第七章 诱变育种

Chapter 7 Mutation Breeding

第七章 诱变育种

诱变育种：利用物理和化学因素 诱导农作物发生变异，通过选择 培育出新品种。

第七章 诱变育种

第一节 诱变育种的成就及特点

第二节 常用物理诱变剂及其处理方法

第三节 常用化学诱变剂及其处理方法

第四节 诱变育种的方法与程序

第五节 诱变育种的发展

诱变育种的发展概况

1925 年 发现伦琴射线（ X 射线） 1926 年 Muller 用 X 射线进行果蝇诱变试验 1927 年 stader 用 X 射线处理大麦、玉米试验 1930 年以后 大量开展植物诱变育种（小麦、大麦、玉米 豌豆、烟草） 1940 年以后 开始化学诱变育种 1930 － 1950 年　辐射育种进展缓慢，一些任教具有怀疑。 但是诱变因素不断增加，发现了 r 、 B 、 α 、中子等辐射因素。 1950 － 1979 年　诱变育种受到广泛重视，育成品种 101 个（大 田作物 68 个，观赏植物 33 个）。激光诱变开始应用。“国际 原子能利用”机构成立。 1990 年以后 诱变育种开始与细胞分子生物技术相结合。

第一节 诱变育种的成就及特点

一、诱变育种的主要成就

（一）育成大量植物新品种

（二）提供大量优异的种质资源

四、我国诱变育种的主要成果

1. 水稻：原丰早、浙辐802、浙辐矮（88年推广面积达到 2000万亩以上）2. 小麦：川辐 1号3. 棉花：鲁棉 1 号（获国家发明一等奖，推广达 2000万亩以上）4. 大豆：铁丰 1 号（获国家发明一等奖）1960－1990年，全国共育成辐射品种 32个，其中推广面积 100万亩以上 37个，推广 1000成为以上的 5个。

1989年植物诱变育种情况（FAO/IAEA）

统计国家： 5个　 　 　应用植物数 136个　 　育成推广品种 1330 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　个 100%　 　种子繁殖作物 73 　 　 　种 852 　 　 　 　 　 　个 64%

　 　 　 　粮食作物 21 　 　 　种 627个其它作物　 　 　 　观赏作物 33 　 　 　种 409 　 　 　个 30.8%育种品种最多的国家

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　中国 325个　 　 　 　 　 　 　 　 　 　印度 205个　 　 　 　 　 　 　 　 　 　荷兰 171个（主要是观赏植物）　 　 　 　 　 　 　 　 　 　苏联 196个

第一节 诱变育种的成就及特点二、诱变育种的特点 1. 提高突变率，扩大突变谱

2. 有效地改良个别单一性状

3. 缩短育种年限

4. 诱变的方向和性质难以控制

5. 在一个突变体中，很难出现多个理想性状的变异。

第二节 常用物理诱变剂及其处理方法

一、物理诱变剂的类别与性质 很多因素都可以诱发植物发生突变，这些

因素统称为诱变剂（ mutgagen ）。 典型的物理诱变剂是不同类型的射线。

1. 射线的种类和性质⑴射线种类

　 　 　 　 　 　 　 　 　 诱变的辐射

非电离辐射　 　 　 　 　 　 　 电离辐射

电磁辐射　 　 　 粒子辐射

　 　 　 带电粒子　 不带电粒子　 　 　 　 　 　 　

(2）主要射线的性质X射线R射线中子射线激光

紫外线

激光 X

射线

r射线 α

射线

ß射线

质子

中子

核素和同位素

核素——具有给定质子数和中子数的一类原子核所组成的元素。如铀有 3 种核素：U234、U235、U236，其质子数均为 92，中子数分别为 142、143、144。

同位素——具有相同原子序数，而质子数不同的核素，在元素周期表中占据同一位置（P31→P32；S32→S35；Cl35→Cl37等）

稳定性核素（同位素）：如 Cl35, Cl37

放射性核素（同位素）：如 U234, U235, U236

1. 　电离辐射的生物学作用过程1）　 生理学作用阶段――辐射能量传给物，引起分子激发或电离（10－13秒）

2）　 物理化学作用阶段――分子中电子构型重新排列形成稳定损伤分子。（10－10秒）

3）　 化学作用阶段――辐射产生的自由基与环境中各种物反应（10－6秒）

4) 生物学作用阶段――十分复杂，通过生物体代谢作用使突变效应表现出来（几秒至很多年）

1. 辐射的直接作用与间接作用1）直接作用 被辐射物体直接吸收能量而引起的反应。

光波或粒子能量→物质分子或原子吸收→分子（或原子）激发或电离→分子损伤或突变→遗传突变

2 ）间接作用 发生间接作用的分子通常是水分子，也可以是其它分子。在辐射作用下，水分子发生电离，形成大量自由基，即形成一个“损伤的环境”,由这个环境再对生物分子发生作用。通过分子间的能量传递，引起其它分子损伤和产生化学反应。 电离辐射→水分子→自由基（H、OH、HO2 →等） 物质分子→分子损伤→遗传变异。

突变的修复问题　　生物遗传发生的损伤，许多可以通过生理生化代谢过程得到修复。只有未被修复保存下来的突变，才能表现出遗传性状。　

2. 辐射处理的剂量单位

（ 1 ）放射强度 居里（ Ci ） : 放射性同位素每秒有 3.7×1010 次核衰变为 1 居里 通常用 mCi (10-3Ci) 、 μCi (10-8Ci)

