第八章诱变育种本章教学目的和要求1•明确诱变育种的概念与特点2 •掌握辐射诱变与化学诱变育种的方法本章教学重点和难点重点：辐射诱变常用的射线种类、处理方法；影响诱变效果的因素难点：诱变剂量的确定；诱变后代的鉴定与筛选教学内容：第一节诱变育种的概念、特点及发展概况一、 诱变育种的概念诱变育种(mutation breeding ):人为地利用物理和化学因素诱发植物产生遗传 性的变异，经过人工选择、鉴定，培育出新品种的方法包括辐射育种和化学诱变育种辐射育种(radiation breeding ):利用辐射(射线)诱发植物遗传物质发生变异, 从中选择培育新品种的方法化学诱变育种(chemical induced mutation breeding ):利用化学诱变剂诱发植 物产生遗传变异，以选育新品种的技术二、 诱变育种的特点1 •突变率高，变异谱广自发突变：突变频率10 -4〜10 -5 ；变异范围狭窄诱发突变：突变频率3 % ；变异范围广，类型多，甚至可以产生自然界尚未发现的 新基因源如四川省原子能研究所，采用Y射线处理菊花插条e花期从11月提前到4-10 月前苏联育种工作者，采用理化因素结合处理葡萄（137 Cs Y射线照射种子+ 0.2% 秋水仙素处理子叶期幼苗生长点）e抗病性、枝型、叶形、果色、果形等大量的变异。
诱变频率为1%〜3%2 .可有效改良品种的单一性状，保持其它优良特性诱发突变多为点突变3 •育种程序简单，变异稳定快，育种年限短诱变多为一个主基因的改变，后代稳定快如一、二年生草花，F 3可稳定，3-4年 即可出品种园林植物多数采用无性繁殖，变异易固定4 .打破原有的基因连锁，有利于基因重组5 .克服远缘杂交不亲和性，改变植物育性6 •诱发突变的方向和性质难以掌握，有利突变频率较低突变位点随机；突变方向偶然（有益或无益）7 .改良的性状有限诱变往往是点突变，对某些受多基因控制的数量性状改良作用不大8 •变异性状具不稳定性诱发的突变有时会发生逆突变，使已产生的突变又恢复成原来的性状容易产生嵌合体，不利于性状的稳定三、诱变育种的发展概况1895年，伦琴发现X射线1936年，WE Demol用X射线处理Tulip，经10余年育成突变新品种'法腊迪'1970年，全球诱变品种101个（观赏植物38个）；1981年，518个（238个）1990 年，1330 个（407 个）；1995 年，1737 个（465 个）包括菊花（170多个）、大丽花、六出花、秋海棠、月季、杜鹃、百合、香石竹等我国诱变育种起步于1956年，诱变育种的成绩位居世界首位。
至1998年底，育成 新品种513个，其中观赏植物近100个包括菊花（30多个）、月季（40多个）、小苍兰、瓜叶菊、朱顶红、美人蕉、紫 罗兰、金鱼草、矮牵牛、杜鹃、唐菖蒲、荷花、梅花等第二节辐射诱变的原理与方法一、射线的种类及其特征电子束a射线B射线（特定时）〔带电粒子円「粒子辐射＜广电篦辐射彳 ’不带电粒子＜_八射线辐射线w 电磁辐射*j非电离辐射——紫外纯、激光1 .Y射线来源：60 Co （半衰期5.3年）、137 Cs （半衰期30年）、核反应堆特点：一种高能电磁波（丙种射线）波长短（10-8-10-11 cm ），穿透力强可同时处理大量材料2 . X射线来源：X光机特点：一种高能的电磁辐射放射出的X光子（伦琴射线）波长较短（10-6-10-10 cm ），穿透力较强一次不能照射大量材料，诱变效果不及Y射线3 .B射线来源：32 P、35 S、电子加速器特点：带负电的粒子流（乙种射线）穿透力较弱，a射线的穿透力更弱（一般不用）只用于内照射（溶液浸种）4 •中子来源：核反应堆、加速器、中子发生器特点：不带电的粒子流依所带能量大小分为：热中子（1/41ev ）、慢中子（1/41-100ev ）、中能中子（0.1Kev-0.02Mev ）、快中子（0.02-10Mev ）、超快中子（〉10Mev ）电离密度大，常引起大的变异5 .