【毕业学位论文】（Word原稿）高能混合粒子场诱变小麦的分子机理研究作物遗传育种硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 高能混合粒子场诱变小麦的分子机理研究 .) .) I 摘 要 本文通过研究 高能混合粒子场 (诱变小麦获得的突变体的基因组 异的位点分布、类型 、频率及突变模式，并以 射线诱变获得的具有相同表型的突变体做参 照，分析 射线诱变所得突变体 之间的分子 差异，探讨 变的特点，初步揭示 变小麦的分子机理。 选用随机分布于小麦 21 对染色体上的 114 对微卫星（ 物，对 射线 处理冬小麦品种 得的矮杆 突变体 ，以及选用随机分布于小麦 21 对染色体上的 120 对 射线 处理冬小麦品种 卑儿脱穗型突变体 对获得的部分多态性 异片段进行了序列测定。 研究结果表明， 理 得的矮杆突变体 的 态性位点主要分布在染色体 2A、 2B、 2D、 3D 和 5A 上，而 射线处理产生的多态性位点主要分布在染色体 2A、 2B、 2D、4A 和 5A 上； 理 得的 斯卑儿脱 穗型突变体 的 态性位点主要分布在染色体 3A、 3B、 3D、 5A 和 6A 上，而 射线处理产生的多态性变异位点主要分布在 染色体 2A、 2D、5B 和 5A 上。 理 得的矮杆突变体 的 态性位点总频率分别为 射线处理的 态性位点总频率分别为 理 得的 斯卑儿脱 穗型 突变体 的 态性位点总频率都为 射线处理的 态性位点总频率分别为 理 得的矮杆和 斯卑儿脱 穗型 突变体 中共产生 增条带的增加、扩增条带长度的差异和扩增条带的缺失 3 种变异类型，且与 射线处理相比， 理较容易产生扩增条带的增加和扩增条带长度的差异，不易产生扩增条带的缺失。序列分析表明， 理产生的突变类型主要是碱基的转换和插入，其中碱基 T 为易发生突变的碱基，且 理的总突变频率高于 射线。 变能够在 平上导致 小麦 遗传物质变异， 且其诱变机制不同于 射线， 是一种有效的 诱发突变新途径 。 关键词： 小麦，突变体，高能混合粒子场， 射线， 列 y of SR in in To of by in 3 in Y9 H7 14/120 of of 3 SR in A, 2B, 2D, 3D A of 3 R in A, 2B, 2D, 4A A in Y9 SR in A, 3B, 3D, 5A A of 3 R in A, 2D, 5B A in Y9 of of 3 R in Y9 of of 3 R in Y9 in 3 Y9 in 3 Y9 H7 in 3 Y9 H7 R be to SR in 3 in Y9 H7 It R NA of be a 录 第一章 文献综述 . 1 究目的和意义 . 1 发突变在小麦育种中的应用概况 . 2 变新方法在小麦 育种中的应用 . 2 子束注入诱变 . 2 天搭载诱变 . 4 面模拟空间因素诱变 . 5 发突变的生物学检测研究进展 . 7 究内容与目标 . 8 第二章 高能混合粒子场诱变小麦获得的突变体的 析 . 9 料和方法 . 9 验材料 . 9 验方法 . 9 果与分析 . 12 变体 . 12 变体 态性位点分 布 . 16 变体 态性表现形式 . 18 变体 态性频率分析 . 19 结 . 22 第三章 高能混合粒子场诱变小麦获得的矮杆突变体的序列分析 . 23 料与方法 . 23 验材料 . 23 验方法 . 23 果与分析 . 26 异片段的克隆及对阳性克隆的检测 . 26 杆突变体的基因变异分析 . 27 结 . 28 四章 讨论与结论 . 31 论 . 31 能混合粒子场诱变小麦获得的突变体 . 31 能混合粒子场诱变小麦获得的突变体 . 31 能混合粒子场诱变小麦的机制 . 32 论 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 41 作者简介 . 