第七章 诱变育种

第七章诱变育种第七章诱变育种诱变育种：利用物理和化学因素诱导农作物发生变异，通过选择培育出新品种。第七章诱变育种第一节诱变育种的特点第二节诱变的方法第三节诱变育种的方法与程序第四节提高诱变育种效率的方法一、诱变育种发展历程

1927年，Muller在第三次国际遗传学大会论述X-射线诱发果蝇产生大量变异，提出诱发突变改良植物。随后，Stadler首次证明X-射线可以诱发玉米和大麦突变。

Nilsson-Ehle&Gustafsson（1930）利用X射线辐照获得了茎秆坚硬、穗型紧密、直立型的大麦突变体。

1934年，Tollenear利用X射线育成了第一个烟草突变品种Chlorina，并在生产上得到了推广。

1948年，印度利用X射线诱变育成抗干旱的棉花品种。诱变源不断丰富和改进，从早期的紫外线、X-射线到r射线、ß射线、中子和各种化学诱变剂。

20世纪60年代，前苏联和美国科学家将植物种子搭载卫星，发现染色体畸变频率较大幅度增加。第一节诱变育种的特点我国情况：●1957年，中国农业科学院成立了我国第一个原子能农业利用研究室；随后各省也相继成立有关研究机构；●

20世纪60年代中期开始在水稻、小麦、大豆等主要作物上利用辐射诱变育成了新品种，在生产上得到了应用。●

20世纪70年代后期，植物辐射诱变育种开始应用于蔬菜、糖料、瓜果、饲料、药用和观赏植物育种。●

1987年，“农垦58号”水稻、青椒等种子搭载我国第九颗返回式卫星上天，这是我国作物种子的第一次太空之旅。当时搭载种子的目的并不是想育种，只是想探测太空环境对植物遗传是否有影响。专家们发现这些上天的种子发生了一些意外的变异，航天育种的研究被提上了日程

。

9个品种获国家发明奖，包括：水稻原丰早、棉花鲁棉1号、大豆铁丰18和黑农26等。意义：丰富和拓宽了变异类型，尤其是自然界很少有的性状变异，增加了可利用基因资源。第一节诱变育种的特点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.有效地改良个别单一性状矮秆、早熟、抗病性。

3.缩短育种年限主效基因的改变，稳定较快。

优点：

1.有利突变不多

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。缺点:

第二节诱变的方法一.物理诱变

诱变剂：

能诱导植物发生基因突变的因素。

用不同种类的射线处理，引起生物DNA损伤或断裂，修复时发生错误拼接与复制。1.物理诱变剂的种类和性质电磁波辐射：紫外线、

γ射线、X射线；带电离子：α射线、β射线不带电离子：中子；

其它诱变剂：激光、电子束等粒子辐射：电磁辐射（1）紫外线：波长200-390nm，低能电磁辐射。激发原子外层电子电磁辐射，非电离辐射。穿透力弱，只适用于单细胞组织或生物（2）X射线：波长1nm以下，核外电磁辐射，原子中激发态跃迁到低能态产生射线。射线特性取决于工作电压和靶材料（钨、钼）软X射线：0.1-1nm，穿透力弱(mm)，（微效突变）

硬X射线：0.001-0.1nm，穿透力(cm)，早期常用于诱变育种

高能X射线：10-8-10-3nm，穿透力强（3）r射线：波长小于10-3nm，核内电离辐射，能量高，穿透力强（cm)。最常用的物理诱变剂，60%诱变育成品种是利用r射线防护：水泥墙体、铅板、金属离子溶液、水体等辐射源：60Co：由非放射性金属钴在中子反应堆中形成；半衰期5.3年

137U：铀裂变产生，半衰期30年，能量是60Co的一半处理方式：外照射慢照射：低剂量长时间（几天至整个生育期）的照射急照射：高剂量短时间内完成；设施结构：控制室：升降控制、安全报警、剂量监测、电视监控；迷道：控制室与照射室之间过道，S、C、L形；照射室：照射源、储源井、升降装置处理对象：植株、种子、组织、器官、愈伤组织、花粉（无嵌合体）60Coγ射线种植房

慢照射种植房急照射的照射室结构与种植房相似钴圃（慢照射）粒子辐射（4）ß射线：放射性同位素32P、35S、14C、131I

穿透力远小于r射线（mm）、但电离密度大

内照射：同位素溶液浸泡、注射处理，常用32P（半衰期短）（5）α射线：氦的原子核。穿透力更弱，电离密度更大。对有机体内产生严重的损伤，诱发染色体断裂的能力很强。（6）中子：外照射2.辐射处理的剂量单位（1）放射强度居里（Ci）:放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变为1居里通常用mCi(10-3Ci)μCi(10-6Ci)

贝可（

Bq

）

1Bq/sce=2.703×10-11

Ci

（2）照射剂量伦琴（R）:1g空气中吸收83尔格（erg）的能量。是X、γ射线的剂量单位。库仑（Coulomb）/千克（1库仑/千克=3.876×103R）（3）吸收剂量拉特（Rad）1g受照射物质吸收100尔格的能量戈瑞（Gray）（1戈瑞=100Rad=1焦耳/千克）剂量强度：

指受照射的物质每单位质量所吸收的能量。

（4）中子流量每平方厘米的中子数n/cm2（5）剂量率单位时间内所受的剂量。伦/小时伦/秒（6）其它

致死剂量（

LD100

）：

照射处理后，植株不能开花结实的剂量。

半致死剂量

（

LD50

）：

照射处理后，植株能开花结实存活一半的剂量。半致矮剂量

：

照射处理后，植株生长受到抑制，苗高降低到对照的一半的剂量。

临界剂量：

照射处理后植株成活率约

40%的剂量。

（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)②植株成活率致死剂量（LD100）辐射引起植株全部死亡剂量半致死剂量（LD50）辐射引起50%植株死亡剂量临界剂量辐射后植株存活40%的剂量3.作物对辐射的敏感性③植株不育程度（不育株%）④幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率⑤以细胞分裂间期细胞体积、染色体体积作指标。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、成分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；（2）作物对辐射敏感性的差异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外照射和内照射。

