核輻射應(yīng)用技術(shù)

誘變育種概念

利用物理、化學(xué)因素誘導(dǎo)植物的遺傳特性發(fā)生變異，根據(jù)育種目標(biāo)要求，對(duì)突變體進(jìn)行選擇和鑒定，直接或間接地培育成生產(chǎn)上有利用價(jià)值的新品種的育種途徑。第1頁/共106頁成就新品種及應(yīng)用

據(jù)FAO／IAEA突變品種數(shù)據(jù)庫最新統(tǒng)計(jì)，到2009年9月底，有60多個(gè)國家在170多種植物上育成并通過商業(yè)注冊(cè)的植物突變品種總數(shù)已達(dá)3088個(gè)，其中突變體直接利用品種1984個(gè)，占突變品種總數(shù)的64．2％。

我國已累計(jì)在45種植物上培育出802個(gè)植物突變品種，占國際同期育成植物突變品種總量的1／4強(qiáng)、國內(nèi)同期各種方法培育成新品種總數(shù)的8．6％，種植面積約占全國推廣良種種植面積的10％，最大年種植面積達(dá)到900萬hm2。第2頁/共106頁新種質(zhì)及利用

與誘發(fā)突變品的直接利用相比，誘變創(chuàng)生的種質(zhì)資源的利用價(jià)值則更大。利用誘變手段幾乎可以實(shí)現(xiàn)對(duì)植物所有重要性狀的改良，如生育期、株型結(jié)構(gòu)、抗耐逆境、籽粒與營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量潛力等。

輻射突變種質(zhì)資源在品種培育和功能基因組等基礎(chǔ)研究中發(fā)揮著重要作用。突變體基因資源不僅對(duì)定位和克隆未知基因具重要意義，對(duì)研究已知相關(guān)基因的結(jié)構(gòu)與功能也有重要價(jià)值。第3頁/共106頁特點(diǎn)提高突變率,擴(kuò)大變異譜自然突變頻率低,輻射可增大突變頻率1000倍左右，誘發(fā)全新類型，迅速豐富基因庫，擴(kuò)大選擇范圍。適于改良品種的個(gè)別單一性狀對(duì)親本輻射誘導(dǎo)點(diǎn)突變，可改變某一缺餡，提高其綜合性狀,如作物的抗逆性誘變。育種程序簡單,年限短第4頁/共106頁打破不良基因連鎖,促進(jìn)有利基因重組克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性

通過照射花粉，可克服不親合性，提高結(jié)實(shí)率，使遠(yuǎn)緣雜交成功。其他獨(dú)特用途

如促進(jìn)孤雌生殖；誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)變異創(chuàng)造不育性或無籽果實(shí)；誘發(fā)體細(xì)胞突變，創(chuàng)造果樹及無性繁殖植物的新品種等。誘變的方向和性質(zhì)難以控制在一個(gè)突變體中，很難出現(xiàn)多個(gè)理想性狀的變異。第5頁/共106頁類型誘變常用的輻射類型電離輻射非電離輻射微粒輻射電磁輻射紫外線

不帶電粒子帶電粒子射線射線

中子質(zhì)子粒子粒子第6頁/共106頁第7頁/共106頁其他最新技術(shù)激光輻照誘變輻照源為2000-10000A°激光。離子注入誘變：輻照源為加速器產(chǎn)生的各類粒子束流?？臻g誘變育種

通過返回式衛(wèi)星或高空氣球(30-40km)搭載，利用空間的特殊環(huán)境進(jìn)行誘變的途徑。第8頁/共106頁航天葫蘆第9頁/共106頁航椒1號(hào)航茄2號(hào)第10頁/共106頁

機(jī)理

在分子水平上，誘變機(jī)理研究主要圍繞DNA損傷、修復(fù)及其與突變形成的關(guān)系進(jìn)行的。

輻射可使A-T，C-G之間的氫鍵斷裂；DNA鏈中糖與磷酸基之間發(fā)生斷裂;DNA上相鄰胸腺嘧啶之間形成二聚體；DNA鏈的斷裂和交聯(lián)。

DNA損傷后，若發(fā)生錯(cuò)誤修復(fù)，并在復(fù)制過程將其保留，則形成突變。第11頁/共106頁染色體畸變

指染色體數(shù)目的增減或結(jié)構(gòu)的改變。因此，染色體畸變可分為數(shù)目畸變和結(jié)構(gòu)畸變兩大類。

數(shù)目畸變

1）單體性二倍體細(xì)胞的某同源染色體只有一個(gè)而不是兩個(gè)的現(xiàn)象，即2n-1。2）缺體性二倍體生物的體細(xì)胞缺失了某一對(duì)同源染色體的現(xiàn)象，即2n-2。

