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1、第十二章第十二章 诱变诱变育种育种mutation breeding 孙 胜2009-6山西农业高校-园艺植物育种学概念概念l诱变育种：用各种物理的或化学的手段，人诱变育种：用各种物理的或化学的手段，人工诱发有机体产生遗传物质的变异，并经过工诱发有机体产生遗传物质的变异，并经过人工选择、鉴定，培育所创建新品种的育种人工选择、鉴定，培育所创建新品种的育种途径。也叫突变育种或引变育种。途径。也叫突变育种或引变育种。l特点：特点：l突破原有基因、基因库限制突破原有基因、基因库限制l用各种物理、化学和生物因素或复合因素诱用各种物理、化学和生物因素或复合因素诱发基因突变发基因突变l丰富种质资源以选育新品
2、种丰富种质资源以选育新品种发展简史l诱变育种起始于诱变育种起始于2020世纪世纪2020年头末。年头末。l最早发觉最早发觉x x射线和化学药剂可提高基因突变频率。射线和化学药剂可提高基因突变频率。l2020世纪世纪5050年头，辐射育种技术兴起，并在园艺植物育种方年头，辐射育种技术兴起，并在园艺植物育种方面得到有效利用。面得到有效利用。l据据FAO/IAEAFAO/IAEA统计资料，通过诱变育种获得的果树新品种数统计资料，通过诱变育种获得的果树新品种数量在近二十年内急剧增长。到量在近二十年内急剧增长。到19931993年时，总计育成各种果年时，总计育成各种果树品种树品种4141个（不包括我国的
3、），其中苹果个（不包括我国的），其中苹果9 9个，欧洲甜樱个，欧洲甜樱桃桃8 8个，欧洲酸樱桃个，欧洲酸樱桃4 4个，桃、石榴、葡萄、柚、橙、枣各个，桃、石榴、葡萄、柚、橙、枣各2 2个，枇杷、无花果、香蕉、杏、黑穗醋栗、醋栗、油橄个，枇杷、无花果、香蕉、杏、黑穗醋栗、醋栗、油橄榄、扁桃及木瓜各榄、扁桃及木瓜各1 1个，涉及个，涉及1919个果树品种。个果树品种。l我国自我国自6060年头起先果树诱变育种，至年头起先果树诱变育种，至9090年头共育成年头共育成1010个品种个品种l中国农科院柑桔探讨所中国农科院柑桔探讨所-418-418红桔、中育红桔、中育7 7号、中育号、中育8 8号号l西新
4、广农场西新广农场-新光雪橙新光雪橙l青海农科院园艺所青海农科院园艺所-东垣红苹果东垣红苹果l内蒙古园艺所内蒙古园艺所-梨品种梨品种 朝辐朝辐1 1号、号、2 2号、号、1010号、号、1111号号 和和 辐射辐射向阳红向阳红。l可见，诱变育种在创建园艺植物品种方面还是有很大潜力的可见，诱变育种在创建园艺植物品种方面还是有很大潜力的第一节第一节 诱变育种的意义和类别诱变育种的意义和类别一、意义一、意义一、意义一、意义1.1.1.1.改良单基因限制的性状改良单基因限制的性状改良单基因限制的性状改良单基因限制的性状2.2.2.2.提高突变频率提高突变频率提高突变频率提高突变频率3.3.3.3.丰富原
5、有的基因库丰富原有的基因库丰富原有的基因库丰富原有的基因库4.4.4.4.变更植物的育性变更植物的育性变更植物的育性变更植物的育性5.5.5.5.变更植物有性交配的亲和性变更植物有性交配的亲和性变更植物有性交配的亲和性变更植物有性交配的亲和性6.6.6.6.缩短养分系品种的育种年限缩短养分系品种的育种年限缩短养分系品种的育种年限缩短养分系品种的育种年限1.1.改良单基因限制的性状改良单基因限制的性状l诱变育种适于进行个别性状的改良诱变育种适于进行个别性状的改良品种修缮品种修缮l很多优良品种，只是个别性状存在缺陷。在杂交育种时，很多优良品种，只是个别性状存在缺陷。在杂交育种时，基因会发生分别和重
