12第十二章+诱变育种.ppt

第十二章第十二章 诱变育种诱变育种科学扩展了人类的想象空间，科学扩展了人类的想象空间，技术使理想成为现实。技术使理想成为现实。常规育种技术常规育种技术技术要点：技术要点：引种、选种、杂交育种。引种、选种、杂交育种。优点：优点：操作简便，无需复杂的仪器设备；操作简便，无需复杂的仪器设备；亲本选配好后便可以创造各种类型的变异；亲本选配好后便可以创造各种类型的变异；可以利用杂种优势。可以利用杂种优势。常规育种的局限性常规育种的局限性杂种后代遗传组成复杂，分离广泛；杂种后代遗传组成复杂，分离广泛；新基因型的出现依赖于亲本基因型；新基因型的出现依赖于亲本基因型；连锁基因的连锁关系很难打破；连锁基因的连锁关系很难打破；无法利用染色体倍性变化；无法利用染色体倍性变化；育种年限较长育种年限较长。自然界产生的可遗传的变异自然界产生的可遗传的变异遗传重组；遗传重组；染色体数量变异；染色体数量变异；染色体结构变异；染色体结构变异；基因突变基因突变。人工诱变的方法人工诱变的方法物理方法物理方法化学方法化学方法人工诱变的思路人工诱变的思路染色体结构变化染色体结构变化染色体数量变化染色体数量变化基因突变基因突变转基因操作转基因操作人工诱变的技术措施人工诱变的技术措施辐射诱变辐射诱变化学诱变化学诱变空间诱变空间诱变基因工程基因工程第一节第一节 辐射诱变辐射诱变 利用物理辐射能源处理植物材料，使利用物理辐射能源处理植物材料，使其遗传物质发生改变，进而从中筛选变异其遗传物质发生改变，进而从中筛选变异进行品种培育的育种方法。进行品种培育的育种方法。一、辐射育种的特点一、辐射育种的特点1.提高突变频率，扩大突变谱；提高突变频率，扩大突变谱；2.能改变品种单一不育性状，而保持其它优良能改变品种单一不育性状，而保持其它优良性状不变；性状不变；3.增强抗逆性，改进品质；增强抗逆性，改进品质；4.辐射后代分离少，稳定快，育种年限短；辐射后代分离少，稳定快，育种年限短；5.能克服远缘杂交的不结实性。能克服远缘杂交的不结实性。二、花卉辐射育种的有利条件二、花卉辐射育种的有利条件1.观赏植物的多样性；观赏植物的多样性；2.遗传的复杂性；遗传的复杂性；3.无性繁殖技术的应用；无性繁殖技术的应用；4.测试简单；测试简单；5.花而不实的材料的改良途径。花而不实的材料的改良途径。电磁波辐射电磁波辐射粒子辐射粒子辐射射线射线X射线射线 射线射线中子中子电离射线电离射线 射射线线射线射线X射线射线非电离射线非电离射线中子中子紫外线紫外线激光激光三、射线的种类及其特征三、射线的种类及其特征三、射线的种类及其特征三、射线的种类及其特征 射线射线 射线射线 射线射线 中中 子子 x 射线射线 紫外光紫外光 激光激光 射线射线 射线射线 射线射线 水泥墙水泥墙1.射线射线 由两个质子和两个中子构成的氦原子流。由两个质子和两个中子构成的氦原子流。氦原子与空气分子碰撞便丧失能量，因此氦原子与空气分子碰撞便丧失能量，因此可以很容易地被一张纸挡住。可以很容易地被一张纸挡住。2.射线射线 衰变：衰变：原子核自发地放射出原子核自发地放射出 粒子或捕粒子或捕获一个轨道电子而发生的裂变。获一个轨道电子而发生的裂变。粒子流是具有一定能量的电子流。可以粒子流是具有一定能量的电子流。可以被铝箔或玻璃挡住。被铝箔或玻璃挡住。中子衰变中子衰变质子质子电子电子反中微子反中微子中子中子质子衰变质子衰变中子中子正电子正电子中微子中微子质子质子 类似的还有宇宙射线、中子射线、类似的还有宇宙射线、中子射线、统称粒子射线。统称粒子射线。射线：又称乙种射线。它是由放射性同射线：又称乙种射线。它是由放射性同位素（如位素（如3232P P、3535S S等）衰变时放出来带负电等）衰变时放出来带负电荷的粒子。