作物育种学：第七章 诱变育种

1、第六章第六章 诱变育种诱变育种 诱变育种概念诱变育种概念诱变育种诱变育种(induced mutation breeding) ：利用利用理化学因素发变异，再通过选择而培育新品理化学因素发变异，再通过选择而培育新品种的育种方法。种的育种方法。诱变育种区别于选择育种、杂交育种？诱变育种区别于选择育种、杂交育种？第一节第一节 诱变育种的成就及特点诱变育种的成就及特点1 1 主要成就主要成就（1 1）育成大量植物新品种）育成大量植物新品种 19951995年，全世界通过辐射育种培育和推广年，全世界通过辐射育种培育和推广了了19321932个品种，我国达个品种，我国达459459个。个。（2 2）提供

2、大量优异的种质资源）提供大量优异的种质资源 近年来，我国收集了近年来，我国收集了2424种植物的突变资源种植物的突变资源17001700余份，对其进行鉴定和研究。余份，对其进行鉴定和研究。2 2 诱变育种的特点诱变育种的特点（1）提高突变率、扩大突变谱。）提高突变率、扩大突变谱。 0.1%提升到提升到3%（2） 改良单一性状比较有效，同时改良多改良单一性状比较有效，同时改良多 个性状较困难。个性状较困难。（3）性状稳定快，育种年限短。）性状稳定快，育种年限短。（4）诱发突变的方向和性质尚难掌握。）诱发突变的方向和性质尚难掌握。一、物理诱变剂的种类与性质一、物理诱变剂的种类与性质第二节第二节 常

3、用物理诱变剂及其处理方法常用物理诱变剂及其处理方法不带电粒子不带电粒子诱变育种中常用的辐射种类诱变育种中常用的辐射种类电离辐射电离辐射能量较低的电磁辐射能量较低的电磁辐射粒子辐射粒子辐射电磁辐射电磁辐射紫外线紫外线带电粒子带电粒子 射线射线X X射线射线中子中子质子质子射线射线射线射线电磁辐射电磁辐射引起生物引起生物DNA损伤或断裂，修复时发生错误拼接与复制，辐射后代表现型损伤或断裂，修复时发生错误拼接与复制，辐射后代表现型产生变异，对于可遗传的变异可以加以选择。产生变异，对于可遗传的变异可以加以选择。（1）紫外线：波长）紫外线：波长200-390nm，低能电磁辐射。，低能电磁辐射。 激发原子

4、外层电子电磁辐射，非电离辐射。激发原子外层电子电磁辐射，非电离辐射。 穿透力弱，只适用于单细胞组织或生物穿透力弱，只适用于单细胞组织或生物（2）X 射线：波长射线：波长1nm以下，核外电磁辐射，以下，核外电磁辐射， 原子中激发态跃迁到低能态产生射线。原子中激发态跃迁到低能态产生射线。 射线特性取决于工作电压和靶材料（钨、钼）射线特性取决于工作电压和靶材料（钨、钼） 软软X 射线：射线：0.1-1nm，穿透力弱，穿透力弱(mm)，（微效突变），（微效突变） 硬硬X 射线：射线：0.001-0.1nm，穿透力，穿透力(cm)，早期常用于诱变育种早期常用于诱变育种 高能高能X 射线：射线：10-8-

5、10-3nm，穿透力强，穿透力强 （3 3） 射线：波长小于射线：波长小于1010-3-3 nm nm，核内电离辐射，能量高，穿透力强（，核内电离辐射，能量高，穿透力强（cm)cm)。 最常用的物理诱变剂，最常用的物理诱变剂，60%60%诱变育成品种是利用诱变育成品种是利用r r 射线射线防护：水泥墙体、铅板、金属离子溶液、水体等防护：水泥墙体、铅板、金属离子溶液、水体等辐射源：辐射源：6060CoCo：由非放射性金属钴在中子反应堆中形成；半衰期由非放射性金属钴在中子反应堆中形成；半衰期5.35.3年年 137137CsCs：铀裂变产生，半衰期：铀裂变产生，半衰期3030年，能量是年，能量是6

6、060Co Co 的一半的一半处理方式：处理方式： 慢照射慢照射：低剂量长时间（几天至整个生育期）的照射：低剂量长时间（几天至整个生育期）的照射 急照射：急照射：高剂量短时间内完成；高剂量短时间内完成；辐射装置：辐射装置：照射室照射室，圃圃，温室温室和和人工气候照射室人工气候照射室60Co射线种植房射线种植房黑龙江农科院的黑龙江农科院的60Co射线温室射线温室 （可进行急性或慢照射）（可进行急性或慢照射） 四川农科院的钴圃全貌四川农科院的钴圃全貌 （慢照射）（慢照射） （4 4）粒子辐射）粒子辐射 中子中子：穿透能力强，危险性很大，不能用金属铅防护，中子：穿透能力强，危险性很大，不能用金属铅防

