第十三章誘變育種

第十三章誘變育種CKCK突變體突變體第一節(jié)誘變育種概念及特點(diǎn)

一、誘變育種：

利用物理和化學(xué)因素誘導(dǎo)植物發(fā)生變異，通過(guò)選擇培育出新品種。二、誘變育種研究概況20世紀(jì)20年代，Muller在果蠅上、Stadler在玉米和大麥上首次證明X射線可以誘發(fā)突變。1930年，Nilsson等人利用X射線輻照獲得了莖稈堅(jiān)硬、穗型緊密、直立型的有實(shí)用價(jià)值的大麥突變體。至此，一些國(guó)家相繼開(kāi)展植物輻射誘變育種工作。我國(guó)從50年代開(kāi)始輻射誘變育種工作。三、植物輻射誘變育種的主要成就1.培育新品種利用理化誘變育種始于20世紀(jì)20年代。40年代育成了一批新品種。我國(guó)誘變育種工作始于50年代。誘變育種在早熟、抗病、優(yōu)質(zhì)、矮稈等方面較為突出。全世界通過(guò)輻射育種培育和推廣了1932個(gè)品種，我國(guó)達(dá)459個(gè)；2.豐富基因庫(kù)人工創(chuàng)造種質(zhì)資源，間接利用作雜交親本。我國(guó)收集24種植物的突變資源1700余份，其中性狀優(yōu)異被廣泛利用的34份。四、誘變育種特點(diǎn)1.提高突變率、擴(kuò)大突變譜突變率：突變體占總個(gè)體數(shù)的百分率。突變譜：各種突變類型組成突變譜。

2.改良單一性狀比較有效，有效地改良個(gè)別性狀。誘變多為點(diǎn)突變、改變一兩個(gè)基因，對(duì)主效基因控制的性狀較有效，如：矮稈、早熟、抗病3.能打破性狀間的緊密連鎖，促進(jìn)基因重組。

4.后代性狀穩(wěn)定快,可以縮短育種年限。5.誘發(fā)突變的方向和性質(zhì)尚難掌握①有利突變不多，有益突變的頻率低。例：水稻在M2，4400株中有4株（0.028%）突變株，而只有1株在生產(chǎn)上有利用價(jià)值。

②突變的性質(zhì)和方向不定。誘變育種有一定的盲目性

。③很難出現(xiàn)多性狀好的突變。很難出現(xiàn)多個(gè)性狀同時(shí)向好的方向的突變。第二節(jié)物理誘變一.物理誘變用不同種類的射線處理，引起基因突變或染色體變異。1.物理誘變劑的種類和性質(zhì)誘變育種的輻射種類能量較低的電磁輻射電離輻射電磁輻射粒子輻射X射線Γ射線帶電粒子不帶電粒子α射線β射線質(zhì)子種子

慢照射種植房

急照射的照射室結(jié)構(gòu)與種植房相似60Coγ射線溫室（慢照射）

2.輻射處理的劑量單位（1）放射強(qiáng)度（活度）：指放射性同位素單位

時(shí)間內(nèi)的核衰變次數(shù)居里（Ci）:放射性同位素每秒有3.7×1010次

核衰變?yōu)?居里mCi(10-3Ci)μCi(10-6Ci)

現(xiàn)國(guó)際制專用單位為：貝克（Bq）

每秒鐘衰變一次為1貝克1Ci=3.7×1010

Bq（2）輻射劑量(X)：

X或γ射線在標(biāo)準(zhǔn)條件下單位質(zhì)量的干燥空氣中所產(chǎn)生的電荷（同一符號(hào)的）。

照射量以倫琴(R)表示,是X和γ射線的劑量單位

新的輻射劑量的國(guó)際專用單位是庫(kù)侖/千克〈C/kg〉1R=2.58×10-4C/kg

1C/kg=3.876×103R（3）吸收劑量(D)：指受照射的物質(zhì)每單位質(zhì)量所吸收的能量,即物質(zhì)所吸收的能量/物質(zhì)的質(zhì)量.吸收劑量的國(guó)際專用單位：戈瑞（Gray，Gy），1Gy=1J/kg拉特（rad），1Gy=100rad積分通量（中子通量）：以單位平方厘米的中子數(shù)

