survivin表达对重离子诱导人肝癌HepG2细胞生物学效应的影响

放射治疗是肿瘤三大治疗手段之一（手术治疗、放疗、化疗），如何提高肿瘤细胞的放射敏感性一直是科研人员关注的研究方向。电离辐射导致细胞死亡的主要方式是细胞凋亡，然而肿瘤细胞内往往细胞凋亡信号通路异常，降低了治疗效果。其中细胞内高水平表达的细胞凋亡抑制蛋白（Inhibitor of Apoptosis Protein，IAP）抑制了caspase分子的活性，而caspase分子正是细胞凋亡的执行分子。因此科学家们通过各种手段尤其是RNA干涉的方法以抑制肿瘤细胞内细胞凋亡抑制蛋白的表达及蛋白活性来达到提高肿瘤治疗效果的目的。 Survivin是凋亡抑制蛋白家族的一员，该蛋白在大多数恶性肿瘤中高表达，而在正常组织中检测不到，因此具有组织特异性。Survivin参与肿瘤细胞分化并抑制肿瘤细胞凋亡，它的高表达被证明与很多恶性肿瘤对放射治疗中产生的辐射抗性相关。本文主要研究了不同LET射线辐照下人肝癌HepG2细胞 survivin的表达及其表达对重离子诱导的生物学效应的影响。首先，我们使用不同LET的碳离子束和X射线辐照HepG2细胞，采用标准克隆形成法确定其辐射敏感性，利用流式细胞技术（FCM）检测辐射后细胞周期分布，RT-PCR和western blotting检测survivin的表达。结果显示，人肝HepG2癌细胞经不同LET射线照射，survivin表达是不同的。与低LET的X射线相比，高LET碳离子诱导的细胞损伤和周期阻滞更明显，从而诱导了更强烈的survivin表达。 接着，根据Genbank提供的survivin序列，合成特异性survivin-siRNA寡核苷酸，转染HepG2细胞，抑制survivin的表达。我们发现siRNA转染后诱导了细胞G2/M期阻滞，增加了自发性和辐射诱导的细胞凋亡。在碳离子辐照后，siRNA细胞克隆存活率明显下降。这些结果显示survivin表达是细胞产生高LET辐射抗性的关键因素。最后，我们初步探讨了在细胞凋亡过程中，survivin基因的作用机制。发现抑制survivin表达，对离子束辐射诱导的Bcl-2和Bax表达没有明显的影响。Survivin表达直接抑制了caspase-3和-9的活性，从而抑制了细胞凋亡。以上的实验结果表明：不同LET射线辐照细胞后survivin出现差异表达，与X射线相比，高LET重离子诱导的HepG2细胞中survivin表达更明显，以survivin为靶基因的siRNA技术应用于HepG2细胞，可以极大提高该细胞对重离子辐射的敏感性。本论文研究为临床应用重离子束治疗癌症提供了非常有用的基础数据，同时也为重离子束放射治疗联合基因治疗提供了新的思路

一氧化氮（NO）对人肝癌细胞的重离子辐射增敏作用

为了探索一氧化氮（nitric oxide，NO）作为重离子治癌的辐射增敏剂的相关机理和应用前景，本课题采用NO与12C6+离子束(或X射线)辐照协同作用人肝癌细胞（SMMC-7721细胞和HepG2细胞），研究了NO与辐照相结合对两种细胞的生物学效应影响，为重离子治癌中放射增敏剂的临床应用提供一定的理论基础和实验依据。现得出结论如下： 1． 重离子辐射与X射线辐射相比，能够更有效地杀死肿瘤细胞。 2． NO能够增加肿瘤细胞的辐射敏感性。 3 NO的放射增敏效果在一定浓度范围内存在浓度效应关系。 4 NO对不同细胞系的辐射增敏作用效果并不完全相同

低剂量12C6+辐射对小鼠免疫系统损伤和抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸的保护作用研究

