第七章 诱变育种

第七章 诱变育种

α射线的特点。射线在空气中的射程只有几厘米，在组织中甚至只能渗入几百微米 (μm)，一张薄纸就能将α射线挡住。另外，④α射线电离能力强，能引起极密集电离。所以α射线作为外照射源并不重要，但如引人生物体内，作为内照射源时，对有机体内产生严重的损伤，诱发染色体断裂的能力很强。

β射线：①由电子或正电子组成的射线束，它可以从加速器中产生，也可以由放射性同位素蜕变产生。②β粒子静止质量小，速度又较快，所以与α粒子相比，β粒子的穿透力较大，而电离密度较小。β射线在组织中一般能穿透几个毫米，③所以在作物育种中往往用能产生β射线的放射性同位素溶液来浸泡处理材料，这就是内照射。(2P、35S、

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C和131I)④它们能产生和X、γ射线相仿的生物学效应。

(五)其他物理诱变剂 1．电子束

利用高能电子束进行辐射育种，具有M1生物损伤轻，M2诱变效率高的特点。 2．激光

它具有亮度高，单色性、方向性和相干性好的特点。它也是一种低能的电磁辐射，在辐射诱变中主要利用波长为200-1 000nm的激光。激光引起突变的机理，是由于光效应、热效应、压力效应、电磁效应，或者是四者共同作用引发的突变，至今还不清楚。为此激光育种尚未得到国外同行的认可。 3．离子注入

20世纪80年代中期中国科学院等离子体物理研究所。

优点是对①植物损伤轻、突变率高、突变谱广，②而且由于离子注入的高激发性③剂量集中和可控性，因此有一定的诱变育种应用潜力。 (六)航天搭载

航天搭载(航天育种或太空育种)是利用返回式卫星进行农作物新品种选育的一种方法。原理：利用空间环境技术提供的微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交变磁场等物理诱变因子进行诱变和选择育种研究。

特点：与传统辐射育种相比，①航天搭载育种具有诱变作用强、②变异幅度大和③有益变异多等优点，可从中获得传统育种方法难以获得罕见的种质材料；④因航天搭载育种费用较贵，进行航天搭载育种的国家和单位不多。⑤其诱变因素、诱变作用机理和遗传特点等还有待于深入研究。 二、物理诱变剂处理方法 (一)诱变处理的材料

植物各个部位都可以用适当的方法进行诱变处理，只是有的器官和组织容易处理，有的处理比较困难。最常用的是种子、花粉、子房、营养器官以及愈伤组织等。 1．种子 有性繁殖植物最常用的处理材料是种子。它的优点是：①操作方便、能大量处理、便于运输和贮藏。②种子对环境适应能力强，可以在极度干燥、高温、低温或

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第七章 诱变育种

真空以及存在氮气或氧气等条件下进行处理，适于进行诱变效应等研究。缺点：是所需剂量较大，要求强度大的放射源。

2．绿色植株 优点：①可以进行整体照射，在γ圃、γ温室或有屏蔽的人工气候室内进行室内处理。②还可以局部照射，照射花序、花芽或生长点。③可以在整个生育过程连续或者选择性的照射。

3．花粉 处理花粉的优点是不会形成嵌合体，花粉受处理后一旦发生突变，雌雄配子结合为异质合子，由合子分裂产生的细胞都带有突变。缺点：有些作物花粉量较少不易采集，花粉存活时间较短，要求处理花粉时在较短时间内完成。

4．子房 可引起卵细胞突变，还可以诱发孤雌生殖，此法适合对雄性不育植株。 5．合子和胚细胞 合子和胚细胞处于旺盛的生命活动中，辐射诱变效果较好，特别是照射第一次有丝分裂前的合子，可以避免形成嵌合体，提高突变频率。但是操作技术要求较高。

6．营养器官 无性繁殖植物。如各种类型的芽和接穗、块茎、鳞茎、球茎、块根、匍匐茎等。如果产生的突变在表型上一经显现，可用无性繁殖方式加以繁殖即可推广。 7．离体培养中的细胞和组织 将诱发突变与组织培养结合起来进行研究越来越多，并取得了一定成效。用于诱变处理的组织培养物有单细胞培养物、愈伤组织等。 (二)辐射处理的方法

辐射处理主要有两种方法，即外照射和内照射。

1．外照射 ①指被照射的种子或植株所受的辐射来自外部某一辐射源，如钴源、X射线源和中子源等。②这种方法操作简便，处理量大，是最常用的处理方法。③外照射方法又可分为急性照射与慢性照射，以及连续照射和分次照射等各种方式。

2．内照射 ①将辐射源引人生物体组织和细胞内进行照射的一种方法（慢性照）。②其次，放射性元素在体内的分布极不均匀，一般在生长点、形成层放射性较高；③放射性元素不断衰变，如果这些放射性元素已成为遗传物质核酸的成分，其衰变本身也会有一定的诱变效应。④常用的内照射源有32P(是磷为遗传物质核酸的成分之一，这样使β射线直接在遗传物质上起作用)、35S、131I、14C等p射线源。因为β射线穿透能力弱，适宜在植物体内进行照射。⑤内照射的主要方法有：a)浸泡法。将种子或嫁接的枝条放人一定强度的放射性同位素溶液内浸泡。 b)注入法。将放射性溶液注入植物的茎秆、枝条、叶芽、花芽或子房内。c)施入法。将放射性同位素溶液施人土壤中使植物吸收。d)合成法。供给植物14CO2。 (三)辐射处理的剂量