重量很小，在空气中射程短，荷的粒子。重量很小，在空气中射程短，穿透力弱。在生物体内电离作用较穿透力弱。在生物体内电离作用较 射射线、线、X X射线强。射线强。3.射线射线衰变的原子核释放的能量。又称丙种射衰变的原子核释放的能量。又称丙种射线。线。是一种高能电磙波，波长很短（是一种高能电磙波，波长很短（1010-8 81010-11-11厘米）。穿透力强，射程远厘米）。穿透力强，射程远、以光以光速传播。速传播。4.X射线射线是是由由X X光机产生的高能电磁波光机产生的高能电磁波。X X射线与射线与 射线很相拟。它的波长比射线很相拟。它的波长比 射线长，射程射线长，射程略近。穿透力不如略近。穿透力不如 射线强。射线强。5.中子：中子是不带电的粒子流在自然中子：中子是不带电的粒子流在自然界里并不单独存在，只有在原子核受界里并不单独存在，只有在原子核受了外来粒子的轰击而产生核反应，才了外来粒子的轰击而产生核反应，才从原子核里释放出来。从原子核里释放出来。6.紫外线：紫外线：是一种穿透力很弱的非电是一种穿透力很弱的非电离射线，可以用来处理微生物和植物离射线，可以用来处理微生物和植物的花粉粒。的花粉粒。7.7.激光：激光：能使生物细胞发生共振吸收，能使生物细胞发生共振吸收，导致体内某些分子原子的能态的激发，或导致体内某些分子原子的能态的激发，或原子、分子离子化，进而引起生物体内部原子、分子离子化，进而引起生物体内部的变异。的变异。诱变育种的辐射源诱变育种的辐射源四、辐射的作用理论四、辐射的作用理论（一）电离辐射的物理作用：（一）电离辐射的物理作用：光电效应：光电效应：入射的光量子把它的全部能量转入射的光量子把它的全部能量转移到一个原子体系的电子上，使电子脱离原子移到一个原子体系的电子上，使电子脱离原子而运动，释放出来的电子统称光电子，光电子而运动，释放出来的电子统称光电子，光电子能使与其相遇的原子产生电离。能使与其相遇的原子产生电离。hv 康普康普顿顿Compton散射：散射：其过程与光电吸收不同。能量相当高的光子与物其过程与光电吸收不同。能量相当高的光子与物质作用时，产生比光电子能量高得多的反冲电子和能质作用时，产生比光电子能量高得多的反冲电子和能量减弱的散射光子。反冲电子在穿过物质时能引起电量减弱的散射光子。反冲电子在穿过物质时能引起电离，同时散射光子根据本身的能量值也可由于光电吸离，同时散射光子根据本身的能量值也可由于光电吸收或新康普顿散射而与物质相互作用。收或新康普顿散射而与物质相互作用。hv电子对的产生：电子对的产生：光子能量大于光子能量大于1.021.02百万电子伏的硬射线能百万电子伏的硬射线能与原子核相互发生作用，结果产生一个正电子与原子核相互发生作用，结果产生一个正电子和一负电子，光子整个消失，这叫电子对的产和一负电子，光子整个消失，这叫电子对的产生。负电子可使介质中的原子电离并消耗其全生。负电子可使介质中的原子电离并消耗其全部能量。正电子存在的时间很短，当其速度近部能量。正电子存在的时间很短，当其速度近于或等于零时，则和一个负电子结合而转化成于或等于零时，则和一个负电子结合而转化成光子，这叫光化辐射。光子，这叫光化辐射。hv-e+e(二二)电离辐射的化学作用：电离辐射的化学作用：由由于于活活的的生生物物组组织织含含有有约约75%的的水水，因因此此水水就就成成为为电电离离辐辐射射的的最最丰丰富富的的靶靶分分子。子。直接作用直接作用:H2O -OH-+H+间接作用间接作用:H2O -OH +H -H2O2+HO2 hvhv（三）辐射产生的生物学效应（三）辐射产生的生物学效应染色体断裂；染色体断裂；基因突变；基因突变；细胞分裂异常。细胞分裂异常。作用于微管蛋白作用于微管蛋白五、辐射剂量和剂量单位五、辐射剂量和剂量单位（一）（一）辐射剂量：辐射剂量：单位体积或单位质量的单位体积或单位质量的空气吸收的能量。