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1、第十二章第十二章 诱变育种诱变育种mutation breeding 孙 胜2009-6山西农业大学-园艺植物育种学1概念概念l诱变育种诱变育种：用各种物理的或化学的手段，：用各种物理的或化学的手段，人人工诱发有机体产生遗传物质的变异工诱发有机体产生遗传物质的变异，并经过，并经过人工选择、鉴定，培育所创造新品种的育种人工选择、鉴定，培育所创造新品种的育种途径。也叫途径。也叫突变育种突变育种或或引变育种引变育种。l特点：特点：突破突破原有基因、基因库原有基因、基因库限制限制用各种物理、化学和生物因素或复合因素用各种物理、化学和生物因素或复合因素诱发基因诱发基因突变突变丰富种质资源以丰富种质资源以
2、选育新品种选育新品种2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年代末年代末。l最早发现最早发现x x射线射线和和化学药剂化学药剂可提高基因突变频率。可提高基因突变频率。l2020世纪世纪5050年代，辐射育种技术兴起年代，辐射育种技术兴起，并在园艺植物育种方，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。量在近二十年内急剧增长。到到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个个（不包括我国的），
3、其中苹果（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。3l我国自我国自6060年代开始果树诱变育种，至年代开始果树诱变育种，至9090年代共育成年代共育成1010个品种个品种l中国农科院柑桔研究所中国农科院柑桔研究所-418418红桔、中育红桔、中育7 7号、中育号、中育8 8号号l西新广农场
4、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-梨梨品种品种 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，诱变育种在创造园艺植物品种方面还是有很大潜力的可见，诱变育种在创造园艺植物品种方面还是有很大潜力的4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l1.1.1.1.改良单基因控制的性状改良单基因控制的性状改良单基因控制的性状改良单基因控制的性状l2.2.2.2.提高突变频率提高突变频率提高突变频率提高突变频率l3.3.3.3.丰富
5、原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l4.4.4.4.改变植物的育性改变植物的育性改变植物的育性改变植物的育性l5.5.5.5.改变植物有性交配的亲和性改变植物有性交配的亲和性改变植物有性交配的亲和性改变植物有性交配的亲和性l6.6.6.6.缩短营养系品种的育种年限缩短营养系品种的育种年限缩短营养系品种的育种年限缩短营养系品种的育种年限51.1.改良单基因控制的性状改良单基因控制的性状l诱变育种适于诱变育种适于进行个别性状的改良进行个别性状的改良品种修缮品种修缮l许多优良品种，只是个别性状存在缺陷。在杂交育种时，许多优良品种，只是个别性状存在缺陷。在杂交育种时，基因会发
6、生分离和重组，有时会引起优良性状组合的解体。基因会发生分离和重组，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，可产生诱变处理，可产生点突变点突变（point mutation），可改变品），可改变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：如：辐射诱变得到的苹果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
