1、园艺植物诱变育种 本章主要内容n诱变育种的概念、特点 n辐射诱变 n化学诱变n突变体的鉴定、培育和选择科学扩展了人类的想象空间，科学扩展了人类的想象空间，技术使理想成为现实。技术使理想成为现实。第一节诱变育种的意义和特点第一节诱变育种的意义和特点 诱变育种（诱变育种（mutation breeding）：）：采用各种物理或化学的手段方式，人工诱采用各种物理或化学的手段方式，人工诱发植物体（发植物体（植株、枝、芽、花粉等）植株、枝、芽、花粉等）产生遗传产生遗传物质的变异，并经过人工选择、鉴定，培育所物质的变异，并经过人工选择、鉴定，培育所创造新品种的育种途径。也叫突变育种或引变创造新品种的育种途
2、径。也叫突变育种或引变育种。育种。一、什么是诱变育种 据据FAO/IAEA统计资料，通过诱变育种获得的果树新统计资料，通过诱变育种获得的果树新品种数量在近二十年内急剧增长。到品种数量在近二十年内急剧增长。到1993年时，总计育成年时，总计育成各种果树品种各种果树品种41个（不包括我国的），其中苹果个（不包括我国的），其中苹果9个，欧个，欧洲甜樱桃洲甜樱桃8个，欧洲酸樱桃个，欧洲酸樱桃4个，桃、石榴、葡萄、柚、橙、个，桃、石榴、葡萄、柚、橙、枣各枣各2个，枇杷、无花果、香蕉、杏、黑穗醋栗、醋栗、个，枇杷、无花果、香蕉、杏、黑穗醋栗、醋栗、油橄榄、扁桃及木瓜各油橄榄、扁桃及木瓜各1个，涉及个，涉及
3、19个果树品种。个果树品种。我国自我国自60年代开始果树诱变育种，至年代开始果树诱变育种，至90年代共育成年代共育成10个品种。个品种。中国农科院柑桔研究所中国农科院柑桔研究所-418红桔、中育红桔、中育7号、中育号、中育8号号广西新广农场广西新广农场-新光雪橙新光雪橙青海农科院园艺所青海农科院园艺所-东垣红苹果东垣红苹果内蒙古园艺所内蒙古园艺所-梨品种梨品种朝辐朝辐1号、号、2号、号、10号、号、11号号和和辐射向阳红辐射向阳红。植物类别物种数品种数占种子繁殖植物80101968.1果树19402.7其他无性繁殖植物11291.9观赏植物3340927.3小计1431497二、诱变育种的特点
4、二、诱变育种的特点 突变率高，变异谱广突变率高，变异谱广常产生点突变，可以有效地改良品种的个别性状常产生点突变，可以有效地改良品种的个别性状变异稳定快，育种年限短变异稳定快，育种年限短克服远缘杂交不亲和及改变植物的授粉、受精习性克服远缘杂交不亲和及改变植物的授粉、受精习性突变率高，变异谱广种类种类突变频率突变频率 变异范围变异范围自发突变105108 狭窄诱发突变3 范围广，类型多甚至可以产生自然界尚未发现的新基因源自发突变自发突变spontaneous mutation：指由外界条件自然：指由外界条件自然作用发生的突变。作用发生的突变。突变率突变率 mutation rate：指一定的基因在
5、单位时间内：指一定的基因在单位时间内（例如每个世代）发生突变的机率。（例如每个世代）发生突变的机率。突变频率突变频率mutation frequency：指突变体占观察个体：指突变体占观察个体数的比例。数的比例。突变谱突变谱mutation spectrum：指产生各种突变的类型。：指产生各种突变的类型。突变率高，变异谱广实例n1969年印度用热中子处理蓖麻（大戟科年印度用热中子处理蓖麻（大戟科Ricinus comminis）育出新品种阿鲁姆）育出新品种阿鲁姆,成熟期由成熟期由270d缩断到缩断到120d的早熟品种，增产的早熟品种，增产55.3。n前苏联采用理化因素结合处理葡萄（用前苏联采用
6、理化因素结合处理葡萄（用137Cs射线照射射线照射种子，再用种子，再用0.2%秋水仙素处理子叶期幼苗生动生长点），秋水仙素处理子叶期幼苗生动生长点），获得了抗病性、枝型、叶形、果色、果形等大量的变异获得了抗病性、枝型、叶形、果色、果形等大量的变异。诱变频率为诱变频率为13。点突变可以有效地改良品种的个别性状n点突变点突变point mutation：指染色体上一个座位内的遗传：指染色体上一个座位内的遗传物质的变化。也称物质的变化。也称genic mutation。(multiple mutation)特别适合对推广品种的生产特性的改造，特别适合对推广品种的生产特性的改造，对高度杂合对高度杂合的