42 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 1 第一章 文献综述 究目的和意义 我国小麦常年播种面积 2600万公顷 、产量 1亿吨，分别占粮食作物播种面积和总产量的 25%和 22%左右，种植面积和总产量仅次于水稻，是第 2大粮食作物。小麦增产对农业生产和提高人民生活水平具有举足轻重的作 用，新品种选育是促进小麦持续增产最直接有效的措施之一。 大量的研究和实践证明，诱变技术在作物遗传改良，创造遗传新资源以及选育优良新品种等方面成效显著。这其中常规诱变因素如 射线、中子及 着科学的发展和学科之间的交叉，给作物诱变育种这门学科增添了新的活力，航天育种是随着空间科学技术的发展而发展起来的一种新兴的诱变育种技术。 我国自 1987年开始利用高空气球、返地卫星和飞船搭载植物种子，从中获得了大量的变异类型 ， 涉及粮食、蔬菜、花卉和林果等 (刘录祥等， 2002)。目前 ， 已经选育出一批新的突变类型和培育出具有优良性状的新品种， 然而，太空搭载实验机会十分有限，因此模拟太空环境开展育种研究具有现实意义。 目前在太空环境的单因素地面模拟方面主要有粒子生物学效应模拟、弱地磁生物学效应模拟和微重力生物学效应的模拟（刘录祥等， 2004）。粒子生物学效应模拟包括单粒子效应模拟和混合粒子效应模拟。在单粒子效应方面，日本、法国和德国等在 20世纪 60年代便开始利用地面加速器开展研究，所研究的粒子种类主要有质子、 56 16O、 120 2003），并将试验结果用于放射医学和宇航员的健康防护等方面。我国的加速器单粒子生物学效应研究始于 20世纪 80年代末。中国农业科学院航天育种中心等单位自 1996年以来，利用串列加速器开展了地面模拟高能单粒子诱变小麦的生物效应试验，初步建立起地面模拟高能单粒子诱变的方法。鉴于太空辐射是由多种高能、高 能线密度）粒子组成的混合场，单粒子效应难以真实反映宇宙射线辐射效应。本实验室在太空生物效应及其作物育种应用研究的基础上，利用北京正负电子对撞机模拟次级宇宙高能混合粒子 (主要包括派介子、谬子、正、负电子、高能光子和质子等 )处理小麦种 子，开展了地面模拟次级宇宙粒子对小麦种子萌发与生长的影响的探索性试验研究。 在前期 高能混合粒子场 诱变小麦的研究中 (刘录祥等， 2005；韩微波等， 2006)，通过利用不同剂量的 高能混合粒子场 对小麦种子进行诱变处理，确定出了 高能混合粒子场 诱变处理小麦的适宜剂量为 200时发现 高能混合粒子场 处理 表现出比射线更高的相对生物学效应，在可诱发的性状突变种类、总突变频率和有益突变频率均高于射线处理。本研究旨在进一步对高能混合粒子场 和 射线 两种不同处理方法 诱变小麦产生的 具有相同表型的突变体进行 分子差异比较分析，探讨 高能混合粒子场 诱变对小麦 列的影响 及诱变小麦的特异性 ，为开拓作物诱变育种新途径提供实验依据和理论基础 。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 2 发突变在小麦育种中的应用概况 诱发突变是小麦遗传改进的重要途径，是传统杂交育种的重要补充和难以取代的育种手段，国内外许多国家都开展了小麦突变育种研究工作。 实践证明 , 诱发突变技术在作物品种改良上具有独特的作用 , 它可以诱发基因突变 , 产生自然界原来没有的或一般常规方法难以获得的新类型、新性状、新基因 , 能够打破基因连锁 , 提高重组率。国际范围内的诱发突变技术应用于作 物品种改良已经取得了显著成就。据不完全统计 , 目前国际上已有 61 个国家利用诱发突变技术在 164 种植物上育成 2 277 个品种 , 其中中国 630 个、俄罗斯 210 个、荷兰 176 个、美国 128 个、日本 120 个（刘录祥等， 2004）。