園林植物育種學(xué)-誘變育種

第八章誘變育種本章教學(xué)目的和要求1?明確誘變育種的概念與特點(diǎn)。?掌握輻射誘變與化學(xué)誘變育種的方法。本章教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：輻射誘變常用的射線種類(lèi)、處理方法；影響誘變效果的因素。難點(diǎn)：誘變劑量的確定；誘變后代的鑒定與篩選。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)誘變育種的概念、特點(diǎn)及發(fā)展概況一、誘變育種的概念誘變育種(mutationbreeding):人為地利用物理和化學(xué)因素誘發(fā)植物產(chǎn)生遺傳性的變異，經(jīng)過(guò)人工選擇、鑒定，培育出新品種的方法。包括輻射育種和化學(xué)誘變育種。輻射育種(radiationbreeding):利用輻射(射線)誘發(fā)植物遺傳物質(zhì)發(fā)生變異,從中選擇培育新品種的方法。化學(xué)誘變育種(chemicalinducedmutationbreeding):利用化學(xué)誘變劑誘發(fā)植物產(chǎn)生遺傳變異，以選育新品種的技術(shù)。二、誘變育種的特點(diǎn)?突變率高，變異譜廣自發(fā)突變：突變頻率10-4?10-5；變異范圍狹窄。誘發(fā)突變：突變頻率3%；變異范圍廣，類(lèi)型多，甚至可以產(chǎn)生自然界尚未發(fā)現(xiàn)的新基因源。如四川省原子能研究所，采用Y射線處理菊花插條e花期從11月提前到4-10月。前蘇聯(lián)育種工作者，采用理化因素結(jié)合處理葡萄（137CsY射線照射種子+0.2%秋水仙素處理子葉期幼苗生長(zhǎng)點(diǎn)）e抗病性、枝型、葉形、果色、果形等大量的變異。誘變頻率為1%?3%。.可有效改良品種的單一性狀，保持其它優(yōu)良特性誘發(fā)突變多為點(diǎn)突變。?育種程序簡(jiǎn)單，變異穩(wěn)定快，育種年限短誘變多為一個(gè)主基因的改變，后代穩(wěn)定快。如一、二年生草花，F(xiàn)3可穩(wěn)定，3-4年即可出品種。園林植物多數(shù)采用無(wú)性繁殖，變異易固定。.打破原有的基因連鎖，有利于基因重組.克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性，改變植物育性?誘發(fā)突變的方向和性質(zhì)難以掌握，有利突變頻率較低突變位點(diǎn)隨機(jī)；突變方向偶然（有益或無(wú)益）.改良的性狀有限誘變往往是點(diǎn)突變，對(duì)某些受多基因控制的數(shù)量性狀改良作用不大。?變異性狀具不穩(wěn)定性誘發(fā)的突變有時(shí)會(huì)發(fā)生逆突變，使已產(chǎn)生的突變又恢復(fù)成原來(lái)的性狀。容易產(chǎn)生嵌合體，不利于性狀的穩(wěn)定。三、誘變育種的發(fā)展概況1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線1936年，WEDemol用X射線處理Tulip，經(jīng)10余年育成突變新品種'法臘迪'。1970年，全球誘變品種101個(gè)（觀賞植物38個(gè)）；1981年，518個(gè)（238個(gè)）1990年，1330個(gè)（407個(gè)）；1995年，1737個(gè)（465個(gè)）包括菊花（170多個(gè)）、大麗花、六出花、秋海棠、月季、杜鵑、百合、香石竹等。我國(guó)誘變育種起步于1956年，誘變育種的成績(jī)位居世界首位。至1998年底，育成新品種513個(gè)，其中觀賞植物近100個(gè)。包括菊花（30多個(gè)）、月季（40多個(gè)）、小蒼蘭、瓜葉菊、朱頂紅、美人蕉、紫羅蘭、金魚(yú)草、矮牽牛、杜鵑、唐菖蒲、荷花、梅花等。第二節(jié)輻射誘變的原理與方法一、射線的種類(lèi)及其特征電子束a射線B射線（特定時(shí)）〔帶電粒子円「粒子輻射＜