7、无性繁殖的园艺植物更有意义。的无性繁殖的园艺植物更有意义。如杂交方法：如杂交方法：可能引起原有优良性状组合的解体，可能引起原有优良性状组合的解体，基因间连锁关系，可能引起优良性状夹带不良性状。基因间连锁关系，可能引起优良性状夹带不良性状。实实 例例l法国对金冠品种辐射处理，选育无锈的金冠品种金莱斯（lysgoden）梨树抗黑斑育种（日本）左：原品种:二十世纪 右：突变体 变异稳定快，育种年限短n杂交育种一般需杂交育种一般需78代才培育一个品种；诱变育种往往代才培育一个品种；诱变育种往往经经34代可选育性状稳定的突变品种。代可选育性状稳定的突变品种。n尤其对无性繁殖的种类。苏联用尤其对无性繁殖的
8、种类。苏联用15004500伦琴的伦琴的60Co照射苹果芽膨大期的枝段，用短枝型作接穗，照射苹果芽膨大期的枝段，用短枝型作接穗，V2代代筛选了突变性状，很快获得新短枝型品种。筛选了突变性状，很快获得新短枝型品种。克服远缘杂交不亲和及改变植物的授粉、受精习性 n如早熟与低产，高产与晚熟，矮秆与早衰，大粒与秆高等两个性状紧密连锁。难以分开.n辐射可以使染色体断裂，产生各种形式染色体结构变异，即重复duplication、倒位inversion、易位translocation、缺失deficieny。n打破连锁及进行基因重组对抗病育种和远缘杂交特别有利。w瞿麦瞿麦（Dianthus supertbu
9、s）与与石竹石竹（D.chinensis）远缘杂交）远缘杂交 先将石竹干先将石竹干种子用种子用60Co照射（照射（80Rmin）照射选变异株作亲）照射选变异株作亲本杂交，获得远缘杂种。本杂交，获得远缘杂种。w Sears等常用等常用X射线与回交，将小伞山羊草染色体射线与回交，将小伞山羊草染色体的抗叶绣病基因转移到小麦染色体上，育成软红的抗叶绣病基因转移到小麦染色体上，育成软红小麦唯一带有山羊草的抗病基因品种。小麦唯一带有山羊草的抗病基因品种。三 存在的主要问题 变异的方向和性质无法有效地控制。变异的方向和性质无法有效地控制。有利突变体少有利突变体少 突变率高达突变率高达3，但通常有利只占总突变
10、的，但通常有利只占总突变的1-2%o。有些有利突变体，其综合性状往往不理想。有些有利突变体，其综合性状往往不理想。各个突变性状又分散在不同的突变体中。各个突变性状又分散在不同的突变体中。特别是对体细胞变变特别是对体细胞变变(somatic mutation)常会形成常会形成的嵌合体的嵌合体(chimera)，不易分离出纯的组织变异。，不易分离出纯的组织变异。加上加上突变又多是隐性突变（突变又多是隐性突变（recessive mutation)，有利突变，有利突变性状与不良性状常呈连锁关系。性状与不良性状常呈连锁关系。突变体的鉴定比较困难，不易区分突变体的鉴定比较困难，不易区分生理生理损伤损伤与
11、与遗传变异遗传变异。如何解决以上问题如何解决以上问题?辐射处理花粉，可克服远缘杂交的不亲和性，也可使辐射处理花粉，可克服远缘杂交的不亲和性，也可使 自交不亲和变为自交亲和。自交不亲和变为自交亲和。辐射可诱导雄性不育系产生。辐射可诱导雄性不育系产生。辐射诱变产生的突变体，可作为杂交育种亲本材料。辐射诱变产生的突变体，可作为杂交育种亲本材料。方法：方法：将辐射与化学诱变处理结合，增加变异率。将辐射与化学诱变处理结合，增加变异率。诱变与组培技术相结合：对组织、细胞等进行诱变处诱变与组培技术相结合：对组织、细胞等进行诱变处理，采用组培方法使突变体分离出来。理，采用组培方法使突变体分离出来。1.诱变育种
12、与有性杂交育种相结合，更利于培育新品种。诱变育种与有性杂交育种相结合，更利于培育新品种。2.1 射线种类（Physical Mutagens）2.2 诱变剂量 2.3 诱变方法2.4 辐射诱变机理2.5 诱变剂的选择标准辐射线辐射线非电离辐射非电离辐射电离辐射电离辐射微粒辐射微粒辐射电磁辐射电磁辐射带电粒子带电粒子不带电不带电粒子粒子质子质子射线射线射线射线(特定时特定时)快中子快中子(常用常用)热中子热中子慢中子慢中子 射线射线 射线射线紫外线紫外线辐射育种的几种射线种辐射育种的几种射线种类类各种射线的特征各种射线的特征 射线射线 射线射线 射线射线 中中 子子 x 射线射线 紫外光紫外光
13、激光激光 射线射线 由两个质子和两个中子构成的氦原子流。氦原子与由两个质子和两个中子构成的氦原子流。氦原子与空气分子碰撞便丧失能量，因此可以很容易地被一张纸空气分子碰撞便丧失能量，因此可以很容易地被一张纸挡住。挡住。射线射线 射线：又称乙种射线。它是由放射性同位素（如射线：又称乙种射线。它是由放射性同位素（如32P、35S等）衰变时放出来带负电荷的粒子。重量很小，在空等）衰变时放出来带负电荷的粒子。重量很小，在空气中射程短，穿透力弱气中射程短，穿透力弱,可以被铝箔或玻璃挡住。可以被铝箔或玻璃挡住。在生物在生物体内电离作用较体内电离作用较 射线、射线、X射线强。射线强。中子衰变中子衰变质子质子电
