誘變育種的特點(diǎn)課件

1、第8章 誘 變 育 種第1節(jié) 誘變育種的成就及特點(diǎn)第2節(jié) 物理誘變劑及其處理方法 第3節(jié) 化學(xué)誘變劑及其處理方法 第4節(jié) 誘變育種程序 第5節(jié) 提高誘變育種效率的方法1第8章 誘 變 育 種誘變育種(induced mutation breeding)利用理化因素誘發(fā)變異，再通過選擇而培育新品種的育種方法。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射線可誘發(fā)突變。1930年，Nilsson-Ehle&Gustafsson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(gè)煙草突變品種Chlorina

2、，并在生產(chǎn)上得到了推廣。1948年，印度用X射線誘變育成抗干旱棉花品種。 21927：Muller HJ.在果蠅上發(fā)現(xiàn)了很大數(shù)量的突變體。31934年，Tollenear利用X射線育成了第一個(gè)煙草突變品種Chlorina，并在生產(chǎn)上得到了推廣。4mutant5contrastmutantRadiation induced awn of barley mutantcontrastmutantRadiation induced height of barley mutant6輻射導(dǎo)致的蘋果紅色果皮突變體contrastmutant 對(duì) 照突變體 contrastmutant 大麥突變體抗逆力增強(qiáng)

3、7第8章 誘 變 育 種中國1957年，中國農(nóng)科學(xué)院成立原子能農(nóng)業(yè)利用研究室；1961年，成立原子能農(nóng)業(yè)利用研究所，設(shè)立輻射遺傳育種研究室，中期在水稻、小麥、大豆等作物上利用輻射誘變育成了新品種；1975年，育成81個(gè)優(yōu)良品種，面積約100萬hm2。70年代后期，用于蔬菜、糖料、瓜果、飼料、藥用和觀賞植物育種。 8第 8 章 誘 變 育 種 第1節(jié) 誘變育種的成就及特點(diǎn)一、主要成就（一）育成大量植物新品種 1995年: 全世界在 158種植物上育成和推廣了1932個(gè)品種；中國459個(gè)，占世界總數(shù)的14。 1985年以來: 種植面積基本穩(wěn)定在900萬hm2左右。（二）提供大量?jī)?yōu)異的種質(zhì)資源 收集

4、24種植物的突變遺傳資源1700余份，并對(duì)其進(jìn)行了鑒定、編制名錄及育種價(jià)值的研究。9第 8 章 誘 變 育 種 第1節(jié) 誘變育種的成就及特點(diǎn)二、誘變育種的特點(diǎn)（一）提高突變率，擴(kuò)大突變譜 （二）有效地改良個(gè)別單一性狀例如：改良品種早熟、矮稈、抗病和優(yōu)質(zhì)等單一性狀有效，如明顯高抗2種以上病害類型有困難。（三）縮短育種年限（四）誘變的方向和性質(zhì)難以控制（五）在一個(gè)突變體中，很難出現(xiàn)多個(gè)理想性狀 的變異。10第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 一、物理誘變劑的類別與性質(zhì) 圖8-1 誘變育種的射線種類11第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 浙江農(nóng)

5、科院60CO射線種植房A黑龍江農(nóng)科院60Co射線溫室 B四川農(nóng)科院鈷圃全貌C日本60Co射線溫室 D圖7-2 我國現(xiàn)有的一些鈷圃A-B-C12第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 13第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 60CO射線輻照裝置14Mev中子加速器輻照裝置14Later 20 century：laser breeding and space breeding .航天搭載15第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 表8-2 各 種 輻 射 源 特 性16第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其

6、處理方法 二、物理銹變劑處理方法 （一）誘變處理的材料 種子、綠色植株、花粉、子房、合子和胚細(xì)胞和營養(yǎng)器官，離體培養(yǎng)中的細(xì)胞和組織等。（二）輻射處理的方法 主要有2種 1.外照射 :有機(jī)體接受的輻射來自外部的輻射源 (如鈷源、X射線源和中子源等)。急性照射：劑量率高，在幾分鐘至幾小時(shí)內(nèi)完成。17第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 慢性照射：劑量率低，需時(shí)長(zhǎng)幾周至幾個(gè)月(年) 。連續(xù)照射：一段時(shí)間內(nèi)一次照射完畢。分次照射：間隔多次照射完成。2.內(nèi)照射 將輻射源引入生物體組織和細(xì)胞內(nèi)照射 。 常用內(nèi)照射源：32P、35S、131I、14C等射線源。主要方法： (1)浸泡

7、法 (2)注入法 (3)施入法 (4)合成法 供給植物14CO2，使植物通過光合作用將放射性的14C同化到代謝產(chǎn)物中引起變異。 18(三)輻射處理的敏感性1.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(D50)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%的劑量植株不育程度 （不育株%）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)。19第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 2.輻射處理的敏感性差異 不同科、屬、種、品種輻照敏感性不同 豆科禾本科