6、组，有时会引起优良性状组合的解体。基因会发生分别和重组，有时会引起优良性状组合的解体。另一方面，由于基因间的连锁关系，可能引起优良性状夹另一方面，由于基因间的连锁关系，可能引起优良性状夹带不良性状。带不良性状。l诱变处理，可产生点突变（诱变处理，可产生点突变（point mutation），可变更品），可变更品种的个别不良性状。对高度杂合的无性繁殖的园艺植物更种的个别不良性状。对高度杂合的无性繁殖的园艺植物更有意义。有意义。应用原则：应用原则：l如：辐射诱变得到的苹果如：辐射诱变得到的苹果短枝型短枝型突变体，既保留了原品突变体，既保留了原品种的优良性状，又获得了矮化型变异。种的优良性状，又获得
7、了矮化型变异。2.2.提高突变频率提高突变频率l辐射诱变，可使变异频率较自然变异（一般是万分辐射诱变，可使变异频率较自然变异（一般是万分之几至十万分之几）提高之几至十万分之几）提高1001000倍，为选择供应倍，为选择供应了丰富的材料了丰富的材料3.3.丰富原有的基因库丰富原有的基因库l变异的类型多、范围广（有形态变异、结构变异、变异的类型多、范围广（有形态变异、结构变异、生理生化变异等生理生化变异等l果树、蔬菜类，要求获得果实或养分体的综合性果树、蔬菜类，要求获得果实或养分体的综合性状好，而欣赏植物的花、叶、果都有欣赏价值，状好，而欣赏植物的花、叶、果都有欣赏价值，只要叶型、花型、花色、株型
8、等发生突变，都能只要叶型、花型、花色、株型等发生突变，都能构成欣赏效果。所以，欣赏植物诱变育种更易收构成欣赏效果。所以，欣赏植物诱变育种更易收到效果。到效果。l另外，对于不能用种子繁殖的无性繁殖植物，诱另外，对于不能用种子繁殖的无性繁殖植物，诱变育种供应了一条有效途径。变育种供应了一条有效途径。4.4.变更植物的育性变更植物的育性l花粉污染问题花粉污染问题辐射诱变不育系辐射诱变不育系西伯利亚百合西伯利亚百合 东方百合东方百合 5.5.变更植物有性交配的亲和性变更植物有性交配的亲和性l自交不亲和自交不亲和诱变自交亲和诱变自交亲和解决果树授粉问题解决果树授粉问题l花粉、花器官辐射处花粉、花器官辐射
9、处克服远缘杂交不克服远缘杂交不亲和亲和6.6.缩短养分系品种的育种年限缩短养分系品种的育种年限l尤其是对童期长、高度杂合、可进行无性繁殖的尤其是对童期长、高度杂合、可进行无性繁殖的果树，可省去杂交、播种等困难程序以及漫长的果树，可省去杂交、播种等困难程序以及漫长的童期等待过程。童期等待过程。l对诱变处理后发觉的优良性状，可通过嫁接等方对诱变处理后发觉的优良性状，可通过嫁接等方法固定，并进行鉴定。法固定，并进行鉴定。l果树杂交育种，一般果树杂交育种，一般20-30年；年；l辐射诱变，一般辐射诱变，一般10年左右。年左右。局限性l变异的方向和性质难以驾驭变异的方向和性质难以驾驭l诱变产生的突变多为
10、劣变，有利变异很少。诱变产生的突变多为劣变，有利变异很少。l变异的方向和性质很难进行有效的预料和限制。变异的方向和性质很难进行有效的预料和限制。二、二、诱变诱变育种的成就育种的成就l诱变诱变育种用于花卉育种的最多育种用于花卉育种的最多l核技核技术术的的发发展和新化学展和新化学诱变剂诱变剂的的发觉发觉诱变诱变育种得到育种得到较为较为广泛的广泛的应应用。用。l无性繁殖植物占比重大。无性繁殖植物占比重大。早乔纳金早乔纳金l山东青岛市农科所山东青岛市农科所19811981年用快中子处理乔纳金休眠年用快中子处理乔纳金休眠枝诱变育成。枝诱变育成。l生长习性与乔纳金基本一样，生长势较弱。早果性生长习性与乔纳
11、金基本一样，生长势较弱。早果性强，风味同乔纳金，品质上，果实成熟期强，风味同乔纳金，品质上，果实成熟期9 9月上旬，月上旬，正值中秋佳节上市。正值中秋佳节上市。金二十世纪梨金二十世纪梨l属砂梨系统，又名王子二十世纪属砂梨系统，又名王子二十世纪l该品种系日本育种家西田光夫先生通过二十世纪该品种系日本育种家西田光夫先生通过二十世纪梨进行辐射诱变成培育成的最新品种梨进行辐射诱变成培育成的最新品种l于于19901990年正式命名，并获日本农林水产省种苗登年正式命名，并获日本农林水产省种苗登记。我国于记。我国于19921992年引入，经年引入，经8 8年视察，专家评议认年视察，专家评议认为是今后梨树发展