3）三體性二倍體細(xì)胞的某同源染色體為三個(gè)的現(xiàn)象，即2n+1。

4）多體性二倍體細(xì)胞的某同源染色體的數(shù)目在三個(gè)以上的現(xiàn)象。第12頁/共106頁

結(jié)構(gòu)畸變

在射線作用下，染色體斷裂的頻率增加，斷裂后的染色體重新連接，產(chǎn)生四種結(jié)構(gòu)變異染色體缺失丟失了帶有基因的片段。重復(fù)染色體個(gè)別節(jié)段的增加。倒位染色體的某一節(jié)段發(fā)生斷裂后，倒轉(zhuǎn)180°又重新連結(jié)起來。易位非同源染色體之間交換片段。

第13頁/共106頁第14頁/共106頁第15頁/共106頁第16頁/共106頁第17頁/共106頁基因突變分子機(jī)制:基因相當(dāng)于染色體上的一點(diǎn)，稱為位點(diǎn)(1ocus)。

一個(gè)位點(diǎn)還可以分成許多基本單位，稱為座位(site)。

一個(gè)座位一般指一個(gè)核苷酸對(duì)，其中一個(gè)堿基發(fā)生改變可能產(chǎn)生一個(gè)突變。

所以，突變就是基因內(nèi)不同座位的改變。

一個(gè)基因內(nèi)不同座位的改變形成許多等位基因復(fù)等位基因。第18頁/共106頁第19頁/共106頁突變類型

轉(zhuǎn)換同型間T→C堿基替換

取代突變顛換異型間A→C

堿基倒位基因突變

堿基缺失ATCGAT→ATGAT

移碼突變

堿基插入ATCGAT→ATCGGAT第20頁/共106頁第21頁/共106頁外照射

指被照射植物材料置于外部輻射源接受照射的方法。這種方法簡便，在誘變育種中比較常用。鈷室鈷圃方法第22頁/共106頁3．誘變機(jī)理：

⑴.自發(fā)突變：

①由宇宙射線或環(huán)境中的其它天然誘變因素引起；

②由于正常細(xì)胞中酶出“差錯(cuò)”在內(nèi)部形成能起誘變

作用的代謝產(chǎn)物改變DNA分子的結(jié)構(gòu)。

③重組本身不對(duì)等交換，也能產(chǎn)生可遺傳變異。

果蠅：16A區(qū)段16A重復(fù)棒眼

第23頁/共106頁

根據(jù)照射時(shí)間的長短，分為急性照射和慢性照射。

急性照射指采用較高的劑量率進(jìn)行短時(shí)間處理。慢性照射是在長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行低劑量率的緩慢照射。材料在慢照射時(shí)較急照射時(shí)的損傷輕,形態(tài)畸變少,且誘變效果穩(wěn)定。

照射材料包括：種子、球莖、塊莖、鱗莖、花粉、植株等。第24頁/共106頁內(nèi)照射

將放射性核素引入植物體內(nèi)，在體內(nèi)進(jìn)行照射。其具有劑量低、持續(xù)時(shí)間長、多數(shù)植物可在生育階段進(jìn)行處理等優(yōu)點(diǎn)，但操作和管理較麻煩，目前已很小應(yīng)用。第25頁/共106頁程序□處理材料的選擇

□劑量和劑量率的選擇

□誘變處理和的栽培選育

□突變體的篩學(xué)與鑒定第26頁/共106頁處理材料的選擇綜合性狀良好，只存在個(gè)別缺點(diǎn)的品種雜交材料單倍體多倍體第27頁/共106頁

處理部位的選擇可處理干種子,濕種子,萌動(dòng)種子,應(yīng)用較多的是處理干種子。

優(yōu)點(diǎn)是很少產(chǎn)生嵌合體

一旦獲得好的突變體,就可直接繁殖利用。有時(shí)可誘發(fā)孤雌生殖

1.種子2.完整植株3.花粉4.子房5.合子6.營養(yǎng)器官7.組織培養(yǎng)物第28頁/共106頁劑量和劑量率的選擇作物的因素對(duì)輻射的敏感性。測定輻射敏感性的指標(biāo)：生長受抑制的程度

半致矮劑量(D50)植株成活率

致死劑量（LD100）輻射引起植株全部死亡劑量。

半致死劑量（LD50）輻射引起50%植株死亡劑量。

臨界劑量

輻射后植株存活40%的劑量。第29頁/共106頁植株不育程度（不育株%）幼苗根尖和幼芽細(xì)胞分裂時(shí)染色體畸變率以細(xì)胞分裂間期細(xì)胞體積、染色體體積作指標(biāo)。第30頁/共106頁第31頁/共106頁對(duì)輻射敏感性的差異

