【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）利用誘變技術(shù)創(chuàng)制小麥高無(wú)機(jī)磷突變體的研究作物遺傳育種碩士論文

密級(jí) ： 論文編號(hào)： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 利用誘變技術(shù)創(chuàng)制小麥高無(wú)機(jī)磷突變體的研究 .) 碩 .) I 4摘 要 培育高無(wú)機(jī)磷（ 低植酸可以有效提高 品種微量元素利用率和減少環(huán)境污染。本研究利用不同劑量的高能混合粒子場(chǎng) ( 7子束和射線誘發(fā) 2 個(gè)冬小麥基因型中原 9 號(hào) （ 中優(yōu) 9507（ 以獲得 高無(wú)機(jī)磷 突變，并分析 純合突變體的無(wú)機(jī)磷含量和 平等特征，為低植酸小麥品種的選育奠定基礎(chǔ)。主要 研究結(jié)果如下 : 用 95理 代 變頻率是 84理 代 理的 代 變頻率明顯高于 7子束輻照處理 量分別是 50100150 代 變頻率分別為 7 代 變頻率高于7 7 195理 代 變頻率是 284 理 代 變頻率是 195理的 代變頻率略高于 284理 代 變頻率是 代 變頻率是 理的 代 變頻率略高于 7子束輻照處理 量分別是 3050100150 代 195理 代 284 理 代 變頻率是 284 2:3 代 變頻率高于 195 從射線 284理 得 一個(gè)純合 變系 利用 7子束輻照 量 150理獲得 一個(gè)純合 變系 相比原始品種， 變子粒中無(wú)機(jī)磷含量顯著 提高， 對(duì)照的 g 上升為 g，增加了 g（ ）， g 上升為 g，增加了 g（ ）。 突變體 株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)均與對(duì)照 仿，有效穗和穗粒數(shù)略高于對(duì)照。突變體 株高、有效穗、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)均與對(duì)照 仿，但千粒重低于對(duì)照。物 將 對(duì)照品種 分開(kāi) , 而 將 對(duì)照品種 表明 其相應(yīng)對(duì)照品種在 平上的差異。 關(guān)鍵詞： 小麥，高無(wú)機(jī)磷，誘發(fā)突變，混合粒子場(chǎng)， 7子束， 射線， In R)， 7Li to of in Y9 of IP in of as IP in 2:3 2:3 in Y9 Li Y9 00050IP of 2:3 IP 00Gy 70Gy 50IP 195 IP in 2:3 2:3 in Li 000050IP of 2:3 IP 284 195. 84Y9 50Li H7 of of IP P g to g , g g in of is is is 000is 7Li 錄 第一章 文獻(xiàn)綜述 . 1 究背景 . 1 植酸作物國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 . 1 子中植酸的含量及分布 . 1 植酸品種的培育方法 . 2 植酸作物育種研究進(jìn)展 . 3 物低植酸育種面臨的主要問(wèn)題及展望 . 4 誘變方法研究進(jìn)展 . 5 理誘變方法 . 5 學(xué)誘變方法 . 9 物誘變方法 . 10 變材料的選擇 . 10 物突變檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展 . 11 究?jī)?nèi)容與方法 . 12 第二章 不同誘變因素誘發(fā) 小麥高無(wú)機(jī)磷突變體的誘變效應(yīng) 13 料與方法 . 13 試材料 . 13 變因素及處理方法 . 13 間種植與收獲 . 13 麥高無(wú)機(jī)磷突變的間接篩選法 . 13 果與分析 . 14 照種子的無(wú)機(jī)磷顯色結(jié)果 . 14 合粒子場(chǎng)（ 發(fā)小麥 變的效應(yīng) . 14 子束誘發(fā)小麥 變的效應(yīng) . 15 射線誘發(fā)小麥 變的效應(yīng) . 16 同誘變因素及劑量誘發(fā) 變的效應(yīng) . 17 得純合的 變系 . 19 第三章 小麥高無(wú)機(jī)磷突變體的特性分析 . 20 料與方法 . 20 試材料 . 20 間種植及考種 . 20 機(jī)磷含量測(cè)定 . 20 析 . 21 果與分析 . 22 麥高無(wú)機(jī)磷突變與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系 . 22 麥 變體的無(wú)機(jī)磷含量 . 23 麥 變體的 析 . 23 第四章 討論 . 24 變體的篩選方法 . 24 同誘變因素誘發(fā) 變的特異性 . 24 無(wú)機(jī)磷突變體的特性及鑒定方法 . 25 一步研究的工作 . 26 第五章 結(jié)論 . 