辐射育种读书笔记

1、辐射育种综述 核技术在农业上的应用简称为核农学。核技术是一种新技术,它以独特的优势已渗透到了各学科领域 . 在农业科学领域内的广泛应用 ,现已形成了一门新兴的边缘学科 核农学。我 国核农学的研究与应用开始于 1956 年 ,现已在航天育种、 同位素示踪、 农产品贮藏保鲜、 害虫防治、 低剂量辐射刺激生长等方面均取得显著成绩,创造了巨大的经济、 社会和生态效益。40 多年来 ,培养和造就了一批核农学人才和科技队伍,我国核农学的卓越成就得到了国际原子能机构和专家的高度赞誉 ,1999 年我国被国际原子能机构确认为亚太地区核农学 的牵头国。辐射育种 ,是核技术在农业上应用的一个重要方面,近年来国内外

2、都有较快的发展。辐射育种是利用各种射线 （如 X 射线、 射线、中子等 ） 诱发生物产生遗传变异 ,选育优良的新 品种或菌种。它 的特点是容易诱发有益突变 ,育种周期短。在国外 ,从二十年代末期开始 ,至 今已有五十多年的历史。据联合国粮农组织和国际 原子 能 机构统计 ,共培育出农作物、林 木、果树、蔬菜、花卉等品种 5 1 8 个。我国辐射育种是在五十年代末期开始的,二十多年来培育出农作物、 果树、 蔬菜等品种 162 个。种 植 面 积 达 1.2 亿多亩 ,不少品种 在生产 上占有重要地位 , 创造了较大的经济效益。我国辐射诱变育种研究工作虽比国外晚约 30年 ,但发展较快。 到 20

3、01 年底 ,我国累计 育成作物新品种 625 个 ,占全世界辐射诱变育成作物新品种总数的27 . 2%, 总推广面积在330万 hm2以上。据不完全统计 ,辐射诱变育成的新品种每年为国家增加粮食 35 亿 kg、棉 花 1 . 5亿 1 . 8 亿 kg、 油料 0 . 75亿 kg,创经济效益 38亿元左右。浙江农业大学育成 的水稻新品种浙辐 802连续 9 年居全国常规稻推广面积之首,累计种植面积达 140万 hm2,创社会经济效益 22 亿元 ;中国农业科学院原子能利用研究所育成的多抗高产小麦品种原冬 3号 , 19861993年累计推广面积 100万 hm2,增产小麦 4 . 5 亿

4、 kg,创社会经济效益 5 . 4 亿元。该所“九五 ” 期间育成的中原单 32 号粮饲兼用玉米于 1997 和 1998 年分别通过 河北省和国家农作物品种审定、 国家牧草品种审定。 1987 年我国开展航天育种研究,至2003 年共育成水稻、 小麦、 棉花、 大豆、 蔬菜、 莲等作物新品种 20 多个 ,示范推广面 积超过 30 万 hm2,居世界先进水平。例如山东省棉花所培育的 “鲁棉 1 号” ,由于 它早熟、高产 ,1 9 8 2年就推广了 3,3 0 0 万亩 ,荣获了国家一等发明奖。辽宁省铁岭地区农科所选育的“铁丰 1 8 号” 大豆 ,含脂肪量高,比一般品种增产二成以上 ,推广

5、面积 50 0 万亩以上 ,并荣获了国家一等发明奖。 另外, 浙江培育的 "原丰早水稻 ,比原品种早熟 4 5 天,湖北的 “鄂麦 6 号”、广东的 “奥油工 116 ” 推广面积都在 30 0 万亩以上。近几年又培育出胡麻、袖菜、谷子、高粱等新品种。中国农 科院原子能所培育的玉米 “中原单 4号” ,表现早熟、抗病、商产 ,小麦 “原冬 3 号”杭锈 病、落黄好、产量稳定。黑龙江选育了甜椒、早熟白菜 9 6 号等。另外 ,还有一些好的突变 体,如北京师范大学低能物理所选育的一蓬多籽板栗,广西选育的无核雪柑、 四川柑桔所选育的 " 4 1 8 红桔”以及北京林科院、中国农科