8、十字花科 不同倍數(shù)植物輻照敏感性不同 二倍體多倍體 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； 20第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 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 外界條件 無氧空氣中輻照，幼苗損傷和染色體損傷少(四).輻射處理的劑量單位 1.放射性強(qiáng)度: 居里（Ci）:放射性同位素每秒有3.71010 次核衰變?yōu)?居里. 通常用mCi (10-3Ci) Ci (10-8Ci) 貝可(Bq), 即1Bq/sec2.70310

9、-11Ci。21第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 2.照射劑量:倫(倫琴,R)：1g空氣中吸收83爾格（erg）的能量。 是 X和射線的劑量單位。庫倫/千克:（1庫侖/千克=3.876103R）3.吸收劑量:拉特(Rad) :1g受照射物質(zhì)吸收100爾格的能量,即組織倫琴。吸收劑量單位戈瑞(Gray): （1戈瑞=100Rad=1焦耳/千克）4.中子流量：每平方厘米的中子數(shù)（n/cm2）5.劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所受的劑量。倫/小時(shí) 倫/秒22第 8 章 誘 變 育 種 第2節(jié) 常用物理誘變劑及其處理方法 表8-3 幾種作物射線和快中子處理適宜的劑量23第 8 章 誘

10、 變 育 種 第3節(jié) 化學(xué)誘變劑及其處理方法 表8-4 常用化學(xué)誘變劑的主要特性誘變劑對(duì)DNA效應(yīng)遺傳效應(yīng)烷化劑烷化堿基(主要是G),烷化磷酸基團(tuán),脫烷化嘌呤,糖-磷酸骨架的斷裂A-T/G-C的轉(zhuǎn)換,A-T/T-A、G-C/C-G的顛換疊氮化合物烷化磷酸基團(tuán)、堿基影響DNA復(fù)制堿基類似物滲入DNA、取代原來堿基A-T/G-C的轉(zhuǎn)換羥胺與胞嘧啶?；磻?yīng)G-C/A-T的轉(zhuǎn)換亞硝酸交換A、G、C的脫氨基作用缺失A-T/G-C的轉(zhuǎn)換吖啶類堿基之間的插入移碼一、化學(xué)誘變劑的類別與性質(zhì) 24（1）誘發(fā)點(diǎn)突變多，染色體畸變少（2）具有遲效作用 潛在損傷 殘留物的后效作用 化學(xué)活性基團(tuán)的再誘變作用（3）處理材

11、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)備二.化學(xué)誘變劑作用的特點(diǎn)25第 8 章 誘 變 育 種 第3節(jié) 化學(xué)誘變劑及其處理方法 三、化學(xué)誘變劑處理方法 1.處理材料和方法材料：種子,芽、插條、塊莖、球莖等，活株幼穗、花粉、合子和原胚。浸泡:把種子、芽、休眠插條浸泡在誘變劑溶液中。滴液：在植物莖上作一淺切口，將浸透誘變劑溶液的棉球經(jīng)切口浸入(完整植株或發(fā)育完整的花序)。26第 8 章 誘 變 育 種 第3節(jié) 化學(xué)誘變劑及其處理方法 注射涂抹：注射、浸泡或涂抹；施入或共培養(yǎng): 較低濃度的誘變劑浸根或花藥培養(yǎng)。熏蒸：在密封而潮濕的小箱中用化學(xué)誘變劑蒸氣熏蒸鋪成單層

12、的花粉粒。2.劑量及其確定 (1)化學(xué)誘變劑性質(zhì)對(duì)劑量的影響 (2)處理濃度（表8-5） 27第 8 章 誘 變 育 種 第3節(jié) 化學(xué)誘變劑及其處理方法 表8-5 常用化學(xué)誘變劑處理禾谷類種子的濃度范圍(3)處理時(shí)間 受處理組織完成水合作用，并被誘變劑所浸透。(4)處理溫度 適當(dāng)提高處理溫度有良好的效果。 誘變劑濃度誘變劑濃度EMS50-300mM;0.3-1.5%NEU、NMU2-14.0mM;0.01-0.03%DES15-20mM;0.1-0.6%NaN31-4mMEI0.85-9mM;0.05-0.15%1：4-DAB*0.1-0.2%*1：4-雙重氮乙酰丁烷。28第 8 章 誘 變

13、育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 一、處理材料的選擇 推廣品種 、優(yōu)良品系 、多倍體品種 、花培愈傷組織、體細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織和雜交種子 等。二、誘變劑量的選擇 X或射線降低30-50苗高為適宜劑量；中子(降低15-30苗高)和化學(xué)誘變劑(降低10-30苗高),或分別高(低)于適宜劑量的10。三、處理群體的大小 處理材料群體的大小依突變率和M2群體大小確定。29第 8 章 誘 變 育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 突變率%=M2突變穗(株)行數(shù) / M2總穗(株)行數(shù)100 突變率%=M2突變株數(shù) / M2群體總株數(shù)100 四、后代種植和選擇方法 1.M1種植與處理 經(jīng)過誘變處理的種子或營養(yǎng)器官所

