核农学中核辐射诱变育种应用.docx

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1、核农学中核辐射诱变育种应用学院：农学院班级：种科111班姓名：白雪学号：2022010216摘 要 辐射诱变育种是在人工掌握的条件下，采用中子、质子或者射线等物理辐射 诱变因素对种子进行辐照，诱发其染色体的数量、结构和行为变异，从而得到可供采用的 突变体，并在此基础上进一步培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术。本文主要介绍 核辐射在和农业辐射诱变育种中的应用，简洁介绍国内外核农业的进展状况。主旨在于提 高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的熟悉，并为该技术 的进一步进展和应用供应参考与借鉴。关键词 核农学，核辐射，诱变育种一、概念1、 核农学：讨论核素，核射线及有关核

2、技术在农业科学讨论和农业生产中的应用及其基础理论的 一门学科。它是介于核科学与农业科学间的一门边缘学科一核农学。它的主要讨论领域是：34闵绍楷汤圣祥.辐射诱变育种.中国稻米，1997,55徐冠仁等 核农学导论北京：原子能出版社，19956刘洪涛人类生存进展和核科学北京：北京高校出版社，2001刘军等 核科学百年讲座核科学技术在农业领域的应用物理2003,32(8)8徐冠仁等核农学导论.北京：原子能出版社，19959杨照民张璐辐射诱变技术在农业育种中的应用与探析基囚组学与应用生物学 2022,30(1),87-9110陈子元从辐射育种的进展来展望航天育种的前景核农学报2002(05)11张小静和

3、陈富现代农业科技2022 , (13) , 1415 , 1713王雁等12王旭军等辐射育种及其在林木育种中的应用前景湖南林业科技2007,34(2)空间诱变技术及其在我们我国花卉育种上的应用林业科学讨论2002,15(2)辐射遗传和育种学、放射生物学、辐照保藏技术、示踪原子应用等，其应用领域不断扩大, 并已取得显著成果。我们我国核农学的创始人是徐冠仁博士1。其中包括辐射诱变技术、辐照保藏技术、同位素示踪技术和昆虫辐照不育技术等。2、 核辐射：通常称之为放射性，存在于全部的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常 现象。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态

4、过 程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。电 离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射。直接致电离辐射包括质子等带电粒子。间 接致电离辐射包括光子、中子等不带电粒子2。核辐射无处不在，主要有自然辐射和人工辐射两种。而将核辐射采用到农业生产上可 谓是一举夺得。3、 诱变育种：用物理、化学因素诱导动植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某 种要求的单株或个体，进而培育成新的品种或种质的育种方法。它是继选择育种和杂交育 种之后进展起来的一项现代育种技术。本文主要论述在物理方面的核辐射作用下的诱变育种。核辐射诱变育种可大大提高突 变频率、缩短育种年限，

5、但其变异方向和性质仍很难掌握。二、原理自然突变时生物进化的动力之一。但是，植物发生自发突变的频率相当的低，通常为 10-6 。辐射育种是简便有效、突变率高的新型育种方法。即采用各种射线（如X射线、丫射 线、中子等）照耀处理作物的种子或植物材料等，使其产生优良的突变体。由于射线作用, 使植物细胞产生电离分化，可诱导消失遗传变异。因诱导基因突变，产生遗传物质的重新 组合，经过人工选择，获得价值的突变体，在较短时间内育出高产、优质、抗性强的新品 种类型。将核辐射这一诱导因子应用至农业育种之上无疑提高了突变的效率，试验者从中 选择出优良突变体，或加以杂交，将优良性状集中于植株上，即可培育出优良种源。大

6、多 数作物进行辐射育种的剂量不宜过大。目前认为，使其产生较为变异，又能保证植株成活 率达一半左右，不育性约为1/3 ,可视为相宜的辐射剂量。一般地，辐射诱变的诱发突变频率在几万分之几到千分之几之间。各种射线诱发突变 发生频率的挨次是：中子束大于x射线，丫射线大于B射线我们我国应用最多的是Y射线， 其次是中子束5。物理过程如下：快速运动的带电粒子通过物质时，遇到物质原子中的电子和原子核， 会同他们发生碰撞，进行能量的传递和交换，主要结果是使物质原子发生了电离或激发， 形成正离子和负离子或激发态原子）带有电荷的核辐射粒子能够直接使原子电离或激发， 称为直接致电离粒子。而中性的核辐射粒子，由于没有电

