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低能离子辐射是电离辐射的一种类型,可以导致生物体遗传物质的改变,因而在生命起源和生物进化过程中可能起到着重要的作用。此外,低能离子辐射广泛存在与自然界中,随时随地可能与生物细胞发生作用,因此定性及定量研究低能离子辐射与核酸,尤其是与DNA及其组分的相互作用也与人类环境和健康主题相关,具有十分重要的意义。
本文在实验室前期工作基础上,为进一步详细阐述低能离子辐射诱导核酸及其组分损伤的作用机理,应用多种光谱方法,包括紫外、荧光、红外光谱学方法并结合其它手段如高效液相色谱-质谱联用、原子力显微镜、琼脂糖凝胶电泳等方法对低能离子辐射处理后的DNA及其组分进行了分析和研究,得到了低能离子辐射与核酸及其组分相互作用的一些新的研究结果。主要工作归纳如下:
1.低能离子辐照实验装置。参与研制新的小型低能离子束注入装置,并改进了气体放电装置。新建的小型低能离子束注入装置其加速电压和束流精确连续可调和控制,且体积远远小于一般用于诱变育种的宽离子束注入装置,克服了真空室油污染等问题,可对离子辐射对生物分子直接作用的定量化研究提供平台。气体放电装置可以用来研究低能离子在溶液中产生自由基与生物分子的作用过程。
2.低能离子辐射诱导碱基损伤作用的研究。利用原位红外光谱检测技术精确定量分析了低能氩离子辐射诱导的固态碱基的损伤,得到了固态碱基对低能离子辐射敏感性顺序:T＞G＞C＞A。利用紫外、荧光、红外光谱学方法及高效液相色谱-质谱联用等方法研究了氩气放电辐射诱导碱基水溶液辐解的机理。低能离子辐照诱导了羟基自由基的产生,进而导致羟基自由基介导的一系列腺嘌呤及胸腺嘧啶衍生物的产生。详细讨论了过程中涉及到的反应机理,证实羟基自由基在放电辐解过程中起到主要作用。碱基水溶液对氩气放电的辐射敏感性大小顺序是:G＞T＞C＞A。
3.低能离子辐射诱导寡聚脱氧核苷酸及DNA损伤作用的初步研究。通过检测低能离子辐照后单链寡聚脱氧核苷酸无机磷的释放及其UV-Vis吸收光谱的变化,研究了低能氮离子辐射诱导的固态单链寡聚脱氧胸苷酸释放无机磷,即产生单链断裂的过程。利用原子力显微镜及琼脂糖凝胶电泳技术,观测到了低能氮离子辐射诱导的固态的质粒DNA三级及二级结构的变化,并对这种变化做了定量分析。研究发现低能离子辐射可以造成DNA单链断裂及区域集中、密集型的双链断裂。同时利用原子力显微镜还观测到了大剂量低能氮离子辐照后质粒DNA产生的纳米量级的碎片,证实了这些碎片是DNA多重双链断裂造成的结果。