第七章 誘變育種

第七章誘變育種第七章誘變育種誘變育種：利用物理和化學(xué)因素誘導(dǎo)農(nóng)作物發(fā)生變異，通過選擇培育出新品種。第七章誘變育種第一節(jié)誘變育種的特點(diǎn)第二節(jié)誘變的方法第三節(jié)誘變育種的方法與程序第四節(jié)提高誘變育種效率的方法一、誘變育種發(fā)展歷程

1927年，Muller在第三次國際遺傳學(xué)大會論述X-射線誘發(fā)果蠅產(chǎn)生大量變異，提出誘發(fā)突變改良植物。隨后，Stadler首次證明X-射線可以誘發(fā)玉米和大麥突變。

Nilsson-Ehle&Gustafsson（1930）利用X射線輻照獲得了莖稈堅(jiān)硬、穗型緊密、直立型的大麥突變體。

1934年，Tollenear利用X射線育成了第一個煙草突變品種Chlorina，并在生產(chǎn)上得到了推廣。

1948年，印度利用X射線誘變育成抗干旱的棉花品種。誘變源不斷豐富和改進(jìn)，從早期的紫外線、X-射線到r射線、?射線、中子和各種化學(xué)誘變劑。

20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)和美國科學(xué)家將植物種子搭載衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)染色體畸變頻率較大幅度增加。第一節(jié)誘變育種的特點(diǎn)我國情況：●1957年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院成立了我國第一個原子能農(nóng)業(yè)利用研究室；隨后各省也相繼成立有關(guān)研究機(jī)構(gòu)；●

20世紀(jì)60年代中期開始在水稻、小麥、大豆等主要作物上利用輻射誘變育成了新品種，在生產(chǎn)上得到了應(yīng)用?！?/p>

20世紀(jì)70年代后期，植物輻射誘變育種開始應(yīng)用于蔬菜、糖料、瓜果、飼料、藥用和觀賞植物育種?！?/p>

1987年，“農(nóng)墾58號”水稻、青椒等種子搭載我國第九顆返回式衛(wèi)星上天，這是我國作物種子的第一次太空之旅。當(dāng)時(shí)搭載種子的目的并不是想育種，只是想探測太空環(huán)境對植物遺傳是否有影響。專家們發(fā)現(xiàn)這些上天的種子發(fā)生了一些意外的變異，航天育種的研究被提上了日程

。

9個品種獲國家發(fā)明獎，包括：水稻原豐早、棉花魯棉1號、大豆鐵豐18和黑農(nóng)26等。意義：豐富和拓寬了變異類型，尤其是自然界很少有的性狀變異，增加了可利用基因資源。第一節(jié)誘變育種的特點(diǎn)1.提高突變率，擴(kuò)大突變譜突變率：

突變體占總個體數(shù)的百分率。

突變譜：

各種突變類型組成突變譜。

2.有效地改良個別單一性狀矮稈、早熟、抗病性。

3.縮短育種年限主效基因的改變，穩(wěn)定較快。

優(yōu)點(diǎn)：

1.有利突變不多

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)多個性狀同時(shí)向好的方向的突變。缺點(diǎn):

第二節(jié)誘變的方法一.物理誘變

誘變劑：

能誘導(dǎo)植物發(fā)生基因突變的因素。

用不同種類的射線處理，引起生物DNA損傷或斷裂，修復(fù)時(shí)發(fā)生錯誤拼接與復(fù)制。1.物理誘變劑的種類和性質(zhì)電磁波輻射：紫外線、

γ射線、X射線；帶電離子：α射線、β射線不帶電離子：中子；

其它誘變劑：激光、電子束等粒子輻射：電磁輻射（1）紫外線：波長200-390nm，低能電磁輻射。激發(fā)原子外層電子電磁輻射，非電離輻射。穿透力弱，只適用于單細(xì)胞組織或生物（2）X射線：波長1nm以下，核外電磁輻射，原子中激發(fā)態(tài)躍遷到低能態(tài)產(chǎn)生射線。射線特性取決于工作電壓和靶材料（鎢、鉬）軟X射線：0.1-1nm，穿透力弱(mm)，（微效突變）

硬X射線：0.001-0.1nm，穿透力(cm)，早期常用于誘變育種

高能X射線：10-8-10-3nm，穿透力強(qiáng)（3）r射線：波長小于10-3nm，核內(nèi)電離輻射，能量高，穿透力強(qiáng)（cm)。最常用的物理誘變劑，60%誘變育成品種是利用r射線防護(hù)：水泥墻體、鉛板、金屬離子溶液、水體等輻射源：60Co：由非放射性金屬鈷在中子反應(yīng)堆中形成；半衰期5.3年