空气吸收的能量。（二（二）吸收剂量：吸收剂量：单位体积或单位质量被单位体积或单位质量被照射物质中所吸收能量的数值称为吸收照射物质中所吸收能量的数值称为吸收剂量。剂量。D=E/MD=E/M（尔格）尔格）D D 辐射剂量辐射剂量E E 被照射物质吸收的能量被照射物质吸收的能量M M 被照射物质的体积被照射物质的体积（三）剂量单位：辐射剂量的单位常因不同射线的（三）剂量单位：辐射剂量的单位常因不同射线的不同计量方法而不同不同计量方法而不同：1.1.伦琴：伦琴：简称伦或简称伦或用用R R符号表示，它是最早应用于符号表示，它是最早应用于测量测量X X射线的剂量单位。射线的剂量单位。2.拉特：拉特：也称组织伦琴，用也称组织伦琴，用rad表示。它是对于任表示。它是对于任何电离辐射的吸收剂量单位，一拉特就是指一克何电离辐射的吸收剂量单位，一拉特就是指一克被照射物质吸收了被照射物质吸收了100尔格的能量。尔格的能量。3.3.积分流量：积分流量：中子射线的剂量计算，一向以每平方中子射线的剂量计算，一向以每平方厘米上通过多少个数来确定的，其单位以中子数厘米上通过多少个数来确定的，其单位以中子数/厘米厘米2 2表示。表示。4.居里：居里：是放射性强度的单位是放射性强度的单位，用，用Ci或或C表示。表示。（四）剂量率（四）剂量率 剂剂量量率率在在辐辐射射育育种种中中很很重重要要，往往往往用用同同一一剂剂量量处处理理同同一一个个品品种种的的种种子子，剂剂量量率率不不同同，辐辐射射效效果果也也不不相相同同。剂剂量量率率即即单单位位时时间间内内射射线线能能量量的的大大小小。单位以伦单位以伦/分或伦分或伦/小时来表示。小时来表示。P=D/TP 剂量强度剂量强度D 放射剂量放射剂量T 照射时间照射时间（五）（五）辐射剂量辐射剂量 PXT1.致死剂量（致死剂量（LD）：全部致死的剂量值。全部致死的剂量值。2.半致死剂量（半致死剂量（LD50）：50%存活时的剂量值。存活时的剂量值。3.生长指数（生长指数（GR50）：生长量比对照降低生长量比对照降低50%的的剂量值。剂量值。4.活力指数剂量（活力指数剂量（VID50）:辐射后种子活力指数辐射后种子活力指数比对照下降比对照下降50%所需的剂量。所需的剂量。活力指数活力指数 VI=S Gi 发芽指数发芽指数 Gi=Gt/Dt S 根长或苗高；根长或苗高；Gt 第第7天的发芽数；天的发芽数；Dt 达到指定发芽数的日数。达到指定发芽数的日数。第一节第一节 辐射诱变辐射诱变 利用物理辐射能源处理植物材料，使利用物理辐射能源处理植物材料，使其遗传物质发生改变，进而从中筛选变异其遗传物质发生改变，进而从中筛选变异进行品种培育的育种方法进行品种培育的育种方法。04/12/2004射线的种类及其特征射线的种类及其特征 射线射线 射线射线 射线射线 中中 子子 x 射线射线 紫外光紫外光 激光激光 射线射线 射线射线 射线射线 水泥墙水泥墙辐射产生的生物学效应辐射产生的生物学效应染色体断裂；染色体断裂；基因突变；基因突变；细胞分裂异常。细胞分裂异常。辐射育种的特点辐射育种的特点1.提高突变频率，扩大突变谱；提高突变频率，扩大突变谱；2.能改变品种单一不育性状，而保持其它优良能改变品种单一不育性状，而保持其它优良性状不变；性状不变；3.增强抗逆性，改进品质；增强抗逆性，改进品质；4.辐射后代分离少，稳定快，育种年限短；辐射后代分离少，稳定快，育种年限短；5.能克服远缘杂交的不结实性。能克服远缘杂交的不结实性。六、辐射材料的选择六、辐射材料的选择（一）选择材料的原则（一）选择材料的原则 综合性状好，个别性状有待改善；综合性状好，个别性状有待改善；杂合子材料；杂合子材料；易产生不定芽易产生不定芽;对辐射较为敏感的材料对辐射较为敏感的材料。