第10章 诱变育种

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1、教案首页河南科技大学课程名称园艺植物育种学计划学时2授课章节第十章 诱变育种教学目的和要求：掌握诱变育种的基本方法和原理。教学基本内容：第一节 诱变育种的概念、特点第二节 辐射诱变第三节 化学诱变第四节 突变体的鉴定、培育和选择教学重点和难点：辐射诱变作用机理；化学诱变机理；多倍体诱导的原理授课方式、方法和手段：1. 多媒体结合板书。2. 空间育种的最新动态布置学生自学查找资料。3. 展示辐射育种、化学诱变育种的图片资料。作业与思考题:1.简述化学诱变中的影响诱变效应因素及化学诱变处理程序。2.无性繁殖植物进行诱变时，应注意什么问题？3诱变育种可采用哪些材料？ Ml、M2、M3的种植方式及如何

2、选择?4. 园艺植物辐射敏感性差异表现在哪些方面？5要达到好的诱变效果，必须注意哪些问题？第十章 诱变育种(Mutation Breeding)本章主要内容： 诱变育种的概念、特点 辐射诱变 化学诱变突变体的鉴定、培育和选择 变异体直接筛选或利用突变体进行杂交，从而培育新品种。1 诱变育种的概念、特点1.1 诱变育种的概念利用物理(辐射作用)或和化学(化学反应)方法诱发植物体(植株、枝、 芽、花粉等)产生遗传变异延伸的术语辐射育种 radiation breeding、化学诱变育种 chemical mutation breeding、诱变剂 mutagen, Physical Mutagen

3、s, Chemical Mutagens ； 突变体 mutant世界各国推广植物突变体数(FAO/IAEA, 1991)1.2 诱变育种的特点1.2.1 突变率高，变异谱广自发突变(spontaneous mutation)：指由外界条件自然作用发生的突变。突变率(mutation rate)：指一定的基因在单位时间内(如每个世代)发生突变的 机率。突变频率(mutation frequency ):指突变体占观察个体数的比例。 突变谱(mutation spectrum)：指产生各种突变的类型。实例：1969年印度用热中子处理蓖麻(大戟科Ricinus comminis)育出新品种阿鲁 姆

4、，成熟期由270 d缩断到120 d的早熟品种，增产55.3%。前苏联采用理化因素结合处理葡萄(用137Csy射线照射种子，再用0.2% 秋水仙素处理子叶期幼苗生动生长点)，获得了抗病性、枝型、叶形、果色、果 形等大量变异。诱变频率为1%3%。1.2.2 常产生点突变，可以有效地改良品种的个别性状点突变(point mutation):指染色体上一个座位内遗传物质的变化，也称 genetic mutation (multiple mutation)，特别适合对推广品种生产特性的改造。 如杂交方法：可能引起原有优良性状组合的解体，基因间连锁关系，可能引 起优良性状夹带不良性状。实例法国对金冠品种

5、辐射处理，选育无锈的金冠品种金莱斯(lysgolden)梨树抗黑斑育种(日本)左：原品种:二十世纪右：突变体中育 7 号甜橙由中国农业科学院柑研所用 射线辐射锦橙种子，从实生 1 代中选 育的少核突变体，经多代嫁接繁殖，筛选出无核优质突变株。现种植7.44 万亩， 累计创经济效益 1.974 亿元，获 1998 年农业部科技进步一等奖。1.2.3 变异稳定快，育种年限短杂交育种一般需78代才培育一个品种；诱变育种往往经34代可选育性 状稳定的突变品种。尤其对无性繁殖的种类，苏联用15004500伦琴的60Coy照射苹果芽膨大 期的枝段，用短枝型作接穗， VM2 代筛选突变性状，很快获得新的短枝

6、型品种1.2.4 克服远缘杂交不亲和及改变植物的授粉、受精习性如早熟与低产，高产与晚熟，矮秆与早衰，大粒与秆高等两个性状紧密连锁， 难以分开。辐射可以使染色体断裂，产生各种染色体结构变异，即重复duplication、倒 位 inversion、易位 translocation、缺失 deletiono打破连锁及进行基因重组对抗病育种和远缘杂交特别有利。瞿麦(Dianthus supertbus)与石竹(D.chinensis)远缘杂交：先将石竹干种 子用60Coy照射(80 R/min)照射后，选变异株作亲本杂交，获得远缘杂种。Sears 等常用 X 射线与回交，将小伞山羊草染色体的抗叶绣病

7、基因转移到小 麦染色体上，育成软红小麦唯一带有山羊草的抗病基因品种。实例1.3 诱变育种的主要问题1.3.1 变异的方向和性质尚不能人为有效地控制。目前的科技水平还不能控制诱变剂对细胞或染色体的作用位置和作用方式， 也无法控制诱变的性质和方向。突变率 3高，但有利突变体少，通常只占总突变的千分之一二。有些有利突变体，其综合性状往往不理想。各个突变性状又分散在不 同的突变体中。方法： 辐射与化学诱变处理结合，增加变异率。 诱变育种与有性杂交结合，可将分散在不同个体上的有利变异“汇集”在 同一植株，更利于培育新品种。1.3.2 突变体的鉴定比较困难，不易区分生理损伤与遗传变异。体细胞变变(soma

