第十三章诱变育种

第十三章诱变育种CKCK突变体突变体第一节诱变育种概念及特点

一、诱变育种：

利用物理和化学因素诱导植物发生变异，通过选择培育出新品种。二、诱变育种研究概况20世纪20年代，Muller在果蝇上、Stadler在玉米和大麦上首次证明X射线可以诱发突变。1930年，Nilsson等人利用X射线辐照获得了茎秆坚硬、穗型紧密、直立型的有实用价值的大麦突变体。至此，一些国家相继开展植物辐射诱变育种工作。我国从50年代开始辐射诱变育种工作。三、植物辐射诱变育种的主要成就1.培育新品种利用理化诱变育种始于20世纪20年代。40年代育成了一批新品种。我国诱变育种工作始于50年代。诱变育种在早熟、抗病、优质、矮秆等方面较为突出。全世界通过辐射育种培育和推广了1932个品种，我国达459个；2.丰富基因库人工创造种质资源，间接利用作杂交亲本。我国收集24种植物的突变资源1700余份，其中性状优异被广泛利用的34份。四、诱变育种特点1.提高突变率、扩大突变谱突变率：突变体占总个体数的百分率。突变谱：各种突变类型组成突变谱。

2.改良单一性状比较有效，有效地改良个别性状。诱变多为点突变、改变一两个基因，对主效基因控制的性状较有效，如：矮秆、早熟、抗病3.能打破性状间的紧密连锁，促进基因重组。

4.后代性状稳定快,可以缩短育种年限。5.诱发突变的方向和性质尚难掌握①有利突变不多，有益突变的频率低。例：水稻在M2，4400株中有4株（0.028%）突变株，而只有1株在生产上有利用价值。

②突变的性质和方向不定。诱变育种有一定的盲目性

。③很难出现多性状好的突变。很难出现多个性状同时向好的方向的突变。第二节物理诱变一.物理诱变用不同种类的射线处理，引起基因突变或染色体变异。1.物理诱变剂的种类和性质诱变育种的辐射种类能量较低的电磁辐射电离辐射电磁辐射粒子辐射X射线Γ射线带电粒子不带电粒子α射线β射线质子种子

慢照射种植房

急照射的照射室结构与种植房相似60Coγ射线温室（慢照射）

2.辐射处理的剂量单位（1）放射强度（活度）：指放射性同位素单位

时间内的核衰变次数居里（Ci）:放射性同位素每秒有3.7×1010次

核衰变为1居里mCi(10-3Ci)μCi(10-6Ci)

现国际制专用单位为：贝克（Bq）

每秒钟衰变一次为1贝克1Ci=3.7×1010

Bq（2）辐射剂量(X)：

X或γ射线在标准条件下单位质量的干燥空气中所产生的电荷（同一符号的）。

照射量以伦琴(R)表示,是X和γ射线的剂量单位

新的辐射剂量的国际专用单位是库仑/千克〈C/kg〉1R=2.58×10-4C/kg

1C/kg=3.876×103R（3）吸收剂量(D)：指受照射的物质每单位质量所吸收的能量,即物质所吸收的能量/物质的质量.吸收剂量的国际专用单位：戈瑞（Gray，Gy），1Gy=1J/kg拉特（rad），1Gy=100rad积分通量（中子通量）：以单位平方厘米的中子数

表示（n/cm2）。（4）吸收剂量率（absorbeddoserate）：

处理材料单位时间所吸收的剂量。

在照射处理时，处理材料在单位时间内所受到的剂量过大，可以显著影响幼苗成活率和生长速度。所以用吸收剂量率作为衡量单位来表示。但一般情况下突变与吸收剂量率关系不是很大。Gy/hGY/minGy/s二、辐射诱变的机理①物理作用阶段②化学反应阶段③生物学阶段三、植物辐射敏感性概念：作物对辐射的敏感性是指生物体、组织、细胞或细胞

内含物在一定剂量的射线照射下，在形态和机能上发

生相应变化的大小。就是指植物体对电离辐射作用的

敏感程度。（1）测定辐射敏感性的指标：①生长受抑制的程度半致矮剂量(D50)：

苗高降低到对照的一半所需的剂量②植株成活率辐照后能达到开花结实完成生命周期植株的百分数

致死剂量（LD100）：辐射引起植株全部死亡剂量半致死剂量（LD50）：辐射引起50%植株死亡剂量临界致死剂量：辐射后植株存活40%的剂量③植株不育程度（不育株%）：一般以花粉败育或结实率的高低和不育株所占百分率表示；④幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率，常用微核细胞率作指标；⑤细胞分裂间期细胞体积、染色体体积：以细胞分裂期间细胞核体积、染色体体积作指标。

