009-园林植物育种学-诱变育种.pdf

第九章 诱变育种第一节 诱变育种的概念与特点一、概念人为地采用物理和化学的因素，诱发生物体产生遗传物质的突变，经分离、选择、培育成新品种的途径• 包括– 辐射诱变育种： 利用辐射（射线）诱发植物遗传物质发生变异，从中选择培育新品种的方法– 化学诱变育种： 利用化学诱变剂诱发植物产生遗传变异，以选育新品种的技术1. 变异频率高，变异类型丰富 （与自然变异相比）– 自发突变：突变频率 10-4-10-5；变异范围狭窄– 诱发突变：突变频率 ％；变异范围广，类型多，甚至可以产生自然界尚未发现的新基因源 可在形态、组织结构、生理生化等方面，以及适应性、抗病虫、花色、花期、花型、株形及育性等– 如四川省原子能研究所，采用 γ 射线处理菊花插条，花期从 11 月提前到 4-10 月– 前苏联育种工作者，采用理化因素结合处理葡萄（ 17 Cs γ 射线照射种子＋ 0.2% 秋水仙素处理子叶期幼苗生长点），抗病性、枝型、叶形、果色、果形等大量的变异诱变频率为 1- ％– 1969年，印度用热中子处理蓖麻，培育出成熟期由 270天缩短到 120天的早熟品种–二、诱变育种的特点2. 有利于品种单一性状的改良 （与杂交育种相比）• 诱发突变多为点突变，可以只改变品种的某一缺点，而不致损害或改变品种的其他优良性状。

• 避免杂交育种中因基因重组而造成原有优良性状组合的解体，或因基因连锁遗传而带来的不良性状• 如 Demol对郁金香辐射处理，获得各种花色突变类型 打破原有的基因连锁，利于基因重组– 辐射可诱发染色体发生断裂、易位等，从而打破不利基因与优良目标性状的连锁关系4. 改变植物育性，提高结实率– 辐射花粉，克服远缘杂交不亲和性和异花授粉植物的自交不亲和性– 有利受精结实，为培育自交系创造条件5. 诱发突变易于稳定（纯合），育种年限缩短– 诱发突变仅是少数基因变异，突变性状稳定快– 尤其是突变性状多为隐性，经自交后即可获得纯合突变体，比常规的杂交育种快 年以上– 园林植物多数采用无性繁殖，变异易固定6、诱发突变的方向和性质不易控制，变异性状具不稳定性-突变位点随机，突变方向偶然，有益的与无益的均有诱发的突变有时会发生逆突变，使已产生的突变又恢复成原来的性状容易产生嵌合体，不利于性状的稳定7、改良的性状有限诱变往往是点突变，对某些受多基因控制的数量性状改良作用不大1895年，伦琴 (Rontgen)发现了 X射线1896年，贝克勒耳 (Becquerel)发现了具天然放射性的铀196年， WE Demol用 X射线处理 郁金香 ，经 10余年育成突变新品种“法腊迪”；1910年，摩尔根等发现化学物质也能提高果蝇的突变率1970年，全球诱变品种 101个（观赏植物 8个）；1981年， 518个（ 28个） ；三、诱变育种的发展概况1990年， 10 个（ 407 个）；1995年， 177 个（ 465个） ， 包括菊花（ 170多个）、大丽花、六出花、秋海棠、月季、杜鹃、百合、香石竹等。