8、tic mutation)常会形成嵌合体(chimera)，不易分离纯的组织 变异。 突变又多是隐性突变(recessive mutation)，有利突变性状与不良性状常 呈连锁关系，需要结合有性杂交予以分离。2辐射诱变2.1 射线种类( Physical Mutagens)辐射育种的几种射线种类Physical Mutagens1) ultraviolet (UV) radiation from the UV lamp2) electron-magnetic radiation:a) X rays from the X-ray generatorb) gamma (丫) rays from

9、radioactive isotopes, cobalt 60(60Co),or cesium137(137Cs)3) Corpuscular radiation:a) thermal or slow neutrons from a nuclear reactorb) beta (卩)particles (electrons) from radioactive isotope, phosphorus 32(32P) or sulphur 35(35S)近年来，激光、无线电微波和电子流也在应用。2.2 诱变剂量(一) 强度 放射性强度-毫居里(mCi)或微居里(p Ci) 1贝可 (Bq,Bee

10、quare)/sec 2.703X10 -11 Ci(二) 剂量强度1照射剂量一伦琴R (X Y常用单位)1 库伦(Coulomb)/kg 3876 R2. 吸收剂量一拉德(Rad)(即组织伦琴)戈瑞(Gray) 1(J)/kg 或 100 Ra3. 中子流量-n/cm2 或 Rad剂量率(dose rate)：即单位时间内所吸收的剂量。一般情况下突变与剂量关系不 是很大。通常干种子的剂量为60-100 R/min,花粉为10R/min左右，剂量率不应 该超过 160R/min。2.3 诱变方法外照射exogenome irradiation:指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射线 (X射

11、线，Y射线，中子)照射植物各个器官。特点: 较为安全，简单。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。Exogenome irradiation 分类根据照射时间可分急性照射(acute irradiation)：采用较高的剂量率进行短时间连续照射。慢照射(chronic radiation):田间辐射场，用低剂量率在植物的某一个生长期内进 行长时间连续照射。按处理器官组织可分:种子照射、花粉照射、营养器官照射。 种子照射:可采用干种子，湿种子和萌动种子进行照射。 照射的方法有两种:一种先将花粉收集于容器内，经照射后立即授粉，另一种是 直接照射植株上的花粉，可以用手

12、提式的装置或田间辐射圃进行田间照射。用枝条、块茎或嫁接苗进行辐射处理，是果树辐射诱变常用的方法，可以大大提 高突变频率,并且比照射花粉和种子具有结果早，鉴定快等特点。内照射(inner radiation):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。分类:浸种法、注射法、饲喂法。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，使放射性物质渗入组织内部进行照射。注射法:用注射器将放射性溶液注入植株或枝条内。也可以把盛有放射性溶液的 小管系于枝条上，用穿有棉线的针穿刺嫩枝，使线的一端留于枝内，另一端浸于 放射性溶液中，利用毛细管作用将放射性溶液引

13、入枝条内。将放射性同位素施于土壤，为植物吸收，或喷于叶片，借助于光合作用形成的产 物一并运转进入体内。(施肥法)2.4 辐射诱变机理遗传学类别DNA 损失模型外照射对 DNA 的损伤1 UV 引起的损伤2 电离辐射引起的同型转换3 氢键断裂 A=T G = C4 DNA 链断裂 单链双链单链断裂原因: 1)直接切断磷酸酯键；2)破坏脱氧核糖；3)碱基损伤后发生脱嘧啶和脱嘌吟作用；4) 0H下不稳定；5)由酶引起的切断。5 形成交联两条 DNA 螺旋之间DNA 双链之间DNA 与蛋白质之间内照射(i nner radiation )由原子核蜕变引起基因突变，放射性元素进入植物体内部，由于原子核不

14、断衰变。 放射出各种电荷粒子的射线； 转变另一种元素, 一定程度影响分子结构的物理化学特性。原则：“活、变、优”2.5 诱变剂的选择标准 适宜剂量和剂量率的选择 一般认为最好的照射剂量应选择在临界剂量附近，即被照射的种子或芽成活率为 40%；或半致死剂量，即辐射后成活率为50%；或几种剂量处理比较稳妥。 剂量率以50200伦琴/min为宜3化学诱变( Chemical Mutagens)3.1 化学诱变剂的种类Chemical Mutagens烷化剂芥子气类:硫芥 -S-CH2-CH2Cl氮芥 NCH2-CH2Cl次乙烯亚胺和环氧乙烷类：乙烯亚胺-nch2ch2环氧乙烷-choch2烷基磺酸盐

15、和烷基硫酸盐类：磺酸盐-so2or硫酸盐类-so4r 亚硝基烷基化合物： R1-NR2NO 核酸碱基类似物：5-溴尿嘧啶(5-Bu), a-氨基嘌吟(AP) 诱发译码突变的诱变剂：原黄素(proflavin),吖啶黄(acridine yellow) 其他诱变剂：HNO2NaN3秋水仙素diethyl sulphate (硫酸二乙酸 DEs) ethyl methane sulphonate (乙基甲烷磺酸酯 EMs) and methyl methane sulphonate (甲基甲磺酸酯 MMs)isopropyl methane sulphonate(异丙基甲烷磺酸酯 iPMS)azide 叠氮化物 colchicine 秋水仙碱3.2 化学诱变机理化学诱变剂的效应化学诱变剂靠各自的活性基团，具有特有的化学性质。它们直接与RNA或DNA 反应，引起突变。烷化剂：利用其烷基(能置换或取代其他分子的H原子发生烷化)烷化其磷酸基、 嘌呤基、嘧啶基，导致遗传物质的结构和功能改变，引起有机体变异。诱发译码突变的诱变剂：如