14、子电子反中微子反中微子中子中子质子衰变质子衰变中子中子正电子正电子中微子中微子质子质子X X射线射线是由是由X X光机产生的高能电磁波。光机产生的高能电磁波。X X射线与射线与 射线很相拟。射线很相拟。它的波长比它的波长比 射线长，射程略近。穿透力不如射线长，射程略近。穿透力不如 射线强。射线强。射线射线 衰变的原子核释放的能量。是一种高能电磙波，波衰变的原子核释放的能量。是一种高能电磙波，波长很短（长很短（1010-8-81010-11-11厘米）。穿透力强，射程远厘米）。穿透力强，射程远、以光速以光速传播。传播。(60Co,137Cs)激光：激光：能使生物细胞发生共振吸收，导致体内某些分子
15、原能使生物细胞发生共振吸收，导致体内某些分子原子的能态的激发，或原子、分子离子化，进而引起生物子的能态的激发，或原子、分子离子化，进而引起生物体内部的变异。体内部的变异。中子：中子是不带电的粒子流在自然界里并不单独存在，只中子：中子是不带电的粒子流在自然界里并不单独存在，只有在原子核受了外来粒子的轰击而产生核反应，才从原子有在原子核受了外来粒子的轰击而产生核反应，才从原子核里释放出来。核里释放出来。紫外线：是一种穿透力很弱的非电离射线，可以用来处理微紫外线：是一种穿透力很弱的非电离射线，可以用来处理微生物和植物的花粉粒。生物和植物的花粉粒。空间环境的显著特点是高真空、微重力和强辐射。空间环境的
16、显著特点是高真空、微重力和强辐射。研究表明，植物种子由卫星、高空气球搭载经空间飞行后研究表明，植物种子由卫星、高空气球搭载经空间飞行后会发生遗传性变异，而且这种诱变作用具有普遍性。我国会发生遗传性变异，而且这种诱变作用具有普遍性。我国自自19871987年以来年以来7 7次利用返回式卫星搭载植物种子，从中获次利用返回式卫星搭载植物种子，从中获得了大量的变异类型，涉及到主要粮食及蔬菜作物，并已得了大量的变异类型，涉及到主要粮食及蔬菜作物，并已培育出一些新的突变类型和具有优良农艺性状的新品系。培育出一些新的突变类型和具有优良农艺性状的新品系。利用高空气球搭载植物种子在海拔利用高空气球搭载植物种子在
17、海拔30-4030-40千米高空滞留，千米高空滞留，同样可以获得优良的种质。同样可以获得优良的种质。空间诱变育种农业科研型铯源（农业科研型铯源（Cs-137）辐照装置图片辐照装置图片科研型钴源（科研型钴源（Co-60）辐照装置图辐照装置图源升降装置源升降装置操作大厅操作大厅控制室控制室辐照中心全景辐照中心全景w(一一)强度强度 放射性强度放射性强度-毫居里毫居里(mCi)或微居里或微居里(Ci)1贝可贝可(Bq,Beequare)/sec 2.703X10-11w(二二)剂量强度剂量强度 1.照射剂量照射剂量伦琴伦琴R(X 常用单位常用单位)1 库伦库伦(Coulomb)/kg 3876R 2
18、.吸收剂量吸收剂量拉特拉特(Rad)(即组织伦琴即组织伦琴)戈瑞戈瑞(Gray)1(J)/kg 或或 100Ra 3.中子流量中子流量-n/cm2 或或 Rad辐射剂量：辐射剂量：单位体积或单位质量的物质吸收的能量。单位体积或单位质量的物质吸收的能量。照射量（符号为X）它是指X射线和射线在空气中任意一点处产生电离本领大小的一个物理量。国际单位：c/kg（库仑/千克）暂时用单位：R（伦琴）1R=2.5810-4c/kg 照射量率：指单位时间内的照射量。单位：c/（kg.s）库仑/（千克.秒）吸收剂量（符号为吸收剂量（符号为D D）和吸收剂量率和吸收剂量率吸收剂量：指被照射物某一点上单位质量中所吸
19、收的能量值。国际单位：戈瑞（Gy）1千克被照射物吸收电离辐射的能量为1J（焦耳）时称为1Gy。即：1Gy=1J/kg。暂用的原专用单位：rad（拉特）1Gy=100rad吸收剂量率：是指单位时间内的吸收剂量。单位：Gy/h、Gy/min、Gy/s、rad/h、rad/min、rad/s积分流量：积分流量：中子射线的剂量计算，一向以每平方厘米上通过多少个数来确定的，其单位以中子数/厘米2表示。放射性强度放射性强度单位是以放射性物质在单位时间内发生的核衰单位是以放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目来表示的。变数目来表示的。国际单位：Bq（贝克或贝克雷尔）放射性核每秒衰变一次为1Bq。暂时并用的原