27 參考文獻(xiàn) . 28 致謝 . 34 作者簡(jiǎn)歷 . 35 中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 究背景 小 麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，世界上有三分之一以上的人口以小麥為主要糧食，我國(guó)目前小麥總播種面積約 4 億畝 , 2007 年小麥產(chǎn)量約為 9950 萬(wàn)噸，分別占糧食作物播種面積和總產(chǎn)量的 25%和 22%左右（ 中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng) ,2007）。 2005 年全國(guó)夏收優(yōu)質(zhì)專用小麥面積達(dá)到 畝，比 2004 年擴(kuò)大 1510 萬(wàn)畝，增 2006 年優(yōu)質(zhì)專用小麥面積達(dá)到 畝，占小麥總面積的54%，比去年提高 6 個(gè)百分點(diǎn)（北京糧油交易信息服務(wù)中心 ,2006）。隨著人們消費(fèi)水平的不斷提高，對(duì)小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及適應(yīng)性提出了越來(lái)越高的要求。 磷是動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一。植酸是植物中磷的主要儲(chǔ)存形式。近 10 余年來(lái)，人們對(duì)糧 食中含量最豐富的含磷化合物 植酸進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)它廣泛存在于種子和果實(shí)中，小麥植酸磷含量占全磷量的 70%80%。 植酸又稱肌醇 ,3,4,5,6 是真核細(xì)胞中最豐富的磷貯存形式 ( , 1993;et 2000), 這種物質(zhì)最初就是作為種子中含磷豐富的化合物而發(fā)現(xiàn)的 , 在農(nóng)業(yè)科學(xué)中稱為“植酸”。根據(jù)其分子結(jié)構(gòu) ,植酸含有 12個(gè)可解離的氫原子 (1969), 這些位點(diǎn)可與 K+、 和 等陽(yáng)離子結(jié)合形成植酸鹽 ( , 1995; , 2002)。 低植酸 （ 稱 物可以提高微量元素利用率，植酸是飼料中不可忽視的抗?fàn)I養(yǎng)因子。植酸影響了單胃動(dòng)物對(duì)日糧中養(yǎng)分的消化能力 ,降低了蛋白質(zhì)及礦物元素的利用率。 1摩爾植酸平均可與 1 6摩爾金屬離子在腸道 形成不溶性的植酸鹽（ 997； 1998）。以低植酸玉米為原料進(jìn)行肉雞飼喂試驗(yàn) , 發(fā)現(xiàn)肉雞中的總磷含量在前期料、中期料和后期料分別減少 8%、 10% 和 13%, 且不影響肉雞的產(chǎn)量與健康。 2000） 在低植酸大豆的雞和豬喂養(yǎng)試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似 的結(jié)果。人類(lèi)臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,食用低植酸突變體的人群吸收利用的 0%,而 6%（趙建軍等， 2002）。低植酸玉米突變體作飼料時(shí) ,與鐵強(qiáng)化飼料效果相當(dāng)。 降低了成本（ 2006）。應(yīng)用育種手段選育低植酸品種可改善作物的能量?jī)r(jià)值，提高動(dòng)物對(duì)氮、磷的利用率 ,降低對(duì)環(huán)境排放量 ,是從根本上解決上述問(wèn)題的有效途徑之一。 植酸作物國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 子中植酸的含量及分布 種子中植酸鹽所含的磷量占種子全磷量的 60% 80%, 占肌醇多磷酸磷量的 95%以上 , 而其余肌醇多磷酸磷量 , 即肌醇 ,4,5,磷酸鹽 %; 另外 ,無(wú)機(jī)磷含量往往占全磷 量的 2% 8%,細(xì)胞磷 , 包括 由核苷酸及磷脂和糖脂等。所含磷占種子全磷量的中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 10% 20%(984; 1997)。盡管有時(shí)在成熟的種子中可能會(huì)缺少像淀粉粒這樣的組織 , 但是不會(huì)缺少植酸 (O1972)。另外 ,植酸還會(huì)在花粉、根及塊莖等組織中累積 ,以用于代謝過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的再分配 (001a)。 表 1 作物種子中的植酸含量及分布部位 ： of in 物 酸磷占全磷量百分比 (%) 部位 考文獻(xiàn) 米 (7580 未見(jiàn)報(bào)道 et 2000 大麥 (6075 糊粉層 , 胚芽 O1972 水稻 (70左右 糊粉層 , 盾片 O1972 大豆 (6077 未見(jiàn)報(bào)道 et 2000 低植酸 突變系可以分為 2種類(lèi)型 :只伴隨無(wú)機(jī)磷的增加 ;其它形式的磷酸肌醇亦表現(xiàn)上升（ O1972， 2000）。 