第九章誘變育種

1、第第九九章章 誘變育種誘變育種誘變育種誘變育種(induced mutation breeding)(induced mutation breeding) ：利用利用物理和化學(xué)等因素誘導(dǎo)農(nóng)作物發(fā)生變異，物理和化學(xué)等因素誘導(dǎo)農(nóng)作物發(fā)生變異，再通過選擇育成再通過選擇育成 新品種的方法。新品種的方法。誘變育種區(qū)別于系統(tǒng)育種誘變育種區(qū)別于系統(tǒng)育種 - -利用自然變異。利用自然變異。誘變誘變育種育種特別特別適宜改良作物適宜改良作物的某些單一的某些單一性性狀，狀，例如變例如變高稈為矮稈高稈為矮稈, ,提早提早成熟期成熟期, ,提高提高抗抗病性病性和蛋白質(zhì)含量等。和蛋白質(zhì)含量等。 第一節(jié)第一節(jié) 作物誘變育種

2、的意義和特點(diǎn)作物誘變育種的意義和特點(diǎn)一、一、誘變育種歷史和成就誘變育種歷史和成就二、誘變育種的特點(diǎn)二、誘變育種的特點(diǎn)二、誘變育種的特點(diǎn)二、誘變育種的特點(diǎn)（一）提高突變率、擴(kuò)大突變譜。（一）提高突變率、擴(kuò)大突變譜。 （二）（二） 改良單一性狀比較有效，同時(shí)改改良單一性狀比較有效，同時(shí)改良多個(gè)性狀較困難。良多個(gè)性狀較困難。（三）性狀穩(wěn)定快，育種年限短。（三）性狀穩(wěn)定快，育種年限短。（四）誘發(fā)突變的方向和性質(zhì)尚難掌握。（四）誘發(fā)突變的方向和性質(zhì)尚難掌握。第二節(jié)第二節(jié) 物理誘變劑及處理方法物理誘變劑及處理方法誘變劑：誘變劑：能誘導(dǎo)植物發(fā)生基因突變的能誘導(dǎo)植物發(fā)生基因突變的因素。因素。目前常用的誘變劑有

3、兩類：目前常用的誘變劑有兩類：物理誘變因素和化學(xué)誘變因素物理誘變因素和化學(xué)誘變因素物理誘變劑物理誘變劑是用不同種類的射線處理，引起基是用不同種類的射線處理，引起基因突變或染色體變異。因突變或染色體變異。1 1、電磁輻射、電磁輻射 引起生物引起生物DNADNA損傷或斷裂，修復(fù)時(shí)發(fā)生錯(cuò)損傷或斷裂，修復(fù)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤拼接與復(fù)制，輻射后代表現(xiàn)型產(chǎn)生變異，誤拼接與復(fù)制，輻射后代表現(xiàn)型產(chǎn)生變異，對(duì)于可遺傳的變異可以加以選擇。對(duì)于可遺傳的變異可以加以選擇。一、一、物理誘變劑種類和性質(zhì)：物理誘變劑種類和性質(zhì)： （1 1）紫外線：）紫外線：波長(zhǎng)波長(zhǎng)200-390nm200-390nm，低能電磁輻射。低，低能電磁輻射

4、。低壓汞燈非電離輻射。穿透力弱，只適用于微生物研究，壓汞燈非電離輻射。穿透力弱，只適用于微生物研究，花粉、孢子花粉、孢子。 （2 2）X X 射線：射線：波長(zhǎng)波長(zhǎng)1nm1nm以下，核外電磁輻射，穿透以下，核外電磁輻射，穿透力較強(qiáng)，能使被照射的物質(zhì)引起電離，力較強(qiáng)，能使被照射的物質(zhì)引起電離，X X光機(jī)：硬光機(jī)：硬X X射線，軟射線，軟X X射線射線。 （3 3） 射線：射線：波長(zhǎng)小于波長(zhǎng)小于1010-3 -3 nm nm，核內(nèi)電離輻射，核內(nèi)電離輻射，6060Co, Co, 137137CsCs；能量高，穿透力強(qiáng)。；能量高，穿透力強(qiáng)。 最常用的物理誘變劑，最常用的物理誘變劑，60%60%誘變育成品

