诱变技术在植物育种中的应用

1、    诱变技术在植物育种中的应用    吴笛汪磊【摘要】：本文详细叙述了几种诱变技术在植物育种中的应用，如ems诱变技术、离子注入诱变育种技术、空间诱变育种技术、激光辐射诱变育种技术，同时也详细阐述了各种诱变育种技术的应用与发展历程，对其使用方法以及作用原理进行了深入的探究，并深入探究了各项技术的发展方向。【关键词】；诱变技术；植物育种；应用发展；在植物正常的生长状态下，植物发生变异的概率还是非常低的，而植物的进化就是一种植物对自身变异的一种选择过程，因植物生长具有一定的稳定性以及一致性，想要植物自身对环境进行优化改良的进化还是很难的，植物之间存在的差

2、异是一种遗传性的差异，也是物种自身进行长期积累变异的结果表现。随着科学技术的不断创新，自20世纪以来，人类对植物遗传变异的研究领域有了重大的突破，从而掌握了各种植物的变异手段，继而丰富了对遗传变异技术的研究实践的经验，也为植物的遗传学研究打下了良好的基础，并对作物育种方面的研究提供了物质支持。对植物我们一般采用物理、化学、生物的手段进行诱变突变，从而使植物细胞核的染色体发生基因突变，从而达到使后边发现性状变异的目的。我们最早是通过实验发现的诱变技术，是用x光照射果蝇的实验，通过这个实验，我们第一次对诱变有了深入的认识，随后的x光就被广泛的应用在植物的诱变技术上了。但随着该技术的不断创新与发展，

3、对这项技术的研究得到了重大的突破，我们又发现了许多的诱变源，如射线等诱变源被应用到了诱变技术中。在1943年，通过对脲烷处理月见草等植物的实验成果进行深入的分析探讨，发现了植物的染色体畸变，这一发现标志着化学诱变技术的问世。化学诱变通常是使用化学诱变剂通常都是一些分子结构不稳定的化合物，这类化合物的诱变效果是非常好的。大量的研究结果表明，植物的诱变技术在我们对新材料的研究、创造新物种、以及进行物种改良等方面有着非常好的研究效果。尤其是对我们在培育新物种方面有着极为独特的成效，能充分解决在育种培育过程中发生的特殊问题。随着科学技术的不断发展创新，人们对诱变技术的研究也越来越深入，诱变技术也在不断

4、的被改良，近些年来，新的诱变技术有着非常好的发展前景，这些新技术包括ms诱变技术、离子注入诱变育种技术、空间诱变育种技术、激光辐射诱变育种技术等新型的育种技术，并且已经应用到了物种的改良发面，作用于改善物种的品质。本文根据这些新型诱变技术在玉米育种的应用作了详细的概述。1、 ems诱变技术1953年，ems所具有的突变诱导性被首次报告，之后就在诱变育种技术中得到了广泛的应用，并且得到了非常显著的效果。ems能与核苷酸中的嘧啶分子直接进行反应，从发达到诱发突变的目的，ems诱发突变的作用原理非常简单，主要是鸟嘌呤被烷基化，之后再dna的复制中烷基化的鸟嘌呤与胸腺嘌呤发生配对，从而导致碱基发生交换

5、，形成了突变点，达到了基因突变的目的。其实早在上世纪60年代ems就被用来浸泡育种，但是诱变的效率非常低，主要原因就是ems与水发生化学反應，生成了甲磺酸这种有毒的化合物，甲磺酸不但不能起到右边作用，还会严重损伤植物，甚至会对植物造成不育的效果。另外就是胚细胞被许多细胞包围，尤其是在成熟的种子中，而且细胞膜还具有双透性，从而进一步的妨碍ems进入胚细胞内。最后一点就是产生突变的基因难以固定，尤其是在细胞进行了无数次的分裂分化后，携带突变因子的染色体会因为复制的次数过多，在复制过程中出现不易表达的状况甚至发生丢失。这种状况直至1978年才得到了改善，通过对成熟玉米花粉贮藏在轻质石蜡油中的实验结果

6、进行分析，发现玉米划分仍然能保存活力，于是便将ems与亚硝基胍混合，融入到石蜡油中，配成乳浊液与悬浊液，再对玉米的成熟花粉进行诱变处理，诱变结果非常好，诱变后的育种后代出现高频率的基因突变。随着这项技术的不断发展与应用，技术的水平也在不断地创新与突破，1986年，美国的一家种子公司通过对ems处理玉米自交系的研究，获得了单一核苷酸除草剂的突变体这一研究成果，并于1988年申请了专利保护。1987年，通过对玉米划分的处理研究，获得了儒质，甜质的突变体。1991年，含有it抗除草剂性能基因的玉米杂交种被首次推出。因其并非是转基因玉米，不存在人体食用的安全问题，所以被大众所接受，市场反应效果良好。1