廣電篦輻射彳’不帶電粒子＜_八射線輻射線w電磁輻射*j非電離輻射——紫外純、激光.Y射線來(lái)源：60Co（半衰期5.3年）、137Cs（半衰期30年）、核反應(yīng)堆特點(diǎn)：一種高能電磁波（丙種射線）波長(zhǎng)短（10-8-10-11cm），穿透力強(qiáng)可同時(shí)處理大量材料.X射線來(lái)源：X光機(jī)特點(diǎn)：一種高能的電磁輻射放射出的X光子（倫琴射線）波長(zhǎng)較短（10-6-10-10cm），穿透力較強(qiáng)一次不能照射大量材料，誘變效果不及Y射線.B射線來(lái)源：32P、35S、電子加速器特點(diǎn)：帶負(fù)電的粒子流（乙種射線）穿透力較弱，a射線的穿透力更弱（一般不用）只用于內(nèi)照射（溶液浸種）?中子來(lái)源：核反應(yīng)堆、加速器、中子發(fā)生器特點(diǎn)：不帶電的粒子流依所帶能量大小分為：熱中子（1/41ev）、慢中子（1/41-100ev）、中能中子（0.1Kev-0.02Mev）、快中子（0.02-10Mev）、超快中子（〉10Mev）電離密度大，常引起大的變異.電子束來(lái)源：電子直線加速器特點(diǎn)：高能電子流（5-20Mev）；穿透力強(qiáng)（幾厘米）M1生物損傷輕，M2誘變效率高.激光來(lái)源：激光器（CO2激光器、N2激光器、紅寶石激光器、氬粒子激光器等）特點(diǎn)：一種中低能的電磁輻射（新光源）單色性、方向性、相干性好；非電離，激發(fā)作用?紫外線來(lái)源：紫外燈特點(diǎn)：一種低能的電磁輻射(1360-3900埃)；2500-2900埃誘變效果較好穿透能力極弱，非電離，激發(fā)作用；多用于處理花粉和微生物二、輻射誘變的機(jī)理?輻射對(duì)機(jī)體的作用直接作用射線直接擊中生物大分子，使其產(chǎn)生電離或激發(fā)，引起原發(fā)反應(yīng)。靶學(xué)說(shuō)間接作用射線作用于有機(jī)體的水，引起水的電離和激發(fā)，產(chǎn)生自由基，這些自由基再作用于生物大分子，導(dǎo)致突變的發(fā)生。輻射生物學(xué)作用的時(shí)相階段物理階段：輻射能量使生物體內(nèi)各種分子發(fā)生電離和激發(fā)；物理化學(xué)階段:發(fā)生電離和激發(fā)的分子通過(guò)一系列反應(yīng)產(chǎn)生許多化學(xué)性質(zhì)高度活潑的自由基；生物化學(xué)階段：自由基相互作用，并與周?chē)渌镔|(zhì)發(fā)生反應(yīng)，引起分子結(jié)構(gòu)的變化；生物學(xué)階段：細(xì)胞內(nèi)生化過(guò)程發(fā)生改變，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)各部分結(jié)構(gòu)及組成發(fā)生變化，包括染色體畸變和基因突變。.輻射對(duì)遺傳物質(zhì)的作用)輻射對(duì)染色體的作用引起染色體的斷裂和重排：導(dǎo)致染色體的缺失(deficiency)、重復(fù)(duplication)、倒位(inversion)、易位(translocation)等引起染色體數(shù)目的改變(非整倍體)）輻射對(duì)DNA的作用引起DNA鏈的斷裂和修復(fù)單鏈的斷裂與修復(fù)：超快修復(fù)（ligase）；快修復(fù)（polymeraseI+ligase）；慢修復(fù)（多種酶參加）雙鏈的斷裂與修復(fù)堿基的破壞與修復(fù)三、輻射誘變的優(yōu)點(diǎn)?變異頻率高，變異范圍廣，變異類(lèi)型多.可打破性狀連鎖遺傳，實(shí)現(xiàn)基因重組輻射可引起染色體的斷裂，實(shí)現(xiàn)雙親優(yōu)良性狀的重組.克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和性四、植物材料的輻射敏感性.概念：輻射敏感性（radiosensitivity）指植物材料對(duì)輻射反應(yīng)的快慢與強(qiáng)弱。.衡量植物材料輻射敏感性的指標(biāo)致死劑量（LD100）:輻射后引起全部植物材料死亡的最低劑量。半致死劑量（LD50）:輻射后引起50%植株死亡（與對(duì)照相比）的輻射劑量。