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1、第九章第九章 诱变育种诱变育种第1页，共92页。第一节 概述一、概念一、概念诱变育种诱变育种（mutation breedingmutation breeding）人工利用人工利用理化因素理化因素诱使植物材料发生遗传突变，并将优良诱使植物材料发生遗传突变，并将优良突变体培育成新品种的育种方法突变体培育成新品种的育种方法包括包括辐射诱变育种（辐射诱变育种（radiation breedingradiation breeding）化学诱变育种（化学诱变育种（chemical induced mutation breedingchemical induced mutation breeding）第2
2、页，共92页。与芽变选种相比较：与芽变选种相比较：诱变育种：利用诱变育种：利用人工人工诱变诱变芽变选种：利用芽变选种：利用自然自然突变突变第3页，共92页。二、诱变育种的发展概况二、诱变育种的发展概况 1895年伦琴年伦琴(Rontgen)发现了发现了X射线射线1896年贝克勒耳年贝克勒耳(Becquerel)发现了具天然放射发现了具天然放射性的性的铀铀摩尔根等于摩尔根等于1910年发现年发现化学物质化学物质也能提高果蝇也能提高果蝇的突变率的突变率 第4页，共92页。19641964年年联合国粮农组织联合国粮农组织/国际原子能机构（国际原子能机构（FAO/IAEAFAO/IAEA）联合处联合处
3、的成立，建立起了交流网络。的成立，建立起了交流网络。19691969年，年，FAO/IAEAFAO/IAEA联合处开始举办联合处开始举办“植物诱变育种植物诱变育种”培训培训班，发行了突变育种手册班，发行了突变育种手册这一年被认为是植物诱变育种的这一年被认为是植物诱变育种的转折年转折年。第5页，共92页。至至19951995年，年，5050多个国家，多个国家，154154种植物开展诱变种植物开展诱变育种工作育种工作已培育出已培育出17371737个新品种。个新品种。其中花卉等其中花卉等465465个个主要有菊花、大丽花、六出花、秋海棠、月季、主要有菊花、大丽花、六出花、秋海棠、月季、杜鹃、百合及
4、香石竹等杜鹃、百合及香石竹等仅诱变育成的菊花新品种就有仅诱变育成的菊花新品种就有170170多个。多个。第6页，共92页。我国的诱变育种起步于我国的诱变育种起步于1956年年诱变育成的品种数量和种植面积均居世界诱变育成的品种数量和种植面积均居世界首位首位。至至1998年底，已在年底，已在40多种植物育成新品种多种植物育成新品种513个个第7页，共92页。在观赏植物中，我国培育了菊花、小苍兰、在观赏植物中，我国培育了菊花、小苍兰、瓜叶菊、朱顶红、美人蕉、月季、紫罗兰、瓜叶菊、朱顶红、美人蕉、月季、紫罗兰、金鱼草、矮牵牛、杜鹃花、唐菖蒲及荷花等金鱼草、矮牵牛、杜鹃花、唐菖蒲及荷花等的新品种或优良变
5、异类型近的新品种或优良变异类型近100个。个。如中国农科院等单位先后用辐射方法培育出如中国农科院等单位先后用辐射方法培育出40多个多个月季月季新品种；新品种；第8页，共92页。北京林业大学培育的北京林业大学培育的四季开花四季开花的的菊花菊花新品种，能耐新品种，能耐-35低低温温安徽农业大学通过辐射育出了安徽农业大学通过辐射育出了8个个11月至月至1月开花的月开花的冬菊冬菊新新品种；品种；上海农科院育成了上海农科院育成了6个观赏性好、抗病性强的个观赏性好、抗病性强的小苍兰小苍兰新品新品种；种；中国农科院培育成中国农科院培育成5个个瓜叶菊瓜叶菊雄性雄性不育不育系系,并配制了优势并配制了优势杂交种等