从 1966 2004 年中国利用诱变技术已经育成了 132 个小麦品种 , 这些新品种的育成和推广为中国小麦增产和农业发展做出了重要贡献 （ 2004） 。 用于小麦品种改良的常用诱变因素可分为电磁辐射和粒子辐射两大类。电磁辐射包括 X 射线、 射线、 无线电波、微波、热波等 ；粒子射线包括 粒子、 粒子、中子、质子、电子等。 而利用诱发突变改良小麦品种比较有成效的常用诱变因素主要有： X 射线， 射线及中子等。据统计（王琳清， 2004），我国利用不同诱变因素于突变育种所占比例分别为： 射线为 X 射线为 中子为 这些常用的诱变因素在小麦的诱变育种中占有很大的比例，但是却存在着诱变方法单一，突变频率不高，突变谱较窄等问题。因此，新的诱变方法的开发就显得尤为重要。 随着诱发突变研究的发展 , 国内外许多研究者在原来的基础上 ,不断 从新诱变因素的开发以及改进等方面做了 大量工作 ,许多新兴的诱变因素不断涌现并应用于育种实践，如激光、软 X 射线、离子束、电子束、同步辐射、质子以及太空诱变等物理诱变因素，此外还有化学诱变因素。我国利用激光育成了小偃 6 号，浙麦 3 号、 4 号，鲁麦 4 号、 6 号、 16 号以及秦麦 6 号 7 个小麦品种（蔡光泽， 2003）。安徽省农业科学院利用 30离子注入小麦种子，育成了抗病高产品种皖麦 32。新的诱变因素在小麦育种实践中正发挥着愈来愈重要的作用。 变新方法在小麦 育种中的应用 子束注入诱变 离子束是元素的离子经高能加速器加速后获得的放射 线，其具有高传能线密度 (、尖锐的电离峰 ( 及低氧增比 ， 可精确控制其入射深度和部位 ， 且注入深度常随能量增加而增加 ， 而能量损失则随注入深度不同而呈尖峰式 ( 曲线分布（ 等， 2004； 韩榕等， 2004） 。 因此离子束与电子束、 射线等相比具有很多独特的优点 ， 如 ： 可以在电场、磁场的作用下被加速或减速以获得不同的能量 ； 可对其进行高精度的控制 ， 从而可获得平行束 ， 也可被聚焦成微细束 ； 离子在固体内的直进性好等。离子束物质能量的传递特征是 ， 离子通过物质时 ， 在物质中的局部 引起高密度的电离和激发，而且经加速后的离子具有一定的静止质量 ， 注入生物体后可以使质中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 3 量、能量和电荷共同作用于生物体（陈怡平等， 2002）。因此 , 在育种和改良的应用中植株表现出生理损伤小、突变谱广、突变频率高 ， 并有一定的重复性和方向性的新特点 (等， 2002)。 目前，离子束注入 技术在小麦遗传育种中的应用十分活跃，用粒子束注入技术选育出了性状优良的品种或突变系。作物产量，品质，抗性等性状往往是有多基因控制的数量性状，传统的诱变方法对这类性状的改良效果不佳，而离子束诱变技术在对这些数量性状的 改良上效果显著（张利华等，1999）。 离子束注入 小麦后 著的生物 学 效应 (2002)。王卫东等研究发现经离子注入后，小麦表皮细胞紊乱，出现裂缝和破损，并且这种影响随剂量的增加逐渐明显，而未经离子注入的对照处理则表皮细胞纹路清晰，很有规律，并且随 剂量的增加 ， 出苗率逐渐降低 ， 苗高和第一叶长也逐渐降低 ， 变异系数增加，幼苗的活力指数下降 （王卫东等， 2003） 。柳学余和 D. M. 得到了相似的结论， 在 不同离子束注入 处理中不仅可以发现染色体结构变异，而且发现了三级和四级连续 易位等高级结构变异 ， 染色体畸变类型和频率与注入离子种类、剂量以及生物体部位有关。 离子束注入引起细胞壁剥离，细胞排列紊乱，形状变化巨大，细胞被拉长、扭曲和绞链，细胞间质基本上被蚀，留下很深的沟槽和孔洞 (等 ， 2004)。 顾月华等（ 2000）报道，无论是萌动的种子还是干种子， N+离子辐照均诱导了显著的依赖于剂量的有丝分裂畸变，辐射诱导的核畸变的主要类型有核粘连，微核，双微核，多核和畸形核等。