6、院蔬菜所和 四川逸育出的月季花、菊花断类 型。在刺徽增产方面 ,陕西省汉中科委提供的辐照鲤鱼、 草鱼等鱼卵孵化的快、 长的快 ,比对照 增产二成以上。 利用辐照害虫 的蛹 等 被照射过的害虫与自然界同一种昆虫交 配 后产 的 卵不能孵化 ,这种辐照 昆虫不育技术 ,达到了消灭害虫的目的。在农业示踪方面,利用放射性同位素和稳定同位素 ,研究作物的营养与代谢、肥料的吸收和利用、土壤中水分与盐碱的动 态、农药的施用与残毒以及利用放射性同位素对家畜、家禽进行疾病诊断等技术,都取得了可喜的进展。 辐照贮藏食品方面 ,辐照可以杀死蔬菜、 肉类、 酒等上 的寄生虫和细菌 ,延长保 鲜供应市场。新酒被辐照后

7、,可以 加速陈酒化。由此可见 ,核技术在农业上的应用十分广泛 , 成绩显著。果蔬的辐射育种就是用一定剂量的 60Co- 射线对果蔬的种子进行辐射处理，从而诱 发基因突变和遗传变异， 选育成新的品种。与传统育种方法相比较，具有育种时间短， 遗传 转化效率高， 基因性状突出等优点， 有很好的利用价值。 果蔬的辐射保鲜就是用一定剂量的 60Co-射线对果蔬的成品进行辐射处理，从而达到保藏延储的效果，与传统贮藏方法相比 较，具有效果好，卫生安全，加工程序简便，节能降耗，无污染等优点，且经济效益和社会 效益高，具有广泛的应用前景，目前，该技术已经开始进入商业化生产阶段。自从世纪末发现了天然放射性物质以来

8、， 核辐射的生物效应引起了科学家们的极大 关注，辐射育种技术和辐射保鲜技术在农业中的应用给人们展示了广阔的前景， 辐照技术是 利用射线与物质间的作用、 电离和激发产生的活化原于与活化分子， 使之与物质发生一系列 物理、化学与生物化学变化，导致物质的降解、聚合、交联并发生改性。目前，辐射技术已 经开始应用于化工、医疗卫生、农业、环保等各个领域，尤其在育种、食品保鲜方面起到了 其他方法无法替代的作用。一、果蔬育种以及保藏现状1.1 传统的果蔬育种方法 果蔬选育种子传统的方法有系统选育法和杂交育种法， 系统选育法是利用农作物群体中 天然杂交或自然变异产生的有利变异来培养良种， 这种方法简单实用， 但

9、是系统选育法只能 利用自然变异， 不能有目的的创造变异， 同时自然变异频率很低， 通常在万分之一以下，而 杂交育种是两种亲本杂交以后， 产生基因重组， 使杂交后代具有双亲的优良性状， 有时候两 亲本的基因相互作用， 偶尔也会出现亲本没有的一些性状， 不过出现的几率很低， 它们往往 都受亲本的遗传背景影响较大， 仅仅是双亲基因的重新组合， 并不能创造新的基因， 而且某 些基因紧密联系， 往往使有利性状和不利形状同时遗传给杂交后代， 育种周期也很长， 通常 如选育一个苹果新品种需要 20 年 -30 年时间。1.2 传统果蔬贮藏方法 我国果蔬种类丰富，贮藏方法也多种多样，有传统的堆、埋、窖藏法，有

10、气调贮藏，有 塑料薄膜小包装法与冷冻冷藏法，但常需要建造大型冷库与密闭库，需要大型的机器设备。 尤其是现在最常用的冷藏法，虽然可有效的延长贮期，但投资大、 技术要求高、维持费用昂 贵，即使在商业条件下也难以对大众农产品，如马铃薯、大蒜、洋葱、柑橘等提供充足的贮 藏能力。而且冷藏只是抑制了微生物与昆虫的活动，并不能将其杀死， 同时由于果品、 蔬菜 冷冻后，细胞不再发生可逆性变化，不能恢复到原有的新鲜状态，失去固有风味。另外，在 贮藏过程中也有用化学药剂进行熏蒸、浸泡、 洗果、 涂果等方法，虽然在一定程度上可以抑 制发芽、消毒延贮，但药剂的渗透性差，杀虫灭菌不完全、不彻底，而且化学处理不能持久 抑