137U：鈾裂變產(chǎn)生，半衰期30年，能量是60Co的一半處理方式：外照射慢照射：低劑量長時(shí)間（幾天至整個生育期）的照射急照射：高劑量短時(shí)間內(nèi)完成；設(shè)施結(jié)構(gòu)：控制室：升降控制、安全報(bào)警、劑量監(jiān)測、電視監(jiān)控；迷道：控制室與照射室之間過道，S、C、L形；照射室：照射源、儲源井、升降裝置處理對象：植株、種子、組織、器官、愈傷組織、花粉（無嵌合體）60Coγ射線種植房

慢照射種植房急照射的照射室結(jié)構(gòu)與種植房相似鈷圃（慢照射）粒子輻射（4）?射線：放射性同位素32P、35S、14C、131I

穿透力遠(yuǎn)小于r射線（mm）、但電離密度大

內(nèi)照射：同位素溶液浸泡、注射處理，常用32P（半衰期短）（5）α射線：氦的原子核。穿透力更弱，電離密度更大。對有機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷，誘發(fā)染色體斷裂的能力很強(qiáng)。（6）中子：外照射2.輻射處理的劑量單位（1）放射強(qiáng)度居里（Ci）:放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰變?yōu)?居里通常用mCi(10-3Ci)μCi(10-6Ci)

貝可（

Bq

）

1Bq/sce=2.703×10-11

Ci

（2）照射劑量倫琴（R）:1g空氣中吸收83爾格（erg）的能量。是X、γ射線的劑量單位。庫侖（Coulomb）/千克（1庫侖/千克=3.876×103R）（3）吸收劑量拉特（Rad）1g受照射物質(zhì)吸收100爾格的能量戈瑞（Gray）（1戈瑞=100Rad=1焦耳/千克）劑量強(qiáng)度：

指受照射的物質(zhì)每單位質(zhì)量所吸收的能量。

（4）中子流量每平方厘米的中子數(shù)n/cm2（5）劑量率單位時(shí)間內(nèi)所受的劑量。倫/小時(shí)倫/秒（6）其它

致死劑量（

LD100

）：

照射處理后，植株不能開花結(jié)實(shí)的劑量。

半致死劑量

（

LD50

）：

照射處理后，植株能開花結(jié)實(shí)存活一半的劑量。半致矮劑量

：

照射處理后，植株生長受到抑制，苗高降低到對照的一半的劑量。

臨界劑量：

照射處理后植株成活率約

40%的劑量。

（1）測定輻射敏感性的指標(biāo)：①生長受抑制的程度半致矮劑量(D50)②植株成活率致死劑量（LD100）輻射引起植株全部死亡劑量半致死劑量（LD50）輻射引起50%植株死亡劑量臨界劑量輻射后植株存活40%的劑量3.作物對輻射的敏感性③植株不育程度（不育株%）④幼苗根尖和幼芽細(xì)胞分裂時(shí)染色體畸變率⑤以細(xì)胞分裂間期細(xì)胞體積、染色體體積作指標(biāo)。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、成分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；（2）作物對輻射敏感性的差異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；萌動芽>休眠芽⑤外界條件無氧空氣中輻照，幼苗損傷和染色體損傷少外照射和內(nèi)照射。

外照射：有機(jī)體接受的輻射來自外部的輻射源

4.輻射處理的方法內(nèi)照射：將放射性元素引入到植物的組織細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行照射。常用的方法有

浸泡法注射法施入法合成法

幾種主要作物射線和快中子處理適宜劑量:作物種類處理狀態(tài)料γ

射線(krad)處理狀態(tài)中子流量(n/cm2)小麥干種子20-30干種子1×1011-1×1012秈稻干種子25-45催芽種子1×1011-1×1012粳稻干種子20-40干種子4×1011-6×1012玉米干種子(雜交種)20-35干種子5×1011-1×1012

干種子(自交系)15-25大豆干種子

15-25干種子1×1011-1×1012棉花干種子

15-25干種子1×1011-1×1012馬鈴薯塊莖3-4甘薯塊根10-301.化學(xué)誘變劑的種類和性質(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。它帶有一個或多個烷基，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。二.化學(xué)誘變常用的幾種烷化劑：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（1）誘發(fā)點(diǎn)突變多，染色體畸變少（2）處理材料損傷輕，在某種程度上可進(jìn)行特異性誘變（3）使用方便，經(jīng)濟(jì)，不需要特殊設(shè)備2.化學(xué)誘變劑作用的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）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（2）生物損傷大；