并且发现 N+ 离子注入诱导的染色体畸变类型，主要表现为染色体桥（包括单桥，双桥，多桥及粘着性染色体桥），落后 染色体，游离染色体，染色体断片，四倍体染色体等类型 (宣云， 2004)。 离子注入 还 可引起生物体多种生理变化损伤，如导致叶绿体畸变，引起呼吸代谢、过氧化物酶、自由基以及自由基清除酶等的变化 。 李兴林等将能量为 20子注入小麦种子胚乳，发现过氧化物酶 (活性显著提高，过氧化氢酶活性 (丙二醛含量 (蛋白质含量较大程度的下降。 离子束注入小麦引发的 熟突变，品质突变，产量突变，抗病突变以及促成易位系等其它突变 (1997)。 李兰真等用 30氮离子注入豫麦 39， K（未处理的本品种）降低 12292代共选 18株，株高 67均为 76.8 服了豫麦 39植株偏高的缺点。张金莲等连续两年以低能重离子注入春小麦品种定西 24号后，均获得了抽穗期早 34天的突变体。陈秀兰等以不同能量氮离子注入 89017及扬麦 5号种子，其 代选出一些抗白粉病的优良变异类型。 1989年，安徽省农科院作物所和中国科学院等离子体物理研究所合作，通过选育遗传背景丰富的太谷核不育小麦轮回材料进行低能离子注 入处理，培育出皖麦 32号，皖麦 42号，皖麦 43号 3个新品种和一批高产，优质，多抗的新品系和新种质。陈秀兰等以不同能量（ 20， 30， 40离子注入 89017及扬麦 5号种子，其 和 离子注入诱变培育的优良变异类型有 有早熟，矮杆及抗白粉病等特征（宣云等， 2004）。实践证明离子束注入技术在小麦诱变遗传改良中的效果明显，具有良好的应用前景。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 4 天搭载诱变 航天诱变 育种是指利用返回式卫星、飞船等航天器搭载农作物种子，利用太空中的特殊环境（太空辐射、微重力、高真空、弱地磁等因素）诱发突变，然后返回地面种植选育，育成新品种的作物育种技术（刘录祥等， 2004）。 航天 环境具有 太空辐射、微重力、高真空、弱地磁 等特点 ， 具有诱变育种的多种因素。空间辐射的主要来源有地球磁场捕获高能粒子产生的地磁俘获带辐射、太阳系外突发性事件产生的银河宇宙射线及太阳爆发产生的太阳粒子辐射。在空间辐射所包括的多种高能带电粒子中，质子的比例最大，其次是电子、氦核及更重的离子等。对植物的研究证明空间条件尤 其是高能粒子具有强烈的致变作用。微重力条件对植物生长周期中很多功能产生影响。 一般认为，太空辐射和微重力是主要诱变因素，并倾向于微重力通过提高生物对太空辐射的敏感性和抑制 剧生物损伤并提高变异率。关于空间条件对植物影响的研究，国际上在 20世纪 50年代就已经开展，但是侧重于其对宇航员的健康伤害和防护办法的研究。迄今为止，国外尚未开展利用太空环境条件进行作物诱变育种的研究工作。 航天育种在有效创造罕见突变基因资源和培育作物新品种方面已发挥出越来越重要的作用，成为空间生命科学研究的重要组成部分，并 显现出良好的发展优势（刘录祥， 1997； 2003）。 1987年 8月 5日 ， 随着 我国第九颗返回式 科学试验 卫星 的成功发射，一批 水稻和青椒等 作物 种子 被送 向 太空 。后续试验 发现， 在空间飞行过 的种子 中出现了遗传 变异 ，因此人们 开始 利用 这种方式 进行作物航天诱变 育种 的探索 。 太空环境是一种特殊的诱变源，诱发产生的变异幅度增大、有益变异增多。利用太空环境诱变作物种子创造新种质、培育新品种已经取得明显成果。 迄今，我国利用返回式卫星、神舟飞船和高空气球先后进行了 22次作物种子等生物材料的空间搭载试验。 2006年 9月 9日，我国还专门发 射了用于作物育种的“实践八号”航天育种卫星，装载了包括 152种植物、微生物和动物等 2020份生物品种材料。经过近 20年的探索研究，我国航天育种工作取得了可喜的成果，育成了高产、优质、多抗的青椒、番茄、水稻、莲子、小麦等作物新品种、新品系，从中获得一些有可能对产量有突破性影响的罕见突变。 