11、制发芽，甚至还会发生内芽生长，使品质下降，残留物对人们的健康有害。目前，我国水 果损失率为 25% ，而蔬菜的损失率高达 40%-50% ，经济损失严重。 随着人们生活水平的提 高，人们的食品结构发生了变化，水果、蔬菜的消费比例在 30% 以上， 社会需求量较大， 而水果、蔬菜的生产受地区和季节的限制，且是容易腐烂的产品， 因此，市场供应上出现了 严重不足， 这与消费者对水果、 蔬菜需求的多样性及淡季调节的迫切性相矛盾，因而， 果蔬 贮藏保鲜的问题日趋突出。二、辐射对果蔬育种以及保鲜技术的可行性2.1 辐射的卫生安全性辐射食品的卫生安全性是人们最关心， 也是最终能否被接受的关键问题。 食品辐射

12、的研 究工作已有 50 多年的历史，世界各国对此做了大量的研究工作，目前已有 40 多个国家批 准一种以上食品供人食用 9 。辐射加工是一种物理加工过程， 是通过射线作用于食品， 食品本身不接触放射源， 不会 产生放射性污染，也不会污染食品和环境10 。经大量的安全性实验后，联合国粮农组织（ FAO ）、世界卫生组织（ WHO ）和国际原子能委员会（ IAEA ）的辐照食品联合专家委 员会于 1980 年 10 月份宣布， 吸收剂量在 10Kgy 以下的任何食品都是安全的， 无需做毒理 学实验。 11在食品辐射中食用的辐射源有主要有60Co-和 137Cs-射线源， 它们放出的光子的能量分别为

13、 1.17Mev-1.33Mev 和 0.66Mev ，由加速器产生的电子和射线的能量分别不大于 10Mev 和 5Mev ，它们的能量都低于在食品中可能引起诱导放射性的能量阈值， 任何辐射 处理后的种子还是食品都是安全的 12 。2.2 辐射作用的优点 辐射技术在植物育种方面有重要的作用，在植物遗传改良上有独特的作用，该技术可 大大提高基因突变频率， 在较短的时间里， 创造出育种目标所需要的种质材料， 有时能诱发 产生自然界稀有的、 未曾出现过的或用一般方法难以获得的新类型、新性状、新基因， 对已 消失的基因进行人工再创造， 能够在原有遗传背景不变的情况下， 直接使植物体出现新的有 用性状的

14、变异， 可在较短时间内使植物改良， 缩短育种过程， 提高作物改良效率， 具有突变 的“创新”优势 13 。辐射技术在果蔬的贮藏保鲜方面也具有无可比拟的作用。辐射技术属 于冷处理技术， 无需提高食品的温度， 不会引起食品内部温度的明显变化， 不添加任何化学 药剂，无任何残留物，是一种物理保藏方法，并有效的节约能源，与热处理、干燥、冷冻保 藏食品法相比， 能耗降低几倍到几百倍， 杀菌效果好，可调整辐射剂量，满足对食品的不同 杀菌要求，辐射快速、均匀，能较深的穿透物体，辐射过程能精确控制，最大限度保持食品 风味。可对包装好的食品进行处理， 消除食品生产和制作过程中可能出现严重交叉污染问题， 而且对果

15、蔬营养成份的影响甚微 14 ，实验证明， 50KGy 以下辐射的食品蛋白质营养成份 物明显变化，氨基酸组成稳定， 碳水化合物稳定， 糖的品质也不发生变化， 维生素的破坏程 度也甚微 15 。实用性也很广， 不同的剂量可取得不同的效果 , 如推迟后熟、 减少腐烂损失， 杀灭致病菌、腐败菌，控制虫害，抑制发芽，易于形成生产规模化、工业化 16 。三、辐射处理的方法及效果早期辐射育种主要以 X 射线为诱变源。 60 年代后 射线、中子流应用逐渐广泛， 80 年代以来，氦、氖激光、离子束也应用于各种果蔬品种的培育，但 60Co- 射线仍是最 常用的辐射诱变源。据美国报道， 射线育 成的品种数占总数的

