1、第七章第七章 诱变育种诱变育种重点：重点：诱变育种的概念、诱变方法，诱变育种程序。概念：概念：(induced mutation breeding)(induced mutation breeding)利用物力和化学因素诱导生物发生遗传变利用物力和化学因素诱导生物发生遗传变异，再通过选择育成新品种的方法。异，再通过选择育成新品种的方法。诱变育种可分为：诱变育种可分为：物理诱变育种物理诱变育种 化学诱变育种化学诱变育种第一节第一节 诱变育种的意义及特点诱变育种的意义及特点 20世纪20年代，Stadler用射线诱发玉米、大麦发生突变，Tollenear(1934)利用射线育成第一个烟草突变品种C
2、hlorina，Gustafsson(1948),利用芥子气（毒气、化学诱变剂）处理大麦获得突变体；Nilan(1967)用硫酸二乙酯处理大麦育成矮杆、高产品种Luther。目前诱变育种已成为作物育种的重要方法之一。特点特点（1）优点）优点v提高突变率，变异范围广。突变率可达3%，比自然突变高100-1000倍。突变类型多，还可能产生新基因。v对单一性状改良有效。如早熟性、株高等。v多为点突变和隐性突变，易稳定，育种年限短。热中子，极早熟大豆哈75-222，比原品种早32天；原丰早（射线，射线，早40天）；印度，热中子，蓖麻早150天（270天120天）；大麦白粉病抗性基因mlo。（2）局限）
3、局限有利变异少。难以综合改良。诱变的方向和性质尚不能控制。株高变矮株高变矮熟期变早熟期变早果皮变深果皮变深辐射引起甘薯叶和块根的变异辐射引起甘薯叶和块根的变异 作作物物种种类类 1966-80 1981-85 1986-2001 总总计计(%)谷谷物物 油油料料作作物物 经经济济作作物物 蔬蔬菜菜 果果树树 饲饲料料作作物物 观观赏赏植植物物 130 19 4 1 1 42 6 2 2 4 1 6 221 47 18 13 14 12 82 393 72 24 16 19 13 88 62.9 11.5 3.8 2.6 2.6 2.1 14.12 总总计计 155 63 407 625 我国植
4、物诱变育种成就我国植物诱变育种成就(1966-2001)（一）物理诱变剂的种类及其性质（一）物理诱变剂的种类及其性质 物理诱变剂：各种辐射线。因此，物理诱变通常称为辐射诱变。根据辐射线照射植物体后是否引起物质的电离，可分为电离辐射线和非电离电离辐射线。目前用于作物育种的大多是电离辐射线。第二节第二节 辐射育种辐射育种1、电离电离辐射线辐射线v射线（伦琴射线）：射线（伦琴射线）：最早用于诱变的射线。由x光机产生的电离辐射线，其能量和穿透力与光机的工作电压有关。工作电压低产生的为软射线，穿透力较弱，适于花粉外照射；工作电压高产生的为硬射线，穿透力较强，适合小块组织、愈伤组织的外照射。v射线（丙种射
5、线）：射线（丙种射线）：是一种短波长、能量高、穿透力强的电离辐射线。农用射线由放射性同位素60Co、137Cs产生，是目前应用最多的射线。需专门的照射室(60Co源室)，有严密防护，安全。适于外照射。四川省农科院的钴圃外貌四川省农科院的钴圃外貌钴源遥控操作室钴源遥控操作室不同剂量钴辐射照射甘薯幼苗及成活表现不同剂量钴辐射照射甘薯幼苗及成活表现v中子：中子：不带电粒子，穿透力强，可直接进入细胞核内，适于处理种子、植株的外照射。v射线：射线：带电粒子,质量小速度快，可以穿透几毫米的组织。育种上常用的射线射线由放射线性同位素32P、35S产生。32P、35S必须进入植物组织和细胞后作为内照射内照射才