实验目的：随着科技的发展，人类活动范围已经逐渐向外太空扩展，对于人类太空探索的最大威胁是太空中的各种粒子辐射。这些辐射包括太阳辐射（质子和电子）和银河辐射（质子占85%，氦离子占14%，重离子占1%）。众所周知，重离子与常规X和γ射线相比有较高的传能线密度（linear energy transfer, LET）和相对生物学效应（relative biological effectiveness, RBE），对机体组织和器官有较强的影响。放射治疗是肿瘤治疗的重要手段之一，由于肿瘤细胞的异质性，其对放、化疗的反应相差悬殊。本研究的目的是： 1评估辐射对健康机体产生的生物学风险； 2研究抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸（NAC）对机体辐射损伤的保护作用 3不同肿瘤细胞辐射敏感性的差异。实验方法： 1 X射线或12C6+离子对小鼠进行不同剂量的全身辐射。NAC处理组小鼠在照射前1小时腹腔注射200mg/kg的NAC，对照组注射等体积的生理盐水。照射后不同时间点取样，利用流式细胞仪检测小鼠免疫细胞周期和凋亡情况，单细胞电泳检测淋巴细胞DNA损伤，MTT法（3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyl tetrazolium bromide）检测脾脏NK（natural killer，NK）细胞活性，微核法检测淋巴细胞染色体损伤情况，小鼠体内干扰素－γ（Interferon-γ，IFN-γ）由ELISA方法得到，小鼠血清中超氧化物岐化酶(Surperoxide dismutase SOD）由分光光度法测定，并观察胸腺和脾脏指数变化。 2 不同剂量X射线和12C6+离子辐射人肺腺癌细胞H1299和A549，用细胞克隆法检测照射后细胞存活曲线，流式细胞仪检测细胞周期和凋亡，Western-blot 检测A549 细胞P53蛋白表达。 结果： 1小鼠外周血淋巴细胞、胸腺细胞和脾脏淋巴细胞周期随着X射线照射剂量的增大而被阻滞在了G0/G1期，相同剂量的12C6+离子辐射时外周血淋巴细胞周期被阻滞在S期，分次连续X射线照射时，外周血淋巴细胞周期随着累积剂量的增加被阻滞在G2/M期；细胞凋亡比例随着照射剂量的增加而增加。小鼠血清中IFN-γ水平和脾脏中NK细胞活性在重离子照射剂量为0.05Gy时有显著增加，脾脏NK细胞活性随着照射剂量的增加而减弱。 2重离子照射后，小鼠淋巴细胞DNA和染色体的损伤随辐射剂量和照射后时间的延长而加剧。脾脏NK细胞活性在照射后各个时间点减弱，血清中IFN-γ水平和SOD酶活性随着重离子照射剂量的增加而降低。预防性给予NAC，12C6+离子辐射对淋巴细胞DNA和染色体所致损伤，胸腺细胞周期和凋亡，脾脏NK细胞活性，血清中IFN-γ的水平和SOD酶的活性的损伤与盐水组比较均有显著改善。 3 X射线照射对肺腺癌H1299细胞周期和凋亡率未产生明显影响，重离子照射后随着照射剂量的增加细胞周期被阻滞在G2/M期，细胞凋亡率也呈剂量依赖性；X射线和12C6+离子照射A549细胞后，细胞周期均被阻滞在G2/M期，凋亡率剂量依赖性增加。A549细胞P53蛋白的表达水平随着重离子照射剂量的增加而增加。结论： 1重离子辐射造成细胞DNA和染色体损伤随着照射剂量的增加和照射后时间的延长而增加，比X射线辐射损伤复杂和难以修复，产生这种现象的机理为辐射导致活性氧分子簇的产生，细胞因子和与细胞氧化反应有关的酶活性的变化，同时这种损伤对胸腺细胞周期、凋亡和胸腺、脾脏指数以及机体免疫系统都有影响；低剂量重离子辐射（0.05Gy）对小鼠机体的免疫力有刺激作用，机体免疫能力随着照射剂量增加和照射后时间的推移而减弱，不同的免疫器官对辐射的敏感性也不同； 2 200mg/kg 的NAC对辐射所致小鼠免疫系统损伤有很好的保护作用； 3 肺腺癌细胞H1299比同系A549具有较强的辐射敏感性，A549细胞凋亡的增加与P53蛋白表达水平升高有关

一氧化氮介导的神经胶质瘤细胞对重离子辐射抗性及动物实验降能装置设计

目的：１、研究一氧化氮(NO)介导的神经胶质瘤细胞对重离子辐射抗性；２、研究小鼠大脑受重离子辐照后的损伤修复；３、为了更好的研究小鼠大脑受重离子布拉格（Bragg）峰区辐照后的损伤修复，设计并制造了旋转轮状降能装置。材料与方法：１、采用兰州重离子研究装置（HIRFL）加速的碳离子束辐照人类神经胶质瘤三种基因型细胞株：野生型神经胶质瘤细胞（A172），带绿色荧光蛋白基因的神经胶质瘤细胞（EA172）和带诱导型一氧化氮合酶基因（iNOS）的神经胶质瘤细胞（iA172），以及一种加了一氧化氮合酶抑制剂（L-NAME）的A172细胞（L-NAME-A172）。分别利用化学法、流式细胞术和MTT法检测三种神经胶质瘤细胞中NO、谷胱甘肽（GSH）的含量，以及它们的细胞周期变化和辐照后存活状况。２、利用不同剂量的碳离子束辐照昆明小鼠全脑，采用八臂迷宫检测随时间推移及训练次数的增加小鼠记忆损伤恢复情况。３、采用蒙特卡罗法和模拟退火法设计制造了一个有机玻璃材料的旋转降能装置。结果：1、NO和GSH在iA172细胞中的含量比A172和EA172中显著要高；辐照后24小时，观察到A172和EA172细胞发生周期阻滞即细胞阻滞于G2／M期，而这种现象没有在iA172细胞中观察到，并且iA172在接受同样辐射刺激后，细胞存活率显著高于其它三个细胞株。2、动物实验表明，在0－2Gy的碳离子辐照在短期内影响小鼠的记忆，经过一定时间后，这种影响得到恢复。3、物理实验显示，降能装置的实验数据与理论计算相符。结论：在低剂量的重离子坪区辐射条件下，一定浓度的NO可以使神经胶质瘤细胞产生辐射抗性。低剂量的重离子辐射致脑损伤可以得到很快的修复

