園林植物育種學(xué)：第九章 誘變育種

1、第9章 誘變育種本章提要誘變育種的概念與特點(diǎn)誘變的作用機(jī)理、誘變方法輻射誘變和化學(xué)誘變育種概念：人為地采用理化因素誘發(fā)生物體產(chǎn)生遺傳物質(zhì)的突變，經(jīng)分離、選擇、培育成新品種的育種方法叫誘發(fā)突變育種，簡(jiǎn)稱誘變育種。9.1 誘變育種的意義特點(diǎn)及局限性9.1.1 誘變育種的意義和特點(diǎn)打破原有的基因連鎖，豐富作物原有基因庫(kù)，創(chuàng)造新的基因型美 人 蕉變異頻率高，變異類型豐富能改變品種單一不良性狀，而保持其它優(yōu)良性狀不變懸 鈴 木縮短育種年限能克服遠(yuǎn)緣雜交的不結(jié)實(shí)性大果泡桐9.1.2 誘變育種的局限性：變異方向與性質(zhì)難以預(yù)測(cè)和控制改良的性狀有限變異性狀具不穩(wěn)定性9.2 輻射誘變誘變育種中根據(jù)誘變因素可分為物

2、理誘變和化學(xué)誘變兩類。物理誘變主要指利用輻射，誘發(fā)基因突變和染色體變異。輻射分為電磁波輻射和粒子輻射。郁 金 香百 合蔥 蘭香 石 竹杜 鵑仙 客 來(lái)唐 菖 蒲月 季荷 花葉 子 花美 人 蕉9.2.1 輻射的種類與性質(zhì)X射線：輻射源是X光機(jī)。射線：輻射源是60鈷和137銫及反應(yīng)堆射線：輻射源為放射性同位素32磷和35硫中子：輻射源為核反應(yīng)堆、加速器或中子發(fā)生器。激光：由激光器產(chǎn)生的光。9.2.2 輻射的劑量及其單位：輻射誘變劑量：對(duì)植物材料進(jìn)行輻射誘變是使用的處理劑量。照射劑量：用來(lái)度量處理植物材料是所采用的輻射量大小的單位。吸收劑量：受照射材料實(shí)際所得到的輻射能量。劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)植物材

3、料所受的照射劑量或吸收劑量。 放射性強(qiáng)度單位：放射性強(qiáng)度是以放射性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)目來(lái)表示，即放射性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)目愈多，其放射強(qiáng)度愈大。適宜劑量和劑量率的選擇：選用原則則可根據(jù)活、變、優(yōu)三方面要求靈活掌握?；钪负蟠幸欢ǖ某苫盥?；變指在成活個(gè)體中有較大的變異效應(yīng)；優(yōu)指產(chǎn)生的變異中有較多的有利變異。 9.2.3 輻射誘變的作用原理 9.2.3.1 發(fā)生突變的可能機(jī)制直接效應(yīng)與間接效應(yīng)：直接效應(yīng)是射線直接擊中生物大分子，使其產(chǎn)生電離或激發(fā)所引起的原發(fā)反應(yīng)。間接效應(yīng)是射線作用于水，引起水的射解，并進(jìn)一步作用產(chǎn)生自由基、過(guò)氧化氫等，再作用于生物大分子，從而導(dǎo)致大分子的發(fā)

4、生。 9.2.3.3 輻射對(duì)細(xì)胞、染色體及DNA的作用：對(duì)細(xì)胞作用1 細(xì)胞分裂活動(dòng)受抑制或在分裂早期死亡，有機(jī)體生長(zhǎng)緩慢。2 引起細(xì)胞膜的破壞3 使細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)成分發(fā)生物理、化學(xué)性質(zhì)的變化，使細(xì)胞新陳代謝所需的一些酶失活從而引起細(xì)胞功能的衰退。4 細(xì)胞核顯著增大，染色體出現(xiàn)團(tuán)塊，核仁和染色質(zhì)的空泡化，使正常的有絲分裂遭到破壞。輻射對(duì)染色體的作用：輻射引起染色體畸變和基因突變。輻射對(duì)DNA的作用：DNA是重要的遺傳物質(zhì)，電離輻射引起基因突變，即DNA分子在輻射作用下發(fā)生了變化，包括氫鍵的斷裂、糖與磷酸基之間斷裂等。DNA結(jié)構(gòu)上的變化紊亂，使遺傳信息貯存和補(bǔ)償系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)錄錯(cuò)誤，最后導(dǎo)致有機(jī)體的突變。

5、9.2.3.4 植物材料的輻射敏感性致死劑量：使被照射材料全部喪失活力的最低輻射劑量。半致死劑量：使被照射材料成活率為對(duì)照50%的輻射劑量。半致矮劑量：使被照射材料生長(zhǎng)量為對(duì)照50%的輻射劑量。臨界劑量：使被照射材料生長(zhǎng)量或成活率為對(duì)照40%的輻射劑量。9.2.4 輻射誘變方法（一） 外照射急性照射、慢性照射、重復(fù)照射各種材料的處理方法1 種子2 無(wú)性繁殖器官3 植株照射（二） 內(nèi)照射：輻射源被引進(jìn)到植物體內(nèi)部的照射。浸泡種子或枝條注射入植物的莖、枝條、芽等施入土壤飼養(yǎng)法：用14C供給植物，借助光合作用所形成的產(chǎn)物來(lái)進(jìn)行內(nèi)照射。9.2.4.2 輻照材料的選擇輻射誘變的優(yōu)點(diǎn)之一是容易使原品種的一