外照射：有机体接受的辐射来自外部的辐射源

4.辐射处理的方法内照射：将放射性元素引入到植物的组织细胞内进行照射。常用的方法有

浸泡法注射法施入法合成法

几种主要作物射线和快中子处理适宜剂量:作物种类处理状态料γ

射线(krad)处理状态中子流量(n/cm2)小麦干种子20-30干种子1×1011-1×1012籼稻干种子25-45催芽种子1×1011-1×1012粳稻干种子20-40干种子4×1011-6×1012玉米干种子(杂交种)20-35干种子5×1011-1×1012

干种子(自交系)15-25大豆干种子

15-25干种子1×1011-1×1012棉花干种子

15-25干种子1×1011-1×1012马铃薯块茎3-4甘薯块根10-301.化学诱变剂的种类和性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。二.化学诱变常用的几种烷化剂：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（1）诱发点突变多，染色体畸变少（2）处理材料损伤轻，在某种程度上可进行特异性诱变（3）使用方便，经济，不需要特殊设备2.化学诱变剂作用的特点优点：（1）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（2）生物损伤大；

（3）重复性较差，有致癌的危险。

缺点：方法有：浸渍法、滴液法、注射法、涂抹法、施入法、熏蒸法。注意：诱变剂浓度、处理时间、温度、PH、种子含水量。3.化学诱变剂处理的方法几种化学诱变剂处理禾谷类作物种子的适宜浓度诱变剂适宜浓度甲基磺酸乙酯0.05–0.3mol/L或0.3%-1.5%

硫酸二乙酯0.015–0.02mol/L或0.1%-0.6%

乙烯亚胺0.085–9.0mmol/L或0.05%-0.15%

亚硝基乙基尿烷1.2–14.0mmol/L或0.01%-0.03%三、航天育种

亦称太空育种。是指利用返回式卫星等返回式航天器所能达到的空间环境对植物（种子）的诱变作用，以产生有益变异，在地面选育新种质、新材料，培育新品种的育种技术。

20世纪80年代以来，美苏两国陆续公布的一些数据表明，太空环境确实对植物种子变异产生了影响。

我国作为目前世界上仅有的3个掌握返回式卫星技术的国家之一，从1987年以来先后8次利用返回式卫星、4次利用高空气球搭载了70多种植物的40多公斤种子，涉及主要粮、棉、油及蔬菜、瓜果等作物，育成了高产、优质、多抗的青椒、番茄、水稻、莲子、小麦等作物新品种、新品系，从中还获得了一些有可能对产量和品质等主要经济性状有突破性影响的罕见突变。目前，通过省级以上审定的新品种20多个，若干个后续品系已进入区域试验或品种审定阶段。水稻、小麦太空育种情况：新品种12个，其中4个水稻新品种“华航1号”、“特优航1号”、“II优航1号”和“培杂泰丰”等通过国家审定，已经完成或正在参加省级以上区域试验的稻麦新品系、新组合16个。

空间诱变育种的机理：●太空微重力●高能粒子●高真空●缺氧●交变磁场

太空环境造成细胞分裂紊乱、染色体畸变，抑制DNA损伤修复系统，加剧了生物体变异，最终引起遗传物质结构变异；潜伏的转座子激活，活化的转座子通过移位、插入和丢失，导致基因变异和染色体畸变。空间诱变育种的特点：●诱变作用强●变异幅度大●微突变类型多●有益变异多●稳定性强*对于产量和品质等经济性状改良作用大。

田间长势较旺,穗层整齐,株型适中,生长期缩短了15-30天,大穗、大粒、品质好,产量高,抗白叶枯病,口感很好。太空水稻太空茄子最大可达2.2公斤，果实周长62厘米，平均单果重1.5公斤左。形状大、产量高、抗病强、肉嫩籽少、口感好。太空茄子具有口感清香浓郁、无涩味、脆爽、果肉肥厚、汁液丰富，瓜内籽少、果实长而不弯曲、便于运输。太空黄瓜太空黑树莓“太空椒”门果二夹果单果平均重量达400克，亩产比地面对照的青椒高25%—30%，维生素C含量高20%。太空椒第三节诱变育种的方法与程序一.处理材料的选择1.综合性状良好，只存在个别缺点的品种2.杂交材料3.单倍体4.多倍体5.

纯系

1.种子2.绿色植株3.花粉4.子房5.合子6.营养器官：芽条、块茎、块根。

7.组织培养物二.处理部位的选择1.M1的种植与选择（1）M1的种植按不同处理点播或稀条播如果处理的是种子，多采用密植（2）M1的选择

M1不选择，收主穗

（3）隔离：因有不育株；

三.诱变处理后的选育其原因：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。M1——诱变第一代：

经过诱变处理的种子或用营养器官长成的植株或直接处理的植株，是嵌合体。

隐性突变较多，只有突变部位产生种子（即产生性细胞），才可遗传到下一代，故有的突变不遗传。

2.M2的种植与选择（1）M2的种植：根据收获种子的方式按处理点播（2）M2的选择：是选择的关键世代。变异状况：

1.分离最大的世代

；

2.无意义突变多

，叶绿素突变等，矮秆、早熟较多；

3.多为隐性突变

：

99%3.M3及以后世代的种植与选择（1）种植：入选突变