重离子辐照引起的金属/金属界面混合与相变研究

本论文用重离子在室温下辐照Fe/Cu(Si/Fe(10nm)/[Cu(2.5nm)/Fe(2.5nm)]8/Cu(5n m)、Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5(8)/Cu(4nm)、Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5)和Fe/Nb(Si /[Fe(10nm)/Nb(4nm)/Fe(4nm)/Nb(4nm)]2/[Fe(4nm)/Nb(4nm)]4))金属多层膜样品，然后利用X射线衍射谱、俄歇电子元素深度剖析谱、透射电子显微镜和振动样品磁强计对样品进行分析。主要研究界面原子混合、相变现象及其与离子辐照参数之间的关系。 1. 室温下用400 keV Xe离子辐照Fe/Cu(Si/Fe(10nm)/[Cu(2.5nm)/Fe(2.5nm)]8/Cu (5nm)、Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm))和Fe/Nb多层膜。结果显示：随着辐照量的增加，离子辐照引起了Fe/Cu多层膜中Fe与Cu原子的混合和Cu基fcc固溶体和Fe基bcc固溶体地出现；而在Fe/Nb多层膜中，离子辐照引起Fe与Nb原子的混合和FeNb固溶体和非晶态FeNb合金相的出现。随着样品的结构变化，样品的磁滞回线也发生了变化。 2. 室温下用2 MeV Xe离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：随着辐照量的增加，首先发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化，接着发生混合，辐照量较大时形成Cu基fcc固溶体和Fe基bcc固溶体；而在Fe/Nb多层膜中，低辐照量辐照引起多层膜的界面锐化，高辐照量辐照引起Fe与Nb原子混合和FeNb固溶体和非晶态FeNb合金相的出现。随着样品的结构变化，样品的磁滞回线也发生了变化。 3. 室温下用2.03 GeV Kr离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：对于Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm)多层膜，辐照量为1.0×1013ions/cm2时，发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化；对于Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5多层膜，随着辐照量的增加，首先发生Fe、Cu原子的偏析和界面锐化，接着发生混合；对于Fe/Nb多层膜，低辐照量辐照引起多层膜的界面锐化，高辐照量辐照引起Fe与Nb原子混合。随着样品的结构变化，多层膜样品的磁滞回线也发生了变化。 4. 室温下用1.08 GeV Kr离子辐照Fe/Cu和Fe/Nb多层膜。结果显示：在Si/Fe(10nm)/[Cu(4nm)/Fe(4nm)]5/Cu(4nm)、Si/[Fe(10nm)/Cu(10nm)]5和Fe/Nb多层膜中，辐照引起Fe层与Cu（Nb）层混合。随着样品的结构变化，多层膜样品的磁滞回线也发生了变化。 最后，对重离子辐照引起多层膜界面原子混合及相变的机理进行了探讨

薄膜硅材料的重离子辐照改性研究

选择具有重要应用价值的纳米晶硅及非晶硅薄膜材料，对比研究了快重离子辐照薄膜Si材料所引起的辐照效应，主要有如下工作： 1) 用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)以及常压化学气相沉积法(APCVD)在玻璃衬底上制备纳米晶硅薄膜(nc-Si)与非晶硅(a-Si)薄膜。制备的nc-Si和a-Si薄膜的厚度分别为∼200 nm和∼400 nm。 2) 室温下，用94 MeV的Xe离子辐照nc-Si和a-Si薄膜以及单晶硅(c-Si，晶向(100)，电阻率0.001 Ω·cm，作为对比样品)，辐照量分别为1.0×1011、1.0×1012 和1.0×1013 ions/cm2。所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪、Raman谱仪进行检测分析，对比研究纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学性能及结构的变化。 3) 通过UV/VIS/NIR谱，我们得到了不同结构硅材料的光学带隙值及折射率随辐照量的变化规律。通过分析硅材料辐照前后Raman谱的变化，讨论了不同晶体结构的影响。 4) 结合UV/VIS/NIR与Raman结果初步讨论了硅材料结构影响辐照效应的机理。对于a-Si薄膜样品，辐照可能引起了样品局域的再结晶。对于nc-Si薄膜样品，Xe离子辐照先引起nc-Si晶粒的破碎，使样品出现非晶化过程，然后再遵从a-Si薄膜样品中离子辐照效应变化规律