12、极有希望的新品种为是今后梨树发展极有希望的新品种三、三、诱变诱变育种的育种的类别类别l1、物理、物理诱变诱变l2、化学、化学诱变诱变l3、其他因素、其他因素1、物理、物理诱变诱变l辐辐射射诱变诱变电电离离辐辐射射l电电离离辐辐射：穿透力很射：穿透力很强强的高能的高能辐辐射，穿射，穿过过介介质时质时使使介介质发质发生生电电离，具有特殊的生物学效离，具有特殊的生物学效应应lX射射线线、射射线线、粒子、中子、激光粒子、中子、激光l离子注入离子注入lN+、C+、Ag+、Ar+低能离子低能离子l太空太空诱变诱变变变异幅度大、异幅度大、频频率高，率高，稳稳定快定快l极端温度（极端低温）极端温度（极端低温）
13、l极地和高寒地极地和高寒地带带植物突植物突变变率高率高l l太空育种太空育种太空育种太空育种是利用太空是利用太空是利用太空是利用太空环环环环境的高真空、微重力、境的高真空、微重力、境的高真空、微重力、境的高真空、微重力、强强强强辐辐辐辐射、交射、交射、交射、交变变变变磁磁磁磁场场场场及其它因素的及其它因素的及其它因素的及其它因素的综综综综合作用，致使植物体合作用，致使植物体合作用，致使植物体合作用，致使植物体内染色体等内染色体等内染色体等内染色体等遗传遗传遗传遗传物物物物质发质发质发质发生突生突生突生突变变变变，从中，从中，从中，从中选择优选择优选择优选择优良的突良的突良的突良的突变变变变个体
14、。个体。个体。个体。l l大青大青大青大青杨杨杨杨太空育种主要是解决耐寒性和速生性的太空育种主要是解决耐寒性和速生性的太空育种主要是解决耐寒性和速生性的太空育种主要是解决耐寒性和速生性的问题问题问题问题。前。前。前。前苏苏苏苏联联联联曾做曾做曾做曾做过类过类过类过类似的太空育种，其速生性提高似的太空育种，其速生性提高似的太空育种，其速生性提高似的太空育种，其速生性提高3030。l l据了解，大青据了解，大青据了解，大青据了解，大青杨杨杨杨是生是生是生是生长长长长在中国在中国在中国在中国东东东东北小北小北小北小兴兴兴兴安岭的一种安岭的一种安岭的一种安岭的一种杨树杨树杨树杨树。这这这这300030
15、00粒粒粒粒树树树树种种种种总总总总重只有重只有重只有重只有2 2克，被包装在克，被包装在克，被包装在克，被包装在3 3个个个个试试试试管中，管中，管中，管中，20022002年年年年1212月月月月3030日随神舟四号日随神舟四号日随神舟四号日随神舟四号飞飞飞飞船升空，船升空，船升空，船升空，经过经过经过经过160160多小多小多小多小时时时时的太空遨的太空遨的太空遨的太空遨游，于游，于游，于游，于20032003年年年年1 1月月月月5 5日返回地面。日返回地面。日返回地面。日返回地面。l l航天育种培育出高航天育种培育出高航天育种培育出高航天育种培育出高产产产产太空椒太空椒太空椒太空椒.
16、l l利用利用利用利用卫卫卫卫星搭星搭星搭星搭载农载农载农载农作物种子，开展空作物种子，开展空作物种子，开展空作物种子，开展空间间间间育种技育种技育种技育种技术术术术探探探探讨讨讨讨和探究，和探究，和探究，和探究，是是是是发发发发呈呈呈呈现现现现代代代代农业农业农业农业的一的一的一的一项项项项全新全新全新全新尝试尝试尝试尝试。l l黑黑黑黑龙龙龙龙江省江省江省江省农业农业农业农业科学院园科学院园科学院园科学院园艺艺艺艺分院生物技分院生物技分院生物技分院生物技术术术术中心接受航空中心接受航空中心接受航空中心接受航空诱变诱变诱变诱变育种途径培育而成的高育种途径培育而成的高育种途径培育而成的高育种途