电子束来源：电子直线加速器特点：高能电子流（5-20Mev ）；穿透力强（几厘米）M 1生物损伤轻，M 2诱变效率高6 .激光来源：激光器（CO 2激光器、N 2激光器、红宝石激光器、氩粒子激光器等）特点：一种中低能的电磁辐射（新光源）单色性、方向性、相干性好；非电离，激发作用7 •紫外线来源：紫外灯特点：一种低能的电磁辐射(1360-3900埃)；2500-2900埃诱变效果较好穿透能力极弱，非电离，激发作用；多用于处理花粉和微生物二、辐射诱变的机理1 •辐射对机体的作用1) 直接作用射线直接击中生物大分子，使其产生电离或激发，引起原发反应。
靶学说2) 间接作用射线作用于有机体的水，引起水的电离和激发，产生自由基，这些自由基再作用于生 物大分子，导致突变的发生3) 辐射生物学作用的时相阶段物理阶段：辐射能量使生物体内各种分子发生电离和激发；物理化学阶段:发生电离和激发的分子通过一系列反应产生许多化学性质高度活泼的 自由基；生物化学阶段：自由基相互作用，并与周围其它物质发生反应，引起分子结构的变化； 生物学阶段：细胞内生化过程发生改变，导致细胞内各部分结构及组成发生变化，包 括染色体畸变和基因突变2 .辐射对遗传物质的作用1 )辐射对染色体的作用引起染色体的断裂和重排：导致染色体的缺失(deficiency )、重复(duplication )、倒位(inversion )、易位(translocation )等引起染色体数目的改变(非整倍体)2 ）辐射对DNA的作用引起DNA链的断裂和修复单链的断裂与修复：超快修复（ligase ）；快修复（polymerase I + ligase ）； 慢修复（多种酶参加）双链的断裂与修复碱基的破坏与修复三、 辐射诱变的优点1 •变异频率高，变异范围广，变异类型多2 .可打破性状连锁遗传，实现基因重组辐射可引起染色体的断裂，实现双亲优良性状的重组3 .克服远缘杂交的不亲和性四、 植物材料的辐射敏感性1 .概念：辐射敏感性（radiosensitivity ）指植物材料对辐射反应的快慢与强弱。
2 .衡量植物材料辐射敏感性的指标致死剂量（LD 100 ）:辐射后引起全部植物材料死亡的最低剂量半致死剂量（LD 50 ）:辐射后引起50%植株死亡（与对照相比）的辐射剂量临界剂量（LD 60 ）：辐射后成活率为对照40%的辐射剂量3 .影响辐射敏感性的因素1 ）遗传因素：不同的科、属、种及品种，敏感性有差异豆科植物〉禾本科〉十字花科二倍体植物比多倍体敏感2 ）不同的器官组织和不同分裂时期的细胞分生组织〉其它组织；性细胞〉体细胞；卵细胞〉花粉细胞；小抱子母细胞〉发 育中的小抱子〉根尖分生组织3 ）植物不同的发育阶段及生理状态萌动的种子、枝条、鳞茎〉休眠的种子、枝条、鳞茎；配子体〉枝条〉种子；未 成熟种子〉成熟种子；种子含水量低〉含水量高4) 外界环境条件温度：温度降低，敏感性减弱氧气：有氧〉无氧；无氧条件下，幼苗损伤与染色体畸变减少，突变率增加培养基的成分五、辐射诱变的处理方法1 .外照射 (exogenome irradiation )指 辐射源不进入植物体内，只是利用其射线(如x射线，Y射线，中子)从外部 照射植物各个器官特点：简单安全；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。