1）不同科、屬、種、品種敏感性不同

豆科>禾本科>十字花科

2）不同倍數(shù)植物敏感性不同

二倍體>多倍體

3）不同器官、組織、細(xì)胞、成分敏感性不同

植株>種子；根>葉；分生組織>其它組織

性細(xì)胞>體細(xì)胞；卵細(xì)胞>花粉細(xì)胞

4）不同發(fā)育時(shí)期、不同生理狀態(tài)輻照敏感性不同

幼齡植株>老齡植株；

未成熟種子>成熟種子；萌動(dòng)芽>休眠芽。

第32頁/共106頁環(huán)境因素

影響輻射效應(yīng)的環(huán)境因素?！跹跣?yīng)：在有氧條件下能顯著增加輻射的敏感性?！跛中?yīng)：當(dāng)種子含水量增加到使種子萌動(dòng)的程度時(shí)，對(duì)輻射的敏感性急劇增加。□溫度：輻射敏感性隨輻照時(shí)溫度的降低而減弱。化學(xué)因素輻射敏化劑抑制染色體的擴(kuò)散,如EDTA，抑制損傷的修復(fù),如咖啡因；輻射保護(hù)劑有利于損傷恢復(fù)，降低輻射生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)，如酪氨酸苯丙氨酸色氨酸。物理因素主要射線種類、劑量率、照射方式等對(duì)植物輻射敏感性的影響。第33頁/共106頁誘變劑量的確定原則誘變效應(yīng)與劑量成正比關(guān)系，劑量過高存活率太低，或染色體畸變較多，過低則突變率太低。原則：□活：后代要有一定的成活植株?！踝儯涸诔苫钪仓曛?，有較大的變異效應(yīng)?！鮾?yōu)：產(chǎn)生的變異有較多的有利突變。第34頁/共106頁誘變處理后的選育無性繁殖園藝作物后代選擇特點(diǎn)□存在嵌合體；□處理群體??；□評(píng)選優(yōu)良基因型需要時(shí)間長。方法□分離繁殖法□短截修剪法□不定芽法第35頁/共106頁有性繁殖園藝作物后代選擇誘變一代M1

經(jīng)過誘變處理的種子或營養(yǎng)器官所長成的植株或直接處理的植株。M1的種植與選擇按不同處理點(diǎn)播或稀條播，如果處理的是種子，多采用密植；M1的選擇，原因：M1存在著生物學(xué)損傷，植株生長較差。突變往往發(fā)生在個(gè)別細(xì)胞中，植株是由變異和不變異的細(xì)胞組成的嵌合體。突變多是隱性突變，形態(tài)上不易顯露出來。

第36頁/共106頁誘變二代M2M2的種植：根據(jù)收獲種子的方式按處理點(diǎn)播M2的選擇：是選擇的關(guān)鍵世代，根據(jù)育種目標(biāo)多采用單株選擇法。M3及以后世代的種植與選擇種植：入選突變株種成株行。選擇：穩(wěn)定的株行可混收，分離的株行繼續(xù)選株。第37頁/共106頁

突變體鑒定和選擇形態(tài)鑒定細(xì)胞學(xué)鑒定DNA分子標(biāo)記與突變體的篩選和鑒定

目測或借助于簡單工具進(jìn)行觀察、記載、考種

鑒定染色體的結(jié)構(gòu)變異,用材料的初生根

通過分析DNA標(biāo)記，間接對(duì)某些農(nóng)藝性狀進(jìn)行選擇

第38頁/共106頁提高誘變育種效率的方法衡量誘變效果的指標(biāo)突變率某一突變類型個(gè)體數(shù)占調(diào)查群體總數(shù)。誘變效率

第39頁/共106頁工藝及技術(shù)手段選擇適宜的育種材料。確定適宜的誘變劑和誘變劑量。采用適宜的處理生育期?？刹捎镁C合誘變處理。與其它育種方法相結(jié)合。第40頁/共106頁展望與雜交育種結(jié)合將突變性狀轉(zhuǎn)到另一品種，突變體之間雜交可以產(chǎn)生更優(yōu)良的品種。與組織培養(yǎng)結(jié)合

誘變處理組織和細(xì)胞的離體培養(yǎng)，有助于發(fā)現(xiàn)、分立和培育突變體。與遠(yuǎn)緣雜交結(jié)合

通過花粉處理，可克服不親合性，提高結(jié)實(shí)率，使遠(yuǎn)緣雜交成功。與分子標(biāo)記結(jié)合

DNA標(biāo)記用于突變體的篩選和鑒定。第41頁/共106頁食品輻照保藏概念

利用電離輻射照射的殺蟲、滅菌、抑制發(fā)芽、抑制成熟作用，通過輻照以減少食品貯存和運(yùn)耗損，延長貨架期，提高食品的衛(wèi)生品質(zhì)的食品加工技術(shù)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