（ 2 ）照射剂量 伦琴（ R ） :1g 空气中吸收 83 尔格（ erg ）的能量。 是 X 、 γ射线的剂量单位。 库仑（ Coulomb） /千克（ 1库仑 /千 =3.876×103

R）

（ 3 ）吸收剂量 拉特（ Rad） 1g受照射物质吸收 100尔格的能量 戈瑞（ Gray）（ 1戈瑞 =100Rad=1焦耳 /千克）

（ 4 ）中子流量 每平方厘米的中子数 n/cm2

（ 5 ）剂量率 单位时间内所受的剂量。 伦 /小时 伦 /秒

（ 1 ）测定辐射敏感性的指标： ①生长受抑制的程度 半致矮剂量 (D50) ②植株成活率 致死剂量（ LD100 ） 辐射引起植株全部死亡的剂

量 半致死剂量（ LD50 ） 辐射引起 50% 植株死亡的剂

量 临界剂量 辐射后植株存活 40% 的剂量

3. 作物对辐射的敏感性

③植株不育程度（不育株 %）

④幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率

⑤以细胞分裂间期细胞体积、染色体体积作指标。

① 不同科、属、种、品种辐照敏感性不同 豆科 > 禾本科 > 十字花科② 不同倍数植物辐照敏感性不同 二倍体 > 多倍体③ 不同器官、组织、细胞、成分辐照敏感性不同 植株 > 种子 根 > 叶 分生组织 > 其它组织 性细胞 > 体细胞 卵细胞 > 花粉细胞

（ 2 ）作物对辐射敏感性的差异

④ 不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同 幼龄植株 >老龄植株； 未成熟种子 >成熟种子 湿种子 >干种子 萌动芽 >休眠芽

⑤ 外界条件 无氧空气中辐照，幼苗损伤和染色体损伤少。

外照射：有机体接受的辐射来自外部的 辐射源。

内照射：将放射性元素引入到植物的组 织细胞内进行照射。

常用的方法有浸泡法、注射法。放射性元素应用较多的有 P32 、S35 。

4. 辐射处理的方法

1. 化学诱变剂的种类和性质 常用的化学诱变剂有： ① 烷化剂 具有烷化功能的化合物。它带有一个或

多个烷基，能转移到其它电子密度较高的分子中，置换碱基中的氢原子。

第三节 化学诱变剂及其处理方法

常用的几种烷化剂： 甲基磺酸乙脂 EMS 乙烯亚胺 EI 亚硝基乙基尿烷 ENU (NEU) 亚硝基乙基脲 ENH (NEH) 硫酸二乙脂 DES

② 碱基类似物 胸腺嘧啶类似物 5- 溴尿嘧啶（ 5-BU ） 5- 溴脱氧尿核苷（ 5-BUDR ） 腺嘌呤类似物 2- 氨基嘌呤（ 2-AP ）

③ 叠 N 化物 NaN3

（ 1 ）诱发点突变多，染色体畸变少（ 2 ）具有迟效作用 ① 潜在损伤 ② 残留物的后效作用 ③ 化学活性基团的再诱变作用（ 3 ）处理材料损伤轻，在某种程度上可进 行特异性诱变（ 4 ）使用方便，经济，不需要特殊设备

2. 化学诱变剂作用的特点

方法： 浸渍法、滴液法、注射法、 涂抹法、施入法、熏蒸法。

注意： 诱变剂浓度、处理时间、 温度、 PH 、种子含水量。

3. 化学诱变剂处理的方法

第四节 诱变育种的方法与程序

一、处理材料的选择 1. 综合性状良好，只存在个别缺点的品种 2. 杂交材料 3. 单倍体 4. 多倍体

1. 种子2. 绿色植株3. 花粉4. 子房5. 合子6. 营养器官7. 组织培养物

二、处理部位的选择

1. M1 的种植与选择（ 1 ）M1 的种植 按不同处理点播或稀条播 如果处理的是种子，多采用密植（ 2 ）M1 的选择 M1不选择

三、诱变处理后的选育

原因： ① M1存在着生物学损伤，植株生长较差。 ② 突变往往发生在个别细胞中，植株是由变 异和不变

异的细胞组成的嵌合体。 ③ 突变多是隐性突变，形态上不易显露出来。

2. M2 的种植与选择 （ 1） M2的种植：根据收获种子的方式按处理点播 （ 2） M2的选择：是选择的关键世代

3. M3 及以后世代的种植与选择 （ 1 ）种植：入选突变株种成株行 （ 2）选择：稳定的株行可混收 分离的株行继续选株。

诱变育种的一般程序

选择诱变材料

诱变

M1代 M2代 M3代新品种

选优株自交

选择优系

第五节 提高诱变育种效率的方法

一、衡量诱变效果的指标 1. 突变率 某一突变类型个体数占调查群体总数的 %。 M2 发生突变的株数突变率（%） = ————————— ×100 M2 种植的总株数

2. 诱变效率 突变率 诱变效率 = ——————— 生物损伤3. 诱变效果 突变率 诱变效果 = ——————— 诱变剂量

4. 诱变功效 有用突变率 诱变功效 = —————— 诱变剂量

1. 选择适宜的育种材料。2. 确定适宜的诱变剂和诱变剂量。3. 采用适宜的处理时间。4. 可采用综合诱变处理。5. 与其它育种方法相结合。

二、提高诱变育种效率的方法

思 考 题1. 什么是诱变育种？诱变育种有哪些特点？

2.解释术语：突变率、生物损伤率、诱变效率、诱变功效、内照射、外照射、致死剂量、半致死剂量、临界剂量

3.衡量作物对辐射敏感性常用哪些指标？

4.影响作物辐射敏感性的因素有哪些？