2003）研究表明，小麥屬于 植酸下降比率在 之間。突變系種子植酸磷的含量比對(duì)照減少 50%以上 ,而總磷保持不變 ,無(wú)機(jī)磷含量明顯上升 ,超過(guò) g,而一般作物種子中無(wú)機(jī)磷含量小于 g。在很多谷物、油料作物中的植酸含量可高達(dá) 1% 3%，種子中與金屬離子結(jié)合的植酸鹽所含的磷量占總磷的 60% 80% ,占肌醇多磷酸磷量的 95%以上。另外 ,無(wú)機(jī)磷含量往往占全磷量的 2% 8% ,細(xì)胞磷 ,包括 由核苷酸、磷脂和糖脂等所含磷占種子全磷量的 10% 20%。另外 ,植酸還會(huì)在花粉、根、塊 莖等組織中累積 ,以用于代謝過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的再分配（ O 1972； 2000）。 植酸的含量取決于植物的品種、成熟期、加工程度、氣候、土壤以及生理狀態(tài)等。同種作物不同品種間磷素含量存在一定差異（ ， 1976）。植酸含量與其他養(yǎng)分含量之間存在一定關(guān)系 ,但研究報(bào)道的文獻(xiàn)資料較少。研究發(fā)現(xiàn)大豆植酸與蛋白質(zhì)、鋅、鈣含量呈負(fù)相關(guān)，與粗蛋白 +鐵含量呈正相關(guān)。李春喜等（ 2004）研究發(fā)現(xiàn)在環(huán)境條件一致下基因型顯著影響著小麥植酸的含量。大豆研究表明 ,大多數(shù)情況下 ,環(huán)境和遺傳因素決定總磷的變 化 ,進(jìn)而影響植酸磷的含量。但部分品系在總磷含量相近的情況下 ,植酸磷積累水平卻存在明顯差異。 植酸品種的培育方法 系統(tǒng)選擇作為一種簡(jiǎn)便有效的育種方法 ,在作物育種尤其是在早期育種中發(fā)揮了重大作用。大量的研究已經(jīng)表明部分作物種子中植酸含量存在一定的自然變異 ,而且有的變異幅度在幾倍以上。本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì) 399個(gè)基因型的鉬藍(lán)比色反應(yīng)表明，各基因型間無(wú)機(jī)磷含量存在一定程度的變異。因此，今后的工作可通過(guò)系統(tǒng)選擇提高親本水平，針對(duì)某個(gè)缺點(diǎn)進(jìn)行改良 ,優(yōu)中選優(yōu) ,連續(xù)選優(yōu)，培育農(nóng)藝性狀良好的低植酸品種。 另一種方法是篩 選現(xiàn)有資源作為親本進(jìn)行雜交改良。近年來(lái)雜交育種與誘變育種相結(jié)合取得了許多成果。雜交育種與誘變育種相結(jié)合，可以將突變體用作雜交親本或?qū)﹄s種材料進(jìn)行誘變處理。目前對(duì)于這方面的機(jī)理尚有待于進(jìn)一步研究，此法在低植酸作物育種上應(yīng)用還很有限。 (株 )中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 栽植 ,按株收獲種子 ,形成株系。每株系取少量種子測(cè)定植酸含量 ,初選低植酸變異植株；也可以用比色法測(cè)定無(wú)機(jī)磷含量 ;入選的高無(wú)機(jī)磷變異株的剩余種子種植形成新的株系 (收獲的種子經(jīng)再次測(cè)定無(wú)機(jī)磷含量確認(rèn)，最終獲得低植酸突變系（ 2003）。種子中無(wú)機(jī)磷含量的升高伴隨 著植酸磷的下降，至今獲得的突變系均表現(xiàn)高無(wú)機(jī)磷含量生化型。測(cè)定種子無(wú)機(jī)磷含量的方法快速簡(jiǎn)便 ,適合早代 之 ,通過(guò)篩選高無(wú)機(jī)磷表型來(lái)間接獲得 動(dòng)了高無(wú)機(jī)磷突變系在育種實(shí)踐中的應(yīng)用。 實(shí)踐證明 , 誘變育種技術(shù)在作物品種改良上具有獨(dú)特的作用 , 它可以誘發(fā)基因突變 , 產(chǎn)生自然界原來(lái)沒(méi)有的或一般常規(guī)方法難以獲得的新類(lèi)型、新性狀、新基因 , 能夠打破基因連鎖 , 提高重組率。隨著誘變育種研究的發(fā)展 , 國(guó)內(nèi)外許多研究者在原來(lái)的基礎(chǔ)上 , 不斷從誘變材料選擇、新誘變因素的開(kāi)發(fā)以及突變體 篩選技術(shù)的改進(jìn)等方面做了大量工作 , 出現(xiàn)了離子束注入、航天誘變、生物誘變等誘變育種新技術(shù) , 開(kāi)發(fā)出了許多小麥突變體篩選新技術(shù) , 在有效創(chuàng)造特異突變基因資源和培育小麥新品種方面已經(jīng)顯示出重要的作用。 植酸作物育種研究進(jìn)展 近年來(lái) ,有計(jì)劃的常規(guī)育種操作，使有限的有利基因被周而復(fù)始的使用，以致遺傳基礎(chǔ)已比較狹窄，水平相近，要在品種選育上取得突破性進(jìn)展會(huì)遇到很多困難。