殺菌殺蟲徹底，劑量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在劑量（＜5kGy）照射不會(huì)使食品發(fā)生感官上的明顯變化。高劑量（>10kGy）照射，食品中總的化學(xué)變化也很微小，沒有感生放射性。沒有非食品物質(zhì)殘留。第42頁/共106頁第43頁/共106頁優(yōu)點(diǎn)

產(chǎn)生的熱量可忽略不計(jì)，保持食品原有的特性和風(fēng)味。放射線穿透能力強(qiáng)、均勻，對(duì)其輻照過程可準(zhǔn)確控制。對(duì)包裝無嚴(yán)格要求，并可連帶包裝照射，避免二次污染。第44頁/共106頁缺點(diǎn)殺菌劑量的照射下，酶一般不能完全被鈍化。經(jīng)輻照處理，食品的化學(xué)變化雖然在量上是微乎其微的，但敏感性強(qiáng)的食品經(jīng)高劑量照射可能發(fā)生感官性質(zhì)的變化。這些變化是因游離基的作用而產(chǎn)生的。第45頁/共106頁應(yīng)用進(jìn)出口水果及農(nóng)畜產(chǎn)品的輻照檢疫處理；低質(zhì)酒類輻照改性；干果、脫水蔬菜和肉類輻照殺蟲；調(diào)味品的輻照滅菌；中藥材的滅菌和殺蟲；輻照處理和其他保藏處理方法綜合應(yīng)用的研究。第46頁/共106頁第47頁/共106頁第48頁/共106頁

安全

○感生放射性感生放射性的產(chǎn)生與使用輻照劑量有關(guān)。射線能量了只有達(dá)到一定閾值后,才能使被照物質(zhì)產(chǎn)生感生放射性。目前應(yīng)用于食品輻照的放射源幾乎都是Co-60和Cs-137的γ射線和電子加速器為能源的食品輻射能量都遠(yuǎn)低于產(chǎn)生感生射線的能量閾值。因此輻照食品本身不會(huì)產(chǎn)生感生放射性。

○放射性沾染輻照食品本身不存在放射性物質(zhì)沾染問題。輻照時(shí),輻射源密閉于多層鋼管內(nèi)不會(huì)泄漏,只是以輻射照射食品，因此，不存在放射性物質(zhì)沾染的可能。

○毒理性指標(biāo)大量的物毒理試驗(yàn)表明，在通常照射劑量下,食物未出現(xiàn)致畸、致突變與致癌反應(yīng)。WHO及FAO于1980年正式提出了“經(jīng)小于10KGy劑量輻射的任何食品,都沒有毒理方面的問題,沒有必要再進(jìn)行毒理學(xué)試驗(yàn)”的結(jié)論。

參見：張偉.關(guān)于參加在美國舉辦的用輻照技術(shù)確保食品微生物安全培訓(xùn)的報(bào)告.口岸衛(wèi)生控制,2003,8(2)第49頁/共106頁工業(yè)用食品輻照裝置是以輻射源為核心，并配有嚴(yán)格的安全防護(hù)設(shè)施和自動(dòng)輸送、報(bào)警系統(tǒng)。

設(shè)施

第50頁/共106頁食品輻照的生物學(xué)效應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)指輻射對(duì)生物體如微生物、病毒、昆蟲、寄生蟲、植物等的影響，這些影響是由于生物體內(nèi)的化學(xué)變化造成的。微生物直接效應(yīng)A.細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA受損即DNA分子堿基發(fā)生解離或氫鍵斷裂等，DNA分子本身受到損傷而致使細(xì)胞死亡——直接擊中學(xué)說。B.細(xì)胞內(nèi)膜受損造成細(xì)胞膜泄漏，酶釋放出來，酶功能亂，干擾微生物代謝，使新陳代謝中斷，從而使微生物亡。第51頁/共106頁G->G+>酵母>霉菌(敏感度)第52頁/共106頁昆蟲立即致死

立即致死劑量往往很大，一般要在幾千戈瑞才有效。這種劑量具有殺蟲迅速的優(yōu)點(diǎn)，但費(fèi)用很高。緩期致死害蟲受到照射后，要經(jīng)過一個(gè)星期以上的潛伏期才能大量死亡所需的劑量為緩期致死劑量，一般在幾十戈瑞到幾百戈瑞。不孕效應(yīng)害蟲受到照射后，喪失生殖能力，產(chǎn)生不孕現(xiàn)象所需的劑量為不孕劑量。這種劑量一般在80Gy以下。第53頁/共106頁植物輻射作用植物性農(nóng)產(chǎn)品，主要作用為：抑制發(fā)芽電離輻射抑制植物器官發(fā)芽的原歸因是于植物分生組織被破壞，核酸和植物激素代謝受到干擾，以及核蛋白發(fā)生變性。調(diào)節(jié)呼吸和后熟躍變型果實(shí)經(jīng)適當(dāng)劑量照射后，一般都表現(xiàn)出后熟被抑制、呼吸躍變后延、變慢等現(xiàn)象。第54頁/共106頁輻照工藝及條件控制