7、护，中子防扩层采用石蜡一类含氢原子多的物质。防扩层采用石蜡一类含氢原子多的物质。 带电粒子辐射带电粒子辐射: : 射线射线：由天然或人工的放射性同位素衰变中产生的。：由天然或人工的放射性同位素衰变中产生的。射射线穿透力很弱。线穿透力很弱。 射线射线：由电子或正电子组成的射线束，它可以从加速器中：由电子或正电子组成的射线束，它可以从加速器中产生，也可以由放射性同位素蜕变产生。与产生，也可以由放射性同位素蜕变产生。与粒子相比，粒子相比，粒子的穿透力较大。常用的同位素是粒子的穿透力较大。常用的同位素是32P32P、35S35S、14C14C和和131I131I太空诱变育种太空诱变育种（space m

8、utation breeding), 简称太空育种或航天简称太空育种或航天育种，是在返回式卫星上搭载农作物种子，利用太空环境提供育种，是在返回式卫星上搭载农作物种子，利用太空环境提供的微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交变磁场等物理诱变因的微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交变磁场等物理诱变因子使育种材料产生变异，进而选育新品种的一种方法。子使育种材料产生变异，进而选育新品种的一种方法。 （六）太空诱变育种（六）太空诱变育种与传统辐射育种相比，航天搭载育种具有与传统辐射育种相比，航天搭载育种具有诱变作用强诱变作用强、变异幅变异幅度大和有益变异多等优点度大和有益变异多等优点，可从中获得传统育种方法难

9、以获得，可从中获得传统育种方法难以获得罕见种质材料，特别是对于产量和品质等经济性状能产生重大罕见种质材料，特别是对于产量和品质等经济性状能产生重大影响的特异性状。影响的特异性状。 二、物理诱变处理方法二、物理诱变处理方法种子种子 有性繁殖植物最常用的处理材料是种子。有性繁殖植物最常用的处理材料是种子。 绿色植物绿色植物花粉花粉子房子房合子和胚细胞合子和胚细胞营养器官营养器官离体培养中的细胞和组织离体培养中的细胞和组织（一）、物理诱变处理的材料（一）、物理诱变处理的材料（二）、辐射处理的方法（二）、辐射处理的方法1.1.外照射外照射 指被照射的种子或植株所受的辐射来自外部某一指被照射的种子或植株

10、所受的辐射来自外部某一辐射源，如钴源、辐射源，如钴源、X X射线源和中子源等。这种方法操作简便，射线源和中子源等。这种方法操作简便，处理量大，是最常用的处理方法。外照射方法又可分为处理量大，是最常用的处理方法。外照射方法又可分为急性急性照射照射与与慢性照射慢性照射，以及，以及连续照射连续照射和和分次照射分次照射等各种方式。等各种方式。 2.2.内照射内照射 将辐射源引入生物体组织和细胞内进行照射的一将辐射源引入生物体组织和细胞内进行照射的一种方法。种方法。 特点：特点：一种慢性照射；一种慢性照射； 放射性元素在体内的分布极不均匀，一般在生长点、形成层放放射性元素在体内的分布极不均匀，一般在生长

11、点、形成层放 射性较高射性较高 ； 放射性元素不断衰变放射性元素不断衰变 主要处理方法：主要处理方法： （1）浸泡法）浸泡法 （2）注入法）注入法 （3）施入法）施入法 （4）合成法）合成法 14C（三）、辐射处理的计量（三）、辐射处理的计量 不同的作物和品种对辐射敏感性差异很大不同的作物和品种对辐射敏感性差异很大 多倍体比二倍体钝感；多倍体比二倍体钝感； 十字花科、麻类、烟草钝感，豆科敏感；十字花科、麻类、烟草钝感，豆科敏感； 籼稻钝感，粳稻敏感籼稻钝感，粳稻敏感 作物的不同器官、组织及发育时间和生理状况不同，其敏作物的不同器官、组织及发育时间和生理状况不同，其敏感性同感性同 代谢缓慢比代谢

12、旺盛的阶段钝感代谢缓慢比代谢旺盛的阶段钝感 处理前后的环境条件也影响诱变效果处理前后的环境条件也影响诱变效果 种子含水量，风干种子受种子含水量，风干种子受 射线影响最小射线影响最小 氧气和含水量增加氧气和含水量增加 射线损伤和突变率射线损伤和突变率 辐射处理的单位辐射处理的单位放射性强度放射性强度：居里（：居里（CiCi）; ;毫居里（毫居里（mCimCi）; ;微居里微居里 （CiCi）剂量强度剂量强度 ：剂量强度是指受照射的物质每单位质量所吸收的能量，即剂量强度是指受照射的物质每单位质量所吸收的能量，即物质所吸收的能量物质的质量（物质所吸收的能量物质的质量（erg/g）。）。 1 1、照射

