《园艺植物遗传育种》课件-模块五 园艺植物现代育种技术

项目一诱变育种模块五园艺植物现代育种技术

诱变育种第一节诱变育种的概念、特点及发展概况第二节辐射诱变第三节化学诱变第四节诱变育种的方法和程序第五节提高诱变育种效率的方法第六节植物空间技术育种一、诱变育种的概念诱变育种：人为地利用物理和化学因素诱发植物产生遗传性的变异，经过人工选择、鉴定，培育出新品种的方法。包括辐射育种和化学诱变育种。辐射育种：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。第一节诱变育种的概念、特点及发展概况第一节诱变育种的概念、特点及发展概况二、诱变育种的特点1、突变率高，变异谱广如四川省原子能研究所，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，0.2%秋水仙素处理处理葡萄

抗病性、枝型、叶形、果色、果形等大量的变异。诱变频率为1-3％。第一节诱变育种的概念、特点及发展概况2、育种程序简单，变异稳定快，育种年限短诱变多为一个主基因的改变，后代稳定快。如一、二年生草花，F3可稳定，3-4年即可出品种。园林植物多数采用无性繁殖，变异易固定。第一节诱变育种的概念、特点及发展概况3、可有效改良品种的单一性状，保持其它优良特性原因：诱发突变多为点突变。4、打破原有的基因连锁，有利于基因重组5、克服远缘杂交不亲和性，改变植物育性第一节诱变育种的概念、特点及发展概况1927年，Muller在第三次国际遗传学大会论述X-射线诱发果蝇产生大量变异，提出诱发突变改良植物；之后，Stadler首次证明X-射线可以诱发玉米和大麦突变；

Nilsson-Ehle&Gustafsson（1930）利用X射线辐照获得了茎秆坚硬、穗型紧密、直立型的大麦突变体。

第一节诱变育种的概念、特点及发展概况三、诱变育种的发展概况

1934年，Tollenear利用X射线育成了第一个烟草突变品种Chlorina，并在生产上得到了推广。1948年，印度利用X射线诱变育成抗干旱的棉花品种。诱变源不断丰富和改进，从早期的紫外线、X-射线到r射线、ß射线、中子和各种化学诱变剂第一节诱变育种的概念、特点及发展概况我国的主要业绩：1957年，中国农业科学院成立了我国第一个原子能农业利用研究室；随后各省也相继成立有关研究机构；20世纪60年代中期开始在水稻、小麦、大豆等主要作物上利用辐射诱变育成了新品种，在生产上得到了应用。20世纪70年代后期，植物辐射诱变育种开始应用于蔬菜、糖料、瓜果、饲料、药用和观赏植物育种。9个品种获国家发明奖，包括：水稻原丰早、棉花鲁棉1号、大豆铁丰18和黑农26等第一节诱变育种的概念、特点及发展概况

第二节辐射诱变一、辐射诱变因素及特性

辐射诱变：是指利用各种辐射因素诱导生物体遗传特性发生变异的方法。也称物理诱变因素，分为电磁辐射和粒子辐射。常用的辐射诱变因素：X射线，中子，离子束，电子束，同步辐射，紫外线，激光，质子等第二节辐射诱变第二节辐射诱变第二节辐射诱变第二节辐射诱变第二节辐射诱变第二节辐射诱变二、辐射产生的生物学效应染色体断裂；基因突变；细胞分裂异常。第二节辐射诱变三、辐射诱变的处理方法1、外照射指辐射源不进入植物体内，只是利用其射线（如χ射线，γ射线，中子）从外部照射植物各个器官。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。第二节辐射诱变根据辐射材料的类型主要有1）植株照射：对完整植株进行辐射，如盆栽苗、田间苗等。第二节辐射诱变2）种子照射：可采用干种子、湿种子或萌动种子进行照射。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。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。第二节辐射诱变3）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。第二节辐射诱变4）花粉照射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：很少产生嵌合体第二节辐射诱变5）子房照射：人工去雄照射授粉；

