突变体在农作物改良中的应用

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1、突变体在农作物改良中的应用摘要 从六十年代以来，利用诱发突变直接培育成农作物新品种已在国内外取得较快的发展。人工诱变已成为育种学家创造新的种质资源的重要途径，有效地促进了农作物新品种选育工作的发展。作物遗传改良离不开突变体的创造，本论文主要介绍筛选、诱导及在农作中的应用等。关键词 突变体 育种 诱导 21 世纪是我国面临挑战的时期，人口增多，耕地减少；干旱严重；水灾频繁；环境污染；病虫害严重等等一系列的问题都需要我们一起解决。然而最基本的是如何生产出高效优质的产品来满足大家的需求，只有通过改变植物的遗传特性，才能让其生产出高效、优质的产品。本论文就是介绍用突变体来改良作物的遗传特性。改良作物的

2、遗传特性，以培育高产优质品种的技术，又称作物品种改良。它以遗传学为理论基础，并综合应用植物生态、植物生理、生物化学、植物病理和生物统计等多种学科知识。作物的改良方法可以利用植物的遗传转化、原生质体融合与体细胞杂交、体细胞无性系变异。突变体就属于体细胞无性系变异。1. 突变体材料的选择 11.1 选择的要求在分离突变体时，植物细胞材料的选择是非常重要的。首先应该用优良的、仅少许性状需要改进的基因型；其次，应该避免采用不能再生或难以再生的材料；最后，选用染色体数稳定的细胞系。在许多情况下所用材料的倍性水平也是研究者考虑的一个方面。从理论上讲，单倍体材料是较理想的，它不仅对筛选隐性突变体有利，而且，

3、对显性突变体的选择也具有意义；另外，单倍性材料还能通过加倍形成纯合二倍体，但其遗传不稳定也影响了它的使用。1.2 材料的种类目前用于分离突变体的细胞材料有：愈伤组织培养物、细胞培养物、原生质体培养物等 2。1.2.1愈伤组织是分离突变体的最简单的细胞材料，但也具有许多不利因素，如培养物相对生长速率较慢，由于处于表面的少部分细胞材料能够直接接触到培养基中的选择压力，从而使大部分细胞可能逃避选择压力的作用；已死的或将死的组织块中的个别抗性细胞，可能由于周围生理生化障碍，限制了它分裂产生新细胞团的能力。因此，用愈伤组织培养物进行筛选并不是一种适宜的细胞材科。 但从育种实践角度看，采用最初的新鲜愈伤组

4、织，比培养周期较长的细胞培养物和原生质体培养物，也有其独持的优势，那就是由于培养周期短，可减少染色体遗传不稳定性以及发生遗传变异的频率。1.2.2细胞培养物在离体选择中也是十分有用的，这是因为它由少数细胞集合而成，而且在液体培养中常以单个细胞存在，因此，可以部分或基本弥补愈伤组织材料的不足。从理论上讲，原生质体培养物是用于筛选的最理想的细胞材料，其优点是，它们为严格的微生物体系，每个原生质体可以为植板，形成一个可供选择的克隆，而这些原生质体中产生的克隆是非嵌合的，它克服了愈伤组织和细胞培养物的不利因素，但对于需要大量细胞的选择性状，原生质体可能不适宜。另外，对于大多数物种来说，原生质体分离和培

5、养技术尚不完善，不能普遍采用，因此，愈伤组织是目前普通采用的分离突变体的细胞材料。2.突变体材料的诱变处理 3作物遗传改良离不开突变体的创造，创造突变体的方法包括自发突变的筛选、物理诱变、化学诱变、插入突变和基因剔除等。90 年代以来发展起来的通过抑制特定基因表达产生突变体的方法为突变体创造提供了新的途径。近年来，转录后基因沉默(PTGS)或 RNA 干扰(RNAi ) 技术 4研究取得了突破性进展，使利用基因沉默技术创造突变体成为可能。2.1 常用的物理诱变剂主要有紫外线，射线，激光，离子束等。紫外线的作用是使 DNA 分子形成嘧啶二聚体，从而有可能引起基因突变或死亡。同时还可以引起碱基转换

6、、颠换、移码突变或缺失等。-射线属于电离辐射，是电磁波。一般具有很高的能量，能产生电离作用，因而能直接或间接地改变 DNA 结构， 引起染色体畸变、发生染色体断裂、形成染色体结构的缺失、易位和倒位等。激光是一种与自然光不同的辐射光，它具有能量高度集中、颜色单一、方向性好、定向性强等特性。激光通过光效应、热效应和电磁效应的综合作用，能使生物的染色体断裂或形成片断，甚至易位和基因重组。微波辐射属于一种低能电磁辐射，对生物体具有热效应和非热效应，用于多个领域的诱变育种：如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种，并取得了一定成果。离子束使生物体产生死亡、自由基间接损伤、染色体重复、易位、倒位或使 DNA

7、 分子断裂、碱基缺失等多种生物学效应。因此,离子注入诱变可得到较高的突变率，且突变谱广、死亡率低、正突变率高、性状稳定。2.2 化学诱变化学诱变能引起物质发生突变，常见的化学突变剂有烷 化 剂 、 碱 基 类 似 物 、羟 胺 、 吖 啶 色 素 等 。 烷 化 剂 是 诱 发 突 变 的 最 重 要 的 一 类 诱 变 剂 ， 带 有 一 个或 多 个 活 泼 的 烷 基 。 作 用 重 点 是 核 酸 ， 导 致 DNA 断 裂 、 缺 失 或 修 补 。2.3 插 入 突 变插入突变是由于核苷酸或一段外源性核酸插入到基因中而引起的基因突变。插入可以是自发的(如染色体交换)、感染导致的(如