我国诱变育种起步于 1956年，诱变育种的成绩位居世界首位至 1998年底，育成新品种 51个，其中观赏植物近 100个包括菊花（ 0多个）、月季（ 40多个）、小苍兰、瓜叶菊、朱顶红、美人蕉、紫罗兰、金鱼草、矮牵牛、杜鹃、唐菖蒲、荷花、梅花等• 北京林业大学培育的四季开花的菊花新品种，能耐 -5℃ 低温• 安徽农业大学通过辐射育出了 8个 11月至 1月开花的冬菊新品种；• 上海农科院育成了 6个观赏性好、抗病性强的小苍兰新品种；• 中国农科院培育成 5个瓜叶菊雄性不育系 ,并配制了优势杂交种等第二节 辐射诱变一、概念– 利用辐射（射线）诱发植物遗传物质发生变异，从中选择培育新品种的方法二、射线的种类及其特征各种射线的特性 射线 源 性质 危险性 必须的屏蔽 透入组织的深度 紫外线 低压水银灯 低能非电离辐射 危险性较小 玻璃即可 很浅 γ射线 放射性同位素60Co 、17Cs 不带电荷 危险，有穿透力 很厚 的 防护 ， 厚铅 或 混凝土 很多 厘米 X 射线 X 光机 不带电荷 危险，有穿透力 铅 板 几 毫米 到 很多 厘米 β射线 放射性同位数2P 、5S 带负电荷 危险 厚 纸板 几个 毫米 中子 核反应堆、中子发生器 不带电荷 很危险 很厚 的 防护 很多 厘米 紫外灯浙江农科院的 60Coγ 射线种植房四川农科院的钴圃全貌近年来，诸如激光、电子束、微波等新的诱变剂也开始在育种上应用。

激光： 是 20世纪 60年代发展起来的一种新光源，近些年才被应用于植物育种能使生物细胞发生共振吸收，导致体内某些分子原子的能态的激发，或原子离子化，进而引起生物体内部的变异激光 来源：激光器（ CO2 激光器、 N2 激光器、红宝石激光器、氩粒子激光器等） 特点：一种中低能的电磁辐射（新光源）单色性、方向性、相干性好；非电离，激发作用可产生多种效应：光、热、光压、电磁，诱变效果好电子束 来源：电子直线加速器 特点：高能电子流（ 5-20Mev）；穿透力强（几厘米）M1生物损伤轻， M2诱变效率高1 ．辐射对机体的作用1）直接作用-射线直接击中生物大分子，使其产生电离或激发，引起原发反应靶学说2）间接作用射线作用于有机体的水，引起水的电离和激发，产生自由基，这些自由基再作用于生物大分子，导致突变的发生三、辐射诱变的作用机理）辐射生物学作用的时相阶段• 物理阶段：辐射能量使生物体内各种分子发生电离和激发；• 物理化学阶段：发生电离和激发的分子通过一系列反应产生许多化学性质高度活泼的自由基；• 生物化学阶段：自由基相互作用，并与周围其它物质发生反应，引起分子结构的变化；• 生物学阶段：细胞内生化过程发生改变，导致细胞内各部分结构及组成发生变化，包括染色体畸变和基因突变。

2. 辐射对细胞的作用1） 引起半透膜的损伤，是细胞失活的重要原因之一2）细胞核膨大，染色体成团，细胞分裂异常细胞质结构成分会发生变化– 如粘度改变，空泡形成，电解质及水分的渗透性升高4）使某些酶 “ 失活 ” ，引起细胞死亡– 特别是数量少却参与重要物质（如维生素和激素）合成的某些酶的失活 辐射对遗传物质的作用1）辐射对染色体的作用--引起染色体的断裂和重排：导致染色体的缺失、重复、倒位、易位等--引起染色体数目的改变（非整倍体）2）辐射对 DNA 的作用• 引起 DNA 链的断裂和修复• 单链的断裂与修复：超快修复；快修复；慢修复（多种酶参加）• 双链的断裂与修复• 碱基的破坏与修复四、植物对辐射的敏感性辐射敏感性指植物材料对辐射反应的快慢与强弱一）影响辐射敏感性的因素1. 遗传因素：不同的科、属、种及品种，敏感性有差异豆科植物 > 禾本科 > 十字花科二倍体植物比多倍体敏感2. 不同的器官组织和不同分裂时期的细胞分生组织 > 其它组织；性细胞 > 体细胞；卵细胞 > 花粉细胞；小孢子母细胞 > 发育中的小孢子 > 根尖分生组织 植物不同的发育阶段及生理状态萌动的种子、枝条、鳞茎 > 休眠的种子、枝条、鳞茎；未成熟种子 > 成熟种子；种子含水量低 > 含水量高4 外界环境条件温度：温度降低，敏感性减弱湿度：含水量增加，敏感性增加（二）衡量植物材料辐射敏感性的指标致死剂量（ LD100）：辐射后引起全部植物材料死亡的最低剂量。