7、荷不能直接使原子发生电离，但 可以通过与物质作用产生的次级带电粒子使物质原子发生电离或激发，称为间接致电离粒 子，例如中子和丫射线。总之，能够直接或者间接使物质原子电离或激发的核辐射就是电离 辐射6。电离辐射与生物体作用，引起生物体结构和功能的转变。一般认为，电离辐射与 生物细胞的作用方式有两种：一种是直接作用，另一种是间接作用。直接作用就是入射粒 子或射线直接与生物大分子作用，例如DNA,RNA等，使得这些大分子发生电离或者激发。 间接作用就是入射粒子或射线与生物体中的水分子作用，使水分子发生电离或者激发。这 些作用最终要表现为一些生物效应。辐射的生物效应可以归为两类：一类是有害的，如抑 制

8、生长、降低免疫力量、增加发病率、减弱生命力、不育、畸形以至死亡；另一类是有益 的，如生长发育加快、抗病性提高、产量增加与品质改善等因此，适当地选择辐射源和辐 射剂量，采纳不同的辐照方法可以使核辐射技术在很多方面有效地被采用刀。三、优势与常规育种相比，辐射诱变育种具有如下优势：1 .可以提高作物的突变频率，扩大突变范围，从而为选育新品种供应更为丰富的原始 材料采用辐射诱发作物的突变频率可从千分之几到三非常之一左右，要比自然突变频率高 出100至1 000倍，并且突变的范围宽泛，能够克服植物的白交不亲和性、促进远缘杂交和 基因重组实现基因转移10,引起作物的形态结构和生理生化等多方面的变异。例如，

9、用Y 射线处理小麦种子，在其后代中消失很多有有用价值的变异，如早熟、矮杆、抗病、抗倒 伏以及蛋白质和含油量增加等，极大地丰富了作物育种工作的原始内容。2 .能够转变农作物品种单一的不良性状，克服原有品种的缺陷，并能够使种质发生突 变的特性很快趋于稳定，从而大大缩短育种周期。3 .可以较快地提高品种的品质。有的可使植株矮化和高产，如施巾帼等(2002)用质子 辐照冬小麦，结果不仅使其株高降低了 10 cm以上，而且其产量也比原品种提高了 10%以 上；有的可显著地提高抗性，如肖韵琴等用丫射线辐照红玉苹果，结果发觉得到的突变体其 斑点病发病率仅为5% ,而比照组为55%(范建新等，2022);还有

10、的使植株形体发生变异, 如Mshara等(2007)在香蕉离体茎段培育中反复的射线照耀，结果得到了矮化、卵圆形叶与 雪亮深绿色叶等形态变异的香蕉材料。1934年印度尼西亚的Tollenear M.D.用X射线处理育成了烟草优良新品种(Chlorina Fl)，这是世界上第一个用辐射诱变育成的植物新品种。至120世纪50年月以后，辐射诱变育种讨论在美、苏、日和西欧一些我国较多地开展起 来，到50年月后期，我们我国一些科研单位也开头进行这方面的讨论工作20世纪60年月以后，核技术应用讨论有了较大的进展，诱变育种的方法也更趋成熟，辐 射诱发突变技术在植物育种中逐步显示了其独特的作用。进展中我国也开头