20、专用单位 Ci（居里）1Ci为放射性同位素每秒有3.71010个核衰变。即3.71010Bq1mCi=3.7107个核衰变/秒=3.7107Bq辐射处理的方法 n概念：概念：指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射线线(射线射线,射线射线,中子中子)照射植物各个器官。是指被照射照射植物各个器官。是指被照射的种子、球茎、鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株等所受的种子、球茎、鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。目前外照常用的是的辐射来自外部的某一辐射源。目前外照常用的是X射射线，线，射线、快中子或热中子。射线、快中子或热中子。n特点特点:
21、较为安全，简单。适于处理大量试材，可进行较为安全，简单。适于处理大量试材，可进行一代照射和多代重复照射，一次照射和多次照射。一代照射和多代重复照射，一次照射和多次照射。外照射exogenome irradiationexogenome irradiation分类急性照射（急性照射（acute irradiation）采用较采用较高高的剂量的剂量率进行率进行短短时间连续照射时间连续照射.慢照射慢照射(chronic radiation)田间辐射场，用田间辐射场，用低低剂量率在植物的某一个生长期内进行剂量率在植物的某一个生长期内进行长长时间连时间连续照射续照射.根据照根据照射时间射时间按处理按处理
22、器官组器官组织可分织可分种子照射种子照射花粉照射花粉照射 营养器官的照射营养器官的照射 营养器官的照射营养器官的照射 用枝条用枝条,块茎或嫁接苗进行辐射处理块茎或嫁接苗进行辐射处理,是果树辐射是果树辐射诱变常用的方法诱变常用的方法,可以大大提高突变频率可以大大提高突变频率,并且比照射并且比照射花粉和种子具有结果早花粉和种子具有结果早,鉴定快等特点鉴定快等特点.花粉照射花粉照射 照射的方法有两种照射的方法有两种,一种先将花粉收集于容器内一种先将花粉收集于容器内,经照射后立即授粉经照射后立即授粉,另一种是直接照射植株上的花粉另一种是直接照射植株上的花粉,可以用手提式的装置或田间辐射圃进行田间照射可
23、以用手提式的装置或田间辐射圃进行田间照射.种子照射种子照射 可采用干种子可采用干种子,湿种子和萌动种子进行照射湿种子和萌动种子进行照射.内照射(inner radiation)是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。照射源：照射源：32P、36S、14C等放射性元素的化合物。等放射性元素的化合物。照射方法：照射方法：n浸泡种子或枝条；浸泡种子或枝条；n注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位；注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位；n施入土壤：施于土壤中使植物吸收；施入土壤：施于土壤中使植物吸收；1.饲养法：用放射性的饲养法：用放射性的14C供给植物，借助于光合作用供
24、给植物，借助于光合作用所形成的产物来进行内照射。所形成的产物来进行内照射。注意事项：注意事项：n利用内照射诱变需要一定的实验设备；利用内照射诱变需要一定的实验设备；n试验过程中还需要一定的防护，预防放射试验过程中还需要一定的防护，预防放射性同位素的污染，性同位素的污染，n处理过的材料在一定时间内带有效射性。处理过的材料在一定时间内带有效射性。辐射诱辐射诱变机理变机理 遗遗 传传 学学 类类 别别 染色体变化染色体变化（细胞水平细胞水平）基基 因因 突突 变变 （分子水平）分子水平）整个染色体组整个染色体组的变化的变化个别染色体组个别染色体组的变化的变化个别染色体的个别染色体的 结构的变化结构的
25、变化核基因突变核基因突变 核外基因突变核外基因突变大突变大突变小突变小突变重复重复;缺失缺失;易位易位;倒倒位；断裂等位；断裂等染染色色体体数数目目的的改改变变1 1整倍体（整倍体（euploideuploid）变异）变异单倍体（单倍体（haploid）同源多倍体（同源多倍体（autopolyploid）异源多倍体（异源多倍体（allopolyploid）部分异源多倍体（部分异源多倍体（segmental polyploid）同源异源多倍体（同源异源多倍体（auto-allopolyploid）2 2非整倍体（非整倍体（aneuploidaneuploid）变异）变异超倍体（超倍体（hyper
