第七章诱变育种mhj

诱变育种inducedmutationbreeding诱变育种的概念、特点、和类别辐射育种化学诱变育种诱变育种：是人为的利用物理和化学等因素诱发作物产生遗传变异，在短时间内获得有利用价值的突变体，根据育种目标要求，对突变体进行选择和鉴定，直接或间接地培育成生产上有利用价值的新品种的育种途径。世界各国推广植物突变体数（FAO/IAEA,1991）植物类别物种数品种数占％种子繁殖植物80101968.1果树19402.7其他无性繁殖植物11291.9观赏植物3340927.3小计1431497诱变育种的特点*提高突变率,扩大“变异谱”、创造新类型；*适于改良品种的某些单一性状；*育种程序简单,年限短；*打破性状连锁,促进基因重新组合,提高重组率；*常与其它育种方法结合使用；*可改变作物育性。诱导点突变与杂交育种相结合与远缘杂交相结合与离体培养相结合诱变育种的类别★物理诱变：利用辐射等物理诱变因素，诱发植物产生遗传变异，从中选择和培育新品种的方法。★化学诱变：应用化学诱变剂(mutagen)诱发植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。第一节辐射育种诱变源的种类及特性辐射处理的剂量单位辐射诱变作用的机理辐射诱变的方法辐射育种程序诱变源的种类及特性X射线：辐射源是X光机。X射线又称阴极射线，分为软Χ射线和硬Χ射线,诱变育种一般用硬Χ射线γ射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。γ射线是一种是一种高能电磁波,穿透力强,目前常用的照射装置有:钴室,钴圃,钴人工气候辐照室。β射线：辐射源为32P和35S。β射线能量较Χ、γ射线低，不宜作外照射的射线源。诱变源的种类及特性*中子：辐射源为核反应堆,加速器或中子发生器。根据中子能量大小分为超快中子,快中子,中能中子,慢中子,热中子。辐射育种中应用较多的是热中子、快中子。*电子束电子直线加速器产生的高能电子流，具有在M1代生物损伤小，M2代诱变效率高、突变谱较宽等特点。。*紫外线:辐射源是紫外光灯，能量和穿透力低，多用于处理花粉粒。诱变育种其它技术激光辐照诱变育种：在辐射诱变中主要利用波长为2000~10000A°的激光离子注入诱变育种空间诱变育种：返回式卫星或高空气球(30~40km)搭载植物种子.空间环境的特点高真空、微重力和强辐射（1）非电离辐射：如热辐射、光辐射等。（2）电离辐射：是一种穿透力很强的高能辐射，当它穿过介质时，能使介质发生电离，具有特殊的生物学效应。常用的X射线、r射线、β射线（P32、S25）、中子（离子辐射）、激光等。辐射是能量在空间传递的物理现象，分两种基本类型：辐射处理的剂量单位（1）放射强度：指放射性元素的放射性强度单位居里（Ci）:放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变为1居里，常用mCi(10-3Ci)、μCi(10-8Ci)（2）吸收剂量强度：受照射的物质每单位质量所吸收的能量（J/Kg）Gy:1Kg空气中吸收1J的能量。是X、γ射线的剂量单位。剂量率单位时间内所受的剂量。Gy/h、Gy/s3、辐射剂量Xγ射线在空气中任何一点产生电离本领大小的一个物理量C/Kg库伦/千克电离辐射作用的过程A：物理阶段：主要特征是辐射能量使生物体内各种分子发生电离（产生自由电子）和激发（把束缚电子激发到更高的能级）。B：化学阶段：主要特征是通过电离的分子重排，并产生许多化学性质很活泼的自由基（具高能）。D：生物学阶段：细胞内生物化学过程发生改变，从而导致各种细胞器的结构及其组成发生变化，包括染色体畸变和基因突变，产生遗传效应。C：生物化学阶段：这一阶段是自由基的继发作用，自由基与生物大分子发生反应，引起分子结构的变化。电离射线对机体的作用有两种解释：(1)直接作用“靶学说”为代表，细胞内有一定的对辐射作用敏感的区域——“靶”区。只有当射线击中细胞的靶区时，才能引起分子损伤的辐射效应。