7、，又获得了矮化型变异。62.2.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）之几至十万分之几）提高提高1001000倍倍，为选择提供，为选择提供了丰富的材料了丰富的材料73.3.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，要求获得果实或营养体的综合性果树、蔬菜类，要求获得果实或营养体的综合性状好，而观赏植物的花、叶、果都有观赏价值，状好，而观赏植物的花、叶、果都有观赏价值，只要叶型、花型
8、、花色、株型等发生突变，都能只要叶型、花型、花色、株型等发生突变，都能构成观赏效果。所以，构成观赏效果。所以，观赏植物诱变育种更易收观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，诱变育种提供了一条有效途径。变育种提供了一条有效途径。84.4.改变植物的育性改变植物的育性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 910东方百合东方百合 1112135.5.改变植物有性交配的亲和性改变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
9、粉、花器官辐射处花粉、花器官辐射处克服远缘杂交不亲克服远缘杂交不亲和和146.6.缩短营养系品种的育种年限缩短营养系品种的育种年限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、播种等复杂程序以及漫长的果树，可省去杂交、播种等复杂程序以及漫长的童期等待过程。童期等待过程。l对诱变处理后发现的优良性状，可通过嫁接等方对诱变处理后发现的优良性状，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。15局限性l变异的方向和性质难以掌握变异
10、的方向和性质难以掌握诱变产生的突变多为劣变，有利变异很少。诱变产生的突变多为劣变，有利变异很少。变异的方向和性质很难进行有效的预测和控制变异的方向和性质很难进行有效的预测和控制。16二、诱变育种的成就二、诱变育种的成就l诱变育种用于花卉育种的最多诱变育种用于花卉育种的最多l核技术的发展和新化学诱变剂的发现核技术的发展和新化学诱变剂的发现诱诱变育种得到较为广泛的应用。变育种得到较为广泛的应用。l无性繁殖植物占比重大。无性繁殖植物占比重大。17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
11、基本一致，生长势较弱。早果性生长习性与乔纳金基本一致，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。18金二十世纪梨金二十世纪梨l属属砂梨砂梨系统，又名王子二十世纪系统，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年观察
12、，专家评议认年观察，专家评议认为是今后梨树发展极有希望的新品种为是今后梨树发展极有希望的新品种19三、诱变育种的类别三、诱变育种的类别l1 1、物理诱变、物理诱变l2 2、化学诱变、化学诱变l3 3、其他因素、其他因素201 1、物理诱变、物理诱变l辐射诱变辐射诱变电离辐射电离辐射l电离辐射：穿透力很强的高能辐射，穿过介质电离辐射：穿透力很强的高能辐射，穿过介质时使介质发生电离，具有特殊的生物学效应时使介质发生电离，具有特殊的生物学效应lX X射线、射线、射线、射线、粒子、中子、粒子、中子、激光激光l离子注入离子注入N N+、C C+、AgAg+、ArAr+低能离子低能离子l太空诱变太空诱变变