在食品輻射保藏中，按照所要達(dá)到的目的，把輻照三大類，即輻射阿氏殺菌、輻射巴氏殺菌和輻射耐貯殺菌。輻射阿氏殺菌（radappertization）也稱商業(yè)性殺菌，所使用的輻射劑量可使食品中的微生物數(shù)量減少到零或有限個(gè)數(shù)。在這種輻射處理以后，食品可在任何條件下貯藏，但要防止再污染。劑量范圍為10-50kGy。輻射巴氏殺菌（radicidation）所使用的輻射劑量只殺滅無芽孢病原細(xì)菌（除病毒外），所使用的輻射劑量使在食品檢測時(shí)不出現(xiàn)無芽孢病原菌（如沙門氏菌）。劑量范圍為5-10kGy。第55頁/共106頁輻射耐貯殺菌（radurization）這種輻射處理能提高食品的貯藏性，降低腐敗菌的原發(fā)菌數(shù)，并延長新鮮食品的后熟期及保藏期。所用劑量在5kGy以下。輻照工藝流程第56頁/共106頁食品輻照保藏果蔬類目的主要是：防止微生物的腐敗作用；控制害蟲感染及蔓延；延緩后熟期、防止老化。輻照延遲水果的后熟期，對(duì)香蕉等熱帶水果十分有效，對(duì)綠色香蕉輻照劑量常低于0.5kGy，但對(duì)有機(jī)械傷的香蕉一般無效。用2kGy劑量即可延遲木瓜的成熟。對(duì)芒果用0.4kGy劑量輻照可延長保藏期8天，用1.5kGy可完全殺死果實(shí)中的害蟲。水果的輻照處理，除可延長保藏期外，還可促進(jìn)水果中色素的合成，使?jié)撂崆懊摑驮黾悠咸训某鲋?。通常引起水果腐敗的微生物主要是霉菌，殺滅霉菌的劑量依水果種類及貯藏期而定。生命活動(dòng)期較短的水果，如草毒，用較小的劑量即可停止其生理作用。第57頁/共106頁糧食類

造成糧食耗損的重要原因之一是昆蟲的危害和霉菌活動(dòng)導(dǎo)致的霉?fàn)€變質(zhì)。輻照可以使昆蟲不育，1kGy可使昆蟲幾天內(nèi)死亡，3-5kGy可使昆蟲立即死亡；抑制谷類霉菌的輻照劑量為2-4kGy。畜、禽肉及水產(chǎn)類在通常的輻照量下（＜100kGy）不能使肉的酶失。需加熱使鮮肉內(nèi)部的溫度升高到70℃，保持30min,使其蛋白分解酶完全鈍化后才進(jìn)行輻照。

第58頁/共106頁

高劑量輻照處理肉類，可達(dá)到滅菌保藏的目的，所用的劑量要能殺死抗輻射性強(qiáng)的肉毒芽抱桿菌；對(duì)低鹽、無酸的肉類（如雞肉）需用劑量45kGｙ以上。香辛料和調(diào)味品輻照處理既能控制昆蟲的侵害，又能減少微生物的數(shù)量，保證原料的質(zhì)量。輻照改變食品品質(zhì)白酒輻照處理；檢疫安全處理（殺菌）。