(2)间接作用生物效应是有机体的水被电离和激发产生自由基作用在生物分子上所引起的结果。辐射作用机理染色体在射线作用下，断裂的频率增加，断裂后的染色体重新连接，产生四种染色体结构变异缺失染色体丢失了带有基因的片段；重复染色体个别节段的增加；倒位正常染色体上的某一节段发生断裂后，倒转180°又重新连结起来；易位非同源染色体之间交换片段的结构变异。同时，辐射也可引起染色体数量变异，产生非整倍体。辐射对遗传物质的作用——对染色体的作用辐射对遗传物质的作用——对DNA的作用辐射可使A-T，C-G之间的氢键断裂；在1或2个DNA链中，糖与磷酸基之间发生断裂;同一DNA上相邻胸腺嘧啶之间形成二聚体；DNA链的断裂和交联。辐射诱变的方法照射方法：外照射内照射外照射:指被照射的种子、球茎、块茎、鳞茎、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。外照射包括急性照射和慢性照射以及累积照射。这种方法简便，在诱变育种中比较常用。钴室钴圃根据照射时间的长短，分为急性照射和慢性照射。急性照射指采用较高的剂量率进行短时间处理。慢性照射是在长时间内进行低剂量率的缓慢照射。慢照射比急照射对材料的损伤轻,形态畸变少,且诱变效果稳定。根据照射植物的器官组织不同可分为：种子照射、花粉照射、子房照射、营养器官照射、植株照射等。内照射: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。目前在育种上应用较少内照射优点:剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等。方式:浸种法涂抹法注射法施入法（饲喂法）辐射育种的程序处理材料(部位)的选择适宜剂量和剂量率的选择诱变处理后的选育突变体鉴定处理部位的选择可处理干种子,湿种子,萌动种子,应用较多的是处理干种子。优点是很少产生嵌合体一旦获得好的突变体,就可直接繁殖利用。有时可诱发孤雌生殖1.种子2.完整植株3.花粉4.子房5.合子6.营养器官7.组织培养物适宜剂量和剂量率的选择概念◎致死剂量：◎半致死剂量：◎临界剂量：剂量的选择原则：◎活：后代要有一定的成活植株◎变：在一定的成活植株中，有较大的变异效应◎优：产生的变异有较多的有利突变。影响选择的依据①不同科、属、种、品种敏感性不同②不同倍数植物敏感性不同③不同器官、组织、细胞、成分敏感性不同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；萌动芽休眠芽豆科禾本科十字花科二倍体多倍体植株种子；根叶；分生组织其它组织性细胞体细胞；卵细胞花粉细胞；作物对辐射敏感性的差异影响辐射敏感性的环境因素①氧效应：在有氧条件下能显著增加辐射的敏感性。②水分效应：当种子含水量增加到使种子萌动的程度时，对辐射的敏感性急剧增加。③温度：辐射敏感性随辐照时温度的降低而减弱。④化学因素：辐射敏化剂抑制染色体的扩散,如EDTA，抑制损伤的修复,如咖啡因；辐射保护剂有利于损伤恢复，降低辐射生物学效应的物质，如酪氨酸苯丙氨酸色氨酸。⑤物理因素：主要射线种类、剂量率、照射方式等对植物辐射敏感性的影响。存在嵌合体；处理群体小；评选优良基因型需要时间长。诱变处理后的选育无性繁殖园艺作物后代选择1、分离繁殖法2、短截修剪法3、不定芽法1.诱变一代(M1)的工作M1的定义经过诱变处理的种子或营养器官所长成的植株或直接处理的植株。M1不选择诱变处理后的选育有性繁殖园艺作物后代选择M1不选择的原因：①M1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。M1植株隔离自交，使突变基因纯合。单株、单果、或按处理采收种子。2.M2是选择的关键世代。诱变处理后的选育按M1的采种方式种植，M2代是突变性状显现的时代；根据育种目标多采用单株选择法。3.M3及以后世代的种植与选择（1）种植：入选突变株种成株系（2）选择：稳定的株系可混收分离的株系继续选株。