17、径培育而成的高产产产产太空椒。太空椒。太空椒。太空椒。2、化学、化学诱变诱变l概念概念应应用特殊的化学物用特殊的化学物质诱发质诱发基因突基因突变变l 和染色体和染色体变变异。异。l效效应应诱导诱导多倍体（倍性育种）；多倍体（倍性育种）；l 诱发诱发基因突基因突变变；l 诱发诱发染色体断裂。染色体断裂。l化学化学药剂药剂烷烷化化剂类剂类、碱基、碱基类类似物等。似物等。l作用机理作用机理参与参与细细胞内生化反胞内生化反应应而起作用而起作用 3.其它因素其它因素l自体突自体突变变现现象象l月月见见草种子老化能增加突草种子老化能增加突变变率率l金金鱼鱼草缺乏某些养分元素会引起突草缺乏某些养分元素会引起
18、突变变l组组培再生植株突培再生植株突变频变频率高率高l陈陈种子种子诱发诱发突突变变生物体或生物体或细细胞内部因素胞内部因素其次其次节节 辐辐射射诱变诱变l一、一、辐辐射源和射源和辐辐射射剂剂量量l二、二、辐辐射射诱变诱变机理机理l三、三、辐辐射射处处理的方法理的方法一、一、辐辐射源和射源和辐辐射射剂剂量量l（一）（一）辐辐射源射源l1.X射射线线：X光机光机l2.射射线线：60钴钴、137铯铯及核反及核反应应堆堆l3.粒子粒子：32磷、磷、35硫硫l4.中子中子：核反：核反应应堆、加速器或中子堆、加速器或中子发发生器生器l5.激光：激光：激光器激光器l6.紫外紫外线线（UV）：）：紫外灯紫外灯
19、（二）（二）辐辐射射剂剂量量l剂剂量量单单位位l对辐对辐射射测测量的方式量的方式l对辐对辐射在空气中的效射在空气中的效应应的的测测量量辐辐射量射量l对对被照射物被照射物质质所吸取能量的所吸取能量的测测量量吸取吸取剂剂量量l对辐对辐射源本身的射源本身的测测量量放射性放射性单单位位强强度度l剂剂量率量率单单位位时间时间所所辐辐射或吸取的射或吸取的剂剂量量l1.辐辐射射剂剂量和量和辐辐射射剂剂量率：量率：l符号符号X；适用于；适用于X射射线线、射射线线l单单位：位：C/kg；剂剂量率：量率：C/(kgs)l2.吸取吸取剂剂量和吸取量和吸取剂剂量率：量率：l符号符号D；适用于；适用于、中子等任何、中子
20、等任何电电离离辐辐射；射；l单单位：位：Gy（戈瑞）；（戈瑞）；1 Gy=1J/kg；l剂剂量率：量率：Gy/h、Gy/min、Gy/sl3.粒子注量和注量率：粒子注量和注量率：l1）Gy表示；表示；2）注量：）注量：n/cm2；注量率：；注量率：n/（cm2。s）l4.放射性放射性强强度：度：lBq（贝贝可）可）单单位位时间时间内核衰内核衰变变数目数目（二）（二）辐辐射射剂剂量量l（一）（一）辐辐射生物学作用的射生物学作用的时时相相阶阶段段l（二）（二）辐辐射射对对染色体和染色体和DNA的作用的作用l（三）植物（三）植物对辐对辐射射损伤损伤的修复的修复l（四）（四）辐辐射敏感性射敏感性二、二
21、、辐辐射射诱变诱变机理机理（一）（一）辐辐射生物学作用的射生物学作用的时时相相阶阶段段lDertinger和和Jung1970年提出，年提出，4个个时时相相阶阶段段l1.物理物理阶阶段：段：电电离、激离、激发发l2.物理物理-化学化学阶阶段：段：自由基自由基l3.化学化学阶阶段：段：生物大分子反生物大分子反应应l4.生物学生物学阶阶段：段：生化生化过过程程变变更，更，细细胞胞结结构构组组成成变变更更l 物理物理阶阶段：主要特征是段：主要特征是辐辐射能量使生物体射能量使生物体内各种分子内各种分子发发生生电电离（离（产产生自由生自由电电子）和子）和激激发发（把束（把束缚电缚电子激子激发发到更高的能
22、到更高的能级级）。）。l物理物理-化学化学阶阶段：主要特征是通段：主要特征是通过电过电离的分离的分子重排，并子重排，并产产生很多化学性生很多化学性质质很活很活泼泼的自的自由基（具高能）。由基（具高能）。OH.+OH.H2O22OH.+O2 2HO2.H.+O2 HO2.H2O 辐射辐射 H2O+e-H2O+e-H2O-H2O+H+OH.H2O-OH-+H.l化学化学阶阶段：段：这这一一阶阶段是自由基的段是自由基的继发继发作用，作用，自由基与生物大分子自由基与生物大分子发发生反生反应应，引起分子，引起分子结结构的构的变变更。更。l生物学生物学阶阶段：段：细细胞内生物化学胞内生物化学过过程程发发生
