势，是目前人类探索可持续能源的重要途径。
在医学领域，核技术被广泛应用于医学诊断和治疗。
例子包括核医学检查、核素治疗和辐射治疗等。
核医学检查通过注射放射性同位素追踪物质或摄取核素物质，可以观察到人体内部器官和组织的代谢和功能情况，对包括肿瘤、心脑血管疾病等多种疾病的诊断有重要作用。
核素治疗是使用放射性同位素或其他放射性物质对疾病进行治疗，通常用于甲状腺疾病、骨髓瘤等疾病的治疗。
辐射治疗是利用放射线对肿瘤进行治疗，可以有针对性地杀灭癌细胞，是常见的抗癌手段之一。
在农业领域，核技术被用于改良作物和畜禽品种。
通过辐射诱变和基因编辑等手段，可以使植物和动物产生新的遗传变异，进而培育出抗病虫害、高产、耐盐碱等性状优良的新品种。
核技术在农业生产中也可以用于土壤肥沃度的评估、农药滞留的检测以及食品安全的监测等方面。
在环境领域，核技术被用于环境污染监测和应急响应。
通过监测和分析地球和大气中的放射性物质和核素，可以及早发现和预警环境污染事件，保护环境和人民健康。
同时，核技术还可以用于环境修复，例如通过放射性同位素改善土壤质量和水质。
此外，核技术还被用于工业生产、无损检测、安全监控和考古研究等诸多领域。
例如，核技术可以应用于钢铁行业、石油工业等的流程控制和材料分析。
在无损检测方面，核技术可以利用射线对材料进行成像或测量，用于检测材料的质量和安全性。
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第八章核技术在农业领域的应用核技术是增加农业产量、提高农产品品质的最有效手段之一，可为农业提供优质良种、控制病虫害、评估肥效、控制农药残余、保持营养品质、延长储存时间、鉴定粮食品质等。
核农学是核技术在农业领域的应用所形成的一门交叉学科，主要涉及辐射诱导育种，昆虫辐射不育，肥、农药、水等的示踪，辐射保鲜，农用核仪器仪表等内容。
中国作为人口大国，解决温饱问题、提高粮食品质、保障人民营养，是农业科技工作的核心，核农学为解决上述核心问题提供有力的科学支撑；无论是新品种的培育，还是土肥管理，以及农产品保鲜等，都离不开核技术。
辐射育种是核农学的重要组成部分，我国在这一应用方面居世界领先地位。
全球通过辐射育种方式培育了2376个品种，我国建立了完整的辐射育种程序，培育了645个，占全球的四分之一以上。
与此同时，创造出两千多份优异突变新种质、新材料，其中相当一部分已被作为原始材料用于新品种选育，为确保我国粮食安全提供了可靠保障。
辐射诱变良种作物每年为中国增产粮食近4.0×109kg、棉花约1.8×108kg、油量7.5×107kg。
今后的发展趋势是扩大应用领域，加强定向诱发突变，提高诱变率和辐射育种基础理论研究。
辐照保藏技术具有节约能源，卫生安全，保持食品原来的色、香、味和改善品质等特点，应用越来越广泛，技术也日趋成熟；昆虫辐射不育技术是现代生物防治虫害的一项新技术，是目前可以灭绝某一虫种的有效手段。
同位素示踪技术能够比较真实地反映某一元素（或化合物）在生物体内的代谢过程或农业环境的物理化学行为，它所具有的优点是目前其它方法不能替代的。
该技术在农业上的应用，解决了农业生产中的土壤、肥料、植物保护、动植物营养代谢等领域的技术关键问题。
它对揭示农牧渔业生产规律，改进传统栽培养殖技术，具有重要作用；最近几十年来发展起来的射线检测技术，其方法简单，检测迅速，特别是可以在不破坏待测样品的状况下进行连续监测，在农业应用中有着特别重要的意义。
核农学作为一门专业学科，涉及面广。
本章将重点放在辐射育种、辐照保鲜和昆虫辐射不育等三方面的介绍上，其他内容，读者可参阅相关教科书或资料。
第一节辐射育种技术生物的种类、形态、性状，均受其自身的遗传信息所控制。
辐射育种（Radioactive breeding techniques）是利用射线处理动植物及微生物，使生物体的主要遗传物质—脱氧核糖核酸产生基因突变或染色体畸变，导致生物体有关性状的变异，然后通过人工选择和培育使有利的变异遗传下去，使作物（或其它生物）品种得到改良并培育出新品种。
这种利用射线诱发生物遗传性的改变，经人工选择培育新的优良品种的技术就称为辐射育种。