利用重离子辐照及蚀刻技术制备锂离子电池隔膜

本文通过对目前锂离子电池市场及锂离子电池隔膜制备现状的研究，提出采用重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜的新方法。拓展了重离子辐照技术的应用，为锂离子电池隔膜的国产化另辟蹊径。实验中，用能量25 MeV/u 的Kr86及11.4 MeV/u的197Au离子，以1×108 cm-2-5×109 cm-2剂量辐照聚丙烯薄膜，通过电导测量法监测蚀刻液的参数，包括温度、硫酸浓度、重铬酸钾浓度对径迹蚀刻速率的影响，得到适合的蚀刻条件；并用场发射扫描电镜对孔的形状及孔径大小进行表征；成功制备出孔径均匀、具有密度和大小可控的重离子径迹聚丙烯孔膜；对孔洞锥角的形成进行分析，给出锥角的计算公式，为利用重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜提供了实验数据

中能重离子碰撞中的同位旋效应及非对称核物质的状态方程研究

本论文介绍了放射性核束物理研究的现状以及当前常用的几种同位旋相关的重离子微观输运理论，系统描述了非对称核物质的状态方程、中能重离子碰撞中的同位旋效应以及中子星的性质。基于 Hartree-Fock 理论和扩展的 Skyrme 相互作用，在核物质近似下得到了一个非相对论性的密度、温度和同位旋相关的核物质状态方程 (IEOS)。系统研究了核物质状态方程的同位旋效应。讨论了核子的平均场、核物质的不可压缩系数、核子的有效质量以及核物质临界温度的同位旋相关性，并且给出了核物质饱笔点处的饱和密度、不可压缩系数以及单核子结合能的抛物线规律。同时，探讨了对称能的温度和密度相关性，给出了零温度时对称能的解析表达式，并提出了对称能温度相关性的抛物线规律，发现对称能随着温度的升高而减小。另外，基于以上的同位旋相关的核物质状态方程，对 ALADIN's Caloric Curve 给出了一种静态解释。在传统量子分子动力学 (QMD) 模型的基础上，通过在相互作用平均场、两体碰撞、泡利阻塞、初始化以及碎片构造过程中适当地考虑同位旋自由度，得到了一个同位旋相关的 QMD 模型 (IQMD 模型)。利用IQMD模型系统研究了中能重离子碰撞中的同位旋效应。例如，中能重离子碰撞中同位旋自由度的弛豫、重离子碰撞中核子前平衡发射的同位旋效应、重离子碰撞中的集体流（包括直接流、转动流、挤出流和径向流）及其同位旋相关性、原子核多重碎裂的同位旋效应及其消失、重离子碰撞中的化学不稳定性以及中能重离子碰撞中如何选取事件的碰撞参数及其同位旋效应等。同样，在传统的 Boltzmann-Langevin 方程中适当地考虑同位旋自由度，得到了同位旋相关的Boltzmann-Langevin方程 (IBLE)，利用IBLE研究了 ~(19)Na的产生截面。另外，利用IQMD模型探讨了多重碎裂的"neck" 机制以及重离子碰撞中局域势的有限程效应。基于前面给出的非相对论的核物质状态方程，系统研究了中子星的性质，如中子星的化学组份、质量、结合能、半径、密度剖面、转动惯量及表面红移等。结果表明，使用一些常用的 Skyrme 势参数能够给出与天文学观测相一致的结果。