（2）作物对辐射敏感性的差异①不同科、属、种、品种辐照敏感性不同豆科>禾本科>十字花科②不同倍数植物辐照敏感性不同二倍体>多倍体③不同器官、组织、细胞辐照敏感性不同植株>种子；根>叶；分生组织>其它组织性细胞>体细胞；卵细胞>花粉细胞；④不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同幼龄植株>老龄植株；未成熟种子>成熟种子湿种子>干种子；萌动芽>休眠芽⑤外界条件无氧空气中辐照，幼苗损伤和染色体损伤少四.辐射处理的方法外照射内照射间接照射：对试材的环境条件进行辐射快照射慢照射外照射：处理材料受到的照射来自外部的辐射源。①种子照射②植株照射③营养器官照射④花粉、子房照射⑤其他植物器官组织的照射内照射：利用放射性同位素32P、35S、14C的化合物,配成溶液浸渍种子或使作物吸收,或注射茎部。①浸种法②涂抹法③注射法④施入法五、影响诱变效果的因素处理前后的环境条件影响诱变效果1.种子含水量是影响诱变效果的主要因素之一

2.辐射处理时的外界条件（如氧气、温度、光照）以及处理后的贮存时间条件对诱变效应均有影响

3.照射后种子贮存时间的长短会影响种子的生活力，所以一般都在处理后尽早播种

4.在照射处理时所应用的照射剂量因作物种类、处理材料（种子、植株或花粉）均有所不同第三节

化学诱变1.化学诱变剂的种类和性质诱变剂：能与生物体的遗传物质发生作用，并能改

变其遗传结构，使其后代产生变异的化学物质常用的化学诱变剂有：①烷化剂具有烷化功能的化合物。它带有一个或多个烷基，能转移到其它电子密度较高的分子中，置换碱基中的氢原子。常用的几种烷化剂：甲基磺酸乙脂EMS乙烯亚胺EI亚硝基乙基尿烷ENU(NEU)亚硝基乙基脲ENH(NEH)硫酸二乙脂DES②碱基类似物与DNA碱基的化学机构相类似，能与DNA结合又不妨碍DNA的复制，导致错误配对，碱基置换，产生突变。胸腺嘧啶类似物5-溴尿嘧啶（5-BU）

5-溴脱氧尿核苷（5-BUDR）腺嘌呤类似物2-氨基嘌呤（2-AP）③叠N化物（NaN3）：是一种动植物的呼吸抑制剂，它可使复制中的DNA碱基发生替换，是目前诱变率高而安全的一种诱变剂。

④简单有机化合物：甲醛、乙酸、乳酸⑤简单无机化合物：双氧水、氨、亚硝酸⑥抗生素：链酶黑素、丝列霉素C、重氮丝氨酸等⑦生物碱；秋水仙素、长春碱、喜树碱2.化学诱变剂作用的特点（1）诱发点突变多，染色体畸变少（2）具有迟效作用①潜在损伤②残留物的后效作用③化学活性基团的再诱变作用（3）处理材料损伤轻，在某种程度上可进行特异性诱变（4）使用方便，经济，不需要特殊设备（5）重复性差，有致癌的危险3.化学诱变剂处理的方法(1)浸渍法(2)滴液法(3)注射法(4)涂抹法(5)施入法(6)熏蒸法4.化学诱变处理的材料(1).种子(2).绿色植株(3).花粉(4).子房(5).合子(6).营养器官(7).组织培养物5.化学诱变处理的影响因素影响因素：诱变剂浓度、处理时间、温度、PH、种子含水量、

复合处理等。处理种子时：浸泡种子→处理的种子→冲洗种子→播种处理小麦花粉：可采用在开花前将穗头剪下，投入诱变剂溶液

中，使其吸收一定量的诱变剂，待其开花时收

集花粉，供授粉用。通常用低温度、低浓度、长时间处理,药物对细胞的伤害轻，可以提高存活率和突变率,且低温可以使药物保持稳定性。

第四节诱变育种的方法与程序一.处理材料的选择诱变处理的材料通常选用本地区大面积推广应用的适应性和综合性状良好,而某些个别性状需要改良的推广品种、纯系材料、杂交材料、单倍体、多倍体若欲同时改良多种性状则以杂交后代为材料的效果好诱变处理的对象一般为种子，但突变率较低,为了提高诱变频率还可处理萌动的种子、幼苗、孕穗期植株、雌雄配子、合子、芽条、块茎、块根、整株植物等。其中以处理配子和合子的效果较好，