26、ploid）亚倍体（亚倍体（hyploid）三体（三体（trisomic）四体（四体（tetrasomic）双三体（双三体（double trisomic）单体（单体（monosomic）缺体（缺体（nullisomic）双单体（双单体（double monosomic）染色体染色体畸变畸变染色体染色体畸变畸变染色体结构畸变类型染色体结构畸变类型 末端缺失、微小体、具着丝点和不末端缺失、微小体、具着丝点和不具着丝点的环、臂间倒位、相互易位、具着丝点的环、臂间倒位、相互易位、双着丝点或多着丝点、单体交换等。双着丝点或多着丝点、单体交换等。DNADNA损失模型损失模型外照射对外照射对DNA的损伤的
27、损伤1 UV1 UV引起的损伤引起的损伤Purin 和和Pyrimidine对辐射的耐性对辐射的耐性:Aderine Guanine Cytosine Thymine 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 TT CC CT 二聚体二聚体外照射对外照射对DNA的损伤的损伤UVUV引起的损伤引起的损伤 高等植物有表皮组织和各种色素对高等植物有表皮组织和各种色素对UVUV有很强的有很强的反射作用和吸收作用，因而，对反射作用和吸收作用，因而，对UVUV极不敏感。然而，极不敏感。然而，花粉花粉和和离体培养细胞离体培养细胞易遭到易遭到UVUV的伤害。的伤害。胞嘧啶胞嘧啶C光产物光产物
28、-OH-H外照射对外照射对DNA的损伤的损伤2 2 电离辐射引起的同型转换电离辐射引起的同型转换TA T G PNNTT T电离态电离态GGC GT NPNGG G电离态电离态T外照射对外照射对DNA的损伤的损伤3 3 氢键断裂氢键断裂 A A=T G T G=C C4 DNA4 DNA链断裂链断裂 单链双链单链双链单链断裂原因：单链断裂原因：1）直接切断磷酸酯键；）直接切断磷酸酯键；2）破坏脱氧核糖；）破坏脱氧核糖；3）碱基损伤后发生脱嘧啶和脱嘌呤作用；）碱基损伤后发生脱嘧啶和脱嘌呤作用；4）OH下不稳定；下不稳定；5）由酶引起的切断。）由酶引起的切断。外照射对外照射对DNA的损伤的损伤 5
29、 5 形成交联形成交联两条两条DNA螺旋之间螺旋之间DNA双链之间双链之间DNA与蛋白质之间与蛋白质之间内照射由原子核蜕变引起基因突变内照射由原子核蜕变引起基因突变inner radiation inner radiation 放射性元素进入植物体内部，由于原子核不断衰变放射性元素进入植物体内部，由于原子核不断衰变 放射出各种电荷粒子的射线放射出各种电荷粒子的射线 转变另一种元素转变另一种元素,一定程度影响分子结构的物理化学特性一定程度影响分子结构的物理化学特性.32P 射线射线 32S 通常干种子的剂量为通常干种子的剂量为60-100R/min,花粉为花粉为10R/min左左右右,剂量率不应
30、该超过剂量率不应该超过160R/min.剂量率剂量率dose rate：即单位时间内射线能量的大小。单位即单位时间内射线能量的大小。单位以伦以伦/分或伦分或伦/小时来表示。小时来表示。剂量率在辐射育种中很重要，往往用同一剂量处理同剂量率在辐射育种中很重要，往往用同一剂量处理同一个品种的种子，剂量率不同，辐射效果也不相同。一个品种的种子，剂量率不同，辐射效果也不相同。适宜剂量和剂量率选择 选择适宜剂量的原则“活、变、优活、变、优”。活活-后代有一定成活率；后代有一定成活率；变变-指成活个体中有较大变异效应；指成活个体中有较大变异效应；优优-指变异中有较多有利突变。指变异中有较多有利突变。致死剂量
31、:（LD 100）半致死剂量:（LD 50）临界剂量：（LD 40）一般认为最好的照射剂量应选择在临界剂量附近，即被照射的种子或芽成活率为40%；或半致死剂量，即辐射后成活率为50%；或几种剂量处理比较稳妥。剂量率以50-200伦琴/分为宜。诱变效果决定于：剂量、剂量率和材料敏感性。注意：高剂量不仅造成大量死亡，导致选择几率降低，注意：高剂量不仅造成大量死亡，导致选择几率降低，而且造成染色体较大损伤，从而导致较大比例的有害突变。而且造成染色体较大损伤，从而导致较大比例的有害突变。化学诱变剂的种类化学诱变剂的种类 （Chemical Mutagens）化学诱变机理化学诱变机理 诱变方法诱变方法