6、兩個(gè)性狀得以改變，因此在選用輻照材料時(shí)應(yīng)選用綜合性狀好的品種，如選用有2個(gè)以上缺點(diǎn)的，難以育成理想的品種。選用的材料應(yīng)易產(chǎn)生不定芽。適當(dāng)選用對(duì)輻射敏感的材料。 表9-1 幾種花卉輻射量參考表花卉種類處理材料射線種類劑量范圍(Gy)劑量率（Gy/min）水仙 球莖、 50300 1-5 芽、葉 530 1-5菊花 根芽 、 1040 1 愈傷 、 420 1梅花 枝條 1030 0.273唐昌蒲球莖 500570 5百合 球莖 23 09.3 化學(xué)誘變9.3.1 概念：化學(xué)誘變育種：利用化學(xué)誘變劑誘發(fā)園林植物產(chǎn)生遺傳變異，以選育新品種的技術(shù)。月見(jiàn)草風(fēng) 鈴 草9.3.2 化學(xué)誘變育種特點(diǎn)操作方法簡(jiǎn)

7、便易行專一性強(qiáng)化學(xué)誘變劑可提高突變頻率，擴(kuò)大突變范圍需要兩代的培育、選擇，才能獲得性狀穩(wěn)定的新品種誘變后代的穩(wěn)定過(guò)程較短，可縮短育種年限9.3.3 化學(xué)誘變劑的種類類別：烷化劑類、核酸堿基類似物、無(wú)機(jī)類、簡(jiǎn)單有機(jī)類化合物（H2O2,LiCl,亞硝酸，MnCl2,CuCl2)等。常用誘變劑性質(zhì) 9.3.4 化學(xué)誘變劑處理的步驟與方法化學(xué)誘變的步驟包括：前處理、誘變劑處理、后處理。前處理：用清水浸泡植物種子，提高膜透性。處理方法：浸種法、涂抹法、注入法、熏蒸法、施入法等。后處理：終止誘變劑發(fā)揮作用的措施(流水清洗，或選用一些化學(xué)清除劑）。 理化誘變的特異性及復(fù)合處理輻射誘變化學(xué)誘變 不 同 點(diǎn)穿透

8、力強(qiáng)穿透性弱染色體結(jié)構(gòu)變異誘發(fā)基因點(diǎn)突變?nèi)旧w斷裂隨機(jī)誘變有專一性需一定的設(shè)施或?qū)ｉT(mén)裝置、多投資使用方便、成本低廉理化誘變因素的復(fù)合處理：在應(yīng)用射線、中子、激光等處理之后，再用化學(xué)誘變劑處理，由于射線改變了生物膜的完整性和滲透性，從而有助于對(duì)化學(xué)誘變劑的吸收。物理和化學(xué)因素的復(fù)合處理，能發(fā)揮各自的特異性并起到相互配合的作用。9.4 空間誘變育種9.4.1 概念：空間誘變育種（又稱太空育種，航天育種）航天育種也稱為太空育種，就是指利用返回式航天器和高空氣球等所能達(dá)到的空間環(huán)境對(duì)植物的誘變作用以產(chǎn)生有益變異，在地面選育新種質(zhì)、新材料，培育新品種的農(nóng)作物育種新技術(shù)。 9.4.2 原理1 空間輻射:高

9、能粒子2 微重力隨著“神七”搭載物漸漸公布于眾，作為重大科研項(xiàng)目的航天育種材料也在人們的急切關(guān)注下，逐一亮相：三峽“鴿子樹(shù)”，三清山秀麗槭、青錢(qián)柳等瀕危植物，大連普蘭店千年古蓮種，深圳蝴蝶蘭、袋鼠花、球根海棠等園林植物，都搭乘“神七”太空遨游。一時(shí)間，這些觀賞植物相聚“神七”，在浩瀚太空中經(jīng)過(guò)輻射之后，等待著植物育種專家的檢測(cè)和研究。9.5 誘變材料的培育與選擇9.5.1 有性繁殖植物：（一）種子M1代：有生理?yè)p傷，表現(xiàn)出一些形態(tài)和生理上的畸變，不宜選擇。M2代植株出現(xiàn)分離，是選擇的重點(diǎn)。M3基本穩(wěn)定，可鑒定后大量繁殖，并進(jìn)行品種比較試驗(yàn)，生長(zhǎng)試驗(yàn)、多點(diǎn)試驗(yàn)及區(qū)域試驗(yàn)等。（二） 花粉：花粉經(jīng)誘變處理后，一是可結(jié)合單倍體育種，培養(yǎng)選育出變異的單倍體植株，二是用來(lái)授粉而獲得變異植株。9.5.2 無(wú)性繁殖植物（一）突變體的分離選擇技術(shù)分離繁殖法短截修剪法不定芽技術(shù)組織培養(yǎng)法9.5.3 誘變育種的成就中名直接利用合計(jì)葉子花22美人蕉44大麗花2222荷花11現(xiàn)代月季3535小計(jì)6666中國(guó)誘變誘變育成的園藝植物品種數(shù)各種誘變因素育成品種一覽表X射線射線射線中子激光電子化學(xué)誘變復(fù)合處理世界總計(jì)314667+55