6、等。杂交种等等。第9页，共92页。三、三、诱变育种的特点诱变育种的特点优点优点 变异频率高，变异类型丰富变异频率高，变异类型丰富 有利于品种单一性状的改良有利于品种单一性状的改良 打破原有的基因连锁，利于基因重组打破原有的基因连锁，利于基因重组 改变植物育性，提高结实率（克服远缘杂交的不改变植物育性，提高结实率（克服远缘杂交的不亲合性）亲合性）诱发突变易于稳定，诱变育种周期短（诱发突变易于稳定，诱变育种周期短（只有少数只有少数基因变异基因变异）第10页，共92页。1.变异频率高，变异类型丰富变异频率高，变异类型丰富（与自然变异相比）（与自然变异相比）突变率达突变率达3，是天然突变率的，是天然突
7、变率的1001000倍。倍。可在形态、组织结构、生理生化等方面，以及适应可在形态、组织结构、生理生化等方面，以及适应性、抗病虫、性、抗病虫、花色花色、花期、花型、株形及育性等、花期、花型、株形及育性等为为“标新立异标新立异”创造了条件。创造了条件。第11页，共92页。2.有利于品种单一性状的改良有利于品种单一性状的改良（与杂交育种相比）诱发突变多为点突变。诱发突变多为点突变。如如Demol对郁金香辐射处理，获得各种对郁金香辐射处理，获得各种花色花色突突变类型。变类型。第12页，共92页。3.打破原有的基因连锁，利于基因重组打破原有的基因连锁，利于基因重组 使染色体断裂、易位，打破原有连锁关系使
8、染色体断裂、易位，打破原有连锁关系后再进行杂交，经基因重组创造新品种。后再进行杂交，经基因重组创造新品种。第13页，共92页。缺失缺失重复重复倒位倒位易位易位染色体结构变异染色体结构变异第14页，共92页。4.改变植物育性，提高结实率改变植物育性，提高结实率辐射花粉花粉，克服远缘杂交不亲和性和异花授粉植物的自交不亲和性有利受精结实，为培育自交系创造条件。第15页，共92页。5.诱发突变易于稳定（纯合），诱变育种周期短诱发突变易于稳定（纯合），诱变育种周期短 诱发突变仅是少数少数基因变异，突变性状稳定快尤其是突变性状多为隐性，经自交后即可获得纯合突变体，比常规的杂交育种快3年以上。第16页，共9
9、2页。局限性：局限性：变异方向与性质难以预测和控制变异方向与性质难以预测和控制 改良的性状有限（少数性状）改良的性状有限（少数性状）综合性状改良不宜使用综合性状改良不宜使用变异性状具不稳定性变异性状具不稳定性 （嵌合体）（嵌合体）第17页，共92页。第二节第二节 辐射诱变辐射诱变第18页，共92页。一、概念一、概念辐射育种辐射育种 利用辐射诱导植物发生遗传突变，并将其利用辐射诱导植物发生遗传突变，并将其优良的变异材料培育成新品种的育种方法。优良的变异材料培育成新品种的育种方法。第19页，共92页。二、花卉辐射育种的有利条件二、花卉辐射育种的有利条件1.观赏植物的多样性；观赏植物的多样性；2.观
10、赏性状的多向性（标新立异）观赏性状的多向性（标新立异）3.无性繁殖技术的应用。无性繁殖技术的应用。第20页，共92页。（一）种类（一）种类1.1.根据辐射的性质分根据辐射的性质分(1)(1)电磁辐射（本质是波）电磁辐射（本质是波）以电场和磁场交变震荡的方式穿过物质和空间而传递能量以电场和磁场交变震荡的方式穿过物质和空间而传递能量的射线的射线如如X X射线、射线、射线、紫外线、微波和激光等射线、紫外线、微波和激光等(2)(2)粒子辐射（本质是粒子）粒子辐射（本质是粒子）一种高速运动的粒子流，通过损失自己的动能把能量传递给其他物一种高速运动的粒子流，通过损失自己的动能把能量传递给其他物质质如带电的
11、如带电的射线、射线、射线、质子、电子束、离子束和不带电的中子射线、质子、电子束、离子束和不带电的中子三、射线的种类及其特征三、射线的种类及其特征第21页，共92页。电磁辐射电磁辐射(电磁波电磁波)粒子辐射粒子辐射射线射线X射线射线紫外线紫外线激光激光微波微波a射线射线离子束离子束中子中子 射线射线质子质子中子中子电子束电子束第22页，共92页。2.2.根据能量高低可分为根据能量高低可分为(1)(1)电离辐射：辐射能量较高，能直接或间接引起被照射物质电离辐射：辐射能量较高，能直接或间接引起被照射物质的原子发生电离的原子发生电离如如射线、射线、X X射线、射线、射线、离子束和中子等射线、离子束和中
