作物育種學(xué)總論：第七章 誘變育種

第七章誘變育種一、誘變育種成就和意義利用理化因素誘發(fā)植株發(fā)生變異，再通過后代的鑒定和選擇育成新品種的方法。歷史

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；之后，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)誘變劑第六章誘變育種我國的主要業(yè)績：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。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。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。第七章誘變育種第六章誘變育種二、物理誘變1、誘變劑種類和誘變的原理：電磁輻射引起生物DNA損傷或斷裂，修復(fù)時發(fā)生錯誤拼接與復(fù)制，輻射后代表現(xiàn)型產(chǎn)生變異，對于可遺傳的變異可以加以選擇。（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)第七章誘變育種第六章誘變育種（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

137Cs：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：低劑量長時間（幾天至整個生育期）的照射急照射：高劑量短時間內(nèi)完成；設(shè)施結(jié)構(gòu)：控制室：升降控制、安全報警、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）第七章誘變育種第六章誘變育種浙江農(nóng)科院的60Coγ射線種植房

第七章誘變育種慢照射種植房急照射的照射室結(jié)構(gòu)與種植房相似第六章誘變育種黑龍江農(nóng)科院的60Coγ射線溫室（慢照射）

第七章誘變育種第六章誘變育種四川農(nóng)科院的鈷圃全貌（慢照射）第七章誘變育種第六章誘變育種粒子輻射（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）

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)。中子：外照射（5）航天育種：利用太空微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交變磁場等綜合物理誘變因子進(jìn)行誘變和選擇育種研究。我國于1987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50多個物種的300多個優(yōu)良新品種。特點(diǎn)：誘變作用強(qiáng)、變異幅度大、微突變類型多和有益變異多等優(yōu)點(diǎn)，因此對于產(chǎn)量和品質(zhì)等經(jīng)濟(jì)性狀改良作用大。

第七章誘變育種第六章誘變育種2、影響輻射效果的因素原則：目標(biāo)性狀突變率大；誘變當(dāng)代（M1）死亡率低植物對誘變劑敏感性

不同的作物和同一作物不同品種的敏感性不一樣多倍體比二倍體鈍感；十字花科、麻類、煙草鈍感，豆科敏感；秈稻鈍感，粳稻敏感作物的不同器官、組織及發(fā)育時間和生理狀況，敏感性不一樣代謝緩慢比代謝旺盛的階段鈍感處理前后的環(huán)境條件也影響誘變效果種子含水量，風(fēng)干種子受r射線影響最小氧氣和含水量增加r射線損傷和突變率不同目的性狀的最佳誘變劑量不同

第七章誘變育種第六章誘變育種照射劑量控制

放射性強(qiáng)度：放射源mCi(10-3Ci);uCi(10-6Ci)

劑量強(qiáng)度：單位物質(zhì)吸收的劑量。

照射劑量：倫琴（R）表示，是X和γ-射線的劑量單位庫倫/千克（Coulomb/Kg），相當(dāng)于3.876*103R（新）吸收劑量：拉特（Rad）表示戈瑞（Gray），相當(dāng)于1J/KG或100Rad（新）中子流量：單位平方厘米的中子數(shù)（n/cm2），也可用Rad來表示。劑量率：單位時間內(nèi)物質(zhì)的吸收劑量（R/min）

半致死劑量LD50：處理當(dāng)代植株成活50%

臨界劑量：處理當(dāng)代植株成活40%

各種作物對γ-射線和快中子處理適宜劑量列于表7-3第七章誘變育種第六章誘變育種三、化學(xué)誘變

1943年首先發(fā)現(xiàn)脲烷誘發(fā)月見草、百合等染色體畸變

1948年，Gustafsson等曾用芥子氣處理大麥獲得突變體

1、誘變劑種類和誘變原理：（1）烷化劑：帶有一個或多個烷基在堿性條件下，置換堿基（G）中的氧原子，烷化堿基烷化DNA中的磷酸

酸性條件沒有誘變能力，但引起生理傷害毒性大，能致癌，易揮發(fā)，使用時必須注意通風(fēng)主要烷化劑：甲基磺酸乙酯（

EMS）硫酸二乙酯（DES）乙烯亞胺（EI）亞硝基乙基脲（烷）……

第七章誘變育種第六章誘變育種（2）疊氮化鈉等電點(diǎn)PI4.8

在酸性條件下，產(chǎn)生NH3，替代堿基上其它基團(tuán)（氨基化）影響DNA的正常合成，它只作用于復(fù)制中的DNA

充氧溶液提高誘變效果誘變效果較好，使用較為安全堿性條件下無效對多倍體無效（3）堿基類似物

DNA堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)相類似的一些物質(zhì)滲入DNA取代原有堿基，導(dǎo)致堿基錯配

5-溴尿嘧啶（5BU）和5-溴脫氧尿核苷（BUdR）是胸腺嘧啶（T）的類似物；

5-氨基嘌呤（2-AP）是腺嘌呤（A）的類似物第七章誘變育種第六章誘變育種2、處理方法：溶液浸泡處理種子、植物枝條、芽滴液處理植株切口或花序結(jié)合組織培養(yǎng)氣體熏蒸花粉（烷化劑）有效PH是成敗的關(guān)鍵烷化劑PI的堿性范圍，疊氮鈉PI的酸性范圍處理環(huán)境影響誘變效果低濃度、延長處理時間，能減輕傷害，提高存活率和突變率3、化學(xué)誘變劑的特點(diǎn)：①

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；②生理代謝損傷大，容易引起生活力和可育性下降；③使用所需的設(shè)備比較簡單，成本較低，誘變效果較好；對人體更具有危險性第七章誘變育種第六章誘變育種四、誘變育種的特點(diǎn)一、提高突變率，擴(kuò)大突變譜

一般誘變率在千分之一左右，多種誘變因素可使突變率提高到3%。二、改良單一性狀比較有效，同時改良多個性狀較困難三、性狀穩(wěn)定快，育種年限短

誘發(fā)的變異大多是一個主基因的改變，因此穩(wěn)定較快，一般經(jīng)3~4代即可基本穩(wěn)定，有利于較短時間育成新品種。四、誘發(fā)突變的方向和性質(zhì)難于掌握

突變類型多種多樣，但有益變異性狀少，要求大群體。

誘變育種與其它育種方法的結(jié)合雜交育種與誘變育種誘變育種與生物技術(shù)復(fù)合誘變……第七章誘變育種第六章誘變育種五、誘變育種的工作程序

1、確立目標(biāo)性狀、選擇處理材料單一性狀改良，高頻突變性狀（早熟、矮稈、抗病）2、材料選擇選擇綜合性狀和適應(yīng)性較好的推廣品種或優(yōu)良品系進(jìn)行誘變處理

多倍體突變體的死亡率低、獲得較多的變異，但M2難于觀察到變異花培愈傷組織，處理當(dāng)代顯現(xiàn)，易于識別和選擇，縮短育種年限體細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織

3、誘變劑和劑量的選擇根據(jù)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)，選擇目標(biāo)性狀的高頻誘變源確立該誘變源的高頻劑量范圍，選擇2-3種不同劑量進(jìn)行試驗(yàn)

4、處理群體的大小

M2群體大小，M1存活率、目標(biāo)性狀的預(yù)期變異率第七章誘變育種第六章誘變育種4、處理材料的種植和選擇（1）M1代植株及種植：

經(jīng)誘變處理的種子或營養(yǎng)器官所長成的植株或直接出來的植株均稱為誘變一代（或M1）點(diǎn)播、隔離（異花授粉作物）主莖穗單收或