育種工作的進(jìn)一步發(fā)展需要利用和開(kāi)拓豐富的基因資源，外源 用植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)以提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強(qiáng) 抗病蟲(chóng)和抗逆能力 , 在生產(chǎn)上已卓見(jiàn)成效。天津南開(kāi)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子生物學(xué)研究所利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)成功地獲得了低植酸玉米植株。但是，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的食用與環(huán)境安全性目前還處于研究之中 , 要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因低植酸玉米的商品化生產(chǎn)還任重道遠(yuǎn) 。 通過(guò)誘變技術(shù)選育作物低植酸品系是近年來(lái)興起的研究熱點(diǎn)。目前的研究廣泛采用化學(xué)或物理誘變方式處理種子 , 獲得突變體。 2代種子 ,混收 ;株 )栽植 ,按株收獲種子 ,形成株系。每株系取少量種子測(cè)定植酸含量 ,初選低植酸變異植株；也可以用比色法測(cè)定無(wú)機(jī)磷含量 ;入選的高無(wú)機(jī)磷變 異株的剩余種子種植形成新的株系 (收獲的種子經(jīng)再次測(cè)定無(wú)機(jī)磷含量確認(rèn)，最終獲得低植酸突變系。種子中無(wú)機(jī)磷含量的升高伴隨著植酸磷的下降，至今獲得的突變系均表現(xiàn)高無(wú)機(jī)磷含量生化型。測(cè)定種子無(wú)機(jī)磷含量的方法快速簡(jiǎn)便 ,適合早代 之 ,通過(guò)篩選高無(wú)機(jī)磷表型來(lái)間接獲得 動(dòng)了高無(wú)機(jī)磷突變系在育種實(shí)踐中的應(yīng)用。 近年來(lái)，采用物理或化學(xué)誘變劑進(jìn)行人工誘發(fā) ,在玉米、大麥、水稻、小麥和大豆等作物上已經(jīng)獲得了低植酸的突變系。 2000）在玉米中首次分離篩選出 ,發(fā)現(xiàn)其玉米的 且通過(guò) 在圖譜上的標(biāo)記距離分別為 101998）通過(guò)簡(jiǎn)單回交方法 ,首先應(yīng)用 后代試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其發(fā)芽率、莖稈強(qiáng)度和開(kāi)花期變化不大。 1998）在大麥中篩選出 而 2中出現(xiàn)純合植株致死缺失現(xiàn)象 ,可能是種子發(fā)芽率等因素受到不利影響。 已經(jīng)完成了染色體的定位： 于第 4 染色體上 ,于 7H 染色體（ 1998； 1999）。 中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 但其分子遺傳學(xué)特性還未做進(jìn)一步研究。2004）利用低植酸突變體 非低植酸品種 交篩選得到大豆低植酸新品系 其產(chǎn)量較好。 目前在水稻中只發(fā)現(xiàn) 稻的 點(diǎn)是 2L 染色體上 21222004； 2000)。舒慶堯課題組（ 2006）獲得了 8個(gè)水稻低植酸突變系，發(fā)現(xiàn)這些材料的低植酸性狀均為單隱性基因控制，其中一個(gè)基因突變定位于第二染色體的 另一個(gè)突變位點(diǎn)定位在第三染色體，與 2003）在小麥中篩選出 目前大豆和小麥還未發(fā)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)室利用射線輻射和航天模擬誘變處理不同的小麥品種，已經(jīng)篩選出高無(wú)機(jī)磷的低植酸突變材料 ,并得到了相應(yīng)品種的誘變效應(yīng)， 為進(jìn)一步的分子生物學(xué)研究和育種實(shí)踐奠定基礎(chǔ) (趙林姝等， 2005)。 目前的研究廣泛關(guān)注于如何通過(guò)生理生化途徑在其積累形成過(guò)程中干擾植酸的有效合成。通常種子中植酸的合成與無(wú)機(jī)磷的減少是密切相關(guān)的 ,環(huán)境會(huì)影響種子的總磷含量 ,也會(huì)影響植酸含量。一般情況下 ,隨著土壤中磷元素的增加 ,種子植酸磷含量會(huì)相應(yīng)增加 (任學(xué)良等， 2004)。近年研究發(fā)現(xiàn) ,只改變磷的化學(xué)特性 ,會(huì)干擾總磷和植酸磷的相關(guān)關(guān)系 ,在總磷不變的情況下 ,減少植酸磷含量是可以達(dá)到的。 