23、生变变更，更，从而从而导导致各种致各种细细胞器的胞器的结结构及其构及其组组成成发发生生变变更，包括染色体畸更，包括染色体畸变变和基因突和基因突变变，产产生生遗传遗传效效应应。（二）（二）辐辐射射对对染色体和染色体和DNA的作用的作用l1.辐辐射射生物体生物体l干脆作用：射干脆作用：射线线生物大分子生物大分子l间间接作用：射接作用：射线线水水自由基自由基生物大分生物大分子子l2.辐辐射射染色体染色体l引起染色体畸引起染色体畸变变和基因突和基因突变变；染色体数目；染色体数目变变更更l3.辐辐射射DNAl氢键氢键断裂、糖与磷酸基断裂、交断裂、糖与磷酸基断裂、交联现联现象象lDNA受受辐辐射后引起的异
24、构射后引起的异构现现象，会象，会导导致有致有机体性状机体性状变变异。异。（三）植物（三）植物对辐对辐射射损伤损伤的修复的修复l生物体生物体自我修复自我修复实实力力l抑制修复体系，提高突抑制修复体系，提高突变频变频率率lEDTA，咖啡因，咖啡因，BUdR（四）（四）辐辐射敏感性射敏感性l植物不同种植物不同种类类和品种，敏感性不同和品种，敏感性不同l染色体染色体DNA含量确定敏感性：含量确定敏感性：DNA含量越含量越多越敏感多越敏感l多倍体比二倍体更抗多倍体比二倍体更抗辐辐射射l植物植物组织组织器官、器官、发发育育阶阶段和生理状段和生理状态态不同，不同，敏感性不同敏感性不同l根根枝条枝条种子；种子
25、；l性性细细胞胞体体细细胞；胞；l幼幼龄龄植株植株老老龄龄植株植株三、三、辐辐射射处处理方法理方法（一）照射材料的（一）照射材料的选择选择1.种子种子运用最普遍。运用最普遍。处处理量大、便于运理量大、便于运输输、操作、操作简洁简洁。辐辐射射处处理种子理种子刚刚好播种（好播种（贮贮存效存效应应）2.养分器官和植株养分器官和植株无性繁殖园无性繁殖园艺艺植物常用。植物常用。枝条、枝条、块块茎、茎、鳞鳞茎、球茎等茎、球茎等多年生果多年生果树树：结结果早，果早，鉴鉴定快。照射后嫁接或定快。照射后嫁接或扦扦插繁殖插繁殖3.花粉和子房花粉和子房最大最大优优点：很少点：很少产产生嵌合体生嵌合体4.离体培育材料
26、离体培育材料可避开和削减嵌合体的形可避开和削减嵌合体的形成。成。辐辐射射单单倍体倍体诱发诱发突突变变，无，无论显隐论显隐性，都能在性，都能在细细胞水平或个体水平上表胞水平或个体水平上表现现出来，出来，经经加倍可加倍可获获得二倍体得二倍体纯纯系。系。（二）适宜（二）适宜剂剂量及量及剂剂量率的量率的选择选择l1.在确定范在确定范围围内增加内增加剂剂量可以提高突量可以提高突变变和突和突变谱变谱，但超，但超过过确定范确定范围围后增加后增加剂剂量会降低成量会降低成活率和增加不利突活率和增加不利突变变率。率。l2.剂剂量量选选用原用原则则：l活活后代有确定成活率后代有确定成活率l变变在成活个体中有在成活个
27、体中有较较大的大的变变异效异效应应l优优变变异的个体中有异的个体中有较较多有利多有利变变异异l临临界界剂剂量被照射材料的存活率量被照射材料的存活率为为比照比照的的40的的剂剂量量值值。lLD50(半致死半致死剂剂量量)-辐辐照后存活率照后存活率为为比照比照的的50的的剂剂量率。量率。l高高剂剂量量造成大量死亡；造成大量死亡；选择选择几率降低；几率降低；造成染色体造成染色体损伤较损伤较大，大，导导致有害突致有害突变变比例比例大大增加。大大增加。l预备试验预备试验：不同：不同剂剂量梯度，枝条量梯度，枝条辐辐射后插射后插于瓶内，于瓶内，20 34周，周，统计统计萌芽率。萌芽率。（三）（三）辐辐射射处