根据照射时间的长短可分为：急性照射(acute irradiation ):即快照射，采用较高的剂量率进行短时间连续 照射慢性照射(chronic radiation ):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，需要专门的田间辐射场根据辐射材料的类型主要有：1 )植株照射：对完整植株进行辐射，如盆栽苗、田间苗等2 )种子照射：可采用干种子、湿种子或萌动种子进行照射多用干种子，并在干燥 有氧条件下进行优点：可同时处理大量种子；操作方便；便于贮藏、运输；受环境条件的影响较小要求：种子预先精选，不含杂物；照射后及时播种，以免产生贮存效应3 )营养器官照射：用枝条、块茎、鳞茎、球茎、块根、幼芽等进行辐射处理照射处于活跃状态的新生组织，效果较好;受照射器官内芽原基所含的细胞越少越好；组织充实、生长健壮、芽眼饱满的芽条，照射后易于成活4）花粉照射先将花粉收集于容器内，经照射后立即授粉（适合花粉生活力强，寿命长，花粉量大）； 或者直接照射植株上的花粉（田间照射、上盆后进行室内照射、切花照射）优点：很少产生嵌合体5 ）子房照射：自花授粉植物，人工去雄后照射e授粉；辐射剂量不宜过高6 ）离体材料照射：单细胞、愈伤组织、叶片等组织培养物。
2 .内照射将放射性元素引入植物体内，由其放射出的射线在体内进行照射处理方法：1 ）浸种法：将放射性同位素32 P、35 S等，配成一定比例浓度的溶液，浸泡种 子或枝芽2 ）注射或涂抹法：用注射器将放射性溶液注入植株或枝条内；或用放射性溶液涂抹 叶片、枝条伤口等处3 ）喂饲法（施肥法）：将放射性同位素施于土壤或加入培养基中，经根部吸收进入 体内六、诱变剂量的确定1 •诱变剂量及其单位诱变剂量（induced dose ）是指对植物材料进行辐射诱变时使用的处理剂量1 ）照射剂量照射量（X ）:用于度量X射线和Y射线的剂量，指X射线或Y射线在单位质 量空气中产生电离大小的物理量SI单位c/kg，常用单位R1R=2.58 X 10 -4 c/kg ； 1R = 1g 空气吸收相当于 83erg （ 1erg=10 -7 J ） 的能量粒子注量（积分流量）：指辐射场中通过与辐射方向垂直的单位面积的粒子数单 位：n/cm 2常用来度量中子的辐射量2 ）吸收剂量（D）指单位质量的被照射物质实际吸收的辐射能量SI单位Gy （ =J/kg ），常用 单位 radlGy=100rad3）放射性强度用来衡量辐射源的辐射强度，以放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目来表 示。
SI单位：Bq （贝克），常用单位：Ci （居里）lBq=2.073 X 10 -11 Ci ； lCi=3.7 X 10 10 个核发生衰变 / 秒4）剂量率：单位时间内被照射植物材料所受的照射剂量或吸收剂量照射量率：单位时间内的照射量单位：c/kg・s , R/h , R/min , R/s粒子注量率（通量密度）：单位时间内的粒子注量单位：n/cm 2 •s吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量单位：Gy/min , Gy/s , rad/h , rad/min , rad/s2 .适宜诱变剂量与剂量率的确定通常采用半致死剂量（LD50 ）或临界剂量;但也有人 建议，将植物的成活率60% 75%时所对应的辐射剂量定为最适剂量剂量率多在50-200R/min较好干种子：60-100R/min左右；花粉：10R/min左右 常见园林植物的适宜诱变剂量见表8-1表8-1常见园林植物辐射诱变适宜剂量表植 辐射射剂量物材料线种(krad )种类植物辐 射剂量。