32、诱变剂量及选择标准诱变剂量及选择标准 Chemical mutagens n烷化剂烷化剂 芥子气类芥子气类:硫芥硫芥-S-CH2-CH2Cl、氮芥氮芥 NCH2-CH2Cl 乙烯亚胺和环氧乙烷类乙烯亚胺和环氧乙烷类:乙烯亚胺乙烯亚胺-NCH2CH2 环氧乙烷环氧乙烷-CHOCH2 烷基磺酸盐酸和烷基硫酸盐类烷基磺酸盐酸和烷基硫酸盐类:磺酸盐磺酸盐-SO2OR EMS 硫酸盐类硫酸盐类-SO4R DES 亚硝基烷基化合物亚硝基烷基化合物:R1-NR2NOn核酸碱基类似物核酸碱基类似物 5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-Bu),2-氨基嘌呤氨基嘌呤(AP)n诱发译码突变的诱变剂诱发译码突变的诱变剂 原黄素
33、原黄素(proflavin),吖啶黄吖啶黄(acridine yellow)n其他诱变剂其他诱变剂 HNO2 NaN3（azide）秋水仙素秋水仙素 colchicine Efficient mutagens,but toxic,dangerous to use,and potential crcinogens,are:Ethylenimine(氮丙啶 EI);N-nitroso-N-ethylurea(亚硝替乙脲NEU);N-nitroso-N-methylurea(亚硝替甲脲NMU);1,4-bisdiazoacetylbutane(1,4-双重氮乙酰丁烷)化学诱变剂的效应 化学诱变剂有各
34、自的活性基团化学诱变剂有各自的活性基团，具有特有的化学具有特有的化学性质性质。它们直接与它们直接与RNA 或或 DNA反应反应，引起突变引起突变。烷化剂烷化剂 利用其烷基利用其烷基(能置换或取代其他分子的能置换或取代其他分子的H原原子发生烷化子发生烷化)来烷化其磷酸基来烷化其磷酸基，嘌呤基嘌呤基，嘧啶基嘧啶基，使使DNA 碱基易于水解，结果造成碱基易于水解，结果造成DNA 导缺失及修补，导缺失及修补，从而致遗传密码的改变从而致遗传密码的改变。作用重点是核酸，导致作用重点是核酸，导致DNA断裂、缺失或修补断裂、缺失或修补。诱发译码突变的诱变剂 如原黄素、如原黄素、ICRICR170,170,能嵌
35、入能嵌入DNADNA分子双链中心的碱基之分子双链中心的碱基之间，引起单一核苷酸的缺失或插入间，引起单一核苷酸的缺失或插入,遗传密码编组的移动遗传密码编组的移动,使转录和翻译错误使转录和翻译错误,产生突变产生突变。核酸碱基类似物核酸碱基类似物 5-5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶 取代取代DNADNA中的嘧啶，可以同中的嘧啶，可以同A A和和G G配对。配对。2-2-氨基嘌呤氨基嘌呤 取代取代DNADNA中的嘌呤，可以同中的嘌呤，可以同C C和和T T配对。配对。作为作为DNADNA的成份而渗入到的成份而渗入到DNADNA分子中去，使分子中去，使DNADNA复制时发复制时发生配对错误，从而引起有机体变异。生
36、配对错误，从而引起有机体变异。HNO2腺嘌呤腺嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤NH2OH胞嘧啶胞嘧啶尿嘌呤尿嘌呤NH2NH2OH秋秋 水水 仙仙 素素 针对在有丝纺裂中针对在有丝纺裂中期的细胞期的细胞，阻止形成阻止形成纺锤丝纺锤丝，染色体不走染色体不走向两极向两极，从而产生染从而产生染色体数加倍的核色体数加倍的核。(对对染色体的结构无显著染色体的结构无显著影响影响)化学诱变与辐射诱变生物学效应之区别辐射诱变化学诱变产生较大的染色体突变产生较大的染色体突变引起的染色体断裂局限于某些部位引起的染色体断裂局限于某些部位造成的染色体断裂是造成的染色体断裂是随机分布的随机分布的有特异性有特异性,遗传变异定位的程度比
37、遗传变异定位的程度比辐射高辐射高,诱发突变性状有明显的专诱发突变性状有明显的专一性一性反应迅速激烈反应迅速激烈,极短极短时间内完成时间内完成效应比较迟缓效应比较迟缓,诱发的断裂保持一诱发的断裂保持一个较长的潜伏期个较长的潜伏期,主要表现潜在损主要表现潜在损伤伤,还存在残留药物的后效作用还存在残留药物的后效作用相对较低相对较低突变频率高突变频率高,尤其叶绿素突变频率尤其叶绿素突变频率非常高非常高 化学诱变剂使用上化学诱变剂使用上,经济经济,且每次用量少。另大部且每次用量少。另大部分能致癌，而分能致癌，而NaNNaN3 3非致癌剂，毒性小，目前使用最多。非致癌剂，毒性小，目前使用最多。Nilan
