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1、第十二章 诱变育种,科学扩展了人类的想象空间， 技术使理想成为现实。,常规育种技术,技术要点： 引种、选种、杂交育种。 优点： 操作简便，无需复杂的仪器设备； 亲本选配好后便可以创造各种类型的变异； 可以利用杂种优势。,常规育种的局限性,杂种后代遗传组成复杂，分离广泛； 新基因型的出现依赖于亲本基因型； 连锁基因的连锁关系很难打破； 无法利用染色体倍性变化； 育种年限较长。,自然界产生的可遗传的变异,遗传重组； 染色体数量变异； 染色体结构变异； 基因突变。,人工诱变的方法,物理方法 化学方法 人工诱变的思路 染色体结构变化 染色体数量变化 基因突变 转基因操作,人工诱变的技术措施,辐射诱变
2、化学诱变 空间诱变 基因工程,第一节 辐射诱变,利用物理辐射能源处理植物材料，使其遗传物质发生改变，进而从中筛选变异进行品种培育的育种方法。,一、辐射育种的特点,提高突变频率，扩大突变谱； 能改变品种单一不育性状，而保持其它优良性状不变； 增强抗逆性，改进品质； 辐射后代分离少，稳定快，育种年限短； 能克服远缘杂交的不结实性。,二、花卉辐射育种的有利条件 观赏植物的多样性； 遗传的复杂性； 无性繁殖技术的应用； 测试简单； 花而不实的材料的改良途径。,电磁波辐射,粒子辐射,射线 X射线, 射线 中子,电离射线, 射线 射线 X射线,非电离射线,中子 紫外线 激光,三、射线的种类及其特征,三、射
3、线的种类及其特征, 射线 射线 射线 中 子 x 射线 紫外光 激光, 射线, 射线, 射线,水泥墙, 射线 由两个质子和两个中子构成的氦原子流。氦原子与空气分子碰撞便丧失能量，因此可以很容易地被一张纸挡住。, 射线 衰变：原子核自发地放射出粒子或捕获一个轨道电子而发生的裂变。 粒子流是具有一定能量的电子流。可以被铝箔或玻璃挡住。,类似的还有宇宙射线、中子射线、统称粒子射线。, 射线：又称乙种射线。它是由放射性同位素（如32P、35S等）衰变时放出来带负电荷的粒子。重量很小，在空气中射程短，穿透力弱。在生物体内电离作用较 射线、X射线强。, 射线 衰变的原子核释放的能量。又称丙种射线。 是一种
4、高能电磁波，波长很短（10-810-11厘米）。穿透力强，射程远、以光速传播。,X射线 是由X光机产生的高能电磁波。X射线与 射线很相似。它的波长比 射线长，射程略近。穿透力不如 射线强。,中子：中子是不带电的粒子流在自然界里并不单独存在，只有在原子核受了外来粒子的轰击而产生核反应，才从原子核里释放出来。,紫外线： 是一种穿透力很弱的非电离射线，可以用来处理微生物和植物的花粉粒。,激光： 能使生物细胞发生共振吸收，导致体内某些分子原子的能态的激发，或原子、分子离子化，进而引起生物体内部的变异。,四、辐射的作用理论,（一）电离辐射的物理作用： 光电效应：入射的光量子把它的全部能量转移到一个原子体
5、系的电子上，使电子脱离原子而运动，释放出来的电子统称光电子，光电子能使与其相遇的原子产生电离。,(二)电离辐射的化学作用： 由于活的生物组织含有约75%的水，因此水就成为电离辐射的最丰富的靶分子。 直接作用: H2O - OH - + H+ 间接作用: H2O - OH + H -H2O2 + HO2 ,hv,hv,（三）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。,作用于微管蛋白,五、辐射剂量和剂量单位,（一）辐射剂量：单位体积或单位质量的空气吸收的能量。 （二） 吸收剂量：单位体积或单位质量被照射物质中所吸收能量的数值称为吸收剂量。 D=E / M（尔格） D 辐射剂量