重离子放射增敏药物的研制及辐照对喹喔啉的作用

马蔺子是鸢尾科植物马蔺的干燥成熟的种子。本科植物的种子中富含对醌类化合物，据报道马蔺子甲素具有对γ射线的辐射增敏作用。本文研究了马蔺子甲素的分鉴定，基衍生物的制备以及对荷 S180 小鼠的重离子增敏作用。在研究马蔺子甲素 Q 以及衍生物 Q1-Q8 对荷 S180 小鼠的辐射增敏作用时，分别在有氧和乏氧条件下进行，小鼠被随机分成 6 组，对照组，γ射线照射组，碳离子照射组，背地里纯用药组，γ射线合并用药组，碳离子合并且药级。乏氧条件是通过夹住小鼠的茶瘤肢造成局部缺氧 20 分钟。马蔺子甲素及衍生物用叶温 -80 及生理一盐水稀释，在辐照前用药。γ射线的照射剂量为18Gy,而碳离子选用剂量为 6Gy， 肿瘤体积每隔 2 天测定一次，我们通过计算肿瘤的抑瘤率（IR），增敏比（SER），氧搁置比（OER）发现，在乏氧情况下 Q、Q7、Q8 全并碳离子的增敏比大于有氧情况下，同时氧搁置比降低，而抑瘤率和体外细胞毒率（HCR）的选择性增加。这一结论表明，某些对醌类化合物有选择性的增加乏氧细胞的敏感性。肿瘤中的乏氧细胞一直被认为是放疗不能完全奏效的主要原因，生物还原性药物在肿瘤的治疗中能杀死实体瘤中对射线不敏感的细胞。SR-4233 是一苯并三嗪二氧化物，它已被证明具有放射增敏作用，并且有选择性的细胞毒作用。通过 Beirut 瓜合成了两个（M1，M2） 喹喔啉类化合物，对荷 S180 小鼠的增敏作用实验分为 6 组，在乏氧情况下，单纯碳离子照射的抑瘤率 58.8%，而合并 M2 为 66.36%，合并 M1 为 70.1%。通过紫外光激发 M1 分子的 ESR 谱发现，此类化合物在光激发下发生 O-N=C-C=N-O 体系的的电子转移引起的双键转移，形成氮氧双自由基。推测碳离子可能产生更多的稳定自由基作用于 S180 瘤组织。同时研究了用重离子对乙酰甲喹、喹酰氨醇及 BF0 的结构改性，其可能性及机理通过对其结构与生物活性的分析得到，因为辐照生成的产物复杂且量非常小，分析结构工作困难，然而发现经辐照后搞菌作用明显提高。从这个实验我们和道重离子与药物分子的作用不仅有能量的沉积而且有质量的沉积，这不同于X，γ射线。由于这种原因重离子引起药物结构改变较X，γ射线更重要，重离子作用机制有自己的特点，有待于深入认识，因此加强重离子药物分子改性的基础研究有重要意义。

重离子束治癌相关生物学效应及机理研究

重离子束治癌是当今放射治疗中最科学、最先进、最有效的方法，是有代表性的高技术。目前仅有美、日、德实现了该技术，并已取得常规疗法难以实现的疗效。我国近年来开展了“重离子束治癌技术的基础研究”，其中，放射生物学及机理研究是重要内容。本论文从细胞、DNA分子、以及动物个体的三个不同层次上分别研究了重离子束治癌相关的生物学问题。在细胞研究方面。采用HeLa、B 16两种细胞分别研究了X一射线和重离子在水介质中入射的深度与相应细胞的存活率(1一失活率)，结果表明：X一射线对细胞的损伤随深度而逐渐衰减(或细胞存活随深度逐渐增加)，而重离子对细胞的损伤则为Bragg曲线(或细胞存活为倒Bragg曲线)。研究了25MeV／u ~(40)Ar~(14+)辐照人肝癌细胞SMMC一7721的微核及存活的动态变化，结果表明： 单次照射与分次照射的微核率随时间的变化规律在96h内没有明显区别，受照(单次、分次) 肝癌细胞的存活数随时间表现出衰减趋势，微核率与细胞存活数关系的动态变化为负相关性。研究了6MV X-射线和125．5keV／μm的重离子辐照B 1 6、V79细胞的2Gy存活率(SF2)，结果表明：B16和V79细胞的存活率(P<0．01)依赖于不同的辐射性质(X-射线、~(12)C离子)，其X-射线与~(12)C离子辐射这两种细胞的存活率之比分别为5．4和1．43，即~(12)C离子辐射增强了X-射线抗性细胞系的敏感性，从而显示了重离子治疗癌症的优势。研究了125．5keV／um的碳离子辐照小鼠黑色素瘤B16、人的宫颈癌HeLa、中国仓鼠肺V79、人的肝癌SMMC-7721四种细胞的相对生物学效率(RBE)，得．到了RBE依赖于细胞种类的关系、RBE随细胞存活水平的升高而增加的关系、以及当LET≥125．5keV／μm时，RBE随着LET的增大而变小的关系。在DNA分子研究方面。研究了125．5keV／μm~(12)C~(6+)辐照小鼠黑色素瘤B 16、中国仓鼠肺V79、人的宫颈癌HeLa、人的肝癌SMMC一7721细胞的灵敏度(由D50表示)、DNA双链断裂(DSB)和DNA双链断裂片段分布，结果表明：细胞敏感性与DNA双链断裂之间没有一致的关系，提出了细胞辐射敏感性的一种可能的分子机理，即DNA序列敏感性位点协同DNA双链断裂互补性机理。由此解释了四种细胞系的不同敏感性问题。在动物个体研究方面。研究了57．28MeV／u氧离子50Gy一次性局部照射对B16黑色素瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用，并观测了受照小鼠的死亡情况，结果表明：照射B16黑色素瘤后第10天观察，肿瘤生长延迟为6天、肿瘤抑制率为66％，耐受剂量小于50Gy。研究了50MeV／u ~(12)C~(6+)离子辐照对小鼠移植性肿瘤S180的抑制作用、控制率、治愈率和病理组织学变化，结果表明：各剂量组对S180肉瘤的抑制作用均大于90％，高剂量组抑瘤作用明显强于低、中剂量组(P