11、把辐射诱变育 种放到重要位置，在亚洲市场上消失了水稻突变新品种。1969年联合国粮农组织和国际原 子能机构联合处(FAOPIAEA)开头举办国际植物诱变育种培训班，发行了突变育种手册 第一版，以期将辐射育种技术向全世界推广应用。70年月是辐射育种走向成熟并得到快速进展的时期。在IAEA登记的辐射诱变育成的 新品种数，从1972年的80个，到70年月末提升到518个,同时植物种类也增至69种。至120世纪80年月，辐射诱变育种讨论工作逐步向植物育种的一些新兴领域和传统优 势领域渗透,如与现代生物技术、杂种优势育种技术或有效的常规育种方法结合，成为一种综 合性的育种新技术,使诱发突变发挥其巨大潜力

12、，取得了很多可喜的成果。据IAEA 1990年 统计，全世界采用辐射育种技术育成作物品种已增至1330个(其中种子繁殖作物852个，养 分繁殖作物和花卉达478个）。全世界有近50个我国开展了辐射诱变育种工作，其中育成 农作物品种较多的我国有中国（264个），印度Q00个），前苏联（70个），日本（65个）和美 国（39个）。育成欣赏植物及果树品种较多的我国是荷兰（169个），印度（96个）德国（51 个）和美国（36个）。进入20世纪90年月后，世界各国均投入较多的人力和财力开展辐射诱变育种的讨论 和推广应用。在IAEA登记的诱变新品种也逐年增加,1992年有1548个,1997年有2052

13、 个，到2000年高达2252个，其中我们我国采用辐射诱变育成的新品种有605个（40多种 植物）占全世界总和的2617 %,年推广种植面积达9 x 106 hm2以上。育成的新品种每年 为我们我国增加粮食30 40亿kg，棉花115 118亿kg，油料0175亿kg，创经济效益达 33亿元。在育成的新品种中,先后有36个获1934年印度尼西亚的Toll enear M.D.用X射 线处理育成了烟草优良新品种（Chlorina Fl ），这是世界上第一个用辐射诱变育成的植物新 品种。至1950年，世界上真正在生产上推广应用的辐射诱变品种就是这个烟草品种。在这 期间仍有一些育种科学家从事辐射诱发

14、突变和植物育种的讨论。例如彳惠国的Fresleb M.和 Lein.M于1942年获得了大麦抗白粉病的突变体，并提出了一套突变育种的程序。瑞典植 物学家Milsson2Ehle H.和Gustafssion用X射线处理大麦，不仅获得了茎秆坚硬、穗型紧 凑的直立型突变体，并在辐射的相宜剂量、处理条件、突变频率和突变谱等方面进行了较系 统的基础性讨论，这些基础性讨论对提高辐射诱变育种的讨论水平和推动辐射诱变育种应 用的胜利起了很大的作用10。我们我国辐射诱变育种的讨论起始于20世纪50年月，从70年月后期进入了快速的进 展阶段。近年来，在植物突变本品种的育成数量、种植面积和经济效益等方面，均以较大

15、 优势领先于世界其它我国。据国际原子能机构2022年的不完全统计，在全世界采用辐射诱 变技术育成的2 320个新品种中，中国育成的多达623个，占世界总量的26.85% ,年推广 种植面积达9.0xlO9hm ,每年为我国增加粮食3.0x109到46109 kg、棉花1.5xl08|g到1.8x108kg、油料0 . 75x108kg ,可创经济效益40亿元（温贤芳，2022），辐射育种技术为 我们我国农业生产的进展起到了巨大的促进作用11。五、重大应用1 .马铃薯育种马铃薯是世界上第四大作物，具有高产稳产、生育期短、适应性广、养分丰富、开发 采用前景宽阔等特点，因此选育马铃薯优良品种，提高马

16、铃薯产量和质量历来受到高度重 视。辐射诱变育种是人为地采用物理诱变因素（X射线、丫射线、中子、激光、电子束、离 子束、紫外线等）诱发植物遗传变异，从而在短时间内获得有采用价值的突变体，依据育种 目标的要求选育出新品种直接生产采用或育成新种质资源作为亲本在育种上采用的一种行之有效的育种方法口。与常规育种相比，辐射诱变育种 有提高基因突变率打破性状连锁和促进基因重组、克服植物自交不亲和性、促进远缘杂交 实现基因转移、缩短育种年限等优点。因此，辐射诱变育种在马铃薯育种领域占据越来越 重要的位置。2 .林木育种王孜昌等发觉，用60coe射线对杉木进行辐射诱变，只要选择肯定的辐射剂量，变异 就可以消失，