臨界劑量（LD60）：輻射后成活率為對(duì)照40%的輻射劑量.影響輻射敏感性的因素）遺傳因素：不同的科、屬、種及品種，敏感性有差異。豆科植物〉禾本科〉十字花科二倍體植物比多倍體敏感。）不同的器官組織和不同分裂時(shí)期的細(xì)胞分生組織〉其它組織；性細(xì)胞〉體細(xì)胞；卵細(xì)胞〉花粉細(xì)胞；小抱子母細(xì)胞〉發(fā)育中的小抱子〉根尖分生組織）植物不同的發(fā)育階段及生理狀態(tài)萌動(dòng)的種子、枝條、鱗莖〉休眠的種子、枝條、鱗莖；配子體〉枝條〉種子；未成熟種子〉成熟種子；種子含水量低〉含水量高外界環(huán)境條件溫度：溫度降低，敏感性減弱氧氣：有氧〉無(wú)氧；無(wú)氧條件下，幼苗損傷與染色體畸變減少，突變率增加培養(yǎng)基的成分五、輻射誘變的處理方法1.外照射(exogenomeirradiation)指輻射源不進(jìn)入植物體內(nèi)，只是利用其射線(如x射線，Y射線，中子)從外部照射植物各個(gè)器官。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單安全；適于處理大量試材；可進(jìn)行一代照射和多代重復(fù)照射，一次照射和多次照射。根據(jù)照射時(shí)間的長(zhǎng)短可分為：急性照射(acuteirradiation):即快照射，采用較高的劑量率進(jìn)行短時(shí)間連續(xù)照射。慢性照射(chronicradiation):用低劑量率在植物的某一個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)照射，需要專(zhuān)門(mén)的田間輻射場(chǎng)。根據(jù)輻射材料的類(lèi)型主要有：)植株照射：對(duì)完整植株進(jìn)行輻射，如盆栽苗、田間苗等。)種子照射：可采用干種子、濕種子或萌動(dòng)種子進(jìn)行照射。多用干種子，并在干燥有氧條件下進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)處理大量種子；操作方便；便于貯藏、運(yùn)輸；受環(huán)境條件的影響較小。要求：種子預(yù)先精選，不含雜物；照射后及時(shí)播種，以免產(chǎn)生貯存效應(yīng)。)營(yíng)養(yǎng)器官照射：用枝條、塊莖、鱗莖、球莖、塊根、幼芽等進(jìn)行輻射處理。照射處于活躍狀態(tài)的新生組織，效果較好;受照射器官內(nèi)芽原基所含的細(xì)胞越少越好；組織充實(shí)、生長(zhǎng)健壯、芽眼飽滿的芽條，照射后易于成活。4）花粉照射先將花粉收集于容器內(nèi)，經(jīng)照射后立即授粉（適合花粉生活力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，花粉量大）；或者直接照射植株上的花粉（田間照射、上盆后進(jìn)行室內(nèi)照射、切花照射）。優(yōu)點(diǎn)：很少產(chǎn)生嵌合體）子房照射：自花授粉植物，人工去雄后照射e授粉；輻射劑量不宜過(guò)高）離體材料照射：?jiǎn)渭?xì)胞、愈傷組織、葉片等組織培養(yǎng)物。2.內(nèi)照射將放射性元素引入植物體內(nèi)，由其放射出的射線在體內(nèi)進(jìn)行照射。處理方法：）浸種法：將放射性同位素32P、35S等，配成一定比例濃度的溶液，浸泡種子或枝芽。）注射或涂抹法：用注射器將放射性溶液注入植株或枝條內(nèi)；或用放射性溶液涂抹葉片、枝條傷口等處。）喂飼法（施肥法）：將放射性同位素施于土壤或加入培養(yǎng)基中，經(jīng)根部吸收進(jìn)入體內(nèi)。六、誘變劑量的確定1?誘變劑量及其單位誘變劑量（induceddose）是指對(duì)植物材料進(jìn)行輻射誘變時(shí)使用的處理劑量。1）照射劑量照射量（X）:用于度量X射線和Y射線的劑量，指X射線或Y射線在單位質(zhì)量空氣中產(chǎn)生電離大小的物理量。SI單位c/kg，常用單位R。1R=2.58X10-4c/kg；1R=1g空氣吸收相當(dāng)于83erg（1erg=10-7J）的能量。