5、種是誘變育成品種是利用利用r r 射線射線設(shè)施結(jié)構(gòu)：設(shè)施結(jié)構(gòu)： 照射室、照射圃、照射室、照射圃、 溫室、人工氣候輻照裝置溫室、人工氣候輻照裝置防護(hù)：水泥墻體、鉛板、金屬離子溶液、水體等防護(hù)：水泥墻體、鉛板、金屬離子溶液、水體等（4 4） 射線：射線：放射性同位素放射性同位素 3232P P、3535S S、1414C C、131131I I 穿透力遠(yuǎn)小于穿透力遠(yuǎn)小于r r 射線（射線（mmmm）、但電離）、但電離密度大密度大 射線：射線：氦的原子核。穿透力更弱，電離密度氦的原子核。穿透力更弱，電離密度更大。更大。 中子：中子：不帶電粒子，誘變能力比不帶電粒子，誘變能力比、射、射線強(qiáng)。線強(qiáng)。 2

6、 2、粒子輻射粒子輻射3 3、其他誘變劑、其他誘變劑電子束電子束激光激光離子注入離子注入利用返回式衛(wèi)星進(jìn)行農(nóng)作物新品種的選育的利用返回式衛(wèi)星進(jìn)行農(nóng)作物新品種的選育的一種方法。一種方法。利用太空微重力、高能粒子、高真空、缺氧利用太空微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交變磁場(chǎng)等綜合物理誘變因子進(jìn)行誘變和選和交變磁場(chǎng)等綜合物理誘變因子進(jìn)行誘變和選擇育種研究。擇育種研究。我國于我國于19871987年開始進(jìn)行航天搭載育種，由此年開始進(jìn)行航天搭載育種，由此育成了大田作物、蔬菜和花卉作物共育成了大田作物、蔬菜和花卉作物共5050多個(gè)物多個(gè)物種的種的300300多個(gè)優(yōu)良新品種。多個(gè)優(yōu)良新品種。4 4、航天育種

7、航天育種二、物理誘變劑處理方法二、物理誘變劑處理方法 1 1、種子，、種子， 2 2、綠色植株，、綠色植株， 3 3、花粉，、花粉， 4 4、子房，、子房， 5 5、合子，、合子， 6 6、營(yíng)養(yǎng)器官，、營(yíng)養(yǎng)器官， 7 7、組織培養(yǎng)物、組織培養(yǎng)物 （一）（一）處理材料：處理材料：( (二）處理方法：二）處理方法：外照射和內(nèi)照射。外照射和內(nèi)照射。1 1、外照射：、外照射：指被照射的種子或植株所受的輻指被照射的種子或植株所受的輻射來自外部某一輻射源，如鈷源、射來自外部某一輻射源，如鈷源、X X射線源、中射線源、中子源等。子源等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、處理量大，最常用。操作簡(jiǎn)便、處理量大，最常用。

8、分類：分類：急性照射和慢性照射急性照射和慢性照射慢照射：低劑量長(zhǎng)時(shí)間（幾天至整個(gè)生育期）的照射慢照射：低劑量長(zhǎng)時(shí)間（幾天至整個(gè)生育期）的照射. . 急照射：高劑量短時(shí)間內(nèi)完成急照射：高劑量短時(shí)間內(nèi)完成. .2 2、內(nèi)照射：、內(nèi)照射：將輻射源引入生物體組織和細(xì)將輻射源引入生物體組織和細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行照射的一種方法。胞內(nèi)進(jìn)行照射的一種方法。特點(diǎn)：特點(diǎn)：屬于慢性照射。屬于慢性照射。 照射性元素在體內(nèi)分布不均勻。照射性元素在體內(nèi)分布不均勻。 放射性元素不斷衰變。放射性元素不斷衰變。主要方法：主要方法：浸泡法；注入法；施入法；合成浸泡法；注入法；施入法；合成法。法。（三）輻射處理的劑量（三）輻射處理的劑量1