第59頁/共106頁影響食品輻照的因素溫度輻射殺菌中，在接近常溫的范圍內(nèi)，溫度對(duì)殺菌效果的影響不大。氧氣輻照可使空氣中的氧電離，形成氧化性很強(qiáng)的臭氧。一般情況下，殺菌效果因氧的存在而增強(qiáng)。輻照時(shí)是否需要氧，要根據(jù)輻射處理對(duì)象、性狀、處理的目的和貯存環(huán)境條件等加以綜合考慮來選擇。為了防止氧化生成過氧化物，在肉類食品輻照處理時(shí)要采用真空包裝或真空充氮包裝以降低氧的含量，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。含水量在干燥狀態(tài)下照射，游離基等的輻射間接作用就會(huì)隨之降低，因而輻射作用顯著減弱。第60頁/共106頁影響輻照效果的因素輻照劑量劑量影響對(duì)有害微生物、蟲等的殺滅程度，也影響食品理化學(xué)性狀，兩者要兼顧考慮。一般來說，劑量越高，食品保藏時(shí)間越長。劑量率也是重要影響因素。相同劑量時(shí)，通常較高的劑量率可獲得較好的輻照效果。食品狀態(tài)污染的微生物、蟲害種類與數(shù)量，以及食品生長發(fā)育階段、成熟狀況、呼吸代謝的快慢等，對(duì)輻照效應(yīng)也影響很大。第61頁/共106頁影響輻照效果的因素協(xié)同作用高劑量輻照會(huì)不同程度地引起食品質(zhì)構(gòu)改變，維生素破壞，蛋白質(zhì)降解，脂肪氧化和產(chǎn)生異味等不良影響等，因此在輻照中，常采用輻照損傷保護(hù)劑，以及提高、強(qiáng)化輻照效果的物理方法。如低溫下輻照，添加自由基清除劑，使用增敏劑，與其他保藏方法并用和選擇適宜的輻照裝置。第62頁/共106頁輻射加工概念用電離輻射輻照被加工物體，使其品質(zhì)或性能得以改善的過程，是20世紀(jì)70年代興起的一門新技術(shù),也稱輻射工藝。特點(diǎn)加工溫升小，有利于熱敏材料的加工；電離輻射穿透性強(qiáng)，可對(duì)包裝好的物品進(jìn)行處理，或?qū)崿F(xiàn)固相物質(zhì)的反應(yīng)與改性；加工體系內(nèi)不需催化劑和化學(xué)添加劑，產(chǎn)品純凈、無化學(xué)殘留；加工過程控制方便而且高效快速，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)；低能耗無公害或少公害。第63頁/共106頁領(lǐng)域應(yīng)用高分子材料輻射加工、材料表面處理，醫(yī)療用品的輻射消毒等方面，如：生產(chǎn)輻射交聯(lián)的電線電纜、熱縮材料、印染助劑發(fā)泡材料，進(jìn)行輻射固化、輻射消毒、新材料制備等。第64頁/共106頁概況全球大型Co-60源200余座，總?cè)萘?60MCi，電子輻照加速器1000余臺(tái)；占醫(yī)療器械的消毒50%的份額；美國，醫(yī)療器械的輻照消毒產(chǎn)值1200億U$,有機(jī)高分子材料輻照改性產(chǎn)值58億U$。中國Co-60源100余座（＞30萬居里），輻照加速器100余臺(tái)，總功率7000KW，輻照加工產(chǎn)值400億。參見：崔磊等.我國輻照加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)第65頁/共106頁高分子材料輻射加工輻射有機(jī)合成成在電離輻射作用下，單質(zhì)或化合物分子被電離激發(fā),生成離子和自由基，引起化學(xué)反應(yīng)而形成新的有機(jī)化合物的過程。輻射合成的有機(jī)化合物主要有：含鹵素、硫、磷、氮、氧、硅等的有機(jī)化合物和金屬有機(jī)化合物。輻射合成的研究始于1950年，1963年美國道化學(xué)公司開發(fā)了由乙烯和溴化氫直接合成溴乙烷工藝，產(chǎn)額高（G值為3.9×104），成本低，且無副產(chǎn)物。輻射合成法除具有輻射化學(xué)反應(yīng)的一般特點(diǎn)外，還具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：①反應(yīng)一般按鏈?zhǔn)竭^程進(jìn)行,G值大；②反應(yīng)不需經(jīng)過中間步驟，直接合成為新的有機(jī)化合物，收率高，副反應(yīng)少；③工藝過程簡單，便于連續(xù)生產(chǎn)。

第66頁/共106頁輻射聚合反應(yīng)烯類單體或某些環(huán)狀單體在高能射線作用下進(jìn)行的聚合的反應(yīng)。輻射聚合所得的高分子具有較高的純度，沒有化學(xué)引發(fā)劑遺留的殘?jiān)?；聚合反?yīng)可以在低溫和固相下進(jìn)行，且較易控制；射線能量高，可以使難以聚合的單體發(fā)生聚合；但因輻射作用無選擇性，會(huì)使反應(yīng)比較復(fù)雜。輻射產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)與射線的類型關(guān)系不大，主要取決于輻射劑量的大小。一般用G值來表示輻射化學(xué)的能量效率,即每吸收100電子伏特能量所產(chǎn)生的化學(xué)變化的粒種數(shù)。一般認(rèn)為，輻射聚合的反應(yīng)歷程是在高能射線作用下，單體和化合物分子發(fā)生激發(fā)和電離，生成離子和自由基，引發(fā)單體聚合，所以輻射聚合可按自由基型或離子型反應(yīng)歷程進(jìn)行，并各有特點(diǎn)。第67頁/共106頁