28、处理方法的理方法的选择选择l1.外照射外照射材料不含材料不含辐辐射源，射源，环环境无境无污污染，首染，首选选l急性照射急性照射短短时间时间内完成内完成总总照射照射剂剂量量l慢性照射慢性照射较长时间较长时间内完成内完成总总照射照射剂剂量量l重复照射重复照射几个世代中几个世代中连续连续照射照射l2.内照射内照射剂剂量低，持量低，持续时间长续时间长，多数植物可在，多数植物可在生育生育阶阶段段进进行；行；蜕变蜕变效效应应；须须要防要防护护l浸泡法浸泡法l注射或涂抹法注射或涂抹法l饲饲喂法（或施肥法）喂法（或施肥法）第三第三节节 化学化学诱变诱变l一、常用化学一、常用化学诱变剂诱变剂及其机理及其机理l二
29、、化学二、化学诱变诱变方法方法l三、影响因素三、影响因素l有关化学物有关化学物质质：具具诱发诱发基因突基因突变变和染色体断和染色体断裂效裂效应应，使生物，使生物产产生生遗传遗传性性变变异的化学异的化学药剂药剂种种类类有：有：秋水仙素，秋水仙素，烷烷化化剂类剂类，核酸碱基，核酸碱基类类似物及其他似物及其他诱变剂诱变剂。一、常用化学一、常用化学诱变剂诱变剂及其机理及其机理l（一）（一）烷烷化化剂剂最重要的一最重要的一类诱变剂类诱变剂l带带有一个或多个活有一个或多个活泼泼的的烷烷基基l通通过烷过烷基置基置换换取代其他分子的取代其他分子的氢氢原子原子“烷烷化作化作用用”作用机制作用机制l它它们们借助于
30、磷酸、借助于磷酸、嘌嘌呤、呤、嘧啶嘧啶基的基的烷烷化而与化而与DNA或或RNA起作用，起作用，进进而而导导致致“遗传遗传密密码码”的的变变更。更。l作用重点是核酸作用重点是核酸1.烷烷基磺酸基磺酸盐盐和和烷烷基硫酸基硫酸盐类盐类：l如甲基磺酸乙如甲基磺酸乙酯酯（EMS），），硫酸二乙硫酸二乙酯酯（DES）。）。2.亚亚硝基硝基烷烷基化合物：基化合物：l如如亚亚硝基乙基硝基乙基脲脲（NEH），），N-亚亚硝基硝基-N-乙基乙基脲烷脲烷（NEV）。）。3.次乙次乙亚亚胺和胺和环环氧乙氧乙烷类烷类：l如乙如乙烯亚烯亚胺（胺（EI）。）。4.芥子气芥子气类类：l包括氮芥包括氮芥类类和硫芥和硫芥类类。（
31、一）（一）烷烷化化剂剂l这类药剂这类药剂以化学以化学结结构上与核酸碱基（构上与核酸碱基（A，G，C，T）相像的特点，可以在不阻碍）相像的特点，可以在不阻碍DNA复制的状况下，作复制的状况下，作为组为组成成DNA的成分而的成分而掺掺入到入到时时DNA中去，由于它中去，由于它们们在某些取代基在某些取代基上与正常碱基不同，造成碱基配上与正常碱基不同，造成碱基配对对的差的差错错，而引起突而引起突变变。（二）碱基（二）碱基类类似物似物l eg：5-溴尿溴尿嘧啶嘧啶（BU），），5-溴去氧尿核苷溴去氧尿核苷（BUDR），），它它们们是胸腺是胸腺嘧啶嘧啶（T）的的类类似物，化似物，化学学结结构与胸腺构与胸腺
32、嘧啶嘧啶极度极度为为近似，由于近似，由于这这个特点，个特点，5-BU，BUDR便能便能够够冒名冒名顶顶替，替，掺掺入到入到DNA链链的某一个胸腺的某一个胸腺嘧啶嘧啶的位置上，引起的位置上，引起遗传遗传密密码码复制复制的差的差错错，而造成突，而造成突变变。l 另外，另外，2-氨基氨基嘌嘌呤（呤（AD）是腺是腺嘌嘌呤（呤（A）的的类类似物；似物；马马来来酰肼酰肼（MH）是尿是尿嘧啶嘧啶（U）的异构的异构体。体。l（三）其他（三）其他诱变剂诱变剂l a、脱氨、脱氨剂剂：如：如亚亚硝酸（硝酸（HNO2）在）在pH5以下以下的的缓缓冲液中，能使冲液中，能使DNA分子的分子的嘌嘌呤和呤和嘧啶嘧啶基脱去基脱
33、去氨基，使核酸碱基氨基，使核酸碱基发发生生结结构和性构和性质变质变更，造成更，造成DNA复制紊乱。复制紊乱。l eg：A和和C脱氨后分脱氨后分别别生成生成H（次黄（次黄嘌嘌呤）和呤）和U（尿（尿嘧啶嘧啶），），这这些生成物不再具有些生成物不再具有A和和C的性的性质质，因此，复制分因此，复制分别别与与C和和A配配对对，遗传遗传密密码码因此而因此而变变更，更，遗传遗传性状随之也性状随之也发发生生变变更。更。l b、此外，、此外，羟羟胺（胺（NH2OH）、氮蒽、）、氮蒽、叠氮化叠氮化钠钠（NaN3）等物）等物质质，均能引起染色，均能引起染色体畸体畸变变和基因突和基因突变变。尤其是叠氮化。尤其是叠氮化