（二）植物对辐射的敏感性（二）植物对辐射的敏感性 1.科、属、种的敏感差异；科、属、种的敏感差异；2.品种间敏感差异；品种间敏感差异；3.不同发育阶段差异；不同发育阶段差异；4.不同组织器官差异。不同组织器官差异。（三）影响植物材料敏感性的因素（三）影响植物材料敏感性的因素、氧：氧：如果使种子或植物在完全无氧的空气中受照如果使种子或植物在完全无氧的空气中受照射，则诱变效率可以提高，而染色体损伤相对减少。射，则诱变效率可以提高，而染色体损伤相对减少。如希望产生较多的染色体畸变，最好在有氧的条件如希望产生较多的染色体畸变，最好在有氧的条件下处理。下处理。、含水量：含水量：在种子辐射处理时，欲得到较高的诱变在种子辐射处理时，欲得到较高的诱变率，可将种子含水量调到率，可将种子含水量调到1.31.4%左右；如希望左右；如希望得到较高的染色体畸变率，则可钭种子含水量降低得到较高的染色体畸变率，则可钭种子含水量降低水平。水平。、温度：温度：在种子受照射后，对种子进行处理，在种子受照射后，对种子进行处理，即在即在7575或或8585处理处理1515分钟，此种处理称分钟，此种处理称“热热击击”，可以降低照射后在有氧条件下吸水所产，可以降低照射后在有氧条件下吸水所产生的敏感性。生的敏感性。、核体积（包括植物的多倍性）：核体积（包括植物的多倍性）：辐射敏感性辐射敏感性与与“间期间期”染色体体积之间呈负相关，即染色体体积之间呈负相关，即“间间期期”染色体体积愈大，辐射敏感性愈小，否则染色体体积愈大，辐射敏感性愈小，否则相反；辐射敏感性相反；辐射敏感性亦与亦与DNADNA含量成负相关含量成负相关，即，即DNADNA含量越多，辐射敏感性越差，所以多倍体含量越多，辐射敏感性越差，所以多倍体植物比较辐射。植物比较辐射。五、辐射处理的主要方法五、辐射处理的主要方法 辐射处理分外照射内照射两种形式。辐射处理分外照射内照射两种形式。（一）外照射：是指被照射的种子、球茎、（一）外照射：是指被照射的种子、球茎、鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株等所受的鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。目前外照常辐射来自外部的某一辐射源。目前外照常用的是用的是X X射线射线，射线、快中子或热中子。射线、快中子或热中子。外照方法简便安全，可大量处理，所以广外照方法简便安全，可大量处理，所以广为采用为采用。外照射处理植物的部位和方法：外照射处理植物的部位和方法：、种子种子 照射种子的方法有处理干种子、照射种子的方法有处理干种子、湿种子、萌动种子三种。目前应用较湿种子、萌动种子三种。目前应用较多的是处理干种子。多的是处理干种子。处理干种子的优点是：处理干种子的优点是：1)能处理大量种子；能处理大量种子；2)操作方便；操作方便；3)便于运输和贮藏；便于运输和贮藏；4)受环境条件的影响小；受环境条件的影响小；5)经过辐射处理过的种子，没有污经过辐射处理过的种子，没有污染和散射的问题。染和散射的问题。、无性繁殖器官无性繁殖器官 许多园林植物是用无性繁殖的，而且许多园林植物是用无性繁殖的，而且有部分园林植物从来不结种子，只依靠无有部分园林植物从来不结种子，只依靠无性繁殖的性繁殖的.诱变育种是对这类材料进行品种改良诱变育种是对这类材料进行品种改良的重要手段，在诱变育种中只要得到好的的重要手段，在诱变育种中只要得到好的突变体，就可直接繁殖利用。突变体，就可直接繁殖利用。