7、991年通过对ems对玉米花粉进行处理的研究，发现了儒质基因的诱变频率。1992年，通过ems处理花粉，发现了高赖氨酸材料。目前，人们已经认识到ems诱变育种的重要性，对ems诱变技术进一步的研究工作正在不断的进行，ems诱变育种技术正在不断地成熟与完善，通过对诱变创造特用玉米的研究，我们又有了很多意外的收获，研究结果表明，化学诱变技术基本创造了时至今日所累积的所有玉米的全部类型，包含了全部的特性玉米。基于使用ems处理玉米的单倍体胚性细胞的研究，获得了抗玉米小斑病的突变体。使用ems划分诱变技术，筛选了很多玉米的突变体。之所以选用玉米花粉进行诱变，主要是因为成熟的玉米花粉的精细胞是双核细胞，

8、一旦发生突变，就可以将突变基因传递给受精后的合子。玉米花粉的诱变基本不会引起植株畸变，通过大量的研究结果表明，使用ems进行诱变花粉的突变，效果是非常明显的，而且更容易处理突变性状。虽然诱变方向是不能控制的，但是只要诱变的频率足够高，诱变的群种足够大，就能选出突变目标。另外，ems结合石蜡油的诱变技术成功率是非常高的，更重要的是操作简便快捷，被认为是最有效的诱变技术之一。非常值得一提的就是化学诱变开拓了一种便捷快速的玉米育种培育方法，这在培育特性玉米的实践中具有十分重要的意义。和普通的玉米相比，特性玉米在生产上是十分困难的，配合力是非常低的，但是使用ems与石蜡油结合的化学诱变技术，可以再很短

9、的时间内就得到各种类型的特用玉米，而且保留了优质的性状，没有外来玉米的渗入。对于获得的单个基因突变体，为了我们培养出双基因以及多个基因组合的突变体，提供了引导方向，并创造了坚实的物质条件。也为我们创造培养更具商业价值的的突变体打下了物质基础。 2 、离子注入诱变育种离子注入诱变育种技术的发展还要从离子注入说起，离子注入是从80年代初期开始，广泛的应用到金属材料方面的一项高新技术，主要是用来进行金属的表明改良。1986年中国科学院等离子物理研究所做出了对这项技术应用到植物育种方面这一方向的研究。并率先展开了研究，目前已取得重要的进展，并在诱变机理方面以及育种应用方面取得了重要的进展。离子注入诱变

10、育种具有损伤轻以及突变率高的特点，因其这一优良特点，在人工诱变的方法有了一个新的发展，提供了一个新的方向。将能量为几十到几百的荷能离子注入到植物中，通过能量沉积、动量传递、离子注入、电荷交换这一过程，并且在离子到达终位前，同靶材料中的分子原子相互作用，使得生物分子发生电离损伤导致。通过弹性碰撞、冲撞导致原子移位，从而留下了锻炼或是缺陷。离子能量逐步降低的这一过程使得核阻能上升，达到了能量损失的峰值，这时的离子也就沉积了下来。对于诸如的活性离子，他们会在沉积过程中不断的与生物分子发生置换，形成新的分子基因，因为粒子的能量沉积，导致离子中一小部分能量将随着动能方向转移到表面，从而引起生物表明的二次

11、离子发射。至于溅射的离子，可以是分子也可以是离子或是原子。入社的离子在发生碰撞时也可以直接将动量离子传递给表面粒子，也会发射具有较高能量的二次离子。由此可见，离子注入的基本过程中便随着有能量的沉积和传递，也有离入电荷的交换。这些过程都是在极短的时间内发生的，难以区分各自的作用与独立过程，但是每个过程都会产生不同的效应，特别是生物学效应。应特别注意的是在离子注入与生物体相互作用的范围内，相互作用是局部的，具有双重性以及不易修复的两种特性。因此离子的注入就可能会导致染色体的断裂以及缺失。也可能会因为碱基结果的改变从而造成诱发点的突变。根据离子注入诱变小麦的实验，研究结果表明诱变注入小麦发生诱变的效