物低植酸育種面臨的主要問(wèn)題及展望 盡管低植酸作物具有改善微量金 屬營(yíng)養(yǎng)素，蛋白和磷素利用，減少磷排放等優(yōu)點(diǎn)，但是，低植酸作物不會(huì)減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的磷肥施用量，培育低植酸且總磷減低，又能正常生長(zhǎng)發(fā)育和遺傳的新種質(zhì)，是目前研究的熱點(diǎn) (任學(xué)良， 2005)。人們還沒(méi)有注意低植酸作物如遇鹽害、高溫、旱澇等不良的生長(zhǎng)環(huán)境時(shí) ,其適應(yīng)性是否會(huì)發(fā)生變化 ,對(duì)此需要開(kāi)展深入的研究，以確保在推廣過(guò)程中不出問(wèn)題。另外，所培育出的品種要進(jìn)行區(qū)域性試驗(yàn)，確定是否在此地區(qū)適宜種植。大量研究表明，目前獲得的低植酸突變體 ,其產(chǎn)量性狀往往會(huì)有明顯變化。劉運(yùn)武（ 1996）認(rèn)為植酸合成酶活性影響淀粉的合成 , 最終 影響籽粒的充實(shí)，可以從植酸合成酶的角度來(lái)進(jìn)一步探討提高水稻籽粒充實(shí)度的途徑。在低植酸突變體育種中 ,低植酸性狀以及其他因素都可能影響到突變體，使其農(nóng)藝性狀與親本不同。比如 ,突變體通常不可能只在與植酸相關(guān)的位點(diǎn)出現(xiàn)突變 ,在其他的位點(diǎn)也發(fā)生變異。可以通過(guò)多次回交 ,減少不良突變 ,獲得性狀良好的低植酸材料。 通過(guò)大量篩選突變體以求得到性狀良好的低植酸突變體，或通過(guò)育種方法將突變體進(jìn)行性狀改良是當(dāng)前的育種方向，對(duì)進(jìn)一步闡明植酸突變的遺傳機(jī)理及作用模式，了解植酸和微量礦質(zhì)元素相互作用的規(guī)律會(huì)產(chǎn)生積極影響。低植酸突變的分子 定位以及突變基因克隆將在未來(lái)的研究工作中解釋低植酸突變的機(jī)理。研究籽粒發(fā)育過(guò)程中植酸磷和無(wú)機(jī)磷的變化規(guī)律，灌漿特征，繼而研究它們之間的關(guān)系，將成為低植酸作物生理研究的重要內(nèi)容。 中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5 誘變方法研究進(jìn)展 理誘變方法 光誘變 激光是一種光量子流，又稱光微粒。 1968 年 出了小劑量輻射對(duì)生物有刺激效應(yīng)的理論之后，激光應(yīng)用于生物學(xué)領(lǐng)域的成就已倍受人們的關(guān)注。激光輻射可以通過(guò)產(chǎn)生光、熱、壓力和電磁場(chǎng)效應(yīng)的綜合應(yīng)用，直接或間接地影響生物有機(jī)體，引起細(xì)胞 粒、染色體畸變效應(yīng)，酶的激活或鈍化，以及細(xì)胞分裂和細(xì)胞代謝活動(dòng)的改變。光量子對(duì)細(xì)胞內(nèi)含物中的任何物質(zhì)一旦發(fā)生作用，都可能導(dǎo)致生物有機(jī)體在細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)特性上發(fā)生變異。 研究發(fā)現(xiàn)，激光對(duì)種胚具有生物學(xué)效應(yīng)，能夠顯著地提高種子發(fā)芽率和幼苗前期生長(zhǎng)速度，激光照射會(huì)抑制主根的生長(zhǎng)，但對(duì)側(cè)根的影響不甚明顯，過(guò)氧化物酶同工酶 (分析結(jié)果顯示出，芽鞘與主胚根 工酶譜帶的變化規(guī)律一致，即激光照射 1同工酶譜帶數(shù)減少， 2， 光不但能提高種子的活力，促進(jìn)種子萌發(fā)，而且對(duì)對(duì)幼苗生 長(zhǎng)、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖以及葉綠素的合成具有顯著的促進(jìn)作用，提高了幼苗干物質(zhì)的含量。一定劑量的光輻照能促進(jìn)小麥可溶性蛋白合成及 量增加。 光和增強(qiáng) 射復(fù)合處理后可使小麥的氧化酶活性增強(qiáng)，從而使丙二醛 (濃度降低，小麥細(xì)胞膜損傷得到一定程度的修復(fù)。 應(yīng)用激光對(duì)植物和動(dòng)物進(jìn)行輻照的研究已有非常廣泛的報(bào)道。 利用激光作為誘變?cè)凑T變小麥不同材料，誘變后代的變異程度不同，應(yīng)用不同種類(lèi)的激光引起的后代變異差異不大。張利華等(1999）發(fā)現(xiàn)射線誘發(fā)矮桿突變效果最好，并且后 代穩(wěn)定快， 激光在小麥誘變中的直接貢獻(xiàn)就是育成品種，西北植物所應(yīng)用紅寶石激光器照射小麥遠(yuǎn)緣雜交材料，育成的小偃 6 號(hào)小麥新品種，高產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良、抗干熱風(fēng)和適應(yīng)性廣，成為我國(guó)北方冬麥區(qū)主要栽培品種，累計(jì)推廣面積達(dá) 360 多萬(wàn) 顯志等（ 2005）利用激光輻照育成了豐產(chǎn)性好，抗病性強(qiáng)，品質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥新品種白粒 4 號(hào)。