注意：辐射剂量不宜过高6）离体材料照射：愈伤组织、单细胞、原生质等组织培养物。第二节辐射诱变2、内照射将放射性元素引入植物体内，由其放射出的射线在体内进行照射。处理方法：1）浸种法：将放射性同位素32P、35S等，配成一定比例浓度的溶液，浸泡种子或枝芽。2）注射或涂抹法：用注射器将放射性溶液注入植株或枝条内；或用放射性溶液涂抹叶片、枝条伤口等处。3）喂饲法（施肥法）：将放射性同位素施于土壤或加入培养基中，经根部吸收进入体内。第二节辐射诱变第二节辐射诱变

第三节化学诱变

化学诱变是用化学诱变剂处理植物材料，以诱发遗传物质的突变，从而引起形态特征的变异，然后根据育种目标，对这些变异进行鉴定、培育和选择，最终育成新品种。第三节化学诱变

一、化学诱变剂的种类

能与生物体的遗传物质发生作用，并能改变其结构，使其后代产生变异的化学物质称为化学诱变剂。第三节化学诱变1、烷化剂类特点：携带一至多个活跃的烷基。代表药剂：甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES）、芥子气类等。作用机制：通过“烷化作用”的方式将DNA或RNA分子结构中的H原子置换。

第三节化学诱变2、核酸碱基类似物特点：具有与DNA碱基类似的结构。代表药剂：5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR）为胸腺嘧啶（T）的类似物等。作用机制：因化学结构上与DNA碱基中的基一种相似，在DNA复制的正常过程中以“原料”的身份“冒名顶替”进入DNA结构中充当碱基，从而形成异种DNA，进而导致碱基配对的差错，引起点突变。第三节化学诱变3、吖啶类代表药剂：吖啶黄，吖啶橙，原黄素等。作用机制：嵌入DNA分子双链中心的碱基之间，引起单一核苷的缺失或插入遗传密码编组的移动（移码突变）转录和翻译的错误，产生突变。第三节化学诱变4、其它诱变剂—无机物、生物碱等亚硝酸：能使嘌呤或嘧啶脱氨，改变核酸结构和性质，造成DNA复制紊乱。第三节化学诱变

二、化学诱变的优点

1、使用经济方便只需少量的药剂和简单的设备。2、有一定专一性特定的化学药剂，仅对某个碱基或几个碱基有作用，因此可改变某品种单一不良性状，而保持其他优良性状不变。第三节化学诱变3、破坏性较小，多引起基因的点突变辐射诱变：诱变因高能射线造成，染色体结构变异广泛。化学诱变：化学药剂与遗传物质发生生化反应，结果多是基因的点突变。

第三节化学诱变1、试材预处理干种子预先浸泡，使细胞活泼，增加敏感性，还可提高膜透性。细胞处于DNA合成阶段（S）时，对诱变剂最敏感。诱变处理应在S阶段之前进行。三、化学诱变的方法第三节化学诱变2、药剂处理1）浸渍法2）涂抹法和滴液法3）注入法4）熏蒸法：试剂一般是沸点较低的液体或易升华的固体，或用专门装置发生气态诱变剂（如芥子气类）。5）施入法第三节化学诱变3、诱变后处理

作用：通过漂洗等终止诱变剂的作用

1）清水反复冲洗，以降低残留，避免生理损伤。2）使用一些化学“清除剂”如甘氨酸以解除氮芥的作用，硫化硫酸钠可解除MMS（甲基磺酸甲酯）。第三节化学诱变化学诱变剂处理时应注意安全问题：

化学诱变剂都有不同程度的毒性，例如烷化剂类是潜在的致癌物质，因此在使用时应避免与皮肤接触或吸入它们的气体。进行诱变处理时一般多在具有通风管密闭超净工作台上进行。操作时应戴乳胶手套以免与皮肤接触。第三节化学诱变第四节诱变育种的方法和程序一、处理材料的选择（一）材料的选择