12、子等(2)(2)非电离辐射：辐射能量较低，不具电离效应非电离辐射：辐射能量较低，不具电离效应如紫外线如紫外线第23页，共92页。1.1.射线射线是一种高能电磁波，是一种高能电磁波，波长很短（波长很短（1010-8-81010-11-11cmcm）。穿透力强，可深入植物组织）。穿透力强，可深入植物组织几厘米几厘米。应用：能同时处理大量材料，并能于植物的整个生长应用：能同时处理大量材料，并能于植物的整个生长期内在自然的田间条件下进行长期照射期内在自然的田间条件下进行长期照射但必须有严格的安全防护设备和措施但必须有严格的安全防护设备和措施 射线射线 射线射线 射线射线 水泥墙水泥墙（二）主要射线的（
13、二）主要射线的种类及特征种类及特征 第24页，共92页。2.X2.X射线射线是由是由X X光机产生的高能电磁波。光机产生的高能电磁波。波长比波长比射线长，射程略近。射线长，射程略近。穿透力不如穿透力不如射线强。可深入植物组织射线强。可深入植物组织几毫米几毫米X X射线最早应用于诱变工作。射线最早应用于诱变工作。第25页，共92页。3.3.射线射线在空气中的射程达数在空气中的射程达数m m，穿透力差，仅及植物，穿透力差，仅及植物组织数组织数。用用厚的纸板厚的纸板即可挡住。即可挡住。射线射线 射线射线 射线射线 水泥墙水泥墙第26页，共92页。4.4.射线射线 由两个质子和两个中子构成的氦原子流。
14、由两个质子和两个中子构成的氦原子流。与空气分子碰撞便丧失能量，可以被与空气分子碰撞便丧失能量，可以被一张纸一张纸挡住。挡住。射线射线 射线射线 射线射线 水泥墙水泥墙第27页，共92页。5.5.中子：中子：不带电的粒子不带电的粒子 根据其能量大小被分为：高能中子，快中子，根据其能量大小被分为：高能中子，快中子，中能中中能中子，慢（子，慢（热热）中子）中子育种上应用较多的是热中子和快中子育种上应用较多的是热中子和快中子中子穿透力较强，能深入植物组织数，需混凝土做成中子穿透力较强，能深入植物组织数，需混凝土做成厚的防护墙保护。厚的防护墙保护。常用于照射种子常用于照射种子6.6.紫外线：是一种非电离
15、射线，穿透力弱，可处理紫外线：是一种非电离射线，穿透力弱，可处理微生物微生物和植物的和植物的花粉粒花粉粒。第28页，共92页。7.7.激光：导致体内某些分子原子的能态的激激光：导致体内某些分子原子的能态的激发，或离子化发，或离子化 可产生多种效应：光、热、光压、电磁，诱变效果好。第29页，共92页。（一）电离辐射的（一）电离辐射的物理物理作用：作用：由辐射的由辐射的能量转移能量转移而产生的而产生的电离作用电离作用。这种电离可能发生在染色体上及核质与细这种电离可能发生在染色体上及核质与细胞质的原子或分子之中。胞质的原子或分子之中。四、辐射诱变的原理四、辐射诱变的原理 第30页，共92页。(二二)
16、电离辐射的电离辐射的化学化学作用：作用：由由于于活活的的生生物物组组织织含含有有约约75%的的水水，因因此此水水就就成成为为电离辐射的最丰富的靶分子。电离辐射的最丰富的靶分子。水水被被辐辐射射电电离离后后产产生生自自由由基基，这这些些自自由由基基可可通通过过一一系列反应影响生物体内正常的生理功能系列反应影响生物体内正常的生理功能 直接作用直接作用:H2O -OH-+H+H2O H2Oe-hvhv第31页，共92页。（三）辐射对（三）辐射对细胞细胞的作用的作用1.引起引起半透膜半透膜的损伤。的损伤。2.2.细胞核细胞核膨大，染色体成团，细胞分裂异常。膨大，染色体成团，细胞分裂异常。3.3.细胞质细胞质结构成分会发生变化结构成分会发生变化如粘度改变，空泡形成，电解质及水分的渗透性如粘度改变，空泡形成，电解质及水分的渗透性升高升高4.4.使某些使某些酶酶“失活失活”，引起细胞死亡。引起细胞死亡。特别是数量少却参与重要物质（如维生素和激素）特别是数量少却参与重要物质（如维生素和激素）合成的某些酶的失活。合成的某些酶的失活。第32页，共92页。（四）辐射对遗传物质作用（四）辐射对遗传物质作用（1