半致死剂量（ LD50）：辐射后引起 50% 植株死亡（与对照相比）的辐射剂量临界剂量（ LD60）：辐射后成活率为对照 40% 的辐射剂量五、辐射诱变剂量1.辐射诱变剂量的概念：指对植物材料进行辐射诱变时使用的处理剂量2. 诱变剂量及单位⑴ 照射剂量（辐射剂量）照射量（ X） ：用于度量 X 射线和 γ 射线的剂量法定定量单位 C/kg（库伦 /千克），常用单位 R（伦琴） 1R=2.58× 10-4 c/kg ；• 辐射剂量率：单位时间内的辐射量C/kgs R/h R/s ⑵ 吸收剂量（ D）--指单位质量的被照射物质实际吸收的辐射能量适用于 γ 、 β 、中子等任意电离辐射– 戈瑞 (Gray， Cy)=焦耳 /千克（ J/kg）– 常用单位 rad（拉德） 1Gy=100rad吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量Cy /s Cy /min rad/h（ 4）放射性强度：用来衡量辐射源的辐射强度，以放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目来表示贝可（ Bq）、居里（ Ci）1Bq=2.07× 10-11 Ci ；1Ci=.7× 1010 个核发生衰变 / 秒（ ）粒子注量（积分流量）： 指单位截面积内所通过的中子数。

单位： n/cm2（中子数 /平方厘米）常用来度量中子的辐射量六、辐射诱变的方法（一）辐射材料的选择选择的原则：• 综合性状好，个别性状有待改善；• 杂合子材料；• 易产生不定芽 ;• 对辐射较为敏感的材料• 适当选用单倍体和多倍体材料(二 ) 适宜诱变剂量的确定确定合适的诱变剂量是育种成败的关键环节在一定的范围内增加剂量，可提高突变率和扩大变异谱超过一定范围后，增加剂量会降低成活率和增加不利变异率选择适宜剂量的原则 "活、变、优 "活 --后代有一定成活率；变 --指成活个体中有较大变异效应；优 --指变异中有较多有利突变二 ) 适宜诱变剂量的确定• 一般用 半致死剂量 或临界剂量照射剂量• 但也有人 建议，将植物的成活率 60%～ 75% 时所对应的辐射剂量定为最适剂量• 剂量率多在 50-200R/min 较好• 干种子： 60-100R/min 左右；• 花粉： 10R/min 左右（三）辐射处理的主要方法• 外照射和内照射（一）外照射：指辐射源不进入植物体内，只是利用其射线（如 X射线， γ 射线，中子）从外部照射植物各个器官外照常用： X射线， β 射线、快中子或热中子特点：简单安全；适于处理大量试材；可进行一代照射和多代重复照射，一次照射和多次照射。

根据照射时间的长短可分为：• 急性照射：即快照射，采用较高的剂量率进行短时间连续照射• 慢性照射：用低剂量率在植物的某一个生长期内进行长时间连续照射，需要专门的田间辐射场根据辐射材料的类型主要有：• 植株照射 、种子照射、营养器官照射、花粉照射、子房照射、离体材料照射１ . 种子照射• 可采用干种子、湿种子或萌动种子进行照射多用干种子，并在干燥有氧条件下进行• 优点：可同时处理大量种子；操作方便；便于贮藏、运输；受环境条件的影响较小• 缺点：延长了育种年限• 要求：种子预先精选，不含杂物；照射后及时播种，以免产生贮存效应（损伤加剧）２ .营养器官照射• 用枝条、块茎、鳞茎、球茎、块根、幼芽等进行辐射处理• 照射处于活跃状态的新生组织，效果较好；• 受照射器官内芽原基所含的细胞越少越好；• 组织充实、生长健壮、芽眼饱满的芽条，照射后易于成活得到好的突变体，可直接繁殖利用花粉• 先将花粉收集于容器内，经照射后立即授粉（适合花粉生活力强，寿命长，花粉量大）；• 或者直接照射植株上的花粉（田间照射、上盆后进行室内照射、切花照射）• 优点：很少产生嵌合体4. 子房照射：人工去雄 照射 授粉；注意： 辐射剂量不宜过高5. 离体材料照射： 愈伤组织、单细胞、原生质体以及单倍体等离体培养材料进行辐射处理，可以避免和减少嵌合体的形成。