第九章诱变育种

1、第第九九章章 诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种(induced mutation breeding)(induced mutation breeding) ：利用利用物理和化学等因素诱导农作物发生变异，再物理和化学等因素诱导农作物发生变异，再通过选择育成通过选择育成 新品种的方法。新品种的方法。诱变育种区别于系统育种诱变育种区别于系统育种 - -利用自然变异。利用自然变异。诱变诱变育种育种特别特别适宜改良作物适宜改良作物的某些单一的某些单一性性状，状，例如变例如变高秆为矮秆高秆为矮秆, ,提早提早成熟期成熟期, ,提高提高抗病抗病性性和蛋白质含量等。和蛋白质含量等。 第一节第一节 作物诱变育种

2、的意义和特点作物诱变育种的意义和特点一、一、诱变育种历史和成就诱变育种历史和成就二、二、诱变育种的特点诱变育种的特点二、诱变育种的特点二、诱变育种的特点（一）提高突变率、扩大突变谱。（一）提高突变率、扩大突变谱。 （二）（二） 改良单一性状比较有效，同时改改良单一性状比较有效，同时改良多个性状较困难。良多个性状较困难。（三）性状稳定快，育种年限短。（三）性状稳定快，育种年限短。（四）诱发突变的方向和性质尚难掌握。（四）诱发突变的方向和性质尚难掌握。第二节第二节 物理诱变剂及处理方法物理诱变剂及处理方法诱变剂：诱变剂：能诱导植物发生基因突变的能诱导植物发生基因突变的因素。因素。目前常用的诱变剂有

3、两类：目前常用的诱变剂有两类：物理诱变因素物理诱变因素和和化学诱变因素化学诱变因素物理诱变剂物理诱变剂是是用不同种类的射线处理，引起基用不同种类的射线处理，引起基因突变或染色体变异。因突变或染色体变异。1 1、电磁辐射电磁辐射 引起生物引起生物DNADNA损伤或断裂，修复时发生错损伤或断裂，修复时发生错误拼接与复制，辐射后代表现型产生变异，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。对于可遗传的变异可以加以选择。一、一、物理诱变剂种类和性质：物理诱变剂种类和性质： （1 1）紫外线：）紫外线：波长波长200-390nm200-390nm，低能电磁辐射。低，低能电磁辐射。

4、低压汞灯非电离辐射。穿透力弱，只适用于微生物研究，压汞灯非电离辐射。穿透力弱，只适用于微生物研究，花粉、孢子。花粉、孢子。 （2 2）X X 射线：射线：波长波长1nm1nm以下，核外电磁辐射，穿透以下，核外电磁辐射，穿透力较强，能使被照射的物质引起电离，力较强，能使被照射的物质引起电离，X X光机：硬光机：硬X X射线，软射线，软X X射线。射线。 （3 3） 射线：射线：波长小于波长小于1010-3 -3 nm nm，核内电离辐射，核内电离辐射，6060Co, Co, 137137CsCs；能量高，穿透力强。；能量高，穿透力强。 最常用的物理诱变剂，最常用的物理诱变剂，60%60%诱变育成

5、品种是诱变育成品种是利用利用r r 射线射线设施结构：设施结构： 照射室、照射圃、照射室、照射圃、 温室、人工气候辐照装置温室、人工气候辐照装置防护：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（4 4） 射线：射线：放射性同位素放射性同位素 3232P P、3535S S、1414C C、131131I I 穿透力远小于穿透力远小于r r 射线（射线（mmmm）、但电离）、但电离密度大密度大 射线：射线：氦的原子核。穿透力更弱，电离密度氦的原子核。穿透力更弱，电离密度更大。更大。 中子：中子：不带电粒子，诱变能力比不带电粒子，诱变能力比、射、射线强。线强。

6、2 2、粒子辐射粒子辐射3 3、其他诱变剂、其他诱变剂电子束电子束激光激光离子注入离子注入利用返回式卫星进行农作物新品种的选育的利用返回式卫星进行农作物新品种的选育的一种方法。一种方法。利用太空微重力、高能粒子、高真空、缺氧利用太空微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交变磁场等综合物理诱变因子进行诱变和选和交变磁场等综合物理诱变因子进行诱变和选择育种研究。择育种研究。我国于我国于19871987年开始进行航天搭载育种，由此年开始进行航天搭载育种，由此育成了大田作物、蔬菜和花卉作物共育成了大田作物、蔬菜和花卉作物共5050多个物多个物种的种的300300多个优良新品种。多个优良新品种。4 4、航天育

