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1、第十六章 诱变育种,本章要点,诱变育种的特点与类别诱变育种的作用机理辐射诱变育种和化学诱变育种空间诱变育种及离子注入诱变育种诱变育种后代选育技术,诱变育种（imutation breeding），又称引变育种或突变育种，是人为的利用理化因素，诱发生物体产生遗传物质的突变，经分离、选择、直接或间接地培育新品种的育种途径。,第一节 诱变育种的意义及类别,一、诱变育种的意义提高突变频率，扩大突变谱能改良品种单一不良性状缩短育种年限克服缘杂交不亲和性，改变自交亲和性诱变育种是园林植物育种的有效方法突变方向和性质不易控制,二、诱变育种的类别,物理诱变：主要指利用辐射射线诱发基因突变和染色体变异。按射线性
2、质可分为：电磁辐射和粒子辐射。射线作用方式分成：电离辐射和非电离辐射。2.化学诱变 是应用有关化学物质诱发基因和染色体变异。,第二节 辐射诱变育种,一、射线的种类及其特性1.射线2.X射线3.射线4.射线5.中子6.激光7.紫外线,二、辐射剂量和剂量单位,1.辐射剂量和辐射剂量率辐射剂量是对辐射能的度量，符号为X，只适用于X射线和射线。是X射线和射线在单位质量空气中相互作用而释放出来的所有次级电子，当它们能完全被阻止在空气中时，在空气中产生同一种符号的离子的总电荷量dQ。辐射剂量的法定剂量单位是C/kg（库伦/千克）。辐射剂量率是指单位时间内的辐射量。,2.吸收剂量和吸收剂量率,吸收剂量是指受
3、照射物体某一点上单位质量中所吸收的能量值。符号为D，它适用于射线、射线、中子等任何电离辐射。吸收剂量的法定计量单位是Gy（Gray，戈瑞），其定义为1kg任何物体吸收电离辐射1J（Joule，焦耳）的能量称为1Gy。吸收剂量率P是指单位时间（t）内的吸收剂量D。,3 粒子的注量（积分流量）和注量率,采用中子照射植物材料时，有的用吸收剂量Gy、rad表示，有的则以在某一中子“注量”之下照射多少时间表示。所谓注量是单位截面积内所通过的中子数，通常以n/cm2（中子数/平方厘米）表示。4 放射性强度单位放射性强度是以放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目来表示，即放射性物质在单位时间内发生的核衰变数
4、目愈多，其放射强度就愈大。放射性强度的法定计量单位是Bq（贝可），其定义是放射性核衰变每秒衰变一次为1Bq。,三、辐射诱变的作用机理,1.辐射生物学作用的时相阶段（1）物理阶段。（2）物理化学阶段。（3）生物学阶段。2.辐射对细胞、染色体及DNA的作用（1）直接效应和间接效应。（2）辐射对细胞的作用。（3）辐射对染色体的作用。（4）辐射对DNA的作用。,3.辐射生物学作用的特点 生物分子的损伤是导致最终生物效应的关键。其中重要的是生物大分子，尤其是核酸的损伤。DNA双链的断裂是决定性的损伤类型。代谢是分子损伤发展到最终生物学效应的必由之路。生物体的代谢是有严格的时空顺序的，辐射只要使其中一个环
5、节受损，整个代谢过程就会出现问题。最终生物学效应是辐射损伤与修复的统一。修复在整个辐射生物学效应中起着重要作用，突变的产生实际上是对DNA损伤错误修复的结果。,4.辐射敏感性（radiosensitivity）：指植物对相同剂量辐射的反应早晚与程度不同。致死剂量（LD100）：使被照射材料全部丧失活力的最低辐射剂量。半致死剂量（LD50）：是使被照射材料成活率为对照50的辐射剂量。半致矮剂量（D50）：使被照射材料生长量为对照50%的辐射剂量。临界剂量（LD60）：是使被照射材料成活率或生长量为对照40的辐射剂量。,（1）植物不同种类或不同品种对辐射的敏感性不同。（2）植物的辐射敏感性与分生组
6、织细胞中间期染色体体积关，植物的中期染色体越大就越敏感。（3）在同种不同倍数之间，辐射敏感性的一般表现为多倍体比二倍体更弱。（4）植物组织器官、发育阶段和生理状态不同，对辐射的敏感性存在很大的差异。,四、辐射诱变的方法,1.辐射诱变材料的选择 原则：根据育种目标选择辐射材料。辐射材料必须是综合性状优良而只具有一二个需要改进的缺点为了增加辐射育种成功的机会，选用的处理材料应避免单一化。适当选用单倍体、多倍体作诱变材料。用单倍体作诱变材料，发生突变后易于识别和选择。,2.适宜剂量（率）的确定,选用适宜剂量可根据“活、变、优”三原则灵活掌握。“活”是指后代有一定的成活率；“变”是指在成活个体中有较大
7、的变异效应；“优”是指产生的变异中有较多的有利突变。,3.辐照方法,（1）外照射植物材料处理的部位。种子、营养器官、植株、花粉和子房、离体培养材料。外照射的类型急性照射慢性照射重复照射,（2）内照射概念：内照射是指把某种放射性同位索引入被处理的植物体内进行内部照射。优点：内照射具有剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等。处理方法：浸泡法。注射或涂抹法。饲喂法（施肥法）,第三节 化学诱变育种,一、化学诱变育种的概念及其特点概念：应用特殊的化学物质诱发基因突变和染色体变异，从而获得突变体，进而选择出符合育种目标的新品种的育种方法。特点：穿透性差，对于有鳞片和茸毛包裹严密的芽，诱变效果往
8、往不理想。能诱发更多的基因点突变。不同药剂对不同植物、组织或细胞甚至染色体节段或基因的诱变作用有一定的专一性。变异频率高于辐射诱变35倍。使用方便、成本低廉。,二、化学诱变剂的种类及其作用机理,1.烷化剂借助于磷酸基、嘌呤、嘧啶基的烷化而与DNA或RNA起作用，进而导致遗传密码的改变。（1）烷基磺酸盐和烷基硫酸盐类（2）亚硝基烷基化合物（3）次乙亚胺和环氧乙烷类（4）芥子气类,2.核酸碱基类似物在不妨碍DNA复制的情况下，作为组成DNA的成分而掺入DNA中，由于其与正常碱基不同，造成碱基错配，而引起突变。常用的有5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR），它们是胸腺嘧啶（T）的类似物，