38、Nilan 用用NaN3NaN3处理大麦种子叶绿素突变频处理大麦种子叶绿素突变频率达率达46%,46%,非致死形态突变频率达非致死形态突变频率达58.5%58.5%化学诱变处理的方法（种子或枝芽浸泡法）l处理前的浸泡处理前的浸泡：在诱变处理前预先用水浸泡种子，可以提高其对诱变的敏感性，浸泡能提高细胞膜透性，加速诱变剂的吸收，同时使细胞代谢活跃起来，并促进DNA的合成，这个现象称水合作用。l药剂处理药剂处理：当种子进入水合阶段后，便可进行药剂处理，处理药液的温度不同，诱变效果不同，一般宜在低温下进行处理。二甲亚砜可以提高化学诱变剂的穿透作用。增大2-3个大气压，可提高化学诱变剂的穿透性，提高诱变
39、效果。漂洗和播种漂洗和播种：必须用清水进行充分漂洗，立即播种.化学诱变的诱变剂量n化学诱变剂的使用剂量与处理的持续时间和处理时的温度密切相关。npH值、处理材料的组织结构和生理生化特性，处理后种子冲洗时间也影响诱变效果。化化 学学 诱诱 变变 方方 法法浸渍法浸渍法 如浸渍种子如浸渍种子、接穗接穗、插条插条、块茎块茎、块根等块根等、也可将开花的花也可将开花的花枝剪下插入药剂枝剪下插入药剂，吸收一定量后吸收一定量后，开花时收集其花粉开花时收集其花粉。涂抹法和滴液法涂抹法和滴液法 用脱脂棉或纱布蘸取药剂涂抹植株用脱脂棉或纱布蘸取药剂涂抹植株，枝条枝条，块茎块茎等的生长点或芽眼或用吸管吸取药液滴于材
40、料的顶芽或侧芽等的生长点或芽眼或用吸管吸取药液滴于材料的顶芽或侧芽.注入法注入法 利用注射器利用注射器,或浸透诱变剂溶液的棉球包缚在茎的切口处或浸透诱变剂溶液的棉球包缚在茎的切口处,引引入到植株入到植株,花序或枝条等。花序或枝条等。熏蒸法熏蒸法 针对产生蒸气的诱变剂针对产生蒸气的诱变剂(如如EthylenimineEthylenimine氮丙啶氮丙啶 EI)EI)而言而言.将花粉或花序置于密封潮湿的小箱中将花粉或花序置于密封潮湿的小箱中,使药剂蒸气对其进行熏使药剂蒸气对其进行熏蒸蒸.施入法施入法 在生长基质中在生长基质中,加入的浓度诱变剂加入的浓度诱变剂,由根吸收或简单的渗透扩由根吸收或简单的
41、渗透扩散作用进入植物体内散作用进入植物体内.属于慢性处理属于慢性处理.第四节第四节 突变体的鉴定、突变体的鉴定、HHHH HHHH 培育和选择培育和选择Identificaton andEvaluation of Mutants Identification of mutants in the mutgen-treated population is the most difficult phase of mutation breeding.Mutations affecting gross morphology of plant,such as size and type of growth
42、,or color of leaves、flower、or fruit,can recognized without great difficulty,while small deviations in factors constituting plant hardiness or fruit flavor frequently remain undetected.Characters such as productivity or season of fruit maturity require many years of observation in well designed tests
43、.(一)植物损伤的鉴定1.发芽力与存活数量测定：辐射对种子的发芽力影响不大，但在田间条件下出苗数有明显减少，化学诱变剂处理却严重地降低发芽力。一般在播种或嫁接后一定时间内(46周)，在田间对发芽株数进行定量测定，枝条浸在营养液中，34周统计萌发数。2.幼苗高度的测定：嫁接苗第一次停长时统计其平均值。（二）细胞学效应的鉴定 种子处理后，观察茎或根细胞的第一次有丝分裂周期是确定诱变因素效应的快速测验法。在中期：易 位：根据环和链的形成来识别 大缺失：死亡(小缺失在中期看不出来)倒 位：自然状况下，柑桔墨西哥来檬44%倒位桥，意大利柠檬倒位杂合性占11%。倒位或易位的杂合性导致花粉高度不育性。诱变处
44、理后代产生的各种遗传性变异，可以通诱变处理后代产生的各种遗传性变异，可以通过无性繁殖固定下来，并进一步鉴定其产量、品质、过无性繁殖固定下来，并进一步鉴定其产量、品质、成熟期、株型、抗性等方面的经济价值。成熟期、株型、抗性等方面的经济价值。统计分析统计分析 如：紧凑生产突变型如：紧凑生产突变型 指标有新梢长度（指标有新梢长度（L）、节间长度）、节间长度（I）、新梢直径（）、新梢直径（D）、）、D：L、D：I和和L：I等等（三）突变体性状鉴定（四）分子水平的鉴定 利用限制性片段长度多态性利用限制性片段长度多态性(RAPD)，可使嵌合，可使嵌合体、点突变反应出来。体、点突变反应出来。在诱变育种中的困