7、种航天育种二、物理诱变剂处理方法二、物理诱变剂处理方法 1 1、种子，种子， 2 2、绿色植株，绿色植株， 3 3、花粉，花粉， 4 4、子房，子房， 5 5、合子，合子， 6 6、营养器官，营养器官， 7 7、组织培养物组织培养物 （一）（一）处理材料：处理材料：( (二）处理方法：二）处理方法：外照射和内照射。外照射和内照射。1 1、外照射：、外照射：指被照射的种子或植株所受的辐指被照射的种子或植株所受的辐射来自外部某一辐射源，如钴源、射来自外部某一辐射源，如钴源、X X射线源、中射线源、中子源等。子源等。 特点：特点：操作简便、处理量大，最常用。操作简便、处理量大，最常用。 分类：分类：

8、急性照射和慢性照射急性照射和慢性照射慢照射：低剂量长时间（几天至整个生育期）的照射慢照射：低剂量长时间（几天至整个生育期）的照射. . 急照射：高剂量短时间内完成急照射：高剂量短时间内完成. .2 2、内照射：、内照射：将辐射源引入生物体组织和细将辐射源引入生物体组织和细胞内进行照射的一种方法。胞内进行照射的一种方法。特点：特点：属于慢性照射。属于慢性照射。 照射性元素在体内分布不均匀。照射性元素在体内分布不均匀。 放射性元素不断衰变。放射性元素不断衰变。主要方法：主要方法：浸泡法；注入法；施入法；合成浸泡法；注入法；施入法；合成法。法。（三）辐射处理的剂量（三）辐射处理的剂量1 1、照射单位

9、、照射单位放射性强度：放射性强度：放射源放射源 mCi (10mCi (10-3 -3 Ci); uCi (10 Ci); uCi (10-6 -6 Ci) Ci) 剂量强度：剂量强度：单位物质吸收的剂量。单位物质吸收的剂量。 照射剂量：照射剂量：伦琴（伦琴（R R）表示，是）表示，是X X和和- -射线的剂量单位射线的剂量单位 吸收剂量：吸收剂量：拉特（拉特（RadRad）表示，戈瑞（）表示，戈瑞（GrayGray），）， 中子流量：中子流量：单位平方厘米的中子数（单位平方厘米的中子数（n/cmn/cm2 2），也可用），也可用RadRad来来表示。表示。 剂量率：剂量率：单位时间内物质的吸

10、收剂量单位时间内物质的吸收剂量 （R / minR / min） 2 2、作物对辐射敏感性的差异、作物对辐射敏感性的差异不同科、属、种、品种辐照敏感性不同。不同科、属、种、品种辐照敏感性不同。 豆科豆科 禾本科禾本科 十字花科十字花科大豆、豌豆、蚕豆、玉米、黑麦大豆、豌豆、蚕豆、玉米、黑麦 水稻、大小麦水稻、大小麦 棉棉花花 油菜油菜 红麻、亚麻烟草红麻、亚麻烟草 粳稻粳稻 籼稻；裸大麦籼稻；裸大麦 皮大麦皮大麦不同倍数植物辐照敏感性不同。二倍体不同倍数植物辐照敏感性不同。二倍体 多倍体多倍体不同器官、组织、细胞、成分辐照敏感性不同。不同器官、组织、细胞、成分辐照敏感性不同。 植株植株 种子；

11、根种子；根 叶；分生组织叶；分生组织 其它组织其它组织 性细胞性细胞 体细胞；卵细胞体细胞；卵细胞 花粉细胞；花粉细胞； 不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同。不同。 幼龄植株幼龄植株 老龄植株；老龄植株； 未成熟种子未成熟种子 成熟种子成熟种子 湿种子湿种子 干种子；萌动芽干种子；萌动芽 休眠芽休眠芽外界条件。无氧空气中辐照，幼苗损伤和染外界条件。无氧空气中辐照，幼苗损伤和染色体损伤少色体损伤少3 3、测定辐射敏感性的指标：、测定辐射敏感性的指标：生长受抑制的程度：半致矮剂量生长受抑制的程度：半致矮剂量(D50)(D50)植株成活率：植株成活率： 致死

12、剂量（致死剂量（LDLD100100）辐射引起植株全部死亡剂量。辐射引起植株全部死亡剂量。 半致死剂量（半致死剂量（LDLD5050）辐射引起辐射引起50%50%植株死亡剂量。植株死亡剂量。 临界剂量临界剂量 辐射后植株存活辐射后植株存活40%40%的剂量。的剂量。植株不育程度；植株不育程度；幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率；幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率；以细胞分裂间期细胞体积、染色体体积作指标。以细胞分裂间期细胞体积、染色体体积作指标。第第三三节节 化学化学诱变剂及处理方法诱变剂及处理方法常用的化学诱变剂有：常用的化学诱变剂有：1 1、烷化剂：、烷化剂：具有烷化功能的化合物。它带