重离子辐照普通小麦间接效应的研究

应用不同能量、不同剂量的碳离子和氧离子加照普通小麦，研究其M1代和M2代的生物学（形态）性状、染色体畸变率及微核率、生理生化和DNA分子等方面的变化。并对这些变化的生物学机理进行了探讨，结果如下：1.75MeV/u~(16)O~(8+)离子经过适当降能后注入小麦种子的不同部位和贯穿整个种子，对其M1代幼苗的可溶性蛋白质组分以及电脉中不同区段蛋白质组分相对含量加以分析，结果表明：1）同对照相比，随着辐照剂量的增加，所有辐照材料（包括贯穿和注入）第二区段（分子量较高区段）蛋白质组分的相对含量下降；而第五区段（分子量最小区段）蛋白质组分的相对含量升高。2）种子的贯穿处理，同时也引起第一区段（分子量最高区段）和第三区段蛋白质组分相对含量的下降以及第四区段的升高；其中第三、四区段的变化明显区别于注入效应。3）注入胚和胚乳的区别在于后者第一区段蛋白质组分相对含量的较大下降和第五区段的较大提高。4）小剂量辐照的材料，可溶性蛋白质组分的变化异常，可能与低剂量辐射兴奋效应有关。2.碳离子注入胚乳引起胚的后代发生变异，是典型的重离子诱变产生间接效应的结果。主要表现为：1）M1代的生物学性状、幼苗的抗氧化酶活性、MDA含量、蛋白质含量和染色体畸变率及微核率等发生了较大的变化。2）对其矮杆变异株和紫色茎杆突变体（M2）和RAPD和AFLP分子鉴定等研究，结果显示了矮杆变异体和紫色茎杆突变体的DNA序列发生了改变，而非仅仅产生生理损伤；同一种变异体或突变体，在M2代单株间也存在着明显的差异，表明它们可能还处于分离状态。于是，将M2代以上高代再种，以观察遗传能否稳定。3.重离子辐照普通小麦种子的M1代正常（它们可以完成生长发育的过程）植株同对照材料做正、反交，获得染色体组等来源不同的材料。接着对对照、M2代和正、反交材料DNA进行RAPD和AFLP多态性研究，并将实验结果作统计分析，结果表明：在细胞结构层次上，染色体组作为靶物质，产生的直接效应主要引起随机突变；而非染色体组的细胞组成的间接效应主要引起非随机突变。