6、E 被照射物质吸收的能量 M 被照射物质的体积,（三）剂量单位：辐射剂量的单位常因不同射线的不同计量方法而不同： 伦琴：简称伦或用R符号表示，它是最早应用于测量X射线的剂量单位。 拉特：也称组织伦琴，用rad表示。它是对于任何电离辐射的吸收剂量单位，一拉特就是指一克被照射物质吸收了100尔格的能量。 积分流量：中子射线的剂量计算，一向以每平方厘米上通过多少个数来确定的，其单位以中子数/厘米2表示。 居里：是放射性强度的单位，用Ci或C表示。,（四）剂量率 剂量率在辐射育种中很重要，往往用同一剂量处理同一个品种的种子，剂量率不同，辐射效果也不相同。剂量率即单位时间内射线能量的大小。单位以伦/分或
7、伦/小时来表示。 P = D / T P 剂量强度 D 放射剂量 T 照射时间,（五）辐射剂量 PXT 致死剂量（LD）：全部致死的剂量值。 半致死剂量（LD50 ）：50%存活时的剂量值。 生长指数（GR50）：生长量比对照降低50%的剂量值。 活力指数剂量（VID50）: 辐射后种子活力指数比对照下降50%所需的剂量。 活力指数 VI = S Gi 发芽指数 Gi = Gt / Dt,S 根长或苗高； Gt 第7天的发芽数； Dt 达到指定发芽数的日数。,六、辐射材料的选择,（一）选择材料的原则 综合性状好，个别性状有待改善； 杂合子材料； 易产生不定芽; 对辐射较为敏感的材料。,（二）植
8、物对辐射的敏感性 科、属、种的敏感差异； 品种间敏感差异； 不同发育阶段差异； 不同组织器官差异。,（三）影响植物材料敏感性的因素 、氧：如果使种子或植物在完全无氧的空气中受照射，则诱变效率可以提高，而染色体损伤相对减少。如希望产生较多的染色体畸变，最好在有氧的条件下处理。 、含水量：在种子辐射处理时，欲得到较高的诱变率，可将种子含水量调到1.31.4%左右；如希望得到较高的染色体畸变率，则可钭种子含水量降低水平。,、温度：在种子受照射后，对种子进行处理，即在75或85处理15分钟，此种处理称“热击”，可以降低照射后在有氧条件下吸水所产生的敏感性。 、核体积（包括植物的多倍性）：辐射敏感性与“
9、间期”染色体体积之间呈负相关，即“间期”染色体体积愈大，辐射敏感性愈小，否则相反；辐射敏感性亦与DNA含量成负相关，即DNA含量越多，辐射敏感性越差，所以多倍体植物比较辐射。,五、辐射处理的主要方法,辐射处理分外照射内照射两种形式。 （一）外照射：是指被照射的种子、球茎、鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。目前外照常用的是X射线， 射线、快中子或热中子。外照方法简便安全，可大量处理，所以广为采用。,外照射处理植物的部位和方法： 、种子 照射种子的方法有处理干种子、湿种子、萌动种子三种。目前应用较多的是处理干种子。,处理干种子的优点是： 能处理大量种子； 操作方便； 便
10、于运输和贮藏； 受环境条件的影响小； 经过辐射处理过的种子，没有污染和散射的问题。,、无性繁殖器官 许多园林植物是用无性繁殖的，而且有部分园林植物从来不结种子，只依靠无性繁殖的. 诱变育种是对这类材料进行品种改良的重要手段，在诱变育种中只要得到好的突变体，就可直接繁殖利用。,、花粉 照射花粉与照射种子相比，其优点是很少产生嵌合体，即花粉一旦发生突变，其授精卵便成为异质结合予，将来发育为异质结合的植株，通过自交，其后代可以分离出来许多突变体。,、子房 射线对卵细胞影响较大，相引起后代较大的变异，它不仅引起卵细胞突变，亦可影响受精作有时可诱发孤雌生殖。,（二）内照射： 是指辐射源被引进到受照射的植
11、物体的内部。 照射源：32P、36S、14C等放射性元素的化合物。 照射方法： 浸泡种子或枝条； 注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位； 施入土壤：施于土壤中使植物吸收； 饲养法：用放射性的14C供给植物，借助于光合作用所形成的产物来进行内照射。,注意事项： 利用内照射诱变需要一定的实验设备； 试验过程中还需要一定的防护，预防放射性同位素的污染， 处理过的材料在一定时间内带有效射性。,六、辐射后代的选育,（一）种子辐射后代的选育 M0 : 接受辐射处理的当代植株。 M1 : 辐射处理种子产生的子一代。 M2 : 辐射处理种子产生的子二代。,（二）无性繁殖器官辐射处理后的选育 无性繁殖的园林植物，选