激光誘變?cè)趧?chuàng)造新種質(zhì)研究中也有應(yīng)用，張顯志等（ 1999）促進(jìn)了小麥屬間雜交的可交配性，提高了雜交籽粒的結(jié)實(shí)率。 激光同時(shí)具有無(wú)接觸，即無(wú)菌加 熱的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)輻照頻率可以自由選擇，可以聚焦光束，并可以改變光束強(qiáng)度，爆光時(shí)間和脈沖時(shí)間。目前用顯微鏡和紫外微束激光相配合，可以對(duì)損傷染色體進(jìn)行微切割。胡贊民等（ 2004）利用激光微束將處于有絲分裂中期的小麥 6B 染色體微切割為四段， 交證明 4 個(gè)特定區(qū)域的 實(shí)來(lái)自于小麥基因組。用一系列 (42 對(duì)引物 )位于6B 染色體和其它染色體上的微衛(wèi)星序列對(duì)微切割的染色體片段的 物進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，獲得的染色體片段的 物來(lái)自于小麥 6B 染色體。另外，可利用特殊染料染色的生物組織化學(xué)方法，大大加 強(qiáng)這種方法的靈敏度和選擇性，這些方法有可能成為定位控制誘變的手段之一。 不同種類(lèi)的激光輻射生物有機(jī)體，所表現(xiàn)出的細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)變化也不同。這也給生物誘變育種提供了有利條件。 中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 6 步輻射誘變 同步輻射是高能電子在高能加速器中以接近光速的速度做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)沿運(yùn)動(dòng)軌道切線方向發(fā)射出能量為 150 35光子（劉錄祥等， 2004）。同 步輻射具有能譜寬且連續(xù)、精確可調(diào)、單色性好、可精確計(jì)算輻照劑量等特點(diǎn) ,可提供生物分子所具有的 C,N,O 和 k 層電子吸收邊波長(zhǎng)的射線 ,在生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的用途（肖小發(fā) 等， 2006）。 同步輻射（軟 軟 照麥類(lèi)作物種子抑制了細(xì)胞有絲分裂，明顯地降低了細(xì)胞分裂指數(shù)，引起了細(xì)胞染色體畸變。研究發(fā)現(xiàn)，同步輻射引起了細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)的變化，出現(xiàn)了細(xì)胞質(zhì)壁分離，細(xì)胞膜、核膜受損破裂，內(nèi)含物外流，葉綠體、線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)變異，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)數(shù)目減少。同步輻射抑制了葉綠體的正常發(fā)育 ,致使細(xì)胞中葉綠體體積變小，數(shù)目減少（曹雪蕓等， 2000）。 株的生長(zhǎng)，育性、結(jié)實(shí)率下降。同步輻射誘發(fā) 現(xiàn)了多種有益性狀變異。萌發(fā) 48射線處理，高劑量可導(dǎo) 致小麥幼苗生長(zhǎng)受抑制，鮮重降低（李群等， 1997）。 劑量引起小麥幼苗內(nèi)一些抗氧化酶活性的升高。幼苗的抗壞血酸過(guò)氧化物酶 (谷胱甘肽過(guò)氧化酶 (性升高，谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶 (性略有下降。 同步輻射輻照小麥種子產(chǎn)生大量的短壽命自由基，影響了細(xì)胞正常的結(jié)構(gòu)和功能。有些自由基還可擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞核，造成遺傳物質(zhì)的損傷，并進(jìn)一步導(dǎo)致遺傳物質(zhì)變異 (吳雙等， 2003)。曹雪蕓等（ 2000）應(yīng)用電子自旋 (譜術(shù)研究了同步輻射輻照種子產(chǎn)生 的自由基及其與輻射損傷之間的關(guān)系表明，同步輻射輻照的種子產(chǎn)生了大量的自由基，其種類(lèi)性質(zhì)不同于射線。同步輻射輻照小麥種子后，可以產(chǎn)生膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用，并引起相關(guān)保護(hù)酶的活性變化。脂質(zhì)過(guò)氧化的終產(chǎn)物是丙二醛 (自由基和丙二醛可與蛋白共價(jià)結(jié)合，導(dǎo)致蛋白和酶交聯(lián)、聚合，喪失活性。