中能核反应中的统计发射过程及核温度参量

在过去的几年里，利用兰州重离子加速器（HIRFL）提供的束流，以及在OUVERTURE合作研究中，利用意大利国家核物理研究院南方实验室（INFN-LNS）超导回旋提供的束流，进行了多次中能区重离子核反应实验研究工作。如，最初的46.7MeV/u ~(12)C+~(58)Ni，~(115)In，~(197)Au的实验及30MeV/u ~(40)Ar+~(58)Ni，~(64)Ni~(115)In和30MeV/u Ni轰击Ni，Au，Al在MULTICS+MEDEA：4π装置上进行的实验工作。此外，本人还从事过一些理论研究工作，包括多粒子散射形式理论和相关数学物理问题研究，量子分子动力学和量子统计模型计算。本文是从事这些核物理研究工作的积累，主要侧重于实验结果的物理内容分析，而不强调实验技术，数据处理的技巧。主要的物理内容有以下几个方面：1.对于利用双同位素产额比提取同位素核温度的方法进行研究推广，使得对于实验中碰到的仅有部分能谱可以实现很好同位素分辩的情况，即使不能得到总的同位素产额，仅仅通过一段能区的同位素产额也可提取核温度。用于具体的实验研究工作中后，对于46.7MeV/u ~(12)C+~(58)Ni，~(115)In，~(197)Au核反应过程，同一体系利用这种方法得到的同位素核温度和利用粒子非稳态布居提取的核温度一致。2.围绕核反应过程中核温度的参量的提取，对于双同位素产额比与核温度的刻度关系进行了分析研究，通过计算考虑中等质量碎片（IMF）内部激发能后的内部配分函数表明，中等质量碎片的内部激发对刻度关系有重要影响。零阶近似下区域密度近似的结果和Gemini模拟计算的结果反映了相同的情况。3.研究核反应机制，多个粒子散射的形式理论的必需的，对于两体散射，其形式理论已经比较成熟，但是对于多个粒子散射问题出现的严重的困难是多体Lippmann-Schwinger方程无唯一收敛的解。作为一种探索性的研究工作，开展了多体散射理论研究工作，发展了一些具有普遍意义的数学物理方法。在本项研究工作中，通过能基础数学中的约当引理的推广，发现一个特例：对非连接图，Lippmann-Schwingwer方程存在收敛的解，因此多体散射形式理论，有可能重新建立。由于核力和多体问题是当今核物理研究的两大难点，世界各国的科学家都在努力以图攻克它们，而且多体问题还是物理学的其它许多领域的难题，因而多体散射还是引起诸多研究学科广泛兴趣的课题。通过发展一些新的数学理论和方法，我们已得到一些有意义的结果。4.将量子分子动力学这种中高能量区域所用的理论分析方法扩展至较低能区，通过对相空间中初始位置和动量抽样增加限制条件。如结合能和实验值要求一致，平均核势，核内Pauli阻塞更强一些，在演化中能量和动量守恒等等。得到一个很稳定的初始基态。均方半径保持不弥散的时间可达1600fm/c，用于研究10.6MeV/u Ne~(20)+Al~(27)的实验分析过程中。另外，量子统计模型（QSM）主要描述中心核-核碰撞，将它和碎裂模型结合，作一些改进后，可以对核-核碰撞进行统一描述。5.在中能核反应研究中发现，核反应过程中有大量的中子，轻带电粒子以及中等质量碎片发射出来，可以将这些粒子发射机制大致分为两大类。其中一类可以归结为动力学发射过程的产物。另一类则可以归于统计发射的产物。在低能核反应中，其发射能谱的斜率的负倒数，可作为复合核的核温度。而在中能重离子核反应中，其发射能谱变得很复杂，不再具有Maxwell分布。通常的三源拟合所给出的温度参数，已不能反映物理实质。提出多阶矩分析方法用于分析中能核反应中统计发射规律及受动力学过程的影响。

重离子辐照诱导的DNA双链断裂研究

目的：重离子辐射生物学效应机理和哺乳动物细胞对重离子的辐射敏感性机理在目前仍颇有争议，是辐射生物学研究的热点。材料与方法：采用兰州重离子研究装置(HIRFL)加速的碳、氧、氩等重离子辐照体外培养的贴壁细胞，以集落法测定细胞的存活率；辐照琼脂糖包埋的细胞样品或DNA样品，以脉冲场凝胶电泳(PFGE)分析辐照诱导的DNA双链断裂(DSB)。结果：1．DNA片段释放百分比(PR)值随着剂量的增加而增加，在超过一定剂量后趋于一个准阈值；而DNA断裂水平与剂量之间呈线性关系，DSB产额为O.19-1.55DSBs/100Mbp/Gy；以~(60)Co γ射线为参照，得到重离子辐照诱导DSB的相对生物效率(RBE)为0.73-2.72。2．剂量率是影响DSB诱导及其片段分布的因素之一，剂量率越大，DSB产额越高，DSB诱导截面越大。但剂量率低可以使片段的非随机分布更为明显。3．重离子辐照诱导的DSB可以修复，修复方式主要是小片段连接成大的片段。4．无论是~(60)Coγ射线，还是碳、氧、氩等重离子，直接辐照DNA分子和辐照完整细胞诱导DSB的比值为1.64-2.64。说明细胞组分对DNA分子有一定的保护作用。5．辐照DNA分子诱导DSB的RBE随传能线密度(LET)的变化而变化，但IBE最大值远小于细胞失活的RBE最大值。结论：1．重离子辐照DNA分子诱导的DSB初始产额与细胞失活机理之间有一定的联系，但以此来解释细胞失活还不够充分；而不可修复的DSB才是细胞失活最主要的原因。2．细胞对重离子的辐射敏感性与DSB初始产额的关系不明显，但与细胞对DSB的修复能力高低密切相关。3．重离子辐照诱导的DSB片段是非随机分布的，其产生与DNA序列有关，即DNA分子上存在对重离子辐照敏感的位点。重离子辐照沉积的能量可以直接或间接地沿DNA链迁移，从而使得DNA分子上相对较弱或亲电性较强的化学键优先断裂。敏感位点即这些相对较弱或亲电性较强的化学键，而这 种化学键的产生是与敏感位点邻近的几个核苷酸相互作用的结果，即敏感位点应该是一段DNA序列。