9、1、照射單位、照射單位放射性強(qiáng)度：放射性強(qiáng)度：放射源放射源 mCi (10 mCi (10-3 -3 Ci); uCi (10 Ci); uCi (10-6 -6 Ci) Ci) 劑量強(qiáng)度：劑量強(qiáng)度：?jiǎn)挝晃镔|(zhì)吸收的劑量。單位物質(zhì)吸收的劑量。 照射劑量：照射劑量：倫琴（倫琴（R R）表示，是）表示，是X X和和- -射線的劑量單位射線的劑量單位 吸收劑量：吸收劑量：拉特（拉特（RadRad）表示，戈瑞（）表示，戈瑞（GrayGray），）， 中子流量：中子流量：?jiǎn)挝黄椒嚼迕椎闹凶訑?shù)（單位平方厘米的中子數(shù)（n/cmn/cm2 2），也可用），也可用RadRad來來表示。表示。 劑量率：劑量率：?jiǎn)挝?/p>

10、時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的吸收劑量單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的吸收劑量 （R / minR / min） 2 2、作物對(duì)輻射敏感性的差異、作物對(duì)輻射敏感性的差異不同科、屬、種、品種輻照敏感性不同。不同科、屬、種、品種輻照敏感性不同。 豆科豆科 禾本科禾本科 十字花科十字花科大豆、豌豆、蠶豆、玉米、黑麥大豆、豌豆、蠶豆、玉米、黑麥 水稻、大小麥水稻、大小麥 棉棉花花 油菜油菜 紅麻、亞麻煙草紅麻、亞麻煙草 粳稻粳稻 秈稻；裸大麥秈稻；裸大麥 皮大麥皮大麥不同倍數(shù)植物輻照敏感性不同。二倍體不同倍數(shù)植物輻照敏感性不同。二倍體 多倍體多倍體不同器官、組織、細(xì)胞、成分輻照敏感性不同。不同器官、組織、細(xì)胞、成分輻照敏感性不同。 植

11、株植株 種子；根種子；根 葉；分生組織葉；分生組織 其它組織其它組織 性細(xì)胞性細(xì)胞 體細(xì)胞；卵細(xì)胞體細(xì)胞；卵細(xì)胞 花粉細(xì)胞；花粉細(xì)胞； 不同發(fā)育時(shí)期、不同生理狀態(tài)輻照敏感性不同發(fā)育時(shí)期、不同生理狀態(tài)輻照敏感性不同。不同。 幼齡植株幼齡植株 老齡植株；老齡植株； 未成熟種子未成熟種子 成熟種子成熟種子 濕種子濕種子 干種子；萌動(dòng)芽干種子；萌動(dòng)芽 休眠芽休眠芽外界條件。無氧空氣中輻照，幼苗損傷和外界條件。無氧空氣中輻照，幼苗損傷和染色體損傷少染色體損傷少3 3、測(cè)定輻射敏感性的指標(biāo)：、測(cè)定輻射敏感性的指標(biāo)：生長(zhǎng)受抑制的程度：半致矮劑量生長(zhǎng)受抑制的程度：半致矮劑量(D50)(D50)植株成活率：植株

12、成活率： 致死劑量（致死劑量（LDLD100100）輻射引起植株全部死亡劑量。輻射引起植株全部死亡劑量。 半致死劑量（半致死劑量（LDLD5050）輻射引起輻射引起50%50%植株死亡劑量植株死亡劑量。 臨界劑量臨界劑量 輻射后植株存活輻射后植株存活40%40%的劑量的劑量。植株不育程度；植株不育程度；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；以細(xì)胞分裂間期細(xì)胞體積、染色體體積作指標(biāo)。以細(xì)胞分裂間期細(xì)胞體積、染色體體積作指標(biāo)。第第三三節(jié)節(jié) 化學(xué)化學(xué)誘變劑及處理方法誘變劑及處理方法常用的化學(xué)誘變劑有：常用的化學(xué)誘變劑有：1 1、烷化劑：、烷化劑：具有烷化功能的化