13、剂量：以伦琴（、照射剂量：以伦琴（R R）表示，是）表示，是X X和和射射 线的剂量单位。线的剂量单位。 2 2、吸收剂量：以拉特（、吸收剂量：以拉特（RadRad）表示）表示 3 3、中子流量：以单位平方厘米的中子数、中子流量：以单位平方厘米的中子数 （n/cmn/cm2 2）表示）表示半致死剂量（半致死剂量（LD50LD50）：即照射处理后，植株能开花结实存活一半的剂量；：即照射处理后，植株能开花结实存活一半的剂量；临界剂量：临界剂量：即照射处理后植株成活率约即照射处理后植株成活率约40%40%的剂量。的剂量。1 1 化学诱变剂的种类与性质化学诱变剂的种类与性质（1） 烷化剂烷化剂： 带有

14、一个或多个活泼的烷基，可转移到其他分子上，置带有一个或多个活泼的烷基，可转移到其他分子上，置 换碱基中的氧原子。换碱基中的氧原子。 常用：甲基磺酸乙酯（常用：甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（）、硫酸二乙酯（DES）、乙烯亚胺（）、乙烯亚胺（EI）（2）叠氮化钠叠氮化钠： NaN3 ，可使复制中的，可使复制中的 DNA 的碱基发生替换，诱变率高的碱基发生替换，诱变率高且安全。且安全。（3）碱基类似物碱基类似物：与：与 DNA 中碱基化学结构类似的物质，能与中碱基化学结构类似的物质，能与 DNA 结合，结合，导致错误配对，碱基置换，产生突变。导致错误配对，碱基置换，产生突变。（4）其他化学诱变

15、剂其他化学诱变剂：如抗菌素、亚硝酸、羟胺等：如抗菌素、亚硝酸、羟胺等 第三节、化学诱变剂及其处理方法第三节、化学诱变剂及其处理方法2 2 化学诱变剂的处理方法化学诱变剂的处理方法（1）处理材料：）处理材料：种子较为普遍种子较为普遍（2）处理方法）处理方法 浸泡法：种子预先浸泡几个小时浸泡法：种子预先浸泡几个小时化学诱变剂浸化学诱变剂浸种种流水冲洗流水冲洗播种或干贮种子播种或干贮种子 滴液法：茎上切一浅口，让诱变剂溶液侵入滴液法：茎上切一浅口，让诱变剂溶液侵入 注射涂抹法：注射涂抹法： 施入或共培养法：施入或共培养法： 熏蒸法：在密封潮湿的小葙中用诱变剂薰蒸，适用熏蒸法：在密封潮湿的小葙中用诱变

16、剂薰蒸，适用 于花粉。于花粉。（3 3）处理剂量：）处理剂量： a a 化学诱变剂的性质：包括溶解度和毒性化学诱变剂的性质：包括溶解度和毒性 b b 处理浓度：不同的植物对诱变剂的敏感性不同，处理浓度：不同的植物对诱变剂的敏感性不同， 因此处理时要求的浓度亦不同。因此处理时要求的浓度亦不同。 c c 处理时间：以使受处理组织完成水合作用以处理时间：以使受处理组织完成水合作用以 及能被诱变剂所浸透为准。及能被诱变剂所浸透为准。 d d 处理温度：温度对化学诱变剂的水解速度影处理温度：温度对化学诱变剂的水解速度影 响很大。响很大。化学诱变剂的特点：化学诱变剂的特点： a a 诱发突变率较高，而染色

17、体畸变较少。诱发突变率较高，而染色体畸变较少。 b b 对处理材料损伤轻。对处理材料损伤轻。 c c 生物损伤大，容易引起生活力和可育性生物损伤大，容易引起生活力和可育性 下降。下降。第四节第四节 诱变育种程序诱变育种程序1 诱变材料的选择诱变材料的选择（1 1）选择综合性状良好的品种。）选择综合性状良好的品种。（2 2）选用杂交材料，以提高变异类型和诱变）选用杂交材料，以提高变异类型和诱变 效果。效果。（3 3）选用单倍体。）选用单倍体。（4 4）选用多倍体。）选用多倍体。2 2 诱变处理后代的选育诱变处理后代的选育（1 1）M1M1的种植和选择的种植和选择经诱变处理的种子或营养器官所长成的

18、植株或直接经诱变处理的种子或营养器官所长成的植株或直接出来的植株均称为诱变一代（或出来的植株均称为诱变一代（或M M1 1）群体的大小：按群体的大小：按M2M2群体的大小来决定群体的大小来决定考虑考虑M1M1的存活率和结实率的存活率和结实率M1M1通常不进行选择：隐性突变较多，少量为显性通常不进行选择：隐性突变较多，少量为显性突变突变禾谷类作物禾谷类作物M1M1往往采取密植等方式来控制分蘖往往采取密植等方式来控制分蘖（2 2）M2M2的种植和选择的种植和选择M2M2出现分离，是分离最大的世代，出现分离，是分离最大的世代，M2M2出现无益突变，必须种植出现无益突变，必须种植足够的足够的M2M2群体。群体。 M2M2可采用系谱法或混合法两种播种方式可采用系谱法或混合法两种播种方式： M1