航天诱变技术培育的作物新品种正逐步在生产中发挥作用（刘录祥， 2007）。例如，华南农业大学育成的 “华航 1 号”水稻新品种，在国家区试和生产试验中产量比对照品种“汕优 63” ，成为我国第一个通过国审的空 间诱变水稻新品种。目前已累计推广种植面积 20 多万 福建农科院育成的“特优航 1 号”杂交稻新组合将优质、超高产结合于一体，是我国利用航天技术育成并通过国家品种审定的第一个杂交水稻新品种（刘录祥， 2007）。“优航 1 号”杂交稻是利用航天诱变育成的航 1 号恢复系组配的将优质、超高产结合于一体的杂交稻新组合，在杂交稻产量及品质平衡提升方面取得重要突破，连续三年大面积产量超过 12000kg/前已累计示范推广20 多万 张世成 (1996) 等利用卫星高空处理小麦豫麦 13，获得高产新品系。该品系比 对照豫麦 2号增产中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 5 比原品种增产 且抽穗期、成熟期提前 1增大，成穗数提高，丰产性好。 河南农科院小麦所选育的“太空 5号”是我国利用航天技术育成并审定的第一个弱筋优质高产小麦新品种。优质面条小麦新品种“太空 6号” 2003年 8月通过河南省品种审定， 2004年 5月列为国家级星火计划项目。目前生产累计推广面积达到 20多万 已被河南省种子管理站确定为重点推广品种，生产利用前景十分广阔。 航天育种技术创新有效推动了育种新种质和新材料的创制（刘录祥， 2007）。例如，极早熟、抗病、强筋小麦新种 质 质、多蘖和高配合力的水稻新矮源材料 复谱广、恢复力强、配合力高、抗瘟性好、米质较优的强恢复系新种质航 1号；特大粒莲子、特大粒红小豆突变系、特长角果双低油菜和绿豆突变体等，均是目前利用其它诱变手段较难获得的罕见突变，将对作物产量和品质等重要经济性状的遗传改良产生重大影响。目前这些优异新种质、新材料已分别进入作物常规育种计划及杂种优势育种，并为全国多家育种单位所引进和利用，对促进作物育种技术进步起到了重要作用。 面模拟空间因素诱变 太空环境因素协同诱变 具有显著的特点和效应，但由于太空实验投资大，技术要求高，实验机会也十分有限，因此，有必要进行地面模拟太空环境因素的试验研究。目前在太空环境的单因素地面模拟方面主要有弱地磁生物学效应模拟、微重力生物学效应模拟和粒子生物学效应的模拟，而粒子生物学效应的模拟又包括单粒子生物学效应的模拟和混合粒子生物学效应的模拟。（刘录祥，2004）。 地磁生物学效应模拟 弱地磁是空间环境重要因素之一。目前全球已经建有 7个大型的 屏蔽地磁场的零磁空间实验室。我国于 1989在中国地震局地球物理研究所建立了第 1个零 磁空间实验室，主要用于精密仪器校正和消磁等。 1998年，中国农业科学院航天育种中心与中国地震局地球物理研究所合作，利用模拟空间弱地磁处理小麦种子发现，一定周期的零磁空间可明显抑制种子萌发和幼苗生长，但抑制损伤不存在剂量效应，即抑制效应并不随着处理时间的增长而增强（刘录祥， 2002） 。 在小麦花药培养过程中附加一定周期的零磁处理，有助于促进高质量愈伤组织及其绿苗的获得率，并可有效提高小麦花培后代的变异类型和频 率（刘录祥， 2000）。 微重力生物学效应模拟 目前国际范围内对微重力的地面模拟仅 限于落塔装置，而且利用该装置所产生的微重力只有几秒至几十秒，显然不能用于植物材料的实验研究。在地面模式空间实验中，人们大都利用回转器模拟微重力效应，而不是模拟产生微重力。目前研究者大都利用回转器模拟微重力效应。中国农科中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 6 院航天育种中心与中国科学院力学所合作，利用回转器和三维旋转仪模拟微重力效应处理小麦种子发现可显著促进萌发，特别是在幼苗生长的最初 1周内，效果更为显著，种子处理后幼苗活力的提高可部分地归因于生理酶活的增强和胚根及侧根生长 的加速，还可以影响小麦细胞的形态及生理功能，对染色体和 景生 ， 2003）。 