14、長(zhǎng)成的植株或直接處理的植株均稱為誘變一代（M1）。大多是隱性突變，少量是顯性突變； 自交后代中隱性突變率低于孟德爾遺傳期望值； 30第 8 章 誘 變 育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 無性繁殖作物處理后的突變體是嵌合體；高劑量處理種子胚根(芽)膨大, 不出土(出后死亡);種植與處理：禾谷類種子處理M1應(yīng)較高密度，控制分蘗，收主莖上的種子;應(yīng)隔離種植(M1出現(xiàn)半不育), 得自交種子。禾谷類作物的主穗突變率比分糵穗高，第一次分糵穗比第二次分糵穗高 。異花授粉作物隔離種植，避免與異花授粉出現(xiàn)的變異植株相混淆。 31第 8 章 誘 變 育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 2.M2及其后代的種植和選擇 M1突變

15、遺傳到后代決定于：突變細(xì)胞參與形成生殖器官，產(chǎn)生的種子帶有突變性狀; 產(chǎn)生的種子收獲并種植獲得M2株; 隱性突變經(jīng)純合后而顯示。M2分離范圍最大，大部分是葉綠素突變 ;出現(xiàn)無益突變較多，須種植足夠的M2群體； 略低于適宜劑量處理的后代中易獲得早熟類型；略高于適宜劑量的后代中較易獲得矮稈突變。 32第 8 章 誘 變 育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 種植方式 (1)系譜法 M1不選擇，收主穗;M2種穗行(小麥條播或點(diǎn)播，20-100粒/行，隔20行播3行未處理親本作對(duì)照),觀察比較，發(fā)現(xiàn)突變體。M3種穗行，觀察突變體的性狀是否重現(xiàn)和整齊一致，是否符合育種目標(biāo)，混收整齊一致的。M4及以后世代，系內(nèi)鑒

16、定。33第 8 章 誘 變 育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 (2) 混合法M1每株主穗收幾粒種子混合種成M2( M1混收后隨機(jī)選部分種子混合種成M2)，從中選單株和產(chǎn)量鑒定。 采用單籽傳等雜交后代的選擇方法。誘變育種成效：選擇親本恰當(dāng); 多倍體出現(xiàn)突變體的頻率較低，改良隱性性狀較顯性性狀容易；誘變劑選擇適當(dāng)；選擇群體盡可能大；避免異花授粉和發(fā)生并非誘變產(chǎn)生的變異；提高選擇強(qiáng)度。34第 8 章 誘 變 育 種 第4節(jié) 誘變育種程序 圖8-3 禾谷類作物輻射育種過程示意圖35第5節(jié)提高誘變育種效率的方法一.衡量誘變效果的指標(biāo)1.突變率某一突變類型個(gè)體數(shù)占調(diào)查群體總數(shù)的% M2發(fā)生突變的株數(shù)突變率（%

17、）=100 M2種植的總株數(shù)第 8 章 誘 變 育 種 362.誘變效率 突變率誘變效率= 生物損傷3.誘變效果 突變率誘變效果= 誘變劑量第5節(jié)提高誘變育種效率的方法第 8 章 誘 變 育 種 374.誘變功效 有用突變率誘變功效= 誘變劑量第5節(jié)提高誘變育種效率的方法第 8 章 誘 變 育 種 38 2個(gè)問題：有益突變率低，突變方向、性質(zhì)難控制。 1.選擇適宜的育種材料。例如：大麥極敏感型品種突變率5.34，敏感4.57，中間4.21，遲鈍3.14，極遲鈍2.43。 雜合和異質(zhì)基因型利于增加突變類型和突變率。 單細(xì)胞材料(雌配子、雄配子和合子)處理提高誘變和選擇效率。 2.確定適宜的誘變劑和誘變劑量。 小麥：熱中子EMS快中子射線；X射線DESEI; 水稻：EMSDES射線第5節(jié)提高誘變育種效率的方法第 8 章 誘 變 育 種 二.提高誘變育種效率的方法39第5節(jié)提高誘變育種效率的方法 3.采用適宜的處理時(shí)間。 4.可采用綜合誘變處理。 例如：水稻鹽粳2號(hào)干種子“射線NaN3”復(fù)合處理的矮稈突變效果最好。 5.與其它育種方法相結(jié)合。 與雜優(yōu)利用結(jié)合誘發(fā)雄性不育和育性恢復(fù)突變. 與遠(yuǎn)緣雜交相結(jié)合，誘導(dǎo)易位系。 第 8 章 誘 變 育 種 40第 8 章 誘 變 育 種 重點(diǎn)與難點(diǎn)物理誘變劑的種類和處理方法；化學(xué)誘變劑的種類和處理方法；誘變材料的選擇；誘變處理