一、辐射育种的发展历程自1927年Muller发现Ｘ射线能诱发果蝇产生大量多种类型的突变，20世纪40年代初德国Fresjeben和Lein利用诱变剂在植物上获得有益突变体以来，至60年代前辐射诱变研究进展并不快，但仍在不断实践中，至60年代末由于《突变育种手册》的发表及诱变规律的进一步了解，完成了从初期基础研究向实际应用的转折。
70年代，诱变育种的注意力逐渐转至抗病育种、品质育种和突变体的杂交利用上，80年代后分子遗传学和分子生物学的广泛应用为诱变育种注入了新的活力，特别是90年代分子标记方法的运用，使实际品种的定向诱变有了可能。
辐射技术在农业育种上应用以来，已经产生了巨大的社会效益和经济效益。
它在20世纪经历了一个突飞猛进的发展过程。
1934年，印尼科学家托伦纳利用Ｘ射线照射烟草，育成烟草新品种，开创了农作物辐射育种的新纪元。
1958年，美国国家原子能实验中心开展了大规模田间辐射育种研究。
日本用射线对水稻农林8号进行田间照射，获得545个突变体，提高了蛋白质的含量。
1964年美国利用热中子辐射，培育出抗倒伏、早熟、高产的“路易斯”软粒小麦。
1986年意大利用热中子辐射培育出抗倒伏、丰产的硬粒小麦。
前苏联育成的“新西伯利亚67”小麦良种，具有抗寒、早熟、优质的特点；日本育成的矮秆抗倒伏水稻良种，年收益达10亿日元以上；美国育成的抗枯萎病的胡椒和薄荷良种，几乎占据全美栽种面积，年产值达2000万美元。
法国水稻良种“岱尔塔”等均有很大的经济意义。
中国的辐射育种起步于1958年，虽起步晚但成绩巨大，育成的品种数与推广面积均居世界领先地位。
中国自50年代后半叶以来，已先后育成水稻、小麦、大豆等各种作物品种品系20多个，其中用射线照射“南大2419”育成良种“鄂麦6号”；用射线照射“科字6号”获得优良稻种“原丰早”使成熟期提早45天。
80年代以来定向控制突变成为辐射育种工作的中心课题。
90年代，辐射育种进入了一个更加快速发展阶段。
我国采用辐射育种方法以及辐射育种与其他育种方法相结合，选育出大面积推广应用的植物良种达数百个，年增产粮食30亿千克～40亿千克，皮棉4亿千克～4.5亿千克，油料2.5亿千克～3亿千克，经济效益达30亿元～40亿元。
获得国家一等发明奖的“鲁棉一号”棉花，“原丰早”水稻和“铁丰18号”大豆等均是用辐射育种的方法育成的。
玉米“鲁原4号”、小麦“山东辐63”等数十个品种均在国内外具有很大的影响。
另外，还有1995年选育成功的三系杂交水稻“Ⅱ优838”和2001年选育成功的两系杂交稻父本“扬稻6号”，其组合推广面积均达到千万公顷，对我国水稻生产的发展起到了巨大作用。
二、辐射育种的基本原理辐射育种是采用人工创造新的变异类型，具有打破性状连锁、实现基因重组、突变频率高、突变类型多、变异性状稳定快、方法简便且缩短育种年限等特点。
辐射诱变育种在不断创造新品种的同时，在诱变效应与机理研究上也取得了很大进展，探索辐射作用下遗传物质变异以及有利突变品种培育规律，从而指导诱变育种的实践，解决人类面临的粮食危机和，并提高营养水平。
（一）电离辐射所致突变的可能机制一般来说，在电离辐射过程中每个电离事件的能量平均损失约为33eV，这样的能量足以破坏很强的化学键。
因此，生物体受到电离辐射后，可以使很多生物活性物质受到损害，其中生物大分子损伤是大多数辐射生物效应的物质基础。
电离辐射损伤生物大分子主要有两个途径：一是直接作用，指射线直接作用于生物大分子，通过电离和激发使其受到损伤；二是间接作用，指射线与生物大分子周围的原子和分子特别是水分子作用，产生具有很高活性的自由基，进而损伤生物分子。
事实上，在任何情况下，直接作用和间接作用都是同时存在的，它们的相对贡献取决于诸多因素：辐射的性质、靶的大小和状态、组织含水量、照射时的温度、氧的存在与否以及辐射防护剂或增敏剂的存在与否等。
1. DNA分子结构变化脱氧核糖核酸是生物体中一类最基本的大分子，是遗传信息的载体，指导着蛋白质和酶的生物合成，主宰着细胞的各种功能。
DNA的基本结构是动态的而且是持续变化的，因此错误的发生是很自然的，尤其是在DNA复制和再结合期间，外界环境和生物体内部的因素都经常会导致DNA分子的损伤或改变。
DNA的变化是一切育种的物质基础。