13、合物。它帶有一個(gè)具有烷化功能的化合物。它帶有一個(gè)或多個(gè)活躍的烷基能取代其他分子的氫原子，從而導(dǎo)或多個(gè)活躍的烷基能取代其他分子的氫原子，從而導(dǎo)致遺傳密碼改變。致遺傳密碼改變。A-TA-T，G-CG-C的轉(zhuǎn)換或的轉(zhuǎn)換或A-TA-T，T-AT-A，G-G-C C，C-GC-G的顛換。的顛換。一、一、化學(xué)誘變劑的種類和性質(zhì)化學(xué)誘變劑的種類和性質(zhì)常用的幾種烷化劑：常用的幾種烷化劑：硫酸二乙脂硫酸二乙脂 （DESDES）：無色液體，不溶于水，）：無色液體，不溶于水，易溶于酒精。易溶于酒精。甲基磺酸乙脂（甲基磺酸乙脂（EMSEMS）無色液體，在水中不）無色液體，在水中不穩(wěn)定。穩(wěn)定。乙烯亞胺（乙烯亞胺（EIE

14、I）：無色液體，溶于水，易燃，）：無色液體，溶于水，易燃，有腐蝕性。有腐蝕性。亞硝基乙基脲（亞硝基乙基脲（NEHNEH）：黃色固體，微溶于）：黃色固體，微溶于水，易爆炸。水，易爆炸。 2 2、堿基類似物：、堿基類似物： DNA DNA 堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)相堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)相類似的一些物質(zhì)，滲入類似的一些物質(zhì)，滲入DNADNA取代原有堿基，取代原有堿基，導(dǎo)致堿基錯(cuò)配。導(dǎo)致堿基錯(cuò)配。A-TA-T，G-CG-C的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。 胸腺嘧啶類似物胸腺嘧啶類似物 5- 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU5-BU） 5- 5-溴脫氧尿核苷（溴脫氧尿核苷（5-BUDR5-BUDR） 腺嘌呤類似物腺嘌呤類似物 2- 2

15、-氨基嘌呤（氨基嘌呤（2-AP2-AP）3 3、疊、疊N N化物：化物：在酸性條件下，產(chǎn)生在酸性條件下，產(chǎn)生NH3NH3，替代堿基，替代堿基上其它基團(tuán)，影響上其它基團(tuán)，影響DNADNA的正常合成，它只作用于復(fù)的正常合成，它只作用于復(fù)制中的制中的DNADNA。常用。常用 NaN NaN3 3 ，可使復(fù)制中的，可使復(fù)制中的 DNA DNA 的的堿基發(fā)生替換，誘變率高且安全。堿基發(fā)生替換，誘變率高且安全。 充氧溶液提高誘變效果充氧溶液提高誘變效果 誘變效果較好，使用較為安全誘變效果較好，使用較為安全 堿性條件下無效堿性條件下無效 對(duì)多倍體無效對(duì)多倍體無效4 4、其他化學(xué)誘變劑：、其他化學(xué)誘變劑：如抗

16、菌素、亞硝酸、如抗菌素、亞硝酸、 羥胺等。羥胺等。二、化學(xué)誘變劑處理的方法二、化學(xué)誘變劑處理的方法 種子、芽、塊莖、球莖、插條、活體植種子、芽、塊莖、球莖、插條、活體植株的幼穗、花粉、合子和原胚等。種子較株的幼穗、花粉、合子和原胚等。種子較為普遍。為普遍。 （一）（一）處理材料：處理材料：浸泡法：浸泡法：種子預(yù)先浸泡幾個(gè)小時(shí)種子預(yù)先浸泡幾個(gè)小時(shí)化學(xué)誘變劑浸化學(xué)誘變劑浸種種流水沖洗流水沖洗播種或干貯種子。播種或干貯種子。涂抹或滴液法：涂抹或滴液法：將藥劑溶液涂抹或緩慢滴在植株、將藥劑溶液涂抹或緩慢滴在植株、枝條或塊莖等處理材料的切口或花序。枝條或塊莖等處理材料的切口或花序。熏蒸法：熏蒸法：將花粉