、花粉花粉 照射花粉与照射种子相比，其优点是很照射花粉与照射种子相比，其优点是很少产生嵌合体，即花粉一旦发生突变，其授少产生嵌合体，即花粉一旦发生突变，其授精卵便成为异质结合予，将来发育为异质结精卵便成为异质结合予，将来发育为异质结合的植株，通过自交，其后代可以分离出来合的植株，通过自交，其后代可以分离出来许多突变体。许多突变体。、子房子房射线对卵细胞影响较大，相引起射线对卵细胞影响较大，相引起后代较大的变异，它不仅引起卵细胞后代较大的变异，它不仅引起卵细胞突变，亦可影响受精作有时可诱发孤突变，亦可影响受精作有时可诱发孤雌生殖。雌生殖。（二）（二）内照射：内照射：是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。1.1.照射源：照射源：3232P P、3636S S、1414C C等放射性元素的化合物。等放射性元素的化合物。2.2.照射方法：照射方法：浸泡种子或枝条；浸泡种子或枝条；注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位；注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位；施入土壤：施于土壤中使植物吸收；施入土壤：施于土壤中使植物吸收；饲饲养养法法：用用放放射射性性的的1414C C供供给给植植物物，借借助助于于光光合作用所形成的产物来进行内照射。合作用所形成的产物来进行内照射。3.注意事项：注意事项：利用内照射诱变需要一定的实验设备；利用内照射诱变需要一定的实验设备；试试验验过过程程中中还还需需要要一一定定的的防防护护，预预防防放放射射性同位素的污染，性同位素的污染，处理过的材料在一定时间内带有效射性。处理过的材料在一定时间内带有效射性。（三）其它照射方式（三）其它照射方式 急照射和慢照射急照射和慢照射重复照射重复照射 六、辐射后代的选育（一）种子辐射后代的选育（一）种子辐射后代的选育M M0 0:接受辐射处理的当代植株。接受辐射处理的当代植株。M M1 1:辐射处理种子产生的子一代。辐射处理种子产生的子一代。M M2 2:辐射处理种子产生的子二代辐射处理种子产生的子二代。嵌和体的分析嵌和体的分析（二）无性繁殖器官辐射处理后的选育（二）无性繁殖器官辐射处理后的选育 无性繁殖的园林植物，选择自然产生无性繁殖的园林植物，选择自然产生的芽变，是有效的方法。用射线照射的芽变，是有效的方法。用射线照射无性繁殖器官，可以提高芽变的频率，无性繁殖器官，可以提高芽变的频率，是加速选育新品种的有效途径之一。是加速选育新品种的有效途径之一。1.辐射生理损伤的恢复辐射生理损伤的恢复；2.辐射变异的观察；辐射变异的观察；3.辐射后代的选育推广。辐射后代的选育推广。无性繁殖的园林植物诱发突变有下列特点：无性繁殖的园林植物诱发突变有下列特点：1.辐射后代稳定得比较快。辐射后代稳定得比较快。2.2.在遗传上大多是异质的。变异一旦发生，在遗传上大多是异质的。变异一旦发生，通常在后代可表现出来，所以选择主要通常在后代可表现出来，所以选择主要在在M M1 1代进行。代进行。3.注意增强选择，防止逆突变出现注意增强选择，防止逆突变出现。第二节第二节 化学诱变育种化学诱变育种利用化学诱变剂诱发园林植物产生遗利用化学诱变剂诱发园林植物产生遗传变异，以选育新品种的技术传变异，以选育新品种的技术。一、化学诱变育种的特点一、化学诱变育种的特点1.操作简便、价格低廉；操作简便、价格低廉；2.专一性强；专一性强；3.提高突变频率、扩大突变谱；提高突变频率、扩大突变谱；4.多数为迟发性突变；多数为迟发性突变；5.诱变后代的稳定过程较短，可缩诱变后代的稳定过程较短，可缩短育种年限。短育种年限。二、化学诱变剂的种类二、化学诱变剂的种类1.1.