膜脂質(zhì)過(guò)氧化與蛋白交聯(lián)聚合改變膜結(jié)構(gòu)，影響膜流動(dòng)性和通透性，造成膜系統(tǒng)的損傷，影響了膜的正常功能。 對(duì)小麥與黑麥的雜種幼胚用軟 X 射線處理后進(jìn)行離體培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)四次回交，得到了含黑麥的抗白粉病基因的代換系（唐鳳蘭等， 2004）。李忠 杰等（ 2000）利用同步輻射照射外源 忠杰通過(guò)花粉管通道法將受 射線照射的 據(jù)農(nóng)藝性狀和籽粒貯藏蛋白電泳結(jié)果，初步認(rèn)為供體中的抗大麥黃矮病基因已轉(zhuǎn)化成功。 子束注入誘變 離子束注入誘變是指將離子經(jīng)高能加速器加速后輻照生物體，使質(zhì)量、能量和電荷共同作用于生物體，從而誘發(fā)產(chǎn)生突變的一種誘變技術(shù)（ 1991）。離子束誘變育種有損傷輕、突變率高、突變譜寬、突變性狀穩(wěn)定等突出的優(yōu)點(diǎn)。 離子束注入可以分為高能離子束和低能離 子束兩種。受太空飛行試驗(yàn)的啟示，上世紀(jì) 60年代中期開(kāi)始，美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本、法國(guó)、原西德等擁有大型加速器的國(guó)家相繼把離子束注入應(yīng)用于生物學(xué)研究，國(guó)際上這一領(lǐng)域的研究幾乎局限于高能離子束。 1986年，我國(guó)科學(xué)家率先將低能離子束應(yīng)用于植物誘變遺傳育種。離子束誘變特點(diǎn)是注入離子具有高傳能線密度 (明顯的中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 7 可精確控制入射深度和部位。經(jīng)加速后的離子具有一定的靜止質(zhì)量，注入生物體后可以使質(zhì)量、能量和電荷共同作用于生物體，不同的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)和能量又可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，這些不同參數(shù)對(duì)生物的作用 不同，這是提高誘變效率和誘變方向性的重要基礎(chǔ)。 經(jīng)過(guò)近 20年的努力，離子束注入小麥誘變育種已經(jīng)獲得了大量的有益突變，已先后培育了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗性好、綜合性狀優(yōu)良的皖麥 32號(hào)、皖麥 42號(hào)、皖麥 43號(hào)等小麥新品種（宣云等， 2004）。應(yīng)用高能重離子輻射育成了豐產(chǎn)性突出，穩(wěn)產(chǎn)性好，適應(yīng)性廣的隴輻 2號(hào)等小麥新品種（李雁民等，2004）。離子束注入誘變方法的探索研究也有新的進(jìn)展，楊俊誠(chéng)等研究發(fā)現(xiàn)， 注入的深度和劑量有很好的相關(guān)性，注入小麥后引起了細(xì)胞膜破裂、細(xì)胞核形狀變得不規(guī)則等嚴(yán)重的生理?yè)p傷 和染色體畸變，通過(guò)對(duì) 分子水平上證明了 7俊誠(chéng)等， 2000）。李興林等（ 2000）將能量為 20子注入小麥種子胚乳，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化物酶 (活性顯著提高，過(guò)氧化氫酶活性 (丙二醛含量 (蛋白質(zhì)含量較大程度的下降。離子束注入可導(dǎo)致植物細(xì)胞表面被刻蝕，這種特性使外源基因轉(zhuǎn)移成為可能。低能離子束介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因小麥研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。吳麗芳等（ 2000）用離子束介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將 得到表 達(dá)。在此基礎(chǔ)上，成功地將改良的綠色熒光蛋白基因和幾丁質(zhì)酶基因?qū)胄←?，獲得了轉(zhuǎn)化植株。在這之后的研究中，人們把目光轉(zhuǎn)向利用低能離子束輔助外源 (遠(yuǎn)緣 )裸露 大豆基因組 得了高蛋白后代 (籽粒蛋白含量達(dá)到 20%以上 )（楊天佑， 2003）。借助離子束介導(dǎo)技術(shù)轉(zhuǎn)移具生物活性的裸露 以省略復(fù)雜的遠(yuǎn)緣雜交，獲得帶有目的性狀的轉(zhuǎn)化后代，是遠(yuǎn)緣物種間遺傳物質(zhì)交流的一種簡(jiǎn)便有效的途徑。 