6、能产生诱变作用。中子照中子照射装置射装置高压发高压发生器生器靶室装置靶室装置加速管加速管不同照射距离不同照射距离2、非电离辐射非电离辐射线线v 紫外线：紫外线：波长较长、能量较低、穿透力不强，多用于照射花粉、孢子、组织培养中产生的愈伤组织等。通常以低压水银灯作为紫外线源。有效波长为250290nm（核酸吸收光谱区）。v其它物理诱变因素其它物理诱变因素激光 电子束、等q航天育种航天育种(太空育种):指利用返回式航天器和高空气球等所能达到的空间环境对植物的诱变作用以产生有益变异，在地面选育新种质、新材料，培育新品种的农作物育种新技术。其确切的诱变因素、诱变机理、遗传特点不清，在学术界还有争论。（上
7、海东方科举论坛，（上海东方科举论坛，张院士）张院士）我国在该领域取得了国际领先水平的研究成果，已育成许多作物新品种。太空椒：太空椒：“太空椒”卫星87-2单果最重达750g，平均重量达400克，亩产比地面对照的青椒高25%30%，维生素C含量和可溶性固形物的含量也高20%和25%，而得病率却减少62%。这个巨人南瓜是驻哈“老虎团”生产基地自行培育，并经过我国首次载人航天飞船“神州五号”带入太空育种的。品质好，一般重量在300到400斤。孔雀草 花朵大、多、艳丽，而且一株孔雀草开不同的花色不同花朵。1987年8月5日，利用我国第九颗返回式科学试验卫星第一次将一批水稻和青椒青椒等农作物种子送向太空
8、，目的并不是育种，只是想了解空间环境对植物遗传性的影响。科学家无意中发现，上过天的种子发生了一些意外的遗传变异，因此人们开始考虑农作物的航天育种。2003年4月，经国家有关部门批准，航天育种工程项目正式启动。（福建，（福建，2005年重大育种专项）年重大育种专项）到目前为止，我国先后进行了13次70多种农作物的空间搭载试验，在水稻、小麦、棉花、番茄、青椒和芝麻等作物上诱变培育出30多个品种通过审定，还获得了一些罕见突变材料。青椒：青椒：个头非常大，可当水果。个头非常大，可当水果。水稻：水稻：福建农科院（特优航一号，II优航一号）、华南农业大学（抗病材料）。（二）辐射诱变的机理（二）辐射诱变的机
9、理 1、物理作用阶段、物理作用阶段 生物有机体内的遗传物质某分子部位受到不同能量辐射后，可能产生不同的核物理效应。“光电效应光电效应”和和“康普顿一吴有训效应康普顿一吴有训效应”。而当受到的辐射能量足以使该电子脱离原子核吸引,则会导致“离子对生成”。这些变化均是在物理状态下进行的。光电效应：光电效应：入射的光量子把它的全部能量转入射的光量子把它的全部能量转移到一个原子体系的电子上，使电子脱离原子移到一个原子体系的电子上，使电子脱离原子而运动，释放出来的电子统称光电子，光电子而运动，释放出来的电子统称光电子，光电子能使与其相遇的原子产生电离。能使与其相遇的原子产生电离。hv2、化学反应阶段、化学
10、反应阶段 当被照射后的遗传物质分子失去电子或得到电子后，则形成“离子对”及“自由基”，其活跃程度大大增强，带不同电荷的基团极有可能发生分解或聚合反应，从而导致新的化学成分产生。由于活的生物组织含有约由于活的生物组织含有约75%的水，的水，因此水就成为电离辐射的最丰富的靶分子。因此水就成为电离辐射的最丰富的靶分子。直接作用直接作用:H2O -OH-+H+间接作用间接作用:H2O -OH +H -H2O2+HO2 3、生物学阶段、生物学阶段 染色体断裂；基因突变；细胞分裂异常。作用于微管蛋白作用于微管蛋白（三）（三）辐射处理方法辐射处理方法1、外照射：、外照射：指受处理的材料暴露在射线下进行照射。
11、v要求要求射线能量大、射程远、穿透力要强，如中子、等。v优点优点是方便，可集中处理大量材料，无污染（有严格防护）。60Co射线种植房，慢照射射线种植房，慢照射2、内照射、内照射:将放射性同位素（P32、S35）直接引入植物体内，由它放射出的射线在体内进行照射。v易造成污染，应用受到限制。v优点：剂量低、持续时间长，大多植物都可在生育阶段处理。内照射的方法有以下几种：内照射的方法有以下几种：（三）（三）辐射处理方法辐射处理方法浸种法：浸种法：含32P或35S溶液浸泡种子或枝芽。施入法：施入法：做成“超微量元素”肥料施入土壤(如用32P的磷肥、35S的硫肥)，让植物入体内。涂沫法：涂沫法：将32P
