第六章 诱变育种induced mutation breeding

诱变育种的概念、特点、和类别辐射育种化学诱变育种

诱变育种：是人为的利用物理和化学等因

素诱发作物产生遗传变异，根据育种目标要求，对突变体进行选择和鉴定，培育成新品种的育种途径。

诱变育种的成就

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；

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。

根据 FAO/IAEA 联合处（ 1995 ）的不完全统计，已有 51 个国家在 162 种植物上育成推广了 1932 个品种，其中观赏植物 45 种，品种 482 个，果木 20 种，品种 48 个，蔬菜 20 多个种。

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。 我国诱变育种 40 多年来取得了很大的成就，据 1995 年

不完全统计，已在 38 种植物上育成推广了 459 个突变品种。我国观赏植物诱变育种，在月季、菊花、叶子花、荷花、大丽花、美人蕉等物种上育成并通过鉴定了 66个商业化品种，其中主要为菊花 22 个，月季 35 个。

诱变育种的特点

* 提高突变率，扩大“变异谱”、创造新类型；* 适于改良品种的某些单一性状；* 育种程序简单，年限短；* 打破性状连锁 , 促进基因重新组合 , 提高重组率 ；* 常与其它育种方法结合使用；* 可改变作物育性。

诱导点突变

与杂交育种相结合与远缘杂交相结合与离体培养相结合

诱变育种的缺陷？

诱变育种的类别

★物理诱变：利用辐射等物理诱变因素。

★化学诱变：应用化学诱变剂 (mutagen)诱发植物产生遗传变异。

第一节 辐射育种

诱变源的种类及特性 辐射诱变的方法 辐射育种程序

诱变源的种类及特性X 射线：辐射源是 X光机。 X射线又称阴极射线，分为软 Χ射线和硬 Χ射线 ,诱变育种一般用硬 Χ射线

γ 射线：辐射源是 60Co 和 137Cs 及核反应堆。 γ射线是一种是一种高能电磁波 ,穿透力强 ,目前常用的照射装置有 :钴室 ,钴圃 ,钴人工气候辐照室 。

β射线：辐射源为 32P 和 35S 。 β射线能量较 Χ、 γ射线低，不宜作外照射的射线源 。

诱变源的种类及特性*中子：辐射源为核反应堆 ,加速器或中子发生器。

*电子束 电子直线加速器产生的高能电子流，具有在 M1代生物损伤小， M2代诱变效率高、突变谱较宽等特点。。

*紫外线 : 辐射源是紫外光灯，能量和穿透力低，多用于处理花粉粒。

诱变育种其它技术诱变育种其它技术

激光辐照诱变育种：在辐射诱变中主要利用波长为 2000~10000 A° 的激光

空间诱变育种：返回式卫星或高空气球 (30~40km ) 搭载植物种子 . 空间环境的特点

高真空、微重力和强辐射

辐射诱变的方法

照射方法： 外照射 内照射

外照射 : 指被照射的种子、球茎、块茎、鳞茎、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。

钴室

浙江农科院的 60Coγ 射线种植房

四川农科院的钴圃全貌

根据外照射时间的长短，分为急性照射和慢性照射。

急性照射指采用较高的剂量率进行短时间处理。 慢性照射是在长时间内进行低剂量率的缓慢照射。慢照射比急照射对材料的损伤轻 , 形态畸变少 , 且诱变效果稳

定。

内照射 : 将放射性元素引入植物体内，由它放射出的射线在体内进行照射。目前在育种上应用较少

内照射优点 : 剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等。

方式 : 浸种法 涂抹法 注射法 施入法（饲喂法）

辐射育种的程序

处理材料 ( 部位 ) 的选择 适宜剂量和剂量率的选择 诱变处理后代的选育

处理材料的选择可处理干种子 ,湿种子 ,萌动种子 ,应用较多的是处理干种子。

优点是很少产生嵌合体

一旦获得好的突变体 ,就可直接繁殖利用。

有时可诱发孤雌生殖

1. 种子2. 完整植株3. 花粉4. 子房5. 合子6. 营养器官7. 组织培养物

适宜剂量和剂量率的选择

概念◎ 致死剂量：◎ 半致死剂量：◎ 临界剂量：

剂量的选择原则：◎ 活：后代要有一定的成活植株◎ 变：在一定的成活植株中，有较大的变异效应

影响选择的依据

①不同科、属、种、品种敏感性不同

②不同倍数植物敏感性不同

③不同器官、组织、细胞、成分敏感性不同

④不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同 幼龄植株 > 老龄植株；未成熟种子 > 成熟种子；萌动芽 > 休眠芽

豆科 > 禾本科 > 十字花科

二倍体 > 多倍体

植株 > 种子；根 > 叶；分生组织 > 其它组织性细胞 > 体细胞；卵细胞 > 花粉细胞；

作物对辐射敏感性的差异

存在嵌合体；

诱变处理后的选育无性繁殖园艺作物后代选择

筛选出优良的变异枝条，无性繁殖形成新的品系。

1. 诱变一代 (M1) 的工作M1 的定义 经过诱变处理的种子或营养器官所长成

的植株或直接处理的植株。

M1 不选择

诱变处理后的选育有性繁殖园艺作物后代选择

M1 不选择的原因： ①M1 存在着生物学损伤，植株生长较差。

② 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。

③ 突变多是隐性突变，形态上不易显露出来。

M1 植株隔离自交，使突变基因纯合。单株、单果、或按处理采收种子。

2. M2 是选择的关键世代。

诱变处理后的选育

按 M1 的采种方式种植， M2 代是突变性状显现的时代；

根据育种目标多采用单株选择法。

3. M3 及以后世代的种植与选择（ 1 ）种植：入选突变株种成株系（ 2 ）选择：稳定的株系可混收 分离的株系继续选株。

第二节 化学诱变育种

化学诱变的特点 化学诱变源的种类、 化学诱变的方法

一、化学诱变的特点

使用经济方便 有一定的专一性有些化学诱变只限于的特定部位发生变异

二、化学诱变剂的种类

烷化剂（甲基磺酸乙酯（ EMS ） ,硫酸二乙酯（ DES ） , 甲基磺酸甲酯（ MMS ） ,异丙基甲烷磺酸酯（ iPMS ） ,芥子气类。）

核酸碱基类似物（ 5- 溴尿嘧啶（ BU）、 5- 溴去氧尿核苷（ BUdR ） ）

叠氮化物 嵌入剂 丫啶橙 ,二氨基丫啶无机化合物 H2O2, 亚硝酸等

生物碱 石蒜碱 ,秋水仙碱 , 长春花碱等。

三、化学诱变的方法

药剂的配制和处理方法安全问题

药剂的配制和处理方法

药剂配制：诱变处理时通常先将药剂配成一定浓度的溶液。

药剂处理药剂处理后的漂洗：处理后要用流水冲洗植物材料 10至 30 分钟，防止残存诱变剂对处理材料的损伤。

药剂处理：

浸渍法： 涂抹或滴液法： 注入法：熏蒸法： 施入法：

安全问题

诱变剂都有程度不同的毒性，有的是潜在的致癌剂，因此在处理时避免与皮肤接触或吸入它的气体，一般多在具有通风管密闭条件的超净台上戴乳胶手套进行操作。