单 粒子生物学效应模拟 粒子生物学效应模拟包括单粒子效应模拟和混合粒子效应模拟。在单粒子效应方面，国外从 20世纪 60年代便开始利用地面加速器开展研究，但实验结果一般用于放射医学和宇航员的健康防护等方面。到 20世纪 80年代中期以后，国际范围内的加速器单粒子生物学效应的研究得到进一步加强。日本原子能研究所利用高能碳粒子辅照花粉介导基因转移获得了转基因烟草， 并申请了专利（ 等， 1997）。我国的加速器单粒子生物学效应研究始于 20世纪 90年代初。 1996年以来，中国农业科学院航天育种中心等单位，利用串列加速器开展了地面模拟高能单粒子诱变小麦的生物效应试验，初步建立起地面模拟高能单粒子诱变的方法 。 能混合粒子场生物学效应模拟 所谓高能混合粒子场，就是通过模拟太空环境 ， 利用地面加速器引出的高能电子束打固定靶，产生具有广谱结构， 能量在 200间的次级粒子 ， 主要包括派介子、谬子、正、负电子、高能光子、质子等多种粒子的混合粒子场（韩微波等， 2005）。中国农业科学院作物科学研究所有关课题组在太空生物效应及其作物育种应用研究的基础上， 在国内外开展的地面模拟次级宇宙粒子对小麦种子萌发与生长的影响的探索性试验研究， 从粒子生物学、物理场生物学和重力生物学等不同角度研究了航天环境各因素的诱变特性，比较分析了高能粒子诱变与 射线诱变的差异，探讨了高能粒子诱变小麦的分子生物学机制，完善了地面模拟航天育种技术方法，开创了地面模拟航天环境诱变作物进行遗传改良的新途径。 高能混合粒子场诱变小麦利用 多种高能、高 能线密度）粒子组成的混合场 相互配合产生累加或协和诱变效应。有的诱变因素可以减轻辐射损伤，对辐射具有保护效应，可获得更多的作物群体， 充分发挥 各种因素的特异性，增强诱变效果，使产生的变异有相应的累加和超累加作用，从而直接或间接提高诱变效率，拓宽突变谱，更有希望获得稳定的优良突变体，为育种实践提供更好的种质材料。 韩微波等（ 2005） 选用冬小麦品种中原 9号和中优 9507作为试验材料，以 60别以 0、 79 109 145 195 284 60 究了高能混合粒子场诱变的生物学效应。研究发现高能混合粒子场对冬小麦 制了种子的发芽势，降 低了发芽率。并且 根长度缩短，且随剂量增加所受的损伤也加强。研究还发现高能混合粒子场的辐射生物学效应要大于相应剂量的射线对能混合粒子场诱发 但抑制中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 7 根尖细胞的有丝分裂活动，而且引起根尖细胞染色体的畸变。分裂间期出现了微核；中期出现了染色体断片、环状染色体；后期出现了单桥、双桥、多桥、落后染色体、游离染色体等类型，并表现出与剂量的相关性，并且发现高能混合粒子场诱发染色体畸变的种类和频率都高于射线。经高能混合粒子场处理后，在 两个品种 性、株高、腊质等。高能混合粒子场和射线两种诱变源引起的突变类型相差不多，突变谱相当。中原 9号和中优 9507 高能混合粒子场引起的总突变频率、有益突变频率都比射线要高。 诱变机理研究是诱变遗传学的最根本问题，它的目的就是从细胞和分子水平上研究诱变因素与遗传物质相互作用的关系，阐明突变发生的机制，这是指导植物诱变育种的理论基础。因为 是辐射生物学效应的主要靶分子（宋云等， 2004）。分子水平上的辐射诱变机制的研究主要是围绕 损伤修复及其与突变形成的关系。辐射引起的 损伤主要有 链断裂，碱基等的损伤以及 交联， 蛋白质交联等。 子的单链和双链断裂均会导致 子的解聚。植物 损伤的研究主要集中在 链断裂上。