中能重离子碰撞中的同位旋效应和热核巨共振中的有限力程研究

本论文包括两部分内容，第一部分是关于中能重离子碰撞中的同位旋效应研究。第二部分是热原子核巨共振中有限力程研究。随着放射性次级核束的产生和利用，使得中能重离子碰撞中的同位旋效应研究成为核物理学的重要前沿课题。通过从稳定线到滴线附近大跨度同位旋范围内的重离子反应，使得人们可以提取核物质状态方程和介质中核子－核子碰撞同位旋旋相关截面的知识。我们将量子分子动力学(QMD)改造成为同位旋相关的量子分子动力学(IQMD)，对中能重离子碰撞中同位旋效应进行了深入而系统地研究。在研究丰中子和缺中子系统的多重碎裂过程中，发现了多重碎裂过程的同位旋效应，例如缺中子系统的中等质量碎片多重性大于丰中子系统。这对于了解多重碎裂的机理有重要意义。在研究对同位旋相关的核物质状态方程(对称势)和介质中核子－核子碰撞截面灵敏的观测量过程中，发现前平衡发射中子－质子比在较宽能区内(E<150MeV／u)对同位旋相关的核物质状态方程灵敏，但对介质中同位旋相关的核子-核子碰撞截面不灵敏；而原子核阻止在中能区(费米能

中能重离子在生物组织中产生的核碎片

在利用重离子束治疗肿瘤和辐射生物学效应研究中，重离子束产生的核碎片会引起辐射场的改变。一方面主束的粒子数减少，另一方面产生了低Z的弹核碎片。这直接影响了主束的剂量-深度分布，这些低Z的碎片在主束Bragg峰外会产生附加的剂量，进一步影响生物学效应，而这种影响随离子射程的增加而增加。发展精确计算剂量的物理模型就必须有重离子束在等效生物组织中产生碎片的实验数据。有关碎片研究的实验，已广泛进行了许多年，近年来随着人类对加速器物理技术应用到放射治疗和人类对空间探索防护的需要，研究重离子束与生物相互作用以及弹核碎片的影响，已成为各国核应用科学家研究的热点问题，然而，有关中能重离子在等效生物组织中的实验数据并不多。基于此，本论文对这一问题，利用HIRFL产生的55MeV/u ~(40)Ar在 1.5mm有机玻璃(生物组织等效材料)中产生的碎片，对不同角度分布情况进行了研究，结果表明，重离子在生物组织等效材料中产生的核碎片，主要集中在向前的很小角度范围，碎片随角度的增加，原子序数接近主束的碎片产额急剧减少，而质子的角分布最广，在同一角度内的产额比其它碎片高：主束的展宽较小。将主束的剂量贡献与各角度的碎片剂量贡献总和比较，主束的剂量远大于各角度的碎片剂量贡献总和，这说明碎片的展宽效应就剂量方面考虑影响很小，但它对生物效应的影响还需要研究。本文还利用RIBLL80MeV/u ~(20)Ne离子产生的低强度62.8 MeV/u ~(12)C离，对不同厚度有机玻璃产生的核碎片进行了研究。结果表明，主束产额随厚度的增加呈现指数衰减；而碎片产额随厚度的增加而增加，且在某一厚度产额逐渐饱和。重离子在生物体内产生的核碎片不利于重离子治疗，为此本文在理论上全面考虑了碎片对剂量的贡献后，提出了剂量-深度曲线计算方法，其计算结果与实验数据符合相当好。但对其广泛应用还需更多的实验数据验证。通过对中能重离子在生物等效组织中碎片的研究，提出了在放射治疗中应尽量采用轻的离子束以减少碎片对治疗的影响；而在象育种那样的诱变工作中，考虑到提高诱变效率，应尽量采用重的离子束。论文还对剂量测量中复合效应的影响进行了研究，并提出了修正F的计算公式。对剂量监测系统性能的研究表明，在治疗中，当达到治疗剂量后，治疗系统切断束流的反应速度对治疗效果有不可忽视的影响，为此在应用重离子束治疗的控制中必须引起注意。还研究了实验中产生的中子角分布及其防护。产尘的中子剂量与重离子束剂量的比较表明，中子剂量的贡献在应用重离子束治疗中是可忽略的。总之，论文通过碎片效应的实验和理论研究积累了一些有价值的资料，它们对重离子辐射育种、重离子放射治疗和放射治疗中中子防护是有用的。