由于輻射聚合的引發(fā)反應(yīng)不受溫度的限制，聚合反應(yīng)可在較低溫度下，在固態(tài)或亞穩(wěn)固態(tài)中進(jìn)行，也可以在晶體的晶道中或某些無機(jī)物的夾層中進(jìn)行，從而獲得某些定向聚合的高分子,如反式-1,4-聚丁二烯。特別是低溫玻璃態(tài)的輻射聚合反應(yīng)，既能生成無畸變的光學(xué)有機(jī)玻璃，而且由于低溫反應(yīng)可降低生物活性物質(zhì)因高溫反應(yīng)而引起的損耗，如某些酶。因此目前廣泛采用低溫玻璃態(tài)聚合制備固相酶及其他生物活性高分子材料。電離輻射具有能量高、透過力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此可使很多難聚合的單體聚合，得到高分子量的產(chǎn)物；輻射乳液聚合可以在遠(yuǎn)低于乳化劑的臨界膠束濃度下得到超高分子量的高分子化合物，純度也較高；用輻射法生產(chǎn)的木材-塑料復(fù)合材料、水泥-塑料復(fù)合材料、金屬-塑料復(fù)合材料都受到普遍的重視。第68頁/共106頁輻射交聯(lián)反應(yīng)由高能射線引發(fā)的高分子鏈間形成新連接鍵而生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子的反應(yīng)。20世紀(jì)50年代初發(fā)現(xiàn)聚乙烯經(jīng)輻照交聯(lián)可以提高其性能以后，這一方法引起了廣泛的重視，目前已成為高分子改性的重要手段。高分子輻照交聯(lián)后由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其性能發(fā)生相應(yīng)的變化：①從可熔融變?yōu)椴蝗?，耐高溫性能及高溫下的?qiáng)度有明顯的提高；②分子間形成新的連接鍵，阻止了分子的相對(duì)滑移，剛性增加，蠕變行為減??；③耐應(yīng)力開裂性能有所提高。輻照交聯(lián)的聚乙烯、聚氯乙烯已廣泛應(yīng)用于電纜電線的絕緣層以及電訊工程的重要配件熱收縮管。橡膠膠乳的輻照硫化、油漆輻照固化等也已用于工業(yè)生產(chǎn)上。第69頁/共106頁輻射接枝聚合

由輻射得到由兩種不同的高分子鏈以化學(xué)鍵連接而成的共聚合物。其中之一是由A單元組成的高分子主干（骨架）,即主鏈；另一個(gè)是由B單元組成的高分子分枝，即支鏈（圖1）。輻射接枝共聚物可由基體聚合物和單體共輻照制得，缺點(diǎn)是均聚物較多；為減少均聚物含量可用預(yù)輻照法，先預(yù)輻照高分子，然后再加入單體進(jìn)行接枝共聚合反應(yīng)；特別是近來發(fā)展的氣相接枝是比較理想的方法。接枝共聚合可以在表面進(jìn)行，也可以是整體接枝。第70頁/共106頁

輻射接枝聚合可改善高分子的某些性能，以達(dá)到高分子改性的目的。聚四氟乙烯接枝苯乙烯烯，可改善表面的粘結(jié)性能；聚四氟乙烯接枝丁二烯，可改善其耐低溫性能；聚酯纖維（見聚酯）接枝丙烯酸,以提高吸濕性,也可接枝溴乙烯或乙烯基膦化物，以提高耐燃性能；聚氯乙烯纖維可接枝丙烯腈以提高耐熱性能，接枝氟乙烯以提高耐老化性能。輻射接枝聚合還可制備功能高分子及生物活性高分子或醫(yī)用高分子材料。聚乙烯可接枝苯乙烯后磺化，制成離子交換膜，也可接枝丙烯酸制成離子交換膜；有報(bào)道用混合接枝或鑲嵌接枝方法制成同時(shí)具有陰陽離子交換功能的交換膜，性能優(yōu)異。高分子材料接枝水溶性單體可以改善材料親體液性能及抗凝血性能。第71頁/共106頁第72頁/共106頁輻照降解反應(yīng)在高能射線作用下，高分子發(fā)生主鏈斷裂或老化變性的過程。輻照降解屬于無規(guī)降解。一般熱降解往往從某些不穩(wěn)定的端基開始，分解得到大量的單體，分子量較低的聚合物產(chǎn)率則較低，而利用輻照降解方法可制取分子量大小不同的高分子，反應(yīng)產(chǎn)率較高。輻照降解主要是由于射線打斷高分子主鏈后所形成的自由基，由于結(jié)構(gòu)因素（如空間位阻效應(yīng)等）的影響難于進(jìn)行偶合反應(yīng)，而只進(jìn)行歧化或鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使分子量迅速下降。平均分子量下降的速度與輻照劑量成線性關(guān)系，因而可以用輻照劑量來控制所需要的產(chǎn)物分子量。在制備某些不易用聚合方法合成的低分子量的聚合物，如工業(yè)用的低分子量的聚氧化乙烯時(shí)，就采用這種方法。聚四氟乙烯廢料經(jīng)輻照降解后可得到粒度為幾個(gè)微米的細(xì)粉，稱為聚四氟乙烯蠟，生產(chǎn)過程簡單，蠟收率高，產(chǎn)生毒性氣體少，可用作潤滑油的添加劑及耐溫、耐摩擦材料的填料。第73頁/共106頁