17、且杉木干种子与水浸泡的湿种子的辐射承受力量差别很大，差率约为10倍左 右，其干种子和湿种子最佳的辐射剂量分别应为5 000伦琴（136. 6伦琴/m in）左右和500 伦琴（136. 6伦琴/m in ）左右;不同剂量和时间处理，杉木树高、胸径性状变异均达极显著水 平12。3 .花卉育种我们我国花卉空间诱变育种工作开头于20世纪50年月。中国科学院遗传讨论所自 1987年以来，先后将一串红、鸡冠花、矮牵牛等27种花卉种子送入太空。这些花卉种子消 失了很多地面上无法获得的变异，并且有益变异多、变异幅度大、稳定性强，大大缩短了 育种周期13。4 .粮食作物育种据中国科学院2022年12月30日报

18、道：中国科学院等离子体讨论所和安徽芜湖农 业有用技术讨论所采纳离子束诱变技术，经过7年13季的选育，胜利地培育出了 1139-3 水稻新品种，可以早晚两季直播。不需要传统的育秧插秧过程，而直接将稻种播撒在稻田 里，不仅大大减轻了农夫的劳动负担，而且稻种耐涝、耐虫，每667,m2产量可达500,kg , 获得了良好的经济效益和社会效益。再如邓永公平（王桂霞等,2022）采纳照耀量为8,KR和 12RKR的60Coy射线辐照与茎尖组织培育相结合的方法对草莓进行浆果品质诱变和抗病 性讨论，结果发觉经处理后的组培植株当代及其后代，对叶斑病、皱缩病的抗性都明显增 加，其浆果的维生素和可溶性糖含量优变频率

19、也都显著提高9。在对玉米进行辐射诱变育种的试验讨论方面，据科学网2022年7月19日报道，由 中科院近代物理讨论所和甘肃金象农业进展股份有限公司共同担当的重离子加速器辐射 选育玉米新品种项目，采用重离子加速器供应的离子束，对玉米自交系金象4C、郑58、 鲁9801和CSR24001等种子进行辐照，通过田间种植，讨论了不同能量和不同剂量的 重离子束对玉米自交系的诱变效应并选育出了有益突变体。结果发觉，被辐照的M2代植株 在株高、穗位、单株穗数、雄穗花药颜色、粒质、穗行数、粒重和抗性等方面均发生了变 化，并产生了很多有益的变异，包括株高和穗位降低，同位多穗、穗行数和粒重增加，粒 质由粉质变为角质，

20、抗锈病和红叶病增加等，有益变异的频率达7.0%17.9%。此项讨论 将开拓一条玉米育种的新途径，并填补重离子加速器辐射创新玉米种质资源和选育玉米新 品种的空白9。六、结论目前，辐射诱变技术已经成为生物育种中重要的物理诱变手段，并在育种实践中得到 了日益广泛的应用，在其机理的讨论方面也已取得了肯定的进展。但我们还应熟悉到，这 些讨论还比较肤浅，诱变的机理还不很清晰，尤其是当辐射与其它诱变因素综合起来时， 对生物体所形成的共同的诱变作用机制尚需进一步探究。这一方面给目前的育种工作带来 了较大的盲目性。另一方面，也给今后的育种工作给予了更为丰富的内容。由于辐射诱变育种技术既是 常规育种的重要补充，又是常规育种难以取代的手段，采用这一技术不仅可以创制出新材 料、新种质，而且简便、平安、无隐患，这对我们我国的育种工作走出由于种植品种的日 趋单一化所导致的种质资源日渐匮乏的逆境，必将会发挥出乐观而重要的作用。因此我们信任着相关讨论的深化，辐射诱变技术必将会在品质改良或新品系的选育等 育种领域开拓出更加宽阔的前景，取得更加显著的成效。参考资料：12