1.根据育种目标来选择亲本材料：选择不同特点的亲本材料

2.亲本材料必须是综合性状优良而只具有一二个需要改进的缺点，而不应该是缺点很多但具有少数突出的优点的材料

3.选用的处理材料应避免单一化

4.适当选用单倍体、原生质体和多倍体等作诱变材料（二）处理部位的选择一般，选择敏感性强的部位：芽、生长点、花粉、花药、子房、分生组织。二、诱变剂量的确定临界致死剂量—被照射生物体存活率为40%的剂量。三、处理群体大小的确定根据突变率和M2群体大小来确定第四节诱变育种的方法和程序四、诱变处理后代的选择第四节诱变育种的方法和程序第四节诱变育种的方法和程序第四节诱变育种的方法和程序第五节提高诱变育种效率的方法一、根据影响诱变效果的因素，采取相应措施，提高诱变育种效率（一）诱变试材选择：处理材料、处理部位、群体大小、处理时期等（二）诱变剂的种类和剂量（三）处理时间长短（四）处理的温度问题（五）诱变剂溶液的pH值及缓冲液的使用问题（六）后处理问题二、提高诱变育种效率的其他方法（一）诱变育种与其他育种方法相结合（二）将离体培养技术应用于诱变育种返回第五节提高诱变育种效率的方法第六节植物空间技术育种一、植物空间技术育种的概念和特点植物空间技术育种：利用返回式卫星或高空气球等所能达到的空间环境植物（种子）的诱变作用产生有益变异，在地面选育新种质、新材料，培育新品种的植物育种技术。也称太空育种、航天育种。特点：变异广、变异易稳定。第六节植物空间技术育种二、空间诱变的生物学效应空间环境的主要特征：微重力、空间辐射、超真空、超纯净。研究表明：空间环境条件影响植物种子的萌发与生长。三、空间诱发植物突变的作用机制空间辐射、微重力四、空间技术育成品种的安全性问题不存在安全性问题：

1.自然变异、人工变异在本质上没有区别

2.太空种子的基因，还是地面上原来种子本身基因变异的产物，并未导入其他对人类有害的新基因。

3.太空种子当代并不直接食用，也未增加放射性。食用太空种子生产出来的粮食、蔬菜等不会存在不良反应。

第六节植物空间技术育种第二节基因工程与育种一、基因工程与育种二、植物离体培养育种第二节基因工程与育种基因工程：即。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，有目的地改造生物的。原理：操作水平：结果：一、基因工程与育种基因重组DNA分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。基因拼接技术或DNA重组技术（一）概念第二节基因工程与育种第二节基因工程与育种第二节基因工程与育种（二）基因操作的工具第二节基因工程与育种1.基因的指“限制性核酸内切酶

”一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割特点:这个特点说明了：酶具有专一性第二节基因工程与育种限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程点击播放第二节基因工程与育种2.基因工程的指“DNA连接酶”作用：连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”。其作用与限制性内切酶相反，作用点相同第二节基因工程与育种DNA连接酶的作用过程第二节基因工程与育种3、基因工程的目的基因A、常用的运载体：质粒、噬菌体和动、植物病毒等第二节基因工程与育种

其中质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子.

标记基因，便于进行检测。B、它们的共同特点是：都有侵染或进入宿主细胞的能力第二节基因工程与育种第一步：（三）基因工程基本步骤：第二步：获取目的基因目的基因与运载体结合第三步：将目的基因导入受体细胞第四步:目的基因的检测与鉴定第二节基因工程与育种

细菌和人是差异非常大的两种生物,通过基因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么？这可不是普通的细菌，它是嫁接了人胰岛素基因的工程菌，能大量合成人胰岛素。人和细菌共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码第二节基因工程与育种（四）基因工程在园艺植物育种中的应用1.改良品质2.提高抗病虫能力3.改善抗逆性4.创建雄性不育材料5.延迟成熟与保鲜6.提高光合能力和固氮效率。7.选育抗除草剂品种第二节基因工程与育种基因工程与作物育种转鱼抗寒基因的番茄第二节基因工程与育种我国生产的部分基因

工程疫苗和药物生产胰岛素基因工程与药物研制第二节基因工程与育种第二节基因工程与育种第三节植物离体培养育种是指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整植株的技术，亦称植物的组织培养。（一）基本概念1.植物离体培养第三节植物离体培养育种在培养过程中，从植物各种器官、组织的外植体增殖