34、钠钠在确在确定条件下可定条件下可获获得得较较高的突高的突变频变频率，且相当率，且相当平安，无残毒。平安，无残毒。二、化学二、化学诱变诱变方法方法l（一）（一）药剂药剂配制配制l（二）材料（二）材料预处预处理理l（三）（三）药剂处药剂处理理l（四）（四）处处理后的漂洗理后的漂洗（一）（一）药剂药剂配制配制l一般一般确定确定浓浓度水溶液度水溶液l水中水中难难溶溶助溶助溶剂剂l不不稳稳定定现现配配现现用用l磷酸磷酸缓缓冲液中运用冲液中运用l亚亚硝酸不硝酸不稳稳定：定：亚亚硝酸硝酸钠钠加入到加入到Ph4.5的醋酸的醋酸缓缓冲冲液中液中l氮芥氮芥（二）材料（二）材料预处预处理理l干种子干种子水水预预先浸
35、泡先浸泡l使使细细胞代胞代谢谢活活跃跃，提高种子，提高种子对诱变剂对诱变剂的敏感度的敏感度l提高提高细细胞膜透性，加快胞膜透性，加快对诱变剂对诱变剂吸取速度吸取速度l浸泡浸泡时间长时间长短取决于材料到达短取决于材料到达S阶阶段所需段所需时间时间l层积处层积处理理（三）（三）药剂处药剂处理理l浸浸渍渍法；法；l涂抹或滴液法；涂抹或滴液法；l注入法；注入法；l熏蒸法；熏蒸法；l施入法施入法（四）（四）处处理后的漂洗理后的漂洗l漂洗的重要性：漂洗的重要性：经药剂处经药剂处理后的材料必需用清水理后的材料必需用清水反复冲洗，使反复冲洗，使药剂药剂残留量尽可能降低，以残留量尽可能降低，以终终止化止化学学诱
36、变诱变作用，避开增加生理作用，避开增加生理损伤损伤。l漂洗漂洗时间时间：一般：一般1030min或更或更长长。l清洗清洗剂剂：硫代硫酸：硫代硫酸钠钠等。等。l漂洗后的材料漂洗后的材料l马马上播种或嫁接上播种或嫁接l须须要要暂暂藏的种子藏的种子应应干燥后干燥后贮贮藏在藏在0保存。保存。三、影响化学三、影响化学诱变诱变效效应应的因素的因素l药剂药剂特性特性 材料材料遗传类遗传类型和生理状型和生理状态态l1.药剂浓药剂浓度和度和处处理理时间时间：l低温下，低低温下，低浓浓度度长时间处长时间处理理l2.温度温度l影响影响诱变剂诱变剂水解速度，先低温后高温水解速度，先低温后高温l3.溶液溶液pH及及缓缓
37、冲液的作用冲液的作用l运用确定运用确定pH的磷酸的磷酸缓缓冲液，可冲液，可显显著提高著提高诱变剂诱变剂在在溶液中的溶液中的稳稳定性，定性，浓浓度不超度不超过过0.1mol/Ll4.平安平安问题问题第四第四节节 理化理化诱变诱变因素的复合因素的复合处处理理l一、一、辐辐射射诱变诱变和化学和化学诱变诱变的比的比较较l二、二、辐辐射射诱变诱变和化学和化学诱变诱变方法的方法的选择选择l三、理化三、理化诱变诱变因素的复合因素的复合处处理理1、不同、不同诱变诱变方法的特异性方法的特异性l1）作用方式不同）作用方式不同l2）诱变诱变效果不同效果不同l3）诱变诱变方向不同方向不同l4）可操作性不同）可操作性不
38、同三、理化三、理化诱变诱变因素的复合因素的复合处处理理l 优优点：在点：在应应用射用射线线、中子、激光等、中子、激光等处处理之理之后，再用化学后，再用化学诱变剂处诱变剂处理，由于射理，由于射线变线变更更了生物膜的完整性和渗透性，从而有助于了生物膜的完整性和渗透性，从而有助于化学化学诱变剂诱变剂的吸取。另一方面，物理和化的吸取。另一方面，物理和化学因素的复合学因素的复合处处理，能理，能发挥发挥各自的特异性各自的特异性并起到相互并起到相互协协作的作用，可不同程度地起作的作用，可不同程度地起到减到减轻辐轻辐射射损伤损伤，提高突，提高突变变率的效果。率的效果。l eg：中国葛察明等（：中国葛察明等（1
39、990）用）用150Gy 射射线线+2*10-3mol/lNaN3处处理大豆，理大豆，M2代突代突变频变频率率较单较单一一处处理提高理提高27.3%。第五第五节节 诱变诱变材料的分材料的分别别与与选择选择l一、有性繁殖植物一、有性繁殖植物l（一）种子（一）种子处处理理l（二）花粉（二）花粉处处理理l二、无性繁殖植物二、无性繁殖植物l（一）多年生木本（一）多年生木本l（二）多年生草本（二）多年生草本l（三）突（三）突变变体的分体的分别别与与选择选择技技术术一、有性繁殖植物一、有性繁殖植物（一）种子（一）种子处处理理l1.M1的种植和种子采收：的种植和种子采收：诱变处诱变处理种子理种子长长成的植株