8、前病毒插入基因组)或人工引起的(如基因工程)。插入引起突变可以是由于改变了基因的编码序列或调控序列所致。2.4 基因剔除基 因 剔 除 是 当 基 因 转 入 破 坏 生 物 体 基 因 组 内 某 个 基 因 后 ， 观 察 由 此 引 起的 表 型 变 化 ， 这 是 基 因 剔 除 。 基 因 剔 除 是 用 DNA 重 组 技 术 剔 除 或 破 坏 生 物体 基 因 组 内 某 一 特 定 基 因 ， 而 后 观 察 由 此 引 起 的 表 型 改 变 。2.5 基 因 沉 默基因沉默是转基因植物中特定基因由于种种原因不表达或表达量很低的遗传现象。一方面，基因沉默为利用遗传操作创造遗

9、传修饰物种造成障碍；另一方面，它又为研究基因功能及植物基因表达调控提供了新途径，直接利用创造的特殊性状变异体进行植物改良，同时，在植物发育的不同阶段抑制特定基因的表达，对发育生物学研究也具有重要意义。 3.突变体在杂交育种中的作用3.1 突变体在杂交育种中的成就 5早在 1961 年 Gaul 曾预言在杂交育种中诱发突变体的利用可能比突变体的直接利用更有希望，提出了在杂交计划中利用突变体的建议。国外利用突变体通过杂交选育成新品种的主要有：1963 年西德育种家首先利用突变体与品种杂交育成了“Allasch”大麦品种；在小麦中已育成了 8 个新品种；在水稻中则已育成了 10 个品种。此外，大豆、

10、烟草、燕麦、羽扇豆等作物也利用突变体杂交育种成了一些有推广价值的品种。基因沉默技术现象自从明确其作用以来短短几年内受到各个领域的广泛重视，在植物方面的应用以拟南芥基因功能研究和烟草抗病、抗旱等基 因筛选为先导，某些商业化应用，如花卉颜色调控也在进行。迄今为止，基因沉默技术在作物改良中的应用主要集中在培育抗病毒作物和改良作物品质方面。 4.突变体在育种中的作用 5突变体在育种中具有极其广发的作用，主要表现在以下几个方面：（1）提高产量 中国粮食作物品种平均 67 年更换 1 次，一般新品种可比老品种增产 15左右。19491984 年间中国主要粮食作物单产增加 1 倍多,估计3040可归功于育种

11、。利用突变体育种又是最重要的方法，国际玉米小麦改良中心从 60 年代起育成的一大批丰产、抗倒、适应性广、收获指数高的半矮秆春性小麦品种，对南亚、中东等地区的农业增产起了很大作用。 （2）增强抗性 抗寒或早熟育种已使作物分布逐渐向高纬度和高海拔地区扩展。1950 年以前，中国西藏主要农区在海拔 3200 米以上不种冬小麦。50 年代引入冬性较强的“肥麦” 以后，已很快发展成为春、冬麦兼种的地区。耐旱作物和耐旱品种的选育，则为半干旱地区农业生产的稳步增长作出了贡献。利用突变体选育抗性品种，又可以利用品种抗性减轻病虫为害，已证明是既经济有效又可避免污染环境的措施。（3）改善品质 自 50 年代发现冬

12、小麦高蛋白基因和 60 年代初发现玉米高赖氨酸突变体奥派克 2 之后，品质育种进展较快。棉花品质育种在使纤维质量不断得到改进的同时，正进一步致力于棉子高油分、无棉酚、高蛋白品种的选育，有可能使棉花成为棉、油兼用的作物等等都离不开突变体的利用。（4）提高生产效率 选育株矮秆壮、穗层整齐、成熟一致、不易落粒的谷类作物品种可大大提高机械化收获的效率。如矮秆高粱品种的育成，使小麦联合收割机可兼收高粱，从而有力地促进了美国高粱生产的发展。糖用甜菜昂贵而费力的间苗劳动，则因单胚品种的育成而大为节省。利用突变体育种可以大大的缩小育种的年限，同时也避免了一些用其它育种方法时的缺点，因此利用突变体育种可大大提高

13、生产效率。 参考文献1 臧忠婧，杨凤军，蒲子钢等.体细胞突变体的筛选在作物育种中的应用J. 黑龙江八一农垦大学学报,2005, 17（4）：17212 Larkin PJ,Scowcroft W R. Somaclonal variarion-a novel souce of variability from cell culture for plant improvementJ.Euphycita,1981,（80）：197214.3 沈圣泉，吴殿星，高明尉等.射线辐照和无性系变异相结合诱发创造优异恢复系突变体R3027J. 核农学报，2003，17（3）：165170.4 胡含，王恒立.植

14、物细胞工程与育种M.北京：北京工业大学出版社，1990.216222.5王增贵. 诱发突变体在农作物杂交育种中的应用J.山东农业学报，2000,17（3）：5456.Abstract From the 1960s, use since phythophthora sojae to develop new varieties of crops directly already in the development of domestic and international has developed rapidly. Artificially inducing has become a major way that create new germplasm resources, effectively promoted the development of crop breeding . Crop genetic improvement is not leaving the mutant,s creation, this thesis mainly describes screening, induction and the application in the crop as such. Keywords mutant breeding induction