辐射诱发突变的遗传效应是由于辐射能使生物体内各种分子发生电离和激发，导致DNA分子结构的变化，造成基因突变和染色体畸变，从而引起遗传因子发生改变并以新的遗传因子传给后代。
（1）电离辐射引起DNA损伤的类型电离辐射可导致生物DNA发生各种损伤。
在电离辐射作用下，可以直接在碱基上击出一个质子而使碱基电离，氢原子和自由基相互作用，可以发生加成反应和去氢反应，由于质子转移，碱基对之间的氨基-酮型氢键转变为亚氨基-烯醇型，导致碱基的结构受到损伤，最终可导致DNA高级结构－DNA超螺旋结构状态的改变，而引发DNA-复制、表达等一系列改变。
DNA损伤的类型主要包括碱基变化、链断裂和交联等。
图8-1是DNA分子各种辐射损伤的示意图。
a)碱基变化（DNA base change）：有下列几种：碱基环破坏；碱基脱落丢失；碱基替代，即嘌呤碱被另一嘌呤碱替代，或嘌呤碱被嘧啶碱替代；形成嘧啶二聚体等。
b)DNA链断裂（DNA molecular breakage）：是辐射损伤的主要形式。
磷酸二酯键断裂，脱氧核糖分子破坏，碱基破坏或脱落等都可以引起核苷酸链断裂。
双链中一条链断裂称单链断裂（Single-strand breaks, SSBs），两条链在同一处或相邻处断裂称双链断裂(Double-strand breaks，DSBs)。
双链断裂常并发氢键断裂。
虽然单链断裂发生频率为双链断裂的10-20倍，但还比较容易修复；对大多数单倍体细胞（如细菌）一次双链断裂就是致死事件。
图8-1DNA分子的辐射损伤c)DNA交联（DNA cross-linkage）：DNA分子受损伤后，在碱基之间或碱基与蛋白质之间形成了共价键，而发生DNA-DNA交联和DNA-蛋白质交联。
这些交联是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色体畸变的分子基础，会影响细胞的功能和DNA复制。
以上损伤会最终导致DNA分子结构的变化，造成DNA分子水平上的基因突变和染色体畸变，是整体遗传突变的基础。
HNH HNNNONHHH NOCH3O123456鸟嘌呤GG（电离态）胸腺嘧啶T图8-2碱基的电离效应（2）基因突变（Gene mutation）由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，而引起的基因结构的变化就叫做基因突变。
基因突变主要包括以下几种类型：a）点突变（Point mutation）指DNA上单一碱基的变异。
根据Watson-Crick链间距离和碱基化学结构的特点，在正常情况下，A-T互补配对，G-C互补配对，从而奠定了遗产性状相对稳定的基础。
核辐射影响下，如果碱基的结构发生变化，则可能产生不正常的配对关系，只要这种不正常的配对不被修复，分子水平的突变就会产生。
这种不正常的配对通常分为转换和颠换两种方式。
嘌呤替代嘌呤（如A与G之间的相互替代）、嘧啶替代嘧啶（如C与T 之间的替代）称为转换（Transition）；嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换（Transvertion）。
见图8-3。
-p HN NHCH3OOH N NHHNNHH123456789胸腺嘧啶T（电离态）鸟嘌呤G图8-3胸腺嘧啶与鸟嘌呤配对b）缺失（Deletion）指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。
c）插入（Insertion）指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。
在为蛋白质编码的序列中如缺失及插入的核苷酸数不是3的整倍数，则发生读框移动（Reading frame shift），使其后所译读的氨基酸序列全部混乱，称为移码突变（Frame-shift mutaion）。
基因突变通常可引起一定的表型变化，对生物可能产生4种后果：①致死性；②丧失某些功能；③改变基因型（Genotype）而不改变表现型（Phenotye）；④发生了有利于物种生存的结果，使生物进化，这正是诱变育种的基础。