表示（n/cm2）。（4）吸收劑量率（absorbeddoserate）：

處理材料單位時(shí)間所吸收的劑量。

在照射處理時(shí)，處理材料在單位時(shí)間內(nèi)所受到的劑量過(guò)大，可以顯著影響幼苗成活率和生長(zhǎng)速度。所以用吸收劑量率作為衡量單位來(lái)表示。但一般情況下突變與吸收劑量率關(guān)系不是很大。Gy/hGY/minGy/s二、輻射誘變的機(jī)理①物理作用階段②化學(xué)反應(yīng)階段③生物學(xué)階段三、植物輻射敏感性概念：作物對(duì)輻射的敏感性是指生物體、組織、細(xì)胞或細(xì)胞

內(nèi)含物在一定劑量的射線照射下，在形態(tài)和機(jī)能上發(fā)

生相應(yīng)變化的大小。就是指植物體對(duì)電離輻射作用的

敏感程度。（1）測(cè)定輻射敏感性的指標(biāo)：①生長(zhǎng)受抑制的程度半致矮劑量(D50)：

苗高降低到對(duì)照的一半所需的劑量②植株成活率輻照后能達(dá)到開(kāi)花結(jié)實(shí)完成生命周期植株的百分?jǐn)?shù)

致死劑量（LD100）：輻射引起植株全部死亡劑量半致死劑量（LD50）：輻射引起50%植株死亡劑量臨界致死劑量：輻射后植株存活40%的劑量③植株不育程度（不育株%）：一般以花粉敗育或結(jié)實(shí)率的高低和不育株所占百分率表示；④幼苗根尖和幼芽細(xì)胞分裂時(shí)染色體畸變率幼苗根尖和幼芽細(xì)胞分裂時(shí)染色體畸變率，常用微核細(xì)胞率作指標(biāo)；⑤細(xì)胞分裂間期細(xì)胞體積、染色體體積：以細(xì)胞分裂期間細(xì)胞核體積、染色體體積作指標(biāo)。

（2）作物對(duì)輻射敏感性的差異①不同科、屬、種、品種輻照敏感性不同豆科>禾本科>十字花科②不同倍數(shù)植物輻照敏感性不同二倍體>多倍體③不同器官、組織、細(xì)胞輻照敏感性不同植株>種子；根>葉；分生組織>其它組織性細(xì)胞>體細(xì)胞；卵細(xì)胞>花粉細(xì)胞；④不同發(fā)育時(shí)期、不同生理狀態(tài)輻照敏感性不同幼齡植株>老齡植株；未成熟種子>成熟種子濕種子>干種子；萌動(dòng)芽>休眠芽⑤外界條件無(wú)氧空氣中輻照，幼苗損傷和染色體損傷少四.輻射處理的方法外照射內(nèi)照射間接照射：對(duì)試材的環(huán)境條件進(jìn)行輻射快照射慢照射外照射：處理材料受到的照射來(lái)自外部的輻射源。①種子照射②植株照射③營(yíng)養(yǎng)器官照射④花粉、子房照射⑤其他植物器官組織的照射內(nèi)照射：利用放射性同位素32P、35S、14C的化合物,配成溶液浸漬種子或使作物吸收,或注射莖部。①浸種法②涂抹法③注射法④施入法五、影響誘變效果的因素處理前后的環(huán)境條件影響誘變效果1.種子含水量是影響誘變效果的主要因素之一

2.輻射處理時(shí)的外界條件（如氧氣、溫度、光照）以及處理后的貯存時(shí)間條件對(duì)誘變效應(yīng)均有影響

3.照射后種子貯存時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響種子的生活力，所以一般都在處理后盡早播種

4.在照射處理時(shí)所應(yīng)用的照射劑量因作物種類、處理材料（種子、植株或花粉）均有所不同第三節(jié)

化學(xué)誘變1.化學(xué)誘變劑的種類和性質(zhì)誘變劑：能與生物體的遺傳物質(zhì)發(fā)生作用，并能改

變其遺傳結(jié)構(gòu)，使其后代產(chǎn)生變異的化學(xué)物質(zhì)常用的化學(xué)誘變劑有：①烷化劑具有烷化功能的化合物。它帶有一個(gè)或多個(gè)烷基，能轉(zhuǎn)移到其它電子密度較高的分子中，置換堿基中的氫原子。常用的幾種烷化劑：甲基磺酸乙脂EMS乙烯亞胺EI亞硝基乙基尿烷ENU(NEU)亞硝基乙基脲ENH(NEH)硫酸二乙脂DES②堿基類似物與DNA堿基的化學(xué)機(jī)構(gòu)相類似，能與DNA結(jié)合又不妨礙DNA的復(fù)制，導(dǎo)致錯(cuò)誤配對(duì)，堿基置換，產(chǎn)生突變。胸腺嘧啶類似物5-溴尿嘧啶（5-BU）