9、化学结构式与胸腺嘧啶极为近似。由于这个特点，5-BU便能够替代胸腺嘧啶掺入DNA链。2-氨基嘌呤（AP），是腺嘌呤（A）的类似物；马来酰肼（MH），是尿嘧啶（U）的异构体。,3.其他诱变剂某些脱氨剂是有效的诱变剂，如亚硝酸（HNO2）在pH=5以下的缓冲液中，能使DNA分子的A、C、G脱去氨基，使核酸碱基发生结构和性质改变，造成DNA复制紊乱。羟胺（NH2OH）、吖啶（氮蒽）、叠氮化钠（NaN3）等物质，均能引起染色体畸变和基因突变。,三、化学诱变的方法,1.操作步骤和处理方法药剂配制材料预处理药剂处理药剂处理后的漂洗2.影响化学诱变效应的因素（1）药剂浓度和处理时间（2）温度（3）溶液pH及
10、缓冲液的作用,第四节 空间诱变及离子注入,一、概念：空间诱变育种，简称空间育种，又称太空育种、航天育种，是利用卫星飞船等返回式航天器将植物的种子、组织、器官或个体（如试管苗）搭载到宇宙空间，在太空诱变因子的作用下，使植物材料发生有益的遗传变异，经地面繁殖、栽培、测试、筛选新种质，培育新品种的育种技术。,二、空间诱变育种的特点,变异幅度大，变异频率高，有益突变多。传统辐射诱变的有益变异率仅为0.10.5，而空间诱变的有益变异率高达15；生理损伤轻，致死变异少，诱变效率高；变异性状稳定较快，大多到SP4代（甚至SP3）即可稳定，而常规辐射诱变则需要68代；不存在生物安全性的问题，容易被公众认可。与
11、转基因技术相比，空间诱变产生的变异是DNA内部发生重组、突变产生的，属于内源基因的改良，没有外源基因的导人，。,三、空间诱变的原理,1.空间辐射2.微重力四、空间诱变育种方法 材料的选择材料的预处理空间搭载材料返回后的处理空间诱变后代的选育,第五节 诱变后代的选育,一、处理材料的选择根据育种目标选用具有不同特点的材料诱变选用的材料应避免单一化处理的亲本材料综合性状应优良，而只具有一两个需要改进的缺点适当选用单倍体、原生质体等作诱变材料，发生突变后易于识别和选择。,二、分离世代群体数量的估计,对于单基因突变，假定其突变率为u，至少要发生一个突变的几率水平为p1，则被鉴定的处理细胞数目n，可以下列
12、公式算出：n=lg(1-p1)/lg(1-u)2.突变可在被诱变细胞后代中发现，而二倍体植物存在的隐形突变体在M2才能表现出来。如果处理材料具有50%的致死效应，则2n值代表提供株系所需要的M1植株数。每个M2株系的植株数（m），是由分离比例（a）及至少能产生一个纯和突变体的几率（p2）来决定的。用下面的公式：m=lg(1-p2)/lg(1-a),三、突变体鉴定和选择,形态鉴定实验室鉴定遗传学鉴定生物化学鉴定抗性突变体的离体筛选鉴定,四、有性繁殖园林植物诱变后代的选育,M1的种植和采种M2代的种植和选择M3代的种植和选择,五、无性繁殖园林植物诱变后代的选育,无性繁殖植物在诱变育种中存在着如下问
13、题：第一，嵌合体的干扰；第二，与种子繁殖的植物相比，处理群体小；第三，田间评选优良基因型需要较长时间。2.一般园林植物休眠芽的基部叶原基中，叶腋分生组织的细胞数目少，经诱变处理可产生突变谱较宽的扇形突变体；突变的细胞能否有机会通过萌芽而参与枝条形成，是突变体分离的关键。必须采取分离技术（分离繁殖、不定芽技术、组织培养技术）使突变体有机会显现或扩大。,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。23.3.1923.3.19Sunday,March 19,20232、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。06:02:5406:02:5406:023/19/2023 6:02:54 AM3、越是没有本
14、领的就越加自命不凡。23.3.1906:02:5406:02Mar-2319-Mar-234、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。06:02:5406:02:5406:02Sunday,March 19,20235、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。23.3.1923.3.1906:02:5406:02:54March 19,20236、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2023年3月19日星期日上午6时2分54秒06:02:5423.3.197、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2023年3月上午6时2分23.3.1906:02March 19,20238、业余生活要有意
15、义，不要越轨。2023年3月19日星期日6时2分54秒06:02:5419 March 20239、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午6时2分54秒上午6时2分06:02:5423.3.1910、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。3/19/2023 6:02:54 AM06:02:542023/3/1911、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。3/19/2023 6:02 AM3/19/2023 6:02 AM23.3.1923.3.1912、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。19-Mar-2319 March 202323.3.1913、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Sunday,March 19,202319-Mar-2323.3.1914、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。23.3.1906:02:5419 March 202306:02,谢谢大家,