特别是配子处理最有采用价值。

处理部位多为敏感性强的部位，如芽、生长点、花粉、花药、子房、分生组织等。二、诱变剂量的确定x、

r射线：

化学诱变剂:三、处理群体大小的确定

一般大于10000株。

三.诱变处理后的选育1.M1的种植与选择经诱变处理后的种子长成的植株或直接处理的植株等称诱变一代，用M1

表示（1）M1种子种植：按处理剂量分别播种（2）M1的选择：M1代的变异除了可遗传的基因突变和染

色体畸变外,主要为生理损伤,因此一般不加选择。①M1存在着生物学损伤，植株生长较差。②突变往往发生在个别细胞中，植株是由变异和不变异的细胞组成的嵌合体。③突变多是隐性突变，形态上不易显露出来。（3）M1的收获：单株或单穗收获。2.M2的种植与选择（1）

M2的种植：按照M1代收获种子的方式

(单株、单穗

)以及处理材料和剂量的不同顺序种成株行或穗行。（2）

M2的选择：M2代是选择的关键世代，

这一世代即可出现大突变

(如早熟性、矮杆性)，又可出现微突变（如产量、品质等）。以对大突变进行严格的单株选择为主。因小突变一般在单株水平上不易识别,因此M2代不特别选择，只注意选留那些与原品种性状差异小，长势旺的单株或群体，以后世代再决定取舍。3.M3及以后各世代的种植和选择（1）种植：入选突变株种成株行（2）选择：稳定的株行可混收，分离的株行继续选株M3代分离以微突变为主，是选择微突变的关键世代。M3的选择转向以群体选择为主,凡表现稳定突变系可混收留种,而仍有分离的系统则可选留单株,下代继续选择和鉴定。M3以后的选育方法以及试验程序与杂交育种相同。

处理方式：

1.系谱法：

M1：收主穗

M2：种成株行，种植

ck；选有利突变，育种目标性状收单穗、单株；

M3:种穗行；选单株、株系；收单穗、株系；

M4和以后世代：鉴定株系，测产。

2.混合法：

M1：以每株主穗上混收几粒种子；

M2：混种，选单株；此法简便，鉴定突变体，尤其是微突变难禾谷类作物辐射育种过程示意图亲本γ射线处理第一季M1代丛插，去杂除伪混收第二季M2代少本插，决选单穗第三季M3代单系种植，选系选株第四季M4代小区测产，决选优系第五季M5代优系进行区试第六季M6代区试和生产试验第七季M7代生产试验，繁殖种子第八季M8代品种审定，推广第四节其他诱变育种途径

激光育种20世纪60年代发展起来的科技领域。具有方向性极好，亮度极高，颜色极纯，相干性好以及高的能量和功率等特性。最初作为刺激手段，促进植物种子发芽和生长发育。后发现，激光诱发的生物变异可以遗传——激光育种途径出现。现我国用适当波段剂量的激光处理水稻、小麦、大豆、油菜等→早熟、矮化、株型紧凑、抗逆性强等。果树、家蚕育种也获进展。激光育种方法和研究动向前苏联有人用激光连续数代处理番茄，获新变异类型，成熟较早、植株和果实大小与颜色均不同于原始品种。新类型遗传性稳定，含糖量及维生素C和胡萝卜素较多，保鲜时间较长。根据育种对象和目标而定。主要是照射花粉、种子、种芽、植株、无性繁殖器官、叶子、花、子房等。在机理研究方面，如定向、有利突变频率的问题；与化学诱变剂的结合问题。此外，还研究激光聚焦成微束激光‘细胞手术刀’有助于遗传育种学开展精密的研究。

微波技术在育种中的应用微波指波长为1-100mm左右，能量范围为10-2—10-6电子伏特（eV）的无线电波。是新近引入突变育种的辅助性新技术。如与γ射线配合应用，有定向控制和稳定突变的作用。“农垦20”的选育。如与化学诱变结合育成“辽原”1、2、3、4号新品种。把辐射线同一些化学诱变剂结合起来交替使用，比单独用任何一种诱变素更有效，可以获得更多有经济价值的突变体。太阳能育种近年来研究的新课题。用聚焦阳光间歇地照射植物的种子、幼苗、花粉、芽、或块茎等，可以促进植物生长发育，提高产量，同时可诱发变异。有的国家称太阳能育种为“植物光能学”。目前，以获得小麦、玉米、大豆、番茄等新类型。照射过的黄瓜种子总产量可提高14%，早期产量可提高17-20%，照射番茄种子获得的新品种产量比亲本高30-50%，而且果实的质量好。宇航（