突变体鉴定和选择形态鉴定细胞学鉴定DNA分子标记与突变体的筛选和鉴定目测或借助于简单工具进行观察、记载、考种鉴定染色体的结构变异,用材料的初生根通过分析DNA标记，间接对某些农艺性状进行选择第二节化学诱变育种化学诱变的特点化学诱变源的种类、特性和机理化学诱变的方法一、化学诱变的特点使用经济方便有一定的专一性有些化学诱变只限于的特定部位发生变异二、化学诱变剂的种类烷化剂：甲基磺酸乙酯（EMS）,硫酸二乙酯（DES）,甲基磺酸甲酯（MMS）,异丙基甲烷磺酸酯（iPMS）,芥子气类。另外，亚硝基乙基脲烷（NEU）,亚硝基乙基脲（NEH）,亚硝基甲基脲烷（NMU）,乙烯亚胺（EI）,1,4-双重氮乙酰丁烷,也是有效的诱变剂，但是是潜在致癌物质,应用危险。二、化学诱变剂的种类烷化剂：核酸碱基类似物常用的有5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BUdR）、2-氨基嘌呤（AP）、马来酰肼（MH）等。二、化学诱变剂的种类烷化剂：核酸碱基类似物叠氮化物叠氮化钠（NaN3）在一定条件下可获得较高的突变频率，而且安全，无残毒。二、化学诱变剂的种类烷化剂：核酸碱基类似物叠氮化物嵌入剂丫啶橙,二氨基丫啶二、化学诱变剂的种类烷化剂：核酸碱基类似物叠氮化物嵌入剂丫啶橙,二氨基丫啶无机化合物H2O2,亚硝酸等生物碱石蒜碱,秋水仙碱,长春花碱等。三、化学诱变源的机理碱基类似物的诱变机制碱基类似物的分子结构与天然碱基非常相似，它们能在DNA复制过程中掺入到DNA中，引起配对错误，从而由一种碱基对替换成另一种碱基对。改变DNA结构的诱变剂:羟胺烷化剂亚硝酸羟胺（NH2OH）：是一种重要的诱变剂，也是已知的最专一性的点突变诱变剂，只能与DNA中的胞嘧啶起作用，诱发G-C到A-T的转换烷化剂：DNA的磷酸基是烷化作用的最初反应位置，反应后形成不稳定的磷酸酯，水解成磷酸和去氧核糖，致使DNA链断裂。烷化基还使碱基发生烷化作用，造成G-C向A-T的转换或T-A向C-G的颠换。亚硝酸能使腺嘌呤（A）脱氨成为次黄嘌呤，次黄嘌呤不能与胸腺嘧啶配对，而与胞嘧啶配对，这样受亚硝酸处理的DNA分子中就有次黄嘌呤，经过DNA复制，使原来的A-T对转换成G-C对。叠氮化物NaN3是目前诱变效率最高的一种诱变剂，是一种点突变剂，与DNA的作用方式是碱基替换，因此处理种子最适宜的时间是DNA合成开始时。嵌入剂是一类能引起移码突变的化合物，它们都是扁平的三环化合物，大小和嘌呤-嘧啶对大致相等，它能结合到DNA上，并插入邻近的碱基之间，使DNA骨架变形，导致染色体配对交换过程中不等价交换，形成两个重组分子，一个多一个碱基对，一个少一个碱基对，造成识别和阅读错误产生移码突变。四、化学诱变的方法药剂的配制和处理方法化学诱变效应的影响因素安全问题药剂的配制和处理方法药剂配制：诱变处理时通常先将药剂配成一定浓度的溶液。试材预处理药剂处理药剂处理后的漂洗：处理后要用流水冲洗植物材料10至30分钟，防止残存诱变剂对处理材料的损伤；也可使用一些化学‘清除剂’，如甘氨酸以解除氮芥的作用，硫代硫酸钠可解除DES(硫酸二乙酯)的作用。播种前防止种子风干，以免诱变剂浓缩，造成损害。试材预处理在化学诱变剂处理前，将干种子预先用水浸泡，可以提高其对诱变的敏感性。通常把种子浸入流动的低温无离子水或蒸馏水中。此外，将材料浸泡在生长素溶液中，有提高化学诱变的效应。浸泡能提高细胞膜透性，加速诱变剂的吸收，同时使细胞代谢和合成活跃起来，促进DNA的合成，药剂处理：浸渍法：涂抹或滴液法：注入法：熏蒸法：施入法：影响化学诱变效应的因素诱变剂的理化特性被处理材料的遗传类型及生理状态诱变剂的浓度和处理时间处理的温度:一般宜在0至10℃下进行诱变剂溶液pH及缓冲液的作用一般常用磷酸缓冲液,其pH值控制在7~9范围内。延缓诱变剂的水解速度，并抑制在吸收期生物体代谢的变化安全问题诱变剂都有程度不同的毒性，有的是潜在的致癌剂，因此在处理时避免与皮肤接触或吸入它的气体，一般多在具有通风管密闭条件的超净台上戴乳胶手套进行操作。