17、、花序置于一密閉小箱內(nèi)，使藥劑將花粉、花序置于一密閉小箱內(nèi)，使藥劑產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行熏蒸。產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行熏蒸。 施入法：施入法：在培養(yǎng)基中加入低濃度誘變劑溶液，通過在培養(yǎng)基中加入低濃度誘變劑溶液，通過根部吸收進(jìn)入植物體。根部吸收進(jìn)入植物體。 注入法：注入法：用注射器將藥液注入材料內(nèi)。用注射器將藥液注入材料內(nèi)。（二）化學(xué)誘變方法（二）化學(xué)誘變方法三、化學(xué)誘變劑作用的特點(diǎn)三、化學(xué)誘變劑作用的特點(diǎn)1 1、誘發(fā)突變率較高，點(diǎn)突變多，染色體損傷輕，不引、誘發(fā)突變率較高，點(diǎn)突變多，染色體損傷輕，不引起染色體斷裂；起染色體斷裂；2 2、生理代謝損傷大，容易引起生活力和可育性下降；、生理代謝損傷大，容易引起生活力和可

18、育性下降；3 3、具有遲效作用、具有遲效作用 潛在損傷潛在損傷 殘留物的后效作用殘留物的后效作用 化學(xué)活性基團(tuán)的再誘變作用化學(xué)活性基團(tuán)的再誘變作用4 4、處理材料損傷輕，在某種程度上可進(jìn)行特異性誘變、處理材料損傷輕，在某種程度上可進(jìn)行特異性誘變5 5、使用方便，經(jīng)濟(jì)，不需要特殊設(shè)備、使用方便，經(jīng)濟(jì)，不需要特殊設(shè)備第四節(jié)第四節(jié) 誘變育種的工作程序誘變育種的工作程序 1. 1.綜合性狀良好，只存在個(gè)別缺點(diǎn)的品種綜合性狀良好，只存在個(gè)別缺點(diǎn)的品種 2. 2.選用遺傳基礎(chǔ)好的雜種或雜種后代材料選用遺傳基礎(chǔ)好的雜種或雜種后代材料 3. 3.單倍體：處理當(dāng)代顯現(xiàn)，易于識(shí)別和選擇，縮單倍體：處理當(dāng)代顯現(xiàn)，易

19、于識(shí)別和選擇，縮短育種年限短育種年限 4. 4.多倍體：突變體的死亡率低、獲得較多的變異，多倍體：突變體的死亡率低、獲得較多的變異，但但M2M2難于觀察到變異難于觀察到變異。一、誘變材料的選擇一、誘變材料的選擇二、誘變劑量的選擇二、誘變劑量的選擇根據(jù)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)，參考過去的結(jié)果，根據(jù)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)，參考過去的結(jié)果，X X或或 射線射線苗高測(cè)定，降低苗高測(cè)定，降低30-50%30-50%為較適宜的劑量為較適宜的劑量；中子則；中子則降降低低1515- -3 30%0%的苗高的苗高為較適宜劑量為較適宜劑量；化學(xué)誘變劑要求；化學(xué)誘變劑要求降降低低1 10- 0-3 30%0%的苗高的苗高為較適宜劑量為較適宜