13、异幅度大、频率高，稳定快变异幅度大、频率高，稳定快l极端温度（极端低温）极端温度（极端低温）极地和高寒地带植物突变率高极地和高寒地带植物突变率高21l太空育种太空育种太空育种太空育种是利用太空环境的高真空、微重力、强辐是利用太空环境的高真空、微重力、强辐是利用太空环境的高真空、微重力、强辐是利用太空环境的高真空、微重力、强辐射、交变磁场及其它因素的综合作用，致使植物体射、交变磁场及其它因素的综合作用，致使植物体射、交变磁场及其它因素的综合作用，致使植物体射、交变磁场及其它因素的综合作用，致使植物体内染色体等遗传物质发生突变，从中选择优良的突内染色体等遗传物质发生突变，从中选择优良的突内染色体等
14、遗传物质发生突变，从中选择优良的突内染色体等遗传物质发生突变，从中选择优良的突变个体。变个体。变个体。变个体。l l大青杨太空育种主要是解决耐寒性和速生性的问题。前苏大青杨太空育种主要是解决耐寒性和速生性的问题。前苏大青杨太空育种主要是解决耐寒性和速生性的问题。前苏大青杨太空育种主要是解决耐寒性和速生性的问题。前苏联曾做过类似的太空育种，其速生性提高联曾做过类似的太空育种，其速生性提高联曾做过类似的太空育种，其速生性提高联曾做过类似的太空育种，其速生性提高30303030。l l据了解，大青杨是生长在中国东北小兴安岭的一种杨树。据了解，大青杨是生长在中国东北小兴安岭的一种杨树。据了解，大青杨是
15、生长在中国东北小兴安岭的一种杨树。据了解，大青杨是生长在中国东北小兴安岭的一种杨树。这这这这3000300030003000粒树种总重只有粒树种总重只有粒树种总重只有粒树种总重只有2 2 2 2克，被包装在克，被包装在克，被包装在克，被包装在3 3 3 3个试管中，个试管中，个试管中，个试管中，2002200220022002年年年年12121212月月月月30303030日随神舟四号飞船升空，经过日随神舟四号飞船升空，经过日随神舟四号飞船升空，经过日随神舟四号飞船升空，经过160160160160多小时的太空遨游，多小时的太空遨游，多小时的太空遨游，多小时的太空遨游，于于于于20032003
16、20032003年年年年1 1 1 1月月月月5 5 5 5日返回地面。日返回地面。日返回地面。日返回地面。22l l航天育种培育出高产航天育种培育出高产航天育种培育出高产航天育种培育出高产太空椒太空椒太空椒太空椒.l l利用卫星搭载农作物种子利用卫星搭载农作物种子利用卫星搭载农作物种子利用卫星搭载农作物种子，开展空间育种技术研究和探索，开展空间育种技术研究和探索，开展空间育种技术研究和探索，开展空间育种技术研究和探索，是发展现代农业的一项全新尝试。是发展现代农业的一项全新尝试。是发展现代农业的一项全新尝试。是发展现代农业的一项全新尝试。l l黑龙江省农业科学院园艺分院生物技术中心采用航空诱变
17、黑龙江省农业科学院园艺分院生物技术中心采用航空诱变黑龙江省农业科学院园艺分院生物技术中心采用航空诱变黑龙江省农业科学院园艺分院生物技术中心采用航空诱变育种途径培育而成的高产太空椒。育种途径培育而成的高产太空椒。育种途径培育而成的高产太空椒。育种途径培育而成的高产太空椒。232 2、化学诱变、化学诱变l概念概念应用特殊的化学物质诱发基因突变应用特殊的化学物质诱发基因突变 和染色体变异。和染色体变异。l效应效应诱导多倍体（倍性育种）；诱导多倍体（倍性育种）；诱发基因突变；诱发基因突变；诱发染色体断裂。诱发染色体断裂。l化学药剂化学药剂烷化剂类、碱基类似物烷化剂类、碱基类似物等。等。l作用机理作用机
18、理参与细胞内生化反应而起作用参与细胞内生化反应而起作用 243.3.其它因素其它因素l自体突变自体突变现象现象月见草种子老化能增加突变率月见草种子老化能增加突变率金鱼草缺乏某些营养元素会引起突变金鱼草缺乏某些营养元素会引起突变组培再生植株突变频率高组培再生植株突变频率高l陈种子陈种子诱发突变诱发突变生物体或细胞内部因素生物体或细胞内部因素25第二节第二节 辐射诱变辐射诱变l一、辐射源和辐射剂量一、辐射源和辐射剂量l二、辐射诱变机理二、辐射诱变机理l三、辐射处理的方法三、辐射处理的方法26一、辐射源和辐射剂量一、辐射源和辐射剂量l（一）辐射源（一）辐射源l1.X射线：射线：X光机光机l2.射线射