40、或干脆成的植株或干脆诱变处诱变处理的植株，均理的植株，均为为M1世代。世代。l2.M2的播种及的播种及鉴鉴定：定：M2代是各种突代是各种突变变性性状状显现显现的世代，所以是重要的的世代，所以是重要的选择选择世代。世代。l3.M3的种植和的种植和选择选择：M3代仍是突代仍是突变变性状性状显现显现的的世代，世代，选择应选择应接着接着进进行。行。l（1）株系性状株系性状优优良而且表良而且表现现一一样样，可按株系采，可按株系采种，下一代种，下一代进进入品比和多点入品比和多点试验试验，进进行特性及行特性及产产量量鉴鉴定。定。l（2）假如）假如M3株系中接着出株系中接着出现优现优良良变变异，异，应应接着接
41、着进进行行单单株株选择选择和采留种，直至和采留种，直至获获得得稳稳定株系。定株系。一、有性繁殖植物一、有性繁殖植物（二）花粉（二）花粉处处理理l 1 选选育出育出变变异的异的单单倍体植株：其后代的培育和倍体植株：其后代的培育和选选择择可参考倍性育种。可参考倍性育种。l 2 用来授粉而用来授粉而获获得得变变异植株：授粉后代播种异植株：授粉后代播种选选育育的基本程序可参照种子的基本程序可参照种子处处理后的培育和理后的培育和选择选择。二、无性繁殖植物二、无性繁殖植物l（一）多年生木本（一）多年生木本l（二）多年生草本（二）多年生草本l（三）突（三）突变变体的分体的分别别与与选择选择技技术术（一）多年
42、生木本（一）多年生木本l以苹果以苹果为为例：例：l 将将诱变处诱变处理理过过的枝条，嫁接在成年植的枝条，嫁接在成年植株或砧木上，由接穗上的芽萌株或砧木上，由接穗上的芽萌发发的初生枝的初生枝为为VM1。一般畸形。一般畸形发发展，不展，不进进行行选择选择，而，而进进行分行分别别。l 对对VM1上的芽上的芽进进行行转转接或接或对对株系株系进进行行短截。短截。VM2是是选择选择突突变变体的主要世代，体的主要世代，选选择时择时除除针对针对主要目主要目标标外，外，还还必需必需综综合考合考虑虑其它栽培性状。其它栽培性状。诱变处诱变处理的枝条理的枝条嫁接嫁接/扦扦插插VM1转转接接/扦扦插插VM2（三）突（三
43、）突变变体的分体的分别别与与选择选择技技术术1.分分别缘别缘由：由：无性繁殖系在无性繁殖系在诱变诱变育种中存在着：育种中存在着：嵌合体干嵌合体干扰扰。与种子繁殖相比与种子繁殖相比处处理群体小。理群体小。田田间评间评比比优优良基因型需良基因型需较长长时间较长长时间。（三）突（三）突变变体的分体的分别别与与选择选择技技术术 2.分分别别原理：原理：探探讨讨指出，果指出，果树树休眠芽内基部叶原基的叶腋休眠芽内基部叶原基的叶腋分生分生组织组织中中细细胞数少，胞数少，经诱变处经诱变处理可理可产产生生较宽较宽的的突突变变嵌合体。嵌合体。其次，突其次，突变变体是否有机会通体是否有机会通过过萌芽而参与枝萌芽而
44、参与枝条的形成，是突条的形成，是突变变体被体被发觉发觉的关的关键键。（三）突（三）突变变体的分体的分别别与与选择选择技技术术分分别别方法：方法：（1）分）分别别繁殖法繁殖法 eg：Donini在在樱樱桃上桃上发觉发觉第第56芽芽获获得得8.41%最高突最高突变变率，而第率，而第12芽和第芽和第1112芽芽仅获仅获得得5.09%和和5.83%突突变变率。率。（2）短截修剪法）短截修剪法（3）不定芽技）不定芽技术术 eg：S.Bnertjes等用射等用射线处线处理非洲紫巨萱理非洲紫巨萱层层等植物叶等植物叶片，分化不定芽并片，分化不定芽并进进而而长长成植株，成植株，获获得得30%植株植株是同型突是同型突变变体。体。（4）组织组织培育法培育法