16、56.5% 以上。辐射育种就是把原子核结构改变过程中所释放的辐射能 传递给细胞核， 引起细胞核内遗传物质的结构改变， 使生物的遗传性发生变异， 利用遗传的 变异来培养新的品种， 辐射诱变育种的成败的关键是采取适当的辐射剂量及辐射品种。 一般 来说， 诱变率随着诱变剂剂量的增加而提高， 但达到一定程度以后再提高剂量， 反而会使诱 变率下降。因此近年来已将处理剂量从以前的致死率99% 99.9% 降低到 70% 80% ，甚至更低的剂， 但诱变剂剂量也不宜过低， 高剂量诱变可以致核发生变异， 也会使其它的核 破坏致死引起遗传物质的巨大损伤， 减少恢复突变， 促进变异植株的稳定。 辐射育种成败的 关

17、键是采取适当的辐射剂量， 即达到较多的差异， 又不至于过大的损伤种子， 经长期实践认 为，一般剂量的选择通常采用半致死剂量或临界剂量。水果蔬菜是人体维生素的主要来源，还能提供人体所需的各种矿物质。采摘后仍为活的 有机体， 继续进行一系列的生理活动， 既消耗分解营养成份， 又容易寄生腐败微生物与昆虫， 如贮藏不好则容易腐烂， 损失很大， 辐射保鲜的关键也是适当的辐射剂量， 剂量过高能引起 果蔬的老化，低也不能达到保鲜延贮的目的。四、辐射育种保鲜技术的前景展望和探讨辐射育种的关键在于如何用有效的手段鉴定和选择优良突变体。 70 年代以前只是常规的 农艺性状判断， 70 年代以后则采用染色体压片观察

18、其变异及亚分子水平上的同工酶检测。 90 年代以来，分子标记技术不断发展， Captano 等在农作物上采用了分子标记对一些突变 体进行分析， 区别真伪突变体， 利用分子与分子标记连续的关系， 对突变基因加以示踪标记。 随着分子生物学的兴起和发展， 核辐射诱变育种技术的研究也有了拓宽和发展。 目前分子标 记技术在蔬菜作物遗传图谱构建、种质资源研究、 基因定位、 分子标记辅助选择、 品种纯度 鉴定及杂种优势利用等方面的研究较多。 比如国际原子能机构就非常重视利用核技术与现代 生物技术的结合进行植株遗传改良，近年来，他们组织了 20 多项国际协作研究项目，运用 辐射技术与生物技术结合， 进行以高产

19、、 优质、 多抗为目标的遗传改良或对主要和重要的突 变基因进行鉴定研究，推动辐射育种技术向纵深发展。辐射食品的卫生安全性已被世界所公认，其安全性的公认为实际应用打下了良好的基 础，而且辐射食品在减少由食品传播的疾病发病率， 降低果蔬在贮藏中的损耗， 延长贮藏期 等方面已经显示出独有的优越性， 正在受到世界各国的公认， 但是， 食品辐射技术的发展也 不是一帆风顺的， 在国际上认可辐射食品的国家增加的同时， 依然有许多国家和公众反对辐 射食品，不允许进口， 食品辐射的前途不仅取决于它能否提高产品的质量以及延长食品制订 的贮藏期， 更主要的是取决于消费者的接受程度， 因此， 应及时提供信息资料，加大

20、对消费 者的宣传力度， 以消除消费者的心理障碍， 从而促进辐射食品的商业化， 消费者一旦对新技 术有了了解，他们乐于购买，相信辐射食品的前景十分可观。辐射育种和辐射保鲜技术也存在许多不足，还有待加强，如水果蔬菜新品质资源缺乏， 在果蔬的高产、抗逆（抗病虫、抗旱、抗涝、抗冻）高品质方面的育种还有待加强，育种的 范围也不够广，推广速度很慢，辐射保鲜技术的范围不够广。目前，国内仅对苹果、柑橘、 荔枝、 蘑菇等少数品种有较多的研究，但研究不够深入、 不够细致。水果和蔬菜属于有生命 的食品， 影响贮藏期的因素很多， 同时对射线又很敏感， 因此企图用单一的辐照获得成功很 困难， 而将辐照处理和其它方法结合起来则可获得更好的效果。 例如美国、 南非和智利用辐 照与热处理相结合的方法能有效地保鲜木瓜、 芒果和鳄梨。 我国上海采用辐照与冷藏相