天誘變 航天誘變育種是指利用返回式衛(wèi)星、飛船等航天器搭載農(nóng)作物種子， 利用太空中的特殊環(huán)境（太空輻射、微重力、高真空、弱地磁等因素）誘發(fā)突變，然后返回地面種植選育，育成新品種的作物育種技術(shù)（劉錄祥等， 2001）。 航天環(huán)境具有太空輻射、微重力、高真空、弱地磁等特點(diǎn)，具有誘變育種的多種因素。研究證明空間條件尤其是高能粒子具有強(qiáng)烈的致變作用。微重力條件對(duì)植物生長(zhǎng)周期中很多功能產(chǎn)生影響。一般認(rèn)為，太空輻射和微重力是主要誘變因素，并傾向于微重力通過(guò)提高生物對(duì)太空輻射的敏感性和抑制 劇生物損傷并提高變異率（李社榮等， 1998）。關(guān)于空間條件對(duì)植物影響的研究，國(guó)際上在 20世紀(jì) 50年代就已經(jīng)開(kāi)展，但是側(cè)重于其對(duì)宇航員的健康傷害和防護(hù)辦法的研究。迄今為止，國(guó)外尚未開(kāi)展利用太空環(huán)境條件進(jìn)行作物誘變育種的研究工作。 由于遺傳背景、空間飛行高度、飛行時(shí)間等因素的差異，不同研究者實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡相同。研究表明，經(jīng)過(guò)太空飛行的小麥種子在地面發(fā)芽活力增加，發(fā)芽率明顯提高，小麥幼苗生長(zhǎng)顯著高于地面對(duì)照組和 射線處理，這種差異在過(guò)氧化物酶和酯酶同工酶酶譜及活性上也得到充分的證明。而且，小麥幼苗根尖細(xì)胞分裂會(huì)受到不同程度的抑制，有絲分裂指數(shù)明顯降低，染色體畸變類(lèi)型和頻率比地面對(duì)照有較大幅度的增加（ 劉錄祥等， 2001）。 太空環(huán)境是一種特殊的誘變?cè)?，誘發(fā)產(chǎn)生的變異幅度增大、有益變異增多。利用太空環(huán)境誘變作物種子創(chuàng)造新種質(zhì)、培育新品種已經(jīng)取得明顯成果。我國(guó)是世界上掌握衛(wèi)星航天器回收技術(shù)中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 8 的國(guó)家之一， 2006年 9 月 9 日 15 時(shí) , 我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“ 長(zhǎng)征二號(hào)丙”運(yùn)載火箭 ,成功地將“ 實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。衛(wèi)星主要用于航天育種試驗(yàn)和研究?！皩?shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星裝載了 9 類(lèi) 2000 余份育種材料。截至“ 實(shí)踐八號(hào)”衛(wèi)星成功發(fā)射前 , 我國(guó)先后進(jìn)行了 13 次70 多種農(nóng)作物的空間搭載試驗(yàn) , 特別 是“十五”期間 , 航天育種關(guān)鍵技術(shù)研究取得顯著進(jìn)展 , 在水稻、小麥、棉花、番茄、青椒和芝麻等作物上誘變培育出一系列高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗的農(nóng)作物新品種、新品系和新種質(zhì) , 其中目前已通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定的新品種或新組合有 20多個(gè) , 并從中獲得了一些有可能對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重要影響的罕見(jiàn)突變材料。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì) , 近 4 年來(lái) , 由航天育種培育出的農(nóng)作物新品種已經(jīng)累計(jì)推廣 850 萬(wàn)畝 , 增產(chǎn)糧食 公斤 , 創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益 5 億元（亦云， 2006）。 自 1987年以來(lái)，我國(guó)科學(xué)工作者已經(jīng)多次利用返回式 衛(wèi)星、高空氣球和神舟飛船搭載作物種子，經(jīng)多年地面種植篩選，先后育成 50多個(gè)農(nóng)作物優(yōu)異新種質(zhì)、新品系并進(jìn)入省級(jí)以上品種區(qū)域試驗(yàn)。其中到 2003年已通過(guò)品種審定的太空 5號(hào)、太空 6號(hào)小麥新品種已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用，同時(shí)獲得了大量特異性十分突出的作物新種質(zhì)、新材料，如將極早熟、抗病和強(qiáng)筋等優(yōu)良性狀聚合一體的小麥新種質(zhì) 錄祥等， 2004）。太空環(huán)境因素協(xié)同誘變