12、择自然产生的芽变，是有效的方法。用射线照射无性繁殖器官，可以提高芽变的频率，是加速选育新品种的有效途径之一。 辐射生理损伤的恢复 ； 辐射变异的观察； 辐射后代的选育推广。,无性繁殖的园林植物诱发突变有下列特点： 辐射后代稳定得比较快。 在遗传上大多是异质的。变异一旦发生，通常在后代可表现出来，所以选择主要在M1代进行。 注意增强选择，防止逆突变出现。,第二节 化学诱变育种,利用化学诱变剂诱发园林植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。,一、化学诱变育种的特点,操作简便、价格低廉； 专一性强； 提高突变频率、扩大突变谱； 多数为迟发性突变； 诱变后代的稳定过程较短，可缩短育种年限。,二、化学诱变
13、剂的种类,烷化剂：（EMS、EES、MMS、PPS、PMS、DES、NEH、NEU、NTG） 核酸碱基类似物：（5-BU、5-BUdR) 丫啶类(嵌入剂）：溴化乙啶( Br ) 无机类化合物:（H2O2、LiCl 、MnCl2 、 CuSO4 、亚硝酸） 简单有机类化合物 异种DNA 生物碱 (秋水仙碱),烷化剂：（EMS、EES、MMS、PPS、PMS、DES、NEH、NEU、NTG） 烷基磺酸盐 亚硝基烷基化合物 次乙亚胺 芥子气,核酸碱基类似物 5- 溴尿嘧啶（BU） 5- 溴脱氧尿嘧啶（BUdR） 2- 氨基嘌呤（AP） 马来酰肼（MH）,T,A,U,三、化学诱变机理,碱基类似物 化学
14、诱变剂 嵌入剂,四、 化学诱变剂处理的主要方法,（一）药剂配制 水溶性； 酒精溶解； PH值的调整,（二）试材的预处理 浸种 生长恢复,四、 化学诱变剂处理的主要方法,（三）处理方法 浸种法、涂抹法、滴液法、注入法、熏蒸法、施入法。 处理步骤： 预处理 药液处理 后处理,诱变剂量的选择 诱变处理中应注意的问题 诱变后代的选择,化学诱变剂量 化学药剂的浓度 处理的时间,化学诱变中应注意药品的保存和人畜安全,化学诱变当代也会产生生理损伤，注意苗期保护； 对种子繁殖材料应加强后代选育； 对无性繁殖材料应注意区分损伤和变异。,第三节 空间诱变育种,空间诱变育种，就是利用返回式卫星、航天飞机及气球，搭载
15、植物种子或其他繁殖材料，使它们在宇宙空间微重力强辐射条件下，发生基因突变或染色体变异，从而进行新品种选育的一种方法。,一、空间诱变的条件及方式,高空环境具有高真空、微重力和多种高能粒子辐射等特点，具有诱变育种的多种因子，这是地球上无法比拟的。,我国空间诱变育种的搭载方式主要有两种，一种是返地式卫星搭载，另一种是高空气球。,二、我国空间诱变育种的发展简况,自1987年以来，我国利用返地式卫星和高空气球搭载了多种植物种子，研究了空间条件对植物种子的诱变，并选育出了一些新的突变类型和具有优良性状的新品种。,由于空间诱变育种具有性状分离广泛、变异性状稳定较快，变异植株有的可在诱变三代即可稳定，多数到诱变四代能稳定下来，变异性状稳定较早等特点，因此在新品种选育方面及缩短育种年限等方面具有重要意义。,三、空间诱变育种前景与展望,1. 空间条件引起生物的变异有些是可以遗传的，通过空间诱变已选育出一些高产、优质品种并已应用于生产，带来了较好的经济效益。,2通过空间诱变育种可以丰富植物的种质资源。空间诱变为获得在地面上无法获得的新的种质资源提供了一种快速的途径。,3人类不但可以获得新的有利基因，而且可以进行机理方面的研究，为地面模拟实验提供科学依据。,4空间诱变育种获得的材料用于分子生物学的研究将开辟一个新的研究领域,
