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

一、誘變育種：

利用物理和化學因素誘導植物發(fā)生變異，通過選擇培育出新品種。二、誘變育種研究概況20世紀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硬、穗型緊密、直立型的有實用價值的大麥突變體。至此，一些國家相繼開展植物輻射誘變育種工作。我國從50年代開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20年代。40年代育成了一批新品種。我國誘變育種工作始于50年代。誘變育種在早熟、抗病、優(yōu)質、矮稈等方面較為突出。全世界通過輻射育種培育和推廣了1932個品種，我國達459個；2.豐富基因庫人工創(chuàng)造種質資源，間接利用作雜交親本。我國收集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1.提高突變率、擴大突變譜突變率：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.改良單一性狀比較有效，有效地改良個別性狀。誘變多為點突變、改變一兩個基因，對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)上有利用價值。

②突變的性質和方向不定。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射線質子種子

慢照射種植房

急照射的照射室結構與種植房相似60Coγ射線溫室（慢照射）

2.輻射處理的劑量單位（1）放射強度（活度）：指放射性同位素單位

時間內的核衰變次數(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射線在標準條件下單位質量的干燥空氣中所產(chǎn)生的電荷（同一符號的）。

照射量以倫琴(R)表示,是X和γ射線的劑量單位

新的輻射劑量的國際專用單位是庫侖/千克〈C/kg〉1R=2.58×10-4C/kg

1C/kg=3.876×103R（3）吸收劑量(D)：指受照射的物質每單位質量所吸收的能量,即物質所吸收的能量/物質的質量.吸收劑量的國際專用單位：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）：

處理材料單位時間所吸收的劑量。

在照射處理時，處理材料在單位時間內所受到的劑量過大，可以顯著影響幼苗成活率和生長速度。所以用吸收劑量率作為衡量單位來表示。但一般情況下突變與吸收劑量率關系不是很大。Gy/hGY/minGy/s二、輻射誘變的機理①物理作用階段②化學反應階段③生物學階段三、植物輻射敏感性概念：作物對輻射的敏感性是指生物體、組織、細胞或細胞

內含物在一定劑量的射線照射下，在形態(tài)和機能上發(fā)

生相應變化的大小。就是指植物體對電離輻射作用的

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

苗高降低到對照的一半所需的劑量②植株成活率輻照后能達到開花結實完成生命周期植株的百分數(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實率的高低和不育株所占百分率表示；④幼苗根尖和幼芽細胞分裂時染色體畸變率幼苗根尖和幼芽細胞分裂時染色體畸變率，常用微核細胞率作指標；⑤細胞分裂間期細胞體積、染色體體積：以細胞分裂期間細胞核體積、染色體體積作指標。

（2）作物對輻射敏感性的差異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、細胞輻照敏感性不同植株>種子；根>葉；分生組織>其它組織性細胞>體細胞；卵細胞>花粉細胞；④不同發(fā)育時期、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四.輻射處理的方法外照射內照射間接照射：對試材的環(huán)境條件進行輻射快照射慢照射外照射：處理材料受到的照射來自外部的輻射源。①種子照射②植株照射③營養(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.輻射處理時的外界條件（如氧氣、溫度、光照）以及處理后的貯存時間條件對誘變效應均有影響

3.照射后種子貯存時間的長短會影響種子的生活力，所以一般都在處理后盡早播種

4.在照射處理時所應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)

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

變其遺傳結構，使其后代產(chǎn)生變異的化學物質常用的化學誘變劑有：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堿基的化學機構相類似，能與DNA結合又不妨礙DNA的復制，導致錯誤配對，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）：是一種動植物的呼吸抑制劑，它可使復制中的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簡單有機化合物：甲醛、乙酸、乳酸⑤簡單無機化合物：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、長春堿、喜樹堿2.化學誘變劑作用的特點（1）誘發(fā)點突變多，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化學活性基團的再誘變作用（3）處理材料損傷輕，在某種程度上可進行特異性誘變（4）使用方便，經(jīng)濟，不需要特殊設備（5）重復性差，有致癌的危險3.化學誘變劑處理的方法(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).營養(yǎng)器官(7).組織培養(yǎng)物5.化學誘變處理的影響因素影響因素：誘變劑濃度、處理時間、溫度、PH、種子含水量、

復合處理等。處理種子時：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，待其開花時收

集花粉，供授粉用。通常用低溫度、低濃度、長時間處理,藥物對細胞的傷害輕，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)大面積推廣應用的適應性和綜合性狀良好,而某些個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值。

處理部位多為敏感性強的部位，如芽、生長點、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,主要為生理損傷,因此一般不加選擇。①M1存在著生物學損傷，植株生長較差。②突變往往發(fā)生在個別細胞中，植株是由變異和不變異的細胞組成的嵌合體。③突變多是隱性突變，形態(tài)上不易顯露出來。（3）M1的收獲：單株或單穗收獲。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、品質等）。以對大突變進行嚴格的單株選擇為主。因小突變一般在單株水平上不易識別,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，長勢旺的單株或群體，以后世代再決定取舍。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?，是選擇微突變的關鍵世代。M3的選擇轉向以群體選擇為主,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；此法簡便，鑒定突變體，尤其是微突變難禾谷類作物輻射育種過程示意圖親本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)測產(chǎn)，決選優(yōu)系第五季M5代優(yōu)系進行區(qū)試第六季M6代區(qū)試和生產(chǎn)試驗第七季M7代生產(chǎn)試驗，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60年代發(fā)展起來的科技領域。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，促進植物種子發(fā)芽和生長發(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)我國用適當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、抗逆性強等。果樹、家蠶育種也獲進展。激光育種方法和研究動向前蘇聯(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，保鮮時間較長。根據(jù)育種對象和目標而定。主要是照射花粉、種子、種芽、植株、無性繁殖器官、葉子、花、子房等。在機理研究方面，如定向、有利突變頻率的問題；與化學誘變劑的結合問題。此外，還研究激光聚焦成微束激光‘細胞手術刀’有助于遺傳育種學開展精密的研究。

微波技術在育種中的應用微波指波長為1-100mm左右，能量范圍為10-2—10-6電子伏特（eV）的無線電波。是新近引入突變育種的輔助性新技術。如與γ射線配合應用，有定向控制和穩(wěn)定突變的作用。“農(nóng)墾20”的選育。如與化學誘變結合育成“遼原”1、2、3、4號新品種。把輻射線同一些化學誘變劑結合起來交替使用，比單獨用任何一種誘變素更有效，可以獲得更多有經(jīng)濟價值的突變體。太陽能育種近年來研究的新課題。用聚焦陽光間歇地照射植物的種子、幼苗、花粉、芽、或塊莖等，可以促進植物生長發(fā)育，提高產(chǎn)量，同時可誘發(fā)變異。有的國家稱太陽能育種為“植物光能學”。目前，以獲得小麥、玉米、大豆、番茄等新類型。照射過的黃瓜種子總產(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%，而且果實的質量好。宇航（