（3）重復(fù)性較差，有致癌的危險(xiǎn)。

缺點(diǎn)：方法有：浸漬法、滴液法、注射法、涂抹法、施入法、熏蒸法。注意：誘變劑濃度、處理時(shí)間、溫度、PH、種子含水量。3.化學(xué)誘變劑處理的方法幾種化學(xué)誘變劑處理禾谷類作物種子的適宜濃度誘變劑適宜濃度甲基磺酸乙酯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%

乙烯亞胺0.085–9.0mmol/L或0.05%-0.15%

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

亦稱太空育種。是指利用返回式衛(wèi)星等返回式航天器所能達(dá)到的空間環(huán)境對植物（種子）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，培育新品種的育種技術(shù)。

20世紀(jì)80年代以來，美蘇兩國陸續(xù)公布的一些數(shù)據(jù)表明，太空環(huán)境確實(shí)對植物種子變異產(chǎn)生了影響。

我國作為目前世界上僅有的3個掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家之一，從1987年以來先后8次利用返回式衛(wèi)星、4次利用高空氣球搭載了70多種植物的40多公斤種子，涉及主要糧、棉、油及蔬菜、瓜果等作物，育成了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的青椒、番茄、水稻、蓮子、小麥等作物新品種、新品系，從中還獲得了一些有可能對產(chǎn)量和品質(zhì)等主要經(jīng)濟(jì)性狀有突破性影響的罕見突變。目前，通過省級以上審定的新品種20多個，若干個后續(xù)品系已進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)或品種審定階段。水稻、小麥太空育種情況：新品種12個，其中4個水稻新品種“華航1號”、“特優(yōu)航1號”、“II優(yōu)航1號”和“培雜泰豐”等通過國家審定，已經(jīng)完成或正在參加省級以上區(qū)域試驗(yàn)的稻麥新品系、新組合16個。

空間誘變育種的機(jī)理：●太空微重力●高能粒子●高真空●缺氧●交變磁場

太空環(huán)境造成細(xì)胞分裂紊亂、染色體畸變，抑制DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)，加劇了生物體變異，最終引起遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變異；潛伏的轉(zhuǎn)座子激活，活化的轉(zhuǎn)座子通過移位、插入和丟失，導(dǎo)致基因變異和染色體畸變?？臻g誘變育種的特點(diǎn)：●誘變作用強(qiáng)●變異幅度大●微突變類型多●有益變異多●穩(wěn)定性強(qiáng)*對于產(chǎn)量和品質(zhì)等經(jīng)濟(jì)性狀改良作用大。

田間長勢較旺,穗層整齊,株型適中,生長期縮短了15-30天,大穗、大粒、品質(zhì)好,產(chǎn)量高,抗白葉枯病,口感很好。太空水稻太空茄子最大可達(dá)2.2公斤，果實(shí)周長62厘米，平均單果重1.5公斤左。形狀大、產(chǎn)量高、抗病強(qiáng)、肉嫩籽少、口感好。太空茄子具有口感清香濃郁、無澀味、脆爽、果肉肥厚、汁液豐富，瓜內(nèi)籽少、果實(shí)長而不彎曲、便于運(yùn)輸。太空黃瓜太空黑樹莓“太空椒”門果二夾果單果平均重量達(dá)400克，畝產(chǎn)比地面對照的青椒高25%—30%，維生素C含量高20%。太空椒第三節(jié)誘變育種的方法與程序一.處理材料的選擇1.綜合性狀良好，只存在個別缺點(diǎn)的品種2.雜交材料3.單倍體4.多倍體5.

純系

1.種子2.綠色植株3.花粉4.子房5.合子6.營養(yǎng)器官：芽條、塊莖、塊根。

7.組織培養(yǎng)物二.處理部位的選擇1.M1的種植與選擇（1）M1的種植按不同處理點(diǎn)播或稀條播如果處理的是種子，多采用密植（2）M1的選擇

M1不選擇，收主穗

（3）隔離：因有不育株；

三.誘變處理后的選育其原因：①M(fèi)1存在著生物學(xué)損傷，植株生長較差。②突變往往發(fā)生在個別細(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。M1——誘變第一代：

經(jīng)過誘變處理的種子或用營養(yǎng)器官長成的植株或直接處理的植株，是嵌合體。

隱性突變較多，只有突變部位產(chǎn)生種子（即產(chǎn)生性細(xì)胞），才可遺傳到下一代，故有的突變不遺傳。

2.M2的種植與選擇（1）M2的種植：根據(jù)收獲種子的方式按處理點(diǎn)播（2）M2的選擇：是選擇的關(guān)鍵世代。變異狀況：

1.分離最大的世代

；

2.無意義突變多

，葉綠素突變等，矮稈、早熟較多；

3.多為隱性突變

：

99%3.M3及以后世代的種植與選擇（1）種植：入選突變