19、线：60钴、钴、137铯及核反应堆铯及核反应堆l3.粒子粒子：32磷、磷、35硫硫l4.中子中子：核反应堆、加速器或中子发生器：核反应堆、加速器或中子发生器l5.激光激光：激光器激光器l6.紫外线（紫外线（UV）：）：紫外灯紫外灯27（二）辐射剂量（二）辐射剂量l剂量单位剂量单位l对辐射测量的方式对辐射测量的方式对辐射在空气中的效应的测量对辐射在空气中的效应的测量辐射量辐射量对被照射物质所吸收能量的测量对被照射物质所吸收能量的测量吸收剂量吸收剂量对辐射源本身的测量对辐射源本身的测量放射性单位强度放射性单位强度l剂量率剂量率单位时间所辐射或吸收的剂量单位时间所辐射或吸收的剂量28l1.辐射剂量和
20、辐射剂量率：辐射剂量和辐射剂量率：符号符号X；适用于；适用于X射线、射线、射线射线单位：单位：C/kg；剂量率：；剂量率：C/(kgs)l2.吸收剂量和吸收剂量率：吸收剂量和吸收剂量率：符号符号D；适用于；适用于、中子中子等任何电离辐射等任何电离辐射；单位：单位：Gy（戈瑞）；（戈瑞）；1 Gy=1J/kg；剂量率：剂量率：Gy/h、Gy/min、Gy/sl3.粒子注量和注量率：粒子注量和注量率：1）Gy表示；表示；2）注量：）注量：n/cm2；注量率：；注量率：n/（cm2。s）l4.放射性强度：放射性强度：Bq（贝可）单位时间内核衰变数目（贝可）单位时间内核衰变数目（二）辐射剂量（二）辐射
21、剂量293031l（一）辐射生物学作用的时相阶段（一）辐射生物学作用的时相阶段l（二）辐射对染色体和（二）辐射对染色体和DNADNA的作用的作用l（三）植物对辐射损伤的修复（三）植物对辐射损伤的修复l（四）辐射敏感性（四）辐射敏感性二、辐射诱变机理二、辐射诱变机理32（一）辐射生物学作用的时相阶段（一）辐射生物学作用的时相阶段lDertinger和和Jung1970年提出，年提出，4个时相阶段个时相阶段1.物理阶段：物理阶段：电离、激发电离、激发2.物理物理-化学阶段：化学阶段：自由基自由基3.化学阶段：化学阶段：生物大分子反应生物大分子反应4.生物学阶段：生物学阶段：生化过程改变，细胞结构组
22、成变化生化过程改变，细胞结构组成变化33l 物理阶段物理阶段：主要特征是辐射能量使生物体：主要特征是辐射能量使生物体内各种分子发生电离（产生自由电子）和内各种分子发生电离（产生自由电子）和激发（把束缚电子激发到更高的能级）。激发（把束缚电子激发到更高的能级）。l物理物理-化学阶段化学阶段：主要特征是通过电离的分：主要特征是通过电离的分子重排，并产生许多化学性质很活泼的自子重排，并产生许多化学性质很活泼的自由基（具高能）。由基（具高能）。34OH.+OH.H2O22OH.+O2 2HO2.H.+O2 HO2.H2O 辐射辐射 H2O+e-H2O+e-H2O-H2O+H+OH.H2O-OH-+H.
23、35l化学阶段化学阶段：这一阶段是自由基的继发作用，：这一阶段是自由基的继发作用，自由基与生物大分子发生反应，引起分子结自由基与生物大分子发生反应，引起分子结构的变化。构的变化。l生物学阶段生物学阶段：细胞内生物化学过程发生改变，：细胞内生物化学过程发生改变，从而导致各种细胞器的结构及其组成发生变从而导致各种细胞器的结构及其组成发生变化，包括染色体畸变和基因突变，产生遗传化，包括染色体畸变和基因突变，产生遗传效应。效应。36（二）辐射对染色体和（二）辐射对染色体和DNADNA的作用的作用l1.辐射辐射生物体生物体直接作用：射线直接作用：射线生物大分子生物大分子间接作用：射线间接作用：射线水水自
24、由基自由基生物大分子生物大分子l2.辐射辐射染色体染色体引起染色体畸变和基因突变引起染色体畸变和基因突变；染色体数目改变；染色体数目改变l3.辐射辐射DNA氢键断裂、糖与磷酸基断裂、交联现象氢键断裂、糖与磷酸基断裂、交联现象DNA受辐射后引起的异构现象，会导致有机体受辐射后引起的异构现象，会导致有机体性状变异。性状变异。37（三）植物对辐射损伤的修复（三）植物对辐射损伤的修复l生物体生物体自我修复能力自我修复能力l抑制修复体系，提高突变频率抑制修复体系，提高突变频率lEDTAEDTA，咖啡因，咖啡因，BUdRBUdR38（四）辐射敏感性（四）辐射