輻射交聯(lián)改性電線電纜

利用高能射線、特別是利用高能電子束照射電線和電纜，使其絕緣包層材料的微觀分子借助價(jià)鍵連結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料物理化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化引起某些性能的改變，從而提高其耐熱性、阻燃性、耐腐蝕性、改善其機(jī)械強(qiáng)度等，而獲得高質(zhì)量的電線電纜產(chǎn)品。

輻射加工制成的聚乙稀電纜與普通電纜相比，阻燃性、載流量、絕緣性能和使用壽命都顯著提高。這種電纜已廣泛應(yīng)用于架空電纜、控制電纜和機(jī)場照明電纜等。第74頁/共106頁輻照生產(chǎn)熱熱縮材料用電離輻射輻照高分子材料，其交聯(lián)的結(jié)晶聚合物具有“形狀記憶效應(yīng)”，用其制成的熱收縮產(chǎn)品如熱收縮電力電纜附件、熱收縮通訊電纜附件和熱收縮管帶，現(xiàn)已成為輻射加工行業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品之一。第75頁/共106頁輻射交聯(lián)制備泡沫塑料用輻射交聯(lián)的方法可以制造聚乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的泡沫塑料。其中聚乙烯泡沫既可繞曲又有一定的剛性。其生產(chǎn)過程是把聚乙烯、發(fā)泡劑、添加劑混合均勻、壓片輻照、然后發(fā)泡成型。聚乙烯經(jīng)輻射交聯(lián)后才有一定強(qiáng)度，能將分解氣體包埋住，產(chǎn)品具有獨(dú)立的微細(xì)氣孔，表面柔滑美觀、加工性能好，并具有優(yōu)良的耐候性、耐腐蝕性、消沖擊性、絕緣和絕熱性能。由于BF-5加速器電子束能量3-5MeV，可最大穿透1.5mm厚的聚乙烯片材，采用片材多次通過輻射場的辦法，加工出具有優(yōu)良性能的聚乙烯泡沫塑料。泡沫塑料已廣泛用于建筑、包裝、汽車等座墊，救生及裝飾等，可作為保溫、絕緣、抗震、隔障等材料。第76頁/共106頁

電子輻照硅功率器件電子輻照硅功率器件是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的新工藝，它利用高能電子流輻照功率器件，使硅材料晶格中的點(diǎn)陣原子發(fā)生位移，造成晶格空位和間隙原子，這些空位和間隙原子和硅中的其他雜質(zhì)、空位相互作用，組成缺陷絡(luò)合物，形成能級(jí)復(fù)合中心，如氧空位對(duì)、磷空位對(duì)、雙空位對(duì)等以控制少子壽命。采用電子束輻射技術(shù)，代替了傳統(tǒng)的縮短少子壽命金（鉑）擴(kuò)散工藝，可縮短半導(dǎo)體快速元件（如：可控硅）的關(guān)斷時(shí)間。第77頁/共106頁

醫(yī)療用品輻射滅菌輻射滅菌的醫(yī)療用品很多，主要是一次性使用的，也可以是多次使用的物品，如注射器、手術(shù)器械、手套、采血與輸血器具、吸入治療裝置、繃帶、膠布、藥棉、罩衣、帽子等；手術(shù)縫合線、體內(nèi)插入物（如心臟瓣膜）；某些生物組織和生物制劑；中西藥物等。醫(yī)療用品輻射滅菌比蒸汽或環(huán)氧乙烷滅菌法有許多優(yōu)點(diǎn)：輻射滅菌可在室溫下進(jìn)行，適用于熱敏感的塑料制品、生物體和藥物；輻射穿透力強(qiáng)，殺菌均勻徹底，大量采用經(jīng)輻射滅菌的一次性使用的醫(yī)療用品，可避免交叉感染降低發(fā)病率；輻射在滅菌物品中無殘留毒物；輻射滅菌速度快，操作簡便，穩(wěn)定可靠