45、难是如何发现突变体在诱变育种中的困难是如何发现突变体，特别是特别是变异特征不太明显变异范围不大的突变变异特征不太明显变异范围不大的突变，有的即使发有的即使发现突变现突变,往往经过一段时间后又会消失往往经过一段时间后又会消失。因此因此，对诱变对诱变材料繁殖的后代材料繁殖的后代，除了要除了要 注意良好的生长条件和栽注意良好的生长条件和栽培管理外培管理外，还要还要采用一定的方法采用一定的方法，促使扇性突变体扩促使扇性突变体扩大大,并明显的地表现出来并明显的地表现出来，这是诱变育种工作的关键这是诱变育种工作的关键。M1代代 辐射当代（辐射当代（M0代）播种后形成的植株称代）播种后形成的植株称M1代。代
46、。M1自自交为交为M2代，依次类推。代，依次类推。隐性可遗传变异在隐性可遗传变异在M1代通常不表现。代通常不表现。M1代大多为生理变异（生理损伤或畸形），该种变异代大多为生理变异（生理损伤或畸形），该种变异不遗传。不遗传。如植株生长不良、生育期延迟、结实性下降等。如植株生长不良、生育期延迟、结实性下降等。所以，所以，M1代不进行淘汰，全部留种。代不进行淘汰，全部留种。M1植株应隔离，使其自花授粉，避免其它基因的混入植株应隔离，使其自花授粉，避免其它基因的混入而造成混杂。而造成混杂。M2代代:M1植株通常为变异嵌合体。因此对植株通常为变异嵌合体。因此对M1最好能将果最好能将果实或果穗分别采收种子
47、，然后每果或每穗播种成一个小区实或果穗分别采收种子，然后每果或每穗播种成一个小区称为称为果系区果系区或或穗系区穗系区。对发生了变异的果行，从中选。对发生了变异的果行，从中选出有经济价值的突变株留种。出有经济价值的突变株留种。M2代要求尽可能扩大群体数代要求尽可能扩大群体数目。目。M3代代:将将M2代中各变异株分株采种，分别播种，成为代中各变异株分株采种，分别播种，成为“株株系区系区”，进一步分离、鉴定，淘汰不良株系，在优良株系中，进一步分离、鉴定，淘汰不良株系，在优良株系中选出最优单株留种。选出最优单株留种。M4-5代代:M3代优良单株播种成为代优良单株播种成为M4，进一步选择优良株系。进一步
48、选择优良株系。如果该株系内各植株性状相当一致，便可将该系的优良如果该株系内各植株性状相当一致，便可将该系的优良单株混合播种为一个小区，成为单株混合播种为一个小区，成为M5。至此突变稳定，最后至此突变稳定，最后参加品种比较试验。参加品种比较试验。用突变的花粉用突变的花粉，授粉的后代整个植株可带上变异授粉的后代整个植株可带上变异，成成为异质结合体为异质结合体，不会出现嵌合体不会出现嵌合体。M1-照射的花粉或照射处于配子体发育时期的植株照射的花粉或照射处于配子体发育时期的植株 M2-所结的种子包括照射花粉所结的种子所结的种子包括照射花粉所结的种子，及长成的及长成的 植株植株 (可进行选择可进行选择)
49、M3(才出现性状分离才出现性状分离)aaAa1AA:2Aa:1aaAA1AA:2Aa:1aaaaAAAa1AA:2Aa:1aaM1M2M3M1表现表现 M2 纯合纯合M3鉴定鉴定M2 表现表现 纯合纯合 同时鉴定同时鉴定Lapins et.al,1969接穗接穗VM0接穗的腋芽初生芽接穗的腋芽初生芽初生芽萌发为一级枝初生芽萌发为一级枝VM1一级枝上的叶初生叶一级枝上的叶初生叶一级枝上的腋芽次生芽一级枝上的腋芽次生芽次生芽又萌发为二级枝次生芽又萌发为二级枝VM2二级枝着生次生叶，其腋芽为三级二级枝着生次生叶，其腋芽为三级芽，又萌发为三级枝，即芽，又萌发为三级枝，即VM3VM0-亲本世代亲本世代
50、VM1-突变一代突变一代 VM2-突变二代突变二代 无性繁殖植物突变世代划分，一般以营养繁殖的次数作为突无性繁殖植物突变世代划分，一般以营养繁殖的次数作为突变世代数。变世代数。分离繁殖法分离繁殖法：根据实践经验，果树休眠芽基部叶原基的叶腋分生根据实践经验，果树休眠芽基部叶原基的叶腋分生组织中细胞很少，辐射处理通常可产生较宽的突变扇形组织中细胞很少，辐射处理通常可产生较宽的突变扇形体。其初生枝基部腋芽，通过重复分离繁殖，可以使突体。其初生枝基部腋芽，通过重复分离繁殖，可以使突变扇形体继续生长扩大，这样有可能将同质突变体从嵌变扇形体继续生长扩大，这样有可能将同质突变体从嵌合状态分离出来。合状态分离