20、劑量育種應(yīng)用上用三種劑量：適宜劑量育種應(yīng)用上用三種劑量：適宜劑量 高于高于10%10% 低于低于10%10%三、處理群體大小三、處理群體大小一般根據(jù)突變率和一般根據(jù)突變率和MM2 2群體的大小來確定處群體的大小來確定處理材料群體的大小。禾谷類作物要求群體有理材料群體的大小。禾谷類作物要求群體有1000010000株以上，因此可根據(jù)主穗產(chǎn)生種子數(shù)株以上，因此可根據(jù)主穗產(chǎn)生種子數(shù)量來判斷處理群體的大小。量來判斷處理群體的大小。1 1、MM1 1的種植與選擇：的種植與選擇：（1 1） M M1 1的種植：的種植： 按不同處理點(diǎn)播或稀條播按不同處理點(diǎn)播或稀條播 禾谷類作物禾谷類作物M1M1往往采取密植

21、等方式來控制往往采取密植等方式來控制分蘗。分蘗。 群體的大?。喊慈后w的大?。喊碝2M2群體的大小來決定群體的大小來決定四、誘變處理后代種植和選擇四、誘變處理后代種植和選擇（2 2） M M1 1的選擇的選擇：考慮考慮M1M1的存活率和結(jié)實(shí)率的存活率和結(jié)實(shí)率 M1M1通常不進(jìn)行選擇：通常不進(jìn)行選擇：隱性突變較多，少量為顯性突變隱性突變較多，少量為顯性突變其原因：其原因： M M1 1存在著生物學(xué)損傷，植株生長(zhǎng)較差。存在著生物學(xué)損傷，植株生長(zhǎng)較差。 突變往往發(fā)生在個(gè)別細(xì)胞中，植株是由變突變往往發(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。異和不變異的細(xì)胞組成的嵌合體。 突變多是隱性突變

22、，形態(tài)上不易顯露出來。突變多是隱性突變，形態(tài)上不易顯露出來。 MM2 2出現(xiàn)分離，是分離最大的世代。出現(xiàn)分離，是分離最大的世代。 MM2 2出現(xiàn)無益突變，必須種植足夠的出現(xiàn)無益突變，必須種植足夠的M2M2群體。群體。 MM2 2可采用系譜法或混合法兩種播種方式可采用系譜法或混合法兩種播種方式（1 1） M M2 2的種植：根據(jù)收獲種子的方式按處理的種植：根據(jù)收獲種子的方式按處理點(diǎn)播點(diǎn)播（2 2） M M2 2的選擇：是選擇的關(guān)鍵世代。的選擇：是選擇的關(guān)鍵世代。 2 2、MM2 2的種植與選擇：的種植與選擇：系譜法：系譜法： MM1 1 ：收主穗：收主穗 MM2 2 ：種成株行，種植：種成株行，

23、種植 ck ck ；選有利突變，育；選有利突變，育種目標(biāo)性狀收單穗、單株；種目標(biāo)性狀收單穗、單株； MM3 3 : :種穗行；選單株、株系；收單穗、株系；種穗行；選單株、株系；收單穗、株系； M4M4和以后世代：和以后世代： 鑒定株系，測(cè)產(chǎn)。鑒定株系，測(cè)產(chǎn)。 混合法：混合法： MM1 1 ：以每株主穗上混收幾粒種子；：以每株主穗上混收幾粒種子； MM2 2 ：混種，選單株；：混種，選單株； 此法簡(jiǎn)便，鑒定突此法簡(jiǎn)便，鑒定突變體，尤其是微突變難。變體，尤其是微突變難。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 方法簡(jiǎn)單省工；選擇突變體較困方法簡(jiǎn)單省工；選擇突變體較困 難，尤其是微突變。難，尤其是微突變。 （1 1）種植：入選突變株種成株行）種植：入選突變株種成株行（2 2）選擇：穩(wěn)定的株行可混收）選擇：穩(wěn)定的株行可混收 分離的株行繼續(xù)選株。分離的株行繼續(xù)選株。3 3、M M3 3及以后世代的種植與選擇及以后世代的種植與選擇五、影響誘變效果的因素五、影響誘變效果的因素1 1、處理材料與誘變效果的關(guān)系、處理材料與誘變效果的關(guān)系 處理材料的遺傳特性處理材料的遺傳特性 處理材料的部