12、果大大的高于射线，甚至会在诱变初代中就出现非常明显的变异。目前离子注入诱变技术已经成功的应用到水稻、小麦等物种进行遗传改良，并且在远缘杂交等方面都得到了极为广泛的应用。但是对于在玉米上的应用与研究还是相对较少的。但利用离子舒服技术处理玉种子的研究，或得到一种高光效的材料，为在玉米方面的研究提供了珍稀的资源。3、 空间诱变育种技术空间环境诱变基本的空间环境特点就是高真空、强辐射和微重力等几个方面。将植物搭载在卫星或者高空气球上，在飞行过程中就处于微重力的环境中，同样的还有宇宙中的高能离子以及宇宙射线等。但是宇宙射线会对生物产生辐射诱变的作用，而且经过多方面的生物学研究结果表明，宇宙中存在的高能粒

13、子会使染色体发生断裂，更重要的是，重接性断裂的比率是非常高的。同样的在微重力以及真空的环境中将会引起细胞活性酶的改变，从而会影响dna的修复。对于太空所处的综合环境的作用结果导致了环境诱导会发生较高的诱变效果。特别是与其他的诱变技术相比，空间诱变育种技术的特点就是变异范围非常大，而且可能会出现自然界人工诱导技术中从未出现的诱变效果，甚至会出现新型的变异。这种诱变技术的好处就是有益的突变高，而且变异稳定，而且也是产生新物种创造新物质的重要途径之一。目前的诱变研究大多集中在诱变的形态，以及生理变化等几个方面。然而我国利用卫星搭载植物种子进行诱变已经获得了水稻等农作物的新的突变类型，并且培育出了一些

14、新的物种品系。空間环境诱变技术对玉米的诱变研究起步较早，早在上世纪60年代就有试验，并且研究结果表明宇宙射线能导致玉米种子的异常生长。并且玉米在受到宇宙射线中的高能轰击之后会在叶子上出现黄色条纹。1994年对太空环境对玉米种子的发芽率的影响进行了实验探究，研究结果表明，太空环境对玉米种子的发芽率并无影响，但是会出下生长抑制的状况。由于当代植物的植株较高，叶片数量明显减少。一些植株的根尖细胞中包含染色体桥等物质。1998年对玉米自交系种子的研究又有了重大突破，通过对玉米自交系种子搭载往返卫星之后在田间的生长过程发现，会出现少数的自交系负效果。从对诱变材料的分析与研究观察中发现，空间诱变发生的频率

15、较高，范围也是比较广的，而且也是有助于改良农产品的性状以及农艺性状。但是由于地面育种的难以实现以及经济生产的影响难以突破，空间诱变育种技术在很多方面都受到了限制。4、 激光辐射诱变育种激光辐射诱变育种技术是属于诱变育种技术的一个新的分支。从上世纪60年代开始，发达国家如美国、加拿大等就对激光与中技术展开了研究与应用。而我国与1972年才开始对这项技术展开了深入的研究与分析，时至今日，已取得大量的进展。并且在生物的细胞水平等方面均作出了大量的研究与探讨，证实了激光辐射可对物种产生变异效果，并且产生的变异能够遗传。从而对诱变育种的技术进行了彻底的革新变革。另外就是在新物种的选育方向上取得了显著地成

16、绩，证明了激光诱变育种技术的有效性。因为激光具有较高的方向性等基本特征，所以一旦某种激光的频率以生物体内的某种物质的频率相等，就会产生共振，从而积累能量引起化学键的断裂。然后断裂分子在进行相互作用，就能够形成新的化学键，从而引起性状的变异，另外激光还具有一定的电磁场效应，可以直接地影响生物的生长发育状况，从而引起生物的变异。现如今激光诱变育种技术已经被迅速应用到生产中，生产出一些高产优质的新品种，激光辐射诱变技术也为玉米的育种提供了一种全新的研究方向。5 、结束语诱变育种技术是一种对物种进行创造改良的技术，他能有效的改良农作物的基因以及农艺形状，通过诱变的手段进行育种，可以有效的改良比如早熟，株高等简单的性质。诱变育种技术与常规的育种技术相比，具有后代的性质稳定，育种的周期短等优点，但是也有一些不足，就是进行诱变育种时，发生变异的方向不确定，突变频率难以控制，想要解决这一问题就必须采用新型的诱变育种技术，扩大诱变的群种，从而加大选择的机会。诱变育种技术使培育新物种的重要手段，也是丰富物种资源的重要手段，虽然在农作物方面的一些诱变手段的应用方面的研究才刚刚起步，但是对理