烷化剂：（烷化剂：（EMSEMS、EESEES、MMSMMS、PPSPPS、PMSPMS、DESDES、NEHNEH、NEUNEU、NTGNTG）2.2.核酸碱基类似物：核酸碱基类似物：（5-BU5-BU、5-BUdR)5-BUdR)3.3.丫啶类丫啶类(嵌入嵌入剂剂）：溴化乙啶）：溴化乙啶(Br)(Br)4.4.无机类化合物无机类化合物:（H H2 2O O2 2、LiClLiCl 、MnClMnCl2 2 、CuSOCuSO4 4、亚硝酸）亚硝酸）5.5.简单有机类化合物简单有机类化合物6.6.异种异种DNADNA7.7.生物碱生物碱 (秋水仙碱秋水仙碱)1.1.烷化剂：（烷化剂：（EMSEMS、EESEES、MMSMMS、PPSPPS、PMSPMS、DESDES、NEHNEH、NEUNEU、NTGNTG）1)1)烷基磺酸盐烷基磺酸盐2)2)亚硝基烷基化合物亚硝基烷基化合物3)3)次乙亚胺次乙亚胺4)4)芥子气芥子气2.核酸碱基类似物核酸碱基类似物1)5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶（BU）5-溴脱氧尿嘧啶（溴脱氧尿嘧啶（BUdR）2)2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（AP）3)马来酰肼（马来酰肼（MH）TAU二、化学诱变剂的种类二、化学诱变剂的种类1.烷化剂：（烷化剂：（EMS、EES、MMS、PPS、PMS、DES、NEH、NEU、NTG）2.核酸碱基类似物：核酸碱基类似物：（5-BU、5-BUdR)3.丫啶类丫啶类(嵌入嵌入剂剂）：溴化乙啶）：溴化乙啶(Br)4.无机类化合物无机类化合物:（H2O2、LiCl、MnCl2、CuSO4、亚硝酸）亚硝酸）5.简单有机类化合物简单有机类化合物6.异种异种DNA7.生物碱生物碱(秋水仙碱秋水仙碱)三、化学诱变机理三、化学诱变机理1.碱基类似物碱基类似物2.化学诱变剂化学诱变剂3.嵌入嵌入剂剂四、四、化学诱变剂处理的主要方法化学诱变剂处理的主要方法（一）药剂配制（一）药剂配制水溶性；水溶性；酒精溶解；酒精溶解；PH值的调整值的调整（二）试材的预处理（二）试材的预处理 浸种浸种 生长恢复生长恢复四、四、化学诱变剂处理的主要方法化学诱变剂处理的主要方法（三）（三）处理方法处理方法浸种法、涂抹法、滴液法、注入法、浸种法、涂抹法、滴液法、注入法、熏蒸法、熏蒸法、施入法。施入法。处理步骤：处理步骤：1.预处理预处理2.药液处理药液处理3.后处理后处理诱变剂量的选择诱变剂量的选择诱变处理中应注意的问题诱变处理中应注意的问题诱变后代的选择诱变后代的选择v化学诱变剂量化学诱变剂量化学药剂的浓度化学药剂的浓度 处理的时间处理的时间v化学诱变中应注意药品的保存和人畜安全化学诱变中应注意药品的保存和人畜安全v化学诱变当代也会产生生理损伤，注意苗化学诱变当代也会产生生理损伤，注意苗期保护；期保护；v对种子繁殖材料应加强后代选育；对种子繁殖材料应加强后代选育；v对无性繁殖材料应注意区分损伤和变异。对无性繁殖材料应注意区分损伤和变异。第三节第三节 空间诱变育种空间诱变育种一一、空间诱变的条件和方式、空间诱变的条件和方式二、我国空间诱变育种技术发展概况二、我国空间诱变育种技术发展概况三、空间诱变育种的前景三、空间诱变育种的前景作业作业1.射线的种类及其特点；射线的种类及其特点；2.如何对辐射处理的后代进行选育；如何对辐射处理的后代进行选育；3.应用应用Co60进行辐射育种的技术流程。进行辐射育种的技术流程。4.主要的化学诱变试剂；主要的化学诱变试剂；5.化学诱变处理的方法；化学诱变处理的方法；6.多倍体育种的技术流程；多倍体育种的技术流程；思考题v试比较常规育种和诱变育种的异同点。试比较常规育种和诱变育种的异同点。