13、有一个具有烷化功能的化合物。它带有一个或多个活跃的烷基能取代其他分子的氢原子，从而导或多个活跃的烷基能取代其他分子的氢原子，从而导致遗传密码改变。致遗传密码改变。A-TA-T，G-CG-C的转换或的转换或A-TA-T，T-AT-A，G-G-C C，C-GC-G的颠换。的颠换。一、一、化学诱变剂的种类和性质化学诱变剂的种类和性质常用的几种烷化剂：常用的几种烷化剂：硫酸二乙脂硫酸二乙脂 （DESDES）：无色液体，不溶于水，）：无色液体，不溶于水，易溶于酒精。易溶于酒精。甲基磺酸乙脂（甲基磺酸乙脂（EMSEMS）无色液体，在水中不）无色液体，在水中不稳定。稳定。乙烯亚胺（乙烯亚胺（EIEI）：无色

14、液体，溶于水，易燃，）：无色液体，溶于水，易燃，有腐蚀性。有腐蚀性。亚硝基乙基脲（亚硝基乙基脲（NEHNEH）：黄色固体，微溶于）：黄色固体，微溶于水，易爆炸。水，易爆炸。 2 2、碱基类似物：、碱基类似物： DNA DNA 碱基的化学结构相碱基的化学结构相类似的一些物质，渗入类似的一些物质，渗入DNADNA取代原有碱基，取代原有碱基，导致碱基错配。导致碱基错配。A-TA-T，G-CG-C的转换。的转换。 胸腺嘧啶类似物胸腺嘧啶类似物 5- 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU5-BU） 5- 5-溴脱氧尿核苷（溴脱氧尿核苷（5-BUDR5-BUDR） 腺嘌呤类似物腺嘌呤类似物 2- 2-氨基嘌呤

15、（氨基嘌呤（2-AP2-AP）3 3、叠、叠N N化物：化物：在酸性条件下，产生在酸性条件下，产生NH3NH3，替代碱基，替代碱基上其它基团，影响上其它基团，影响DNADNA的正常合成，它只作用于复的正常合成，它只作用于复制中的制中的DNADNA。常用。常用 NaN NaN3 3 ，可使复制中的，可使复制中的 DNA DNA 的的碱基发生替换，诱变率高且安全。碱基发生替换，诱变率高且安全。 充氧溶液提高诱变效果充氧溶液提高诱变效果 诱变效果较好，使用较为安全诱变效果较好，使用较为安全 碱性条件下无效碱性条件下无效 对多倍体无效对多倍体无效4 4、其他化学诱变剂：、其他化学诱变剂：如抗菌素、亚硝

16、酸、如抗菌素、亚硝酸、 羟胺羟胺等。等。二、化学诱变剂处理的方法二、化学诱变剂处理的方法 种子、芽、块茎、球茎、插条、活体植种子、芽、块茎、球茎、插条、活体植株的幼穗、花粉、合子和原胚等。种子较株的幼穗、花粉、合子和原胚等。种子较为普遍。为普遍。 （一）（一）处理材料：处理材料：浸泡法：浸泡法：种子预先浸泡几个小时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。涂抹或滴液法：涂抹或滴液法：将药剂溶液涂抹或缓慢滴在植株、将药剂溶液涂抹或缓慢滴在植株、枝条或块茎等处理材料的切口或花序。枝条或块茎等处理材料的切口或花序。熏蒸法：熏蒸法：将花粉、花序置于

17、一密闭小箱内，使药剂将花粉、花序置于一密闭小箱内，使药剂产生蒸汽进行熏蒸。产生蒸汽进行熏蒸。 施入法：施入法：在培养基中加入低浓度诱变剂溶液，通过在培养基中加入低浓度诱变剂溶液，通过根部吸收进入植物体。根部吸收进入植物体。 注入法：注入法：用注射器将药液注入材料内。用注射器将药液注入材料内。（二）化学诱变（二）化学诱变方法方法三三、化学诱变剂作用的特点化学诱变剂作用的特点1 1、诱发突变率较高，点突变多，染色体损伤轻，不引、诱发突变率较高，点突变多，染色体损伤轻，不引起染色体断裂；起染色体断裂；2 2、生理代谢损伤大，容易引起生活力和可育性下降；、生理代谢损伤大，容易引起生活力和可育性下降；3

