低能重离子注入生物学是80年代在我国兴起的新的研究领域，这新的交叉边缘学科一诞生，就以其具有重大的科学意义和广阔的应用前景而备受世界瞩目，继而欧、美、日等发达国家也相继开展了这一研究。目前，这一学科的研究已在基础和应用两方面取得可喜成就，我国的这一研究受到了国家科委和李鹏总理的关怀，并取得了良好的社会和经济效益。如安徽农科院用离子束注入技术育成了早籼S₉₀₄₂和硬粳D₉₀₅₅具有高产、多抗、优质的特点。离子束注入在动物和微生物诱变育种上的应用并取得丰硕成果。近年来在全国各地亦有不少报道。在离子束生物学基础上发展起来的离子束生物工程，其在生产上的应用更具诱人前景，本文笃离子束生物工程在加速生物诱变育种上的应用提出了新的构想。

离子束生物工程的基本原理简介

离子束生物工程就是利用低能重离子注入生物体，使其产生生物学效应的科学。由于加速后的离子具有质量、能量和电荷三种作用势，因此，注入生物体后会产生质、能、电联合作用于生物体的集体效应。如使染色体产生变异、改变细胞两侧的跨膜电位、对细胞的壁或膜进行刻蚀、加工等。这种具有质量沉积、能量沉积的注入离子的质能电共同作用的生物学效应就决定了它比单纯的核辐射具有更丰富的内容和更宽广的诱变图谱：其次，离子束注入具有入射离子能量、电荷性质、射程的可控性，同时还具有集束性和方向性的特点，这就大大克服了核辐射诱变的盲目性、降低了辐射诱变的负效应，使定向诱变成为人可能；再者，注离子作用于细胞表面的动量效应具有冷作用的特点，这使它显著优于电子束、激光束等热诱变源，且其冷作用对细胞表面的加工、修饰就像手术刀一样能精确地对细胞进行刻蚀加工，可使其产生可修复的微孔或洞，从而为转基因创造了良好的条件，杨剑波等已成功的应用低能离子束介导获得水稻转基因植株，吴跃进利用离子束介导法把的一个基因片段转入水稻，获得了玉米稻植株。

离子束生物工程在加速生物诱变育种进程中的新构想

1. 新构想的实践基础

在农业生产中，许多种生物体，尤其是与人类生活密切相关的农作物，总存在着不足之处，如有些作物优质、高产，但抗逆境（水灾、干旱、虫害、霜冻等）能力差，每年逆境，就严重影响其优质、高产的品质；有些作物虽有抗逆性，但又欠优质高产的品质，这些都不利于农业生产。另外，自然变异的速度之慢已不能满足人们日益增长的物质文化需求，这突出表现在人们对更为千姿百态、绚丽多彩、缤纷斑斓的花卉和观赏动植物的追求上。生产和生活的需要，促使我们产生了这一新构想。

2. 新构想的基本内容

根据所要改造的目的生物体，选用恰当的离子种类、能量、荷电，将其加速后引出去“轰击”欲改造的目的基因，使其产生诱变，然后根据诱变的不同情况，再利用细胞融合、组织培养、基因工程等手段，达到改造目的基因满足生产和生活需要。例如，某作物优质高产，但不抗水渍，每遭水灾就影响其优质高产的品质，造成减产损失，据此，我们首先利用基因工程等手段测出与控制该作物水渍有关的基因（若该作物不含与水渍有关的基因，可用离子注入介导技术转入抗水渍的目的基因），然后利用离子注入使其产生诱变。诱变可能会产生如下结果：（1）诱变后，经筛选培养，恰好达到抗水渍的目的，可直接用于农业生产；（2）诱变后虽没有产生抗水渍的变异，但产生了其它有益正突变，如提高了蛋白质含量等，筛选保留，可在不易遭水渍地区应用于生产；（3）诱变后，没有改变原有的特性，利用基因工程等措施，从抗水渍作物中提取目的基因，再用离子束介导转基因技术把目的基因转入该作物细胞中，使其表达；（4）产生了无益的负性突变、舍弃。

3. 新构想实现的可行性

随着加速引控技术的改进，加速后的离子做到控能、集束已可实现，据报道，美国已达到加速离子单个间隔引出的水平；其次，基因工程和生物技术的飞速发展，不同生物体基因测序和控制不同性状的基因在DNA上的定位已正在加速进行，我国生物学家已完成水稻基因物理图谱的测绘工作，以美国为首的一些国家的生物学家们正忙于人类基因组遗传图、物理图、序列图和转录图的研究；再者，日益成熟的离子束介导转基因技术及其他转基因技术已成功地实现了目的基因在受体细胞内的表达。这些基础就使得离子束定向诱变与生物技术完美结合的离子束生物工程在加速诱变育种上完全可实现我们的新构想。

4. 困难与展望

按照上述构想，一旦所有技术细节问题得以解决，人们将可以利用离子束生物工程“随心所欲”地改良生物体的劣质性，而不必再为自然灾害造成生产损失而担心，人类将在很大程度上摆脱靠天吃饭的悲哀，对我国这样一个有12亿人口的农业大国意义更是重大。

然而，要实现新构想，尚有一系列技术上的细节问题，其一，加速后离子的集束性，以及单个定向间隔引出并最终准确地打到欲改造的目的基因上，许多技术问题还有待突破；其二，生物体的基因测序与定位，也需要生物技术的进一步发展；其三，离子束介导的转基因技术及其他转基因技术虽日趋成熟，但要把转入的目的基因很好的整合到受体DNA上，并实现目的基因的表达，也有赖于转基因技术的不断完善，等等。