通过对高能混合粒子场诱变小麦获得的突变材料进行分子水平的研究， 不仅 有助于 对 航天 诱变育种机理进行系统研究，而且可能获得可用于分子标记辅助育种和图谱制作的分子标记，实现 突变基因的定位、克隆及转化，从而更好地运用 航天 变异进行 作物 育种。 发突变的生物学检 测研究进展 诱变技术应用于育种实践提高了育种的效率，这其中突变体的选择是至关重要的一个环节。同时，不同的诱变方法其诱变的效应是不一样的，最终导致诱变的特点各异。 如何以有效的手段鉴定和选择优良突变体 以及如何检验和比较不同诱变方法的诱变效应是应首要考虑的问题 (宣云， 2004)。70 年代以前只是用常规的 表型 农艺 性 状判断， 然而如产量，品质以及抗性等比较复杂的数量性状，表型选择效率低。 70 80 年代以来则采用染色体压片观察其细胞水平上的变异及亚分子水平上的同工酶检测， 细胞标记虽可克服形态标记的某些不足，但这类标记材 料的产生需要大量的人力和时间，并且有些物种对染色体数目和结构变异反应敏感或适应此种变异的能力较差，难以获得标记材料，从而限制了细胞标记在遗传育种上的应用（赵颂民等， 2004）。 生化标记是以蛋白质为基础的标记，包括储藏蛋白和同工酶。同工酶是来源相同，催化反应的性质相同而分子结构有差异的酶蛋白分子。同工酶标记已被广泛用于建立遗传图谱，种群分析等研究中。同工酶基因定位在小麦染色体工程方面得到广泛应用，越来越多的同工酶基因在小麦染色体上的定位为利用同工酶标记进行性状和种质鉴定提供了依据。同工酶表现为共显性，可区分 杂合，纯合，隐性基因；所需材料少，简便，在种子或幼苗期就可以进行检测；表现稳定，不受人工和自然选择的淘汰。但同工酶表达存在阶段特异性和器官特异性，这虽然反映了有关作物发育的信息，同时也给同工酶资料的收集增加了难度，因此，可真正利用的位点不多，不能成为更加理想的遗传标记。 90 年代以来分子标记技术不断发展， 在农作物上利用分子标记，对一些突变中国农业科学院硕士学位论文 第一章 文献综述 8 体进行分析，区别真伪突变体，利用与分子标记连 锁 的关系对突变基因加以挂标。 分子标记技术是近 20 年来继形态学标记，生化免疫遗传标记和细胞遗传学标 记后的一种新的遗传标记技术，它是从平上来揭示遗传物质的遗传变异情况，是植物遗传育种领域内的一项新兴技术 (1999)。分子标记技术实现了从表型选择到基因型选择的飞跃。 在对作物诱变育种产生的突变体进行选择的育种实践当中，常用的分子标记大致可分为三类： 第一类是基于限制性酶切和分子杂交技术为核心的分子标记，如限制性片段长度多态性（ 第二类是以 术为核心的分子标记，包括随机扩增多态性 简单重复序列（ 扩增片段长度多态性（ 第三类以 列为核心的分子标记，如单核苷酸多态性（ 究内容与目标 本研究以不同基因型的小麦为材料，以 射线做参照，通过对高能混合粒子场诱变小麦产生的矮杆和斯卑儿脱穗型 突变体 系进行 析，研究高能混合粒子场诱变小麦引起整个基因组异的类型，根据 段多态性的差异分析高能混合粒子场和 射线诱变的差异，探讨高能混合粒子场诱变的规律，初步揭示高能混合粒子场诱变小麦的机理。 通过对高能混合粒子场诱变小麦产生的矮杆突变体 系的突变位点 序列测定，研究高能混合粒子场诱变小麦产生 变异的类型、频率、突变率及突变模式（具体包括 A、 T、 G、 C 四种核苷酸的突变频率及规律） ，以及高能混合粒子场和 射线处理产生的相同突变体 子之间的差异，通过与 其亲本品种的分子 指纹图谱进行比较，从而初步揭示 高能混合粒子场 诱变对小麦 确 高能混合粒子场 诱变小麦 效应， 探讨高能混合粒子场诱变小麦的特点。 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 高能混合粒子场诱变小麦获得的突变体的 析 9 第二章 高能混合粒子场诱变小麦获得的突变体的 析 高能混合粒子场 (变是 为探索航天育种机理和开拓地面模拟航天育种技术 而开展的一种新的诱变因素， 含多种高能粒子， 与传统的 射线相比有其自身的特殊性。通过对 射