5-溴脫氧尿核苷（5-BUDR）腺嘌呤類似物2-氨基嘌呤（2-AP）③疊N化物（NaN3）：是一種動(dòng)植物的呼吸抑制劑，它可使復(fù)制中的DNA堿基發(fā)生替換，是目前誘變率高而安全的一種誘變劑。

④簡(jiǎn)單有機(jī)化合物：甲醛、乙酸、乳酸⑤簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)化合物：雙氧水、氨、亞硝酸⑥抗生素：鏈酶黑素、絲列霉素C、重氮絲氨酸等⑦生物堿；秋水仙素、長(zhǎng)春堿、喜樹(shù)堿2.化學(xué)誘變劑作用的特點(diǎn)（1）誘發(fā)點(diǎn)突變多，染色體畸變少（2）具有遲效作用①潛在損傷②殘留物的后效作用③化學(xué)活性基團(tuán)的再誘變作用（3）處理材料損傷輕，在某種程度上可進(jìn)行特異性誘變（4）使用方便，經(jīng)濟(jì)，不需要特殊設(shè)備（5）重復(fù)性差，有致癌的危險(xiǎn)3.化學(xué)誘變劑處理的方法(1)浸漬法(2)滴液法(3)注射法(4)涂抹法(5)施入法(6)熏蒸法4.化學(xué)誘變處理的材料(1).種子(2).綠色植株(3).花粉(4).子房(5).合子(6).營(yíng)養(yǎng)器官(7).組織培養(yǎng)物5.化學(xué)誘變處理的影響因素影響因素：誘變劑濃度、處理時(shí)間、溫度、PH、種子含水量、

復(fù)合處理等。處理種子時(shí)：浸泡種子→處理的種子→沖洗種子→播種處理小麥花粉：可采用在開(kāi)花前將穗頭剪下，投入誘變劑溶液

中，使其吸收一定量的誘變劑，待其開(kāi)花時(shí)收

集花粉，供授粉用。通常用低溫度、低濃度、長(zhǎng)時(shí)間處理,藥物對(duì)細(xì)胞的傷害輕，可以提高存活率和突變率,且低溫可以使藥物保持穩(wěn)定性。

第四節(jié)誘變育種的方法與程序一.處理材料的選擇誘變處理的材料通常選用本地區(qū)大面積推廣應(yīng)用的適應(yīng)性和綜合性狀良好,而某些個(gè)別性狀需要改良的推廣品種、純系材料、雜交材料、單倍體、多倍體若欲同時(shí)改良多種性狀則以雜交后代為材料的效果好誘變處理的對(duì)象一般為種子，但突變率較低,為了提高誘變頻率還可處理萌動(dòng)的種子、幼苗、孕穗期植株、雌雄配子、合子、芽條、塊莖、塊根、整株植物等。其中以處理配子和合子的效果較好，

特別是配子處理最有采用價(jià)值。

處理部位多為敏感性強(qiáng)的部位，如芽、生長(zhǎng)點(diǎn)、花粉、花藥、子房、分生組織等。二、誘變劑量的確定x、

r射線：

化學(xué)誘變劑:三、處理群體大小的確定

一般大于10000株。

三.誘變處理后的選育1.M1的種植與選擇經(jīng)誘變處理后的種子長(zhǎng)成的植株或直接處理的植株等稱誘變一代，用M1

表示（1）M1種子種植：按處理劑量分別播種（2）M1的選擇：M1代的變異除了可遺傳的基因突變和染

色體畸變外,主要為生理?yè)p傷,因此一般不加選擇。①M(fèi)1存在著生物學(xué)損傷，植株生長(zhǎng)較差。②突變往往發(fā)生在個(gè)別細(xì)胞中，植株是由變異和不變異的細(xì)胞組成的嵌合體。③突變多是隱性突變，形態(tài)上不易顯露出來(lái)。（3）M1的收獲：?jiǎn)沃昊騿嗡胧斋@。2.M2的種植與選擇（1）