粒子注量（積分流量）：指輻射場(chǎng)中通過(guò)與輻射方向垂直的單位面積的粒子數(shù)。單位：n/cm2。常用來(lái)度量中子的輻射量。2）吸收劑量（D）指單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)實(shí)際吸收的輻射能量。SI單位Gy（=J/kg），常用單位rad。lGy=100rad3）放射性強(qiáng)度用來(lái)衡量輻射源的輻射強(qiáng)度，以放射性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)目來(lái)表示。SI單位：Bq（貝克），常用單位：Ci（居里）。lBq=2.073X10-11Ci；lCi=3.7X1010個(gè)核發(fā)生衰變/秒4）劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)被照射植物材料所受的照射劑量或吸收劑量。照射量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的照射量。單位：c/kg?s,R/h,R/min,R/s粒子注量率（通量密度）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的粒子注量。單位：n/cm2?s吸收劑量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的吸收劑量。單位：Gy/min,Gy/s,rad/h,rad/min,rad/s2.適宜誘變劑量與劑量率的確定通常采用半致死劑量（LD50）或臨界劑量;但也有人建議，將植物的成活率60%75%時(shí)所對(duì)應(yīng)的輻射劑量定為最適劑量。劑量率多在50-200R/min較好干種子：60-100R/min左右；花粉：10R/min左右常見(jiàn)園林植物的適宜誘變劑量見(jiàn)表8-1。表8-1常見(jiàn)園林植物輻射誘變適宜劑量表植輻射射植輻射射劑量物材料線種(krad)種類(lèi)植物輻射劑量種類(lèi)射線種(krad)材類(lèi)類(lèi)料花菊嫩莖X0.8?0.9秋海棠葉X2?3花菊發(fā)根插條Y1?3毛葉秋海棠葉不定芽插Y10花菊發(fā)根插條快中子0.3?0.5落地生根葉X2花菊組培芽點(diǎn)Y1?3落地生根苗幼X，Y1.5?2洲菊非幼株X1?6阿美尼亞麝香蘭片葉X1?1.5麗菊大新收獲塊根X2?3阿美尼亞麝香蘭莖隣X3?5斯菊波發(fā)根插條Y1?2花葉蘭子種X0.3?0.4線菊繡干種子Y2美人蕉（2x）莖根Y2薇屬薔一年生植株X8?9美人蕉（3x）莖根Y>2.7

薇屬薔幼嫩休眠枝Y412小蒼蘭莖球X2?5薇屬薔夏芽Y2?4虎眼萬(wàn)年青片葉X1薇屬薔休眠芽Y4^?12虎眼萬(wàn)年青片葉Y0.3?0.5鵑杜發(fā)根插條、幼株,X4?6蔥蘭莖隣Y1.2v5鵑杜發(fā)根幼嫩枝條Y1?3鐵線蓮屬根插條生X0.2?0.5菖蒲唐鱗莖X4虎耳草屬根插條生X0.05?0.4菖蒲唐鱗莖Y2.5藏紅花屬收獲塊莖新X1?1.5菖唐休眠鱗莖Y5?2.0連翹屬根生X4?8

蒲插條客來(lái)仙球莖Y1金蓮花屬株直X2?3客來(lái)仙種子X(jué)9?10綿刺兒屬葉X0.1?0.5信風(fēng)鱗莖（挖出數(shù)周）X0.3綿刺兒屬莖隣X0.5?信風(fēng)鱗莖（挖出數(shù)周）Y0.1綿紫蘇條插X(qián)0.2?信風(fēng)休眠鱗莖Y2?5常春藤條插X(qián)V5金香郁剛收獲小鱗莖X0.4一品紅根插條發(fā)X3?4金香郁大鱗莖X0.5丁香屬株直X3金香郁休眠鱗莖Y2?5扶桑根插發(fā)X10?20

條水仙黃鱗莖片X0.4?0.5龍舌蘭子種X6?8水仙黃鱗莖X0.7?0.8小檗種干X>60尾蔦新收獲鱗莖,X1茶條槭種干X15合百鱗莖片X0.25懸鈴木種干Y6香晚鱗莖Y2懸鈴木根插條發(fā)Y2?4竹石發(fā)根插條Y4?6大葉椴種干X30香石竹麝插條X6?12歐洲椴種干X30洲苣非葉柄X1.5忍冬種干X>15