18、 3、具有迟效作用、具有迟效作用 潜在损伤潜在损伤 残留物的后效作用残留物的后效作用 化学活性基团的再诱变作用化学活性基团的再诱变作用4 4、处理材料损伤轻，在某种程度上可进行特异性诱变、处理材料损伤轻，在某种程度上可进行特异性诱变5 5、使用方便，经济，不需要特殊设备、使用方便，经济，不需要特殊设备第四节第四节 诱变育种的工作程序诱变育种的工作程序 1. 1.综合性状良好，只存在个别缺点的品种综合性状良好，只存在个别缺点的品种 2. 2.选用遗传基础好的杂种或杂种后代材料选用遗传基础好的杂种或杂种后代材料 3. 3.单倍体：处理当代显现，易于识别和选择，缩单倍体：处理当代显现，易于识别和选择

19、，缩短育种年限短育种年限 4. 4.多倍体：突变体的死亡率低、获得较多的变异，多倍体：突变体的死亡率低、获得较多的变异，但但M2M2难于观察到变异。难于观察到变异。一、诱变材料的选择一、诱变材料的选择二、诱变剂量的选择二、诱变剂量的选择根据文献和经验，参考过去的结果，根据文献和经验，参考过去的结果，X X或或 射线射线苗高测定，降低苗高测定，降低30-50%30-50%为较适宜的剂量；中子则为较适宜的剂量；中子则降降低低1515- -3 30%0%的苗高的苗高为较适宜剂量为较适宜剂量；化学诱变剂要求；化学诱变剂要求降降低低1 10- 0-3 30%0%的苗高的苗高为较适宜剂量为较适宜剂量育种应

20、用上用三种剂量：适宜剂量育种应用上用三种剂量：适宜剂量 高于高于10%10% 低于低于10%10%三、处理群体大小三、处理群体大小一般根据突变率和一般根据突变率和MM2 2群体的大小来确定处群体的大小来确定处理材料群体的大小。禾谷类作物要求群体有理材料群体的大小。禾谷类作物要求群体有1000010000株以上，因此可根据主穗产生种子数株以上，因此可根据主穗产生种子数量来判断处理群体的大小。量来判断处理群体的大小。1 1、MM1 1的种植与选择：的种植与选择：（1 1） M M1 1的种植：的种植： 按不同处理点播或稀条播按不同处理点播或稀条播 禾谷类作物禾谷类作物M1M1往往采取密植等方式来控

21、制往往采取密植等方式来控制分蘖。分蘖。 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四四、诱变处理后代种植和选择、诱变处理后代种植和选择（2 2） M M1 1的选择的选择：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：通常不进行选择：隐性突变较多，少量为显性突变隐性突变较多，少量为显性突变其原因：其原因： M M1 1存在着生物学损伤，植株生长较差。存在着生物学损伤，植株生长较差。 突变往往发生在个别细胞中，植株是由变突变往往发生在个别细胞中，植株是由变异和不变异的细胞组成的嵌合体。异和不变异的细胞组成的嵌合体。 突变多是隐性突变，形态上不

22、易显露出来。突变多是隐性突变，形态上不易显露出来。 MM2 2出现分离，是分离最大的世代。出现分离，是分离最大的世代。 MM2 2出现无益突变，必须种植足够的出现无益突变，必须种植足够的M2M2群体。群体。 MM2 2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（1 1） MM2 2的种植：根据收获种子的方式按处理的种植：根据收获种子的方式按处理点播点播（2 2） MM2 2的选择：是选择的关键世代。的选择：是选择的关键世代。 2 2、MM2 2的种植与选择：的种植与选择：系谱法：系谱法： MM1 1 ：收主穗：收主穗 MM2 2 ：种成株行，种植：种成株行，种植 ck c

23、k ；选有利突变，育；选有利突变，育种目标性状收单穗、单株；种目标性状收单穗、单株； MM3 3 : :种穗行；选单株、株系；收单穗、株系；种穗行；选单株、株系；收单穗、株系； M4M4和以后世代：和以后世代： 鉴定株系，测产。鉴定株系，测产。 混合法：混合法： MM1 1 ：以每株主穗上混收几粒种子；：以每株主穗上混收几粒种子； MM2 2 ：混种，选单株；：混种，选单株； 此法简便，鉴定突此法简便，鉴定突变体，尤其是微突变难。变体，尤其是微突变难。优缺点：优缺点： 方法简单省工；选择突变体较困方法简单省工；选择突变体较困 难，尤其是微突变。难，尤其是微突变。 （1 1）种植：入选突变株种成株行）种植：入选突变株种成株行（2 2）选择：稳定的株行可混收）选择：稳定的株行可混收 分离的株行继续选株。分离的株行继续选株。3 3、M M3 3及以后世代的种植与选择及以后世代的种植与选择五、影响诱变效果的因素五、影响诱变效果的因素1 1、处理材料与诱变效果的关系、处理材料与诱变效果的关系 处理材料的遗传特性处理材料的遗传特性 处理材料的部位