M2的種植：按照M1代收獲種子的方式

(單株、單穗

)以及處理材料和劑量的不同順序種成株行或穗行。（2）

M2的選擇：M2代是選擇的關(guān)鍵世代，

這一世代即可出現(xiàn)大突變

(如早熟性、矮桿性)，又可出現(xiàn)微突變（如產(chǎn)量、品質(zhì)等）。以對(duì)大突變進(jìn)行嚴(yán)格的單株選擇為主。因小突變一般在單株水平上不易識(shí)別,因此M2代不特別選擇，只注意選留那些與原品種性狀差異小，長(zhǎng)勢(shì)旺的單株或群體，以后世代再?zèng)Q定取舍。3.M3及以后各世代的種植和選擇（1）種植：入選突變株種成株行（2）選擇：穩(wěn)定的株行可混收，分離的株行繼續(xù)選株M3代分離以微突變?yōu)橹鳎沁x擇微突變的關(guān)鍵世代。M3的選擇轉(zhuǎn)向以群體選擇為主,凡表現(xiàn)穩(wěn)定突變系可混收留種,而仍有分離的系統(tǒng)則可選留單株,下代繼續(xù)選擇和鑒定。M3以后的選育方法以及試驗(yàn)程序與雜交育種相同。

處理方式：

1.系譜法：

M1：收主穗

M2：種成株行，種植

ck；選有利突變，育種目標(biāo)性狀收單穗、單株；

M3:種穗行；選單株、株系；收單穗、株系；

M4和以后世代：鑒定株系，測(cè)產(chǎn)。

2.混合法：

M1：以每株主穗上混收幾粒種子；

M2：混種，選單株；此法簡(jiǎn)便，鑒定突變體，尤其是微突變難禾谷類作物輻射育種過(guò)程示意圖親本γ射線處理第一季M1代叢插，去雜除偽混收第二季M2代少本插，決選單穗第三季M3代單系種植，選系選株第四季M4代小區(qū)測(cè)產(chǎn)，決選優(yōu)系第五季M5代優(yōu)系進(jìn)行區(qū)試第六季M6代區(qū)試和生產(chǎn)試驗(yàn)第七季M7代生產(chǎn)試驗(yàn)，繁殖種子第八季M8代品種審定，推廣第四節(jié)其他誘變育種途徑

激光育種20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的科技領(lǐng)域。具有方向性極好，亮度極高，顏色極純，相干性好以及高的能量和功率等特性。最初作為刺激手段，促進(jìn)植物種子發(fā)芽和生長(zhǎng)發(fā)育。后發(fā)現(xiàn)，激光誘發(fā)的生物變異可以遺傳——激光育種途徑出現(xiàn)?，F(xiàn)我國(guó)用適當(dāng)波段劑量的激光處理水稻、小麥、大豆、油菜等→早熟、矮化、株型緊湊、抗逆性強(qiáng)等。果樹(shù)、家蠶育種也獲進(jìn)展。激光育種方法和研究動(dòng)向前蘇聯(lián)有人用激光連續(xù)數(shù)代處理番茄，獲新變異類型，成熟較早、植株和果實(shí)大小與顏色均不同于原始品種。新類型遺傳性穩(wěn)定，含糖量及維生素C和胡蘿卜素較多，保鮮時(shí)間較長(zhǎng)。根據(jù)育種對(duì)象和目標(biāo)而定。主要是照射花粉、種子、種芽、植株、無(wú)性繁殖器官、葉子、花、子房等。在機(jī)理研究方面，如定向、有利突變頻率的問(wèn)題；與化學(xué)誘變劑的結(jié)合問(wèn)題。此外，還研究激光聚焦成微束激光‘細(xì)胞手術(shù)刀’有助于遺傳育種學(xué)開(kāi)展精密的研究。

微波技術(shù)在育種中的應(yīng)用微波指波長(zhǎng)為1-100mm左右，能量范圍為10-2—10-6電子伏特（eV）的無(wú)線電波。是新近引入突變育種的輔助性新技術(shù)。如與γ射線配合應(yīng)用，有定向控制和穩(wěn)定突變的作用。“農(nóng)墾20”的選育。如與化學(xué)誘變結(jié)合育成“遼原”1、2、3、4號(hào)新品種。把輻射線同一些化學(xué)誘變劑結(jié)合起來(lái)交替使用，比單獨(dú)用任何一種誘變素更有效，可以獲得更多有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的突變體。太陽(yáng)能育種近年來(lái)研究的新課題。用聚焦陽(yáng)光間歇地照射植物的種子、幼苗、花粉、芽、或塊莖等，可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量，同時(shí)可誘發(fā)變異。有的國(guó)家稱太陽(yáng)能育種為“植物光能學(xué)”。目前，以獲得小麥、玉米、大豆、番茄等新類型。照射過(guò)的黃瓜種子總產(chǎn)量可提高14%，早期產(chǎn)量可提高17-20%，照射番茄種子獲得的新品種產(chǎn)量比親本高30-50%，而且果實(shí)的質(zhì)量好。宇航（