适宜的诱变剂量是指能够最有效地诱发育种家所希望获得的某种变异类型的照射量。照射量是诱变处理成败的关键，如果选用的剂量太低，虽然植株损伤小，但突变率很低；如果剂量太高，就会使M1损伤太重，存活个体减少，而且不利的突变增加，同样达不到诱变效果。

1．不同的作物和品种对辐射敏感性差异很大

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第七章 诱变育种

大豆、豌豆和蚕豆等豆科作物以及玉米和黑麦对辐射最敏感；水稻、大小麦等禾本科作物及棉花次之；油菜等十字花科作物和红麻、亚麻、烟草最钝感。二倍体较多倍体敏感。

2．作物的器官、组织以及发育时间和生理状况不同，其敏感性也不同

分生组织较其他组织敏感，细胞核较细胞质敏感，性细胞较体细胞敏感，卵细胞较花粉敏感，幼苗较成株敏感，分蘖前期特别敏感，其次是减数分裂和抽穗期，未成熟种子较成熟的敏感；核分裂时较静止期敏感，尤其是细胞分裂前期较敏感，萌动种子比休眠种子敏感。

3．处理前后的环境条件也影响诱变效果

①种子含水量是影响诱变效果的主要因素之一。水稻种子含水量高于17％或低于10％时较敏感；种子含水量在11％～14％之间的一般不敏感。

②在较高水平的氧气条件下照射，会增加幼苗损伤和提高染色体畸变频率，以致相对地提高了突变率。

③照射后种子贮存时间的长短会影响种子的生活力，所以一般都在处理后尽早播种。 照射单位有几种概念：

放射性强度以毫居里(mCi)或微居里(μCi)表示，分别相当于10-3和10-6Gi。现在为了统一标准，便于国际上互相比较新的照射单位为贝可(Bq)，即1Bq／sec≈2．703×10-11Ci。 剂量强度是指受照射的物质每单位质量所吸收的能量。照射的剂量有：①照射剂量：以伦(即伦琴, R)表示，是X和γ射线的剂量单位，照射剂量的单位是库伦/千克

(Coulomb/kg)。②吸收剂量：以拉特(Rad)表示，即组织伦琴，吸收剂量单位为戈瑞(Gray)。③中子流量：以单位平方厘米的中子数(n/cm2)表示，中子的单位也可用Rad来表示。 在照射处理时，处理材料在单位时间内所受到的剂量过大，可以显著影响幼苗成活率和生长速度。所以用剂量率(doserate)作为单位来衡量，即单位时间内所吸收的剂量。一般情况下突变与剂量率关系不是很大。

诱变效果是与剂量成比例的，因为各种诱变处理都是有害的，剂量过高会杀死大量细胞或生物体，或产生较多的染色体畸变；过低则产生突变体太少。因作物及品种的遗传背景以及环境条件都可影响诱变效果，最适剂量很难精确确定。必须进行预备试验。诱变育种时，常以半致死剂量(LD50，即照射处理后，植株能开花结实存活一半的剂量)和临界剂量(即照射处理后植株成活率约40％的剂量)来确定各处理品种的最适剂量。各种作物对γ射线和快中子处理适宜剂量列于表7—3。

第三节 化学诱变剂与其处理方法

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目前发现的一些化学诱变剂的主要特性见表7—4，但较公认的最有效和应用较多的是烷化剂和叠氮化物两大类。烷化剂中仍以甲基磺酸乙酯 ( EMS)、硫酸二乙酯(DES)和乙烯亚胺(EI)等类型的化合物应用较多，叠氮化物则以叠氮化钠研究和应用较多。

与物理诱变剂相比，化学诱变剂的特点有：①诱发突变率较高，而染色体畸变较少。②对处理材料损伤轻，有的化学诱变剂只限于DNA的某些特定部位发生变异。③大部分有效的化学诱变剂较物理诱变剂的生物损伤大，容易引起生活力和可育性下降。④此外，使用化学诱变剂所需的设备比较简单，成本较低，诱变效果较好，应用前景较广阔。⑤但化学诱变剂对人体更具有危险性。

一、化学诱变剂的类别与性质 (一)烷化剂

是指具有烷化功能的化合物。它带有一个或多个活性烷基，如CHl、C2H5。烷化剂可以将DNA的磷酸烷化。常用的烷化剂为甲基磺酸乙酯、硫酸 二乙酯、乙烯亚铵、亚硝基乙基尿烷(NEU)和亚硝基乙基脲(NEH)。 (二)叠氮化钠(Azide，NaN3)

是一种动植物的呼吸抑制剂，它可使复制中的DNA碱基发生替换，是目前诱变率高而安全的一种诱变剂。 (三)碱基类似物

与DNA中碱基的化学结构相类似的一些物质。它们能与DNA结合，又不妨碍DNA复制。最常用的类似物有类似胸腺嘧啶的5溴尿嘧啶(5BU)和5溴脱氧核苷 (BUdR)，以及类似腺嘌呤的5-嘌呤(5-AP)。 (四)其他化学诱变剂

其他一些化学诱变剂，如抗菌素、亚硝酸、羟胺、吖啶类物质等虽也能引起一定的基因突变，但在诱变育种中的实用价值较低。 二、化学诱变剂处理方法 (一)处理材料和方法

与物理诱变一样，种子是主要的处理材料。植物的其他各个部分也可用适当的方法来进行处理。

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