苔洲苣苔非葉Y3沙棘種干X10洲苣苔非組培芽點(diǎn)X5銀槭種干X10寒苣苔耐葉Y2?4石榴種干X10寒苣苔耐葉X1?2灰青楊種干X1?5望角苣苔好葉X3香椿種干X1?2瓣綠屬豆葉X2?3歐洲赤松種干X1.5?5瓣豆組培芽點(diǎn)Y5遼東樺種干X5綠屬子出花六幼株根莖（2x）X0.35?0.5櫻桃眠接穗休X3?5出花六幼株根莖（3x）X0.5?0.7毛樺種干XV10竺葵天植株X1?1.25第三節(jié)化學(xué)誘變的原理與方法一、化學(xué)誘變劑的種類(lèi)及其作用機(jī)理?烷化劑類(lèi)）烷基磺酸鹽類(lèi)（-SO2OR）和烷基硫酸鹽類(lèi)（-SO4R）甲基磺酸乙酯（EMS）：CH3SO2OC2H5；乙基磺酸乙酯（EES）：C2H5SO2OC2H5甲基磺酸甲酯（MMS）：CH3SO2OCH3；硫酸二乙酯（DES）：SO2（0C2H5）2硫酸二甲酯（MES）：SO2（OCH3）22）芥子氣類(lèi)硫芥：-S-CH2-CH2Cl；氮芥：〉NCH2-CH2Cl）乙烯亞胺（-N〈CH2CH2）和環(huán)氧乙烷類(lèi)（-CH〈OCH2）乙烯亞胺（EI）：CH2-CH2；環(huán)氧乙烷：CH2-CH2NHO環(huán)氧丙烷：CH3CHCH2>0）亞硝基烷基化合物（R1-N〈R2NO）：亞硝基乙基脲（NEH）：OHC2H5>N-CONH2亞硝基乙基脲烷（NEU）：ONC2H5>N-COOC2H5烷化劑的誘變機(jī)理:這些烷化劑帶有一個(gè)或多個(gè)活性烷基，它們能置換DNA分子的H原子（烷化作用），改變基因的分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致突變。.核酸堿基類(lèi)似物5-溴尿嘧啶（5-BU）:取代DNA中的嘧啶，可以同A和G配對(duì)2-氨基嘌吟（AP）:取代DNA中的嘌吟，可以同C和T配對(duì).吖啶類(lèi)（嵌入劑）吖啶黃（acridineyellow），吖啶橙，原黃素（proflavin），ICR-170嵌入DNA分子雙鏈中心的堿基之間，引起單一核苷的缺失或插入e遺傳密碼編組的移動(dòng)（移碼突變）e轉(zhuǎn)錄和翻譯的錯(cuò)誤，產(chǎn)生突變。.無(wú)機(jī)類(lèi)化合物：HN02、H202、CuS04等?簡(jiǎn)單有機(jī)類(lèi)化合物抗生素（絲裂霉素C、鏈霉素）、重氮絲氨酸等引起染色體的斷裂.其它誘變劑羥胺（HA）:作用于C，使其氨基變成羥基，與A配對(duì)，G-CeA-T秋水仙素：誘導(dǎo)染色體數(shù)目的變異二、化學(xué)誘變的優(yōu)點(diǎn).操作簡(jiǎn)便，成本較低.誘變效果具有一定的專(zhuān)一性.破壞性較小，多引起基因的點(diǎn)突變?nèi)?、化學(xué)誘變的處理方法.前處理處理前用清水浸泡植物材料，如種子、鱗莖等，提高敏感性。.藥劑處理）浸漬法：浸泡種子、接穗、插條、塊莖、鱗莖、塊根等，也可將開(kāi)花的花枝剪下插入藥劑，吸收一定量后，開(kāi)花時(shí)收集其花粉。）涂抹法和滴液法：用脫脂棉或紗布蘸取藥劑涂抹植株、枝條、塊莖等的生長(zhǎng)點(diǎn)或芽眼，或用吸管吸取藥液滴于材料的頂芽或側(cè)芽。）注入法：利用注射器注入誘變劑溶液或用浸透誘變劑溶液的棉球包縛在莖的切口處，將藥劑引入到植株、花序或枝條等。）熏蒸法：針對(duì)產(chǎn)生蒸氣的誘變劑而言。將花粉或花序置于密封潮濕的小箱中，使藥劑蒸氣對(duì)其進(jìn)行熏蒸。）施入法：在生長(zhǎng)基質(zhì)中加入一定濃度的誘變劑，由根吸收或通過(guò)簡(jiǎn)單的滲透擴(kuò)散作用進(jìn)入植物體內(nèi)。.后處理通過(guò)漂洗等終止誘變劑的作用。四、影響化學(xué)誘變效應(yīng)的因素.誘變劑的濃度和處理時(shí)間.溫度溫度較高可提高誘變劑在植物體內(nèi)的反應(yīng)效力。?溶液pH值?不同植物材料的敏感性不同第四節(jié)誘變材料的選擇及突變體的鑒定、篩選一、誘變材料的選擇.選用綜合性狀優(yōu)良的品種.選擇雜合度高的材料.選擇易產(chǎn)生不定芽的材料。如離體葉片：非洲紫羅蘭、豆瓣綠、天竺葵等；鱗莖片：百合、朱頂紅、郁金香、風(fēng)信子等；莖芽：菊花、一品紅等。.盡可能選用單細(xì)胞或單倍體