12、或35S与湿润剂配合，涂在植物体的创口上，通过根外吸收引入植物体内。注射法：注射法：用注射器将含32P或35S溶液注入植物组织内(如嫩枝、幼芽、花蕾、块茎、鳞茎等)。不同剂量的中子处理后长出的小麦幼苗不同剂量的中子处理后长出的小麦幼苗（剂量：低（剂量：低高）高）种 类 处 理 材 料 常 用 剂 量 和线（仑）中子流（n/cm2）甘蓝 干种子 10万左右 芥菜 干种子 10万左右 芜青 干种子 10万左右 冬萝卜 干种子 10万左右 四季萝卜 干种子 10万左右 大白菜 干种子 810万左右 花椰菜 干种子 8万左右 种 类 处 理 材 料 常 用 剂 量 和线（仑）中子流（n/cm2）甜菜
13、干种子 5万 番茄 干种子 2.55万 甜椒 干种子 24万 茄子 干种子 58万 甜瓜 干种子 46万 黄瓜 干种子 58万 西瓜 干种子 25万 芹菜 干种子 67万 菜豆 干种子 12.5万 豌豆 干种子 0.52.5万 大豆（毛豆）干种子 11.5万 种 类 处 理 材 料 常 用 剂 量 和线（仑）中子流（n/cm2）蚕豆 干种子 12万 甜玉米 干种子 2万左右 菠菜 干种子 2万左右 时萝菜 干种子 12万 圆葱 干种子 45万 鳞 茎 0.060.08万 大蒜 鳞 茎 0.060.08万 马铃薯 块 茎 0.20.5万 植物种类 辐射材料 射线种类 剂量（krad）植物种类 辐
14、射材料 射线种类 剂量（krad）菊花 嫩茎 X 0.8 0.9 秋海棠 叶 X 2 3 菊花 发根插条 1 3 毛叶秋海棠 插叶不定芽 10 菊花 发根插条 快中子 0.3 0.5 落地生根 叶 X 2 菊花 组培芽点 1 3 落地生根 幼苗 X，1.5 2 非洲菊 幼株 X 1 6 阿美尼亚麝香兰 叶片 X 1 1.5 大丽菊 新收获块根 X 2 3 阿美尼亚麝香兰 鳞茎 X 3 5 波斯菊 发根插条 1 2 花叶兰 种子 X 0.3 0.4 绣线菊 干种子 2 美人蕉（2x）根茎 2 蔷薇属 一年生植株 X 8 9 美人蕉（3x）根茎 2.7 第三节第三节 化学诱变育种化学诱变育种化学诱
15、变：化学诱变：是用化学诱变剂处理植物材料，以诱发遗传物质的突变，从而引起形态特征的变异，然后根据育种目标，对这些变异进行鉴定、培育和选择，最终育成新品种。第三节第三节 化学诱变育种化学诱变育种 带有一个或多个活泼的烷基，可转移到其他分子带有一个或多个活泼的烷基，可转移到其他分子上，置换碱基中的氧原子。上，置换碱基中的氧原子。1.烷化剂烷化剂 NaN 3，可使复制中的，可使复制中的 DNA 的碱基发生替的碱基发生替换，是目前诱变率高而安全的一种诱变剂。换，是目前诱变率高而安全的一种诱变剂。2.叠氮化钠叠氮化钠 与与 DNA 碱基的化学机构相类似，能与碱基的化学机构相类似，能与 DNA 结合，导致
16、错误配对，碱基置换，结合，导致错误配对，碱基置换，产生突变。产生突变。3.碱基类似物碱基类似物 一一 化学诱变剂的类别与性质化学诱变剂的类别与性质 第三节第三节 化学诱变育种化学诱变育种 化学诱变的机制化学诱变的机制 碱基置换碱基置换烷化剂、碱基类似物烷化剂、碱基类似物 碱基脱落碱基脱落烷化剂，（鸟嘌呤烷化剂，（鸟嘌呤G脱离脱离DNA分子分子形成一个空位，于是可被形成一个空位，于是可被4种碱基取代，形成碱种碱基取代，形成碱基转换（嘌呤被嘌呤、嘧啶被嘧啶替换）或颠换基转换（嘌呤被嘌呤、嘧啶被嘧啶替换）或颠换（嘌呤被嘧啶、嘧啶被嘌呤替换）（嘌呤被嘧啶、嘧啶被嘌呤替换）移码突变移码突变丫啶化合物丫啶化合物 处理方法处理方法：浸渍、滴液、注射、涂抹、熏蒸法等；浸渍、滴液、注射、涂抹、熏蒸法等；材料材料：芽条、叶或花序部分芽条、叶或花序部分,根不宜；根不宜；注意事项注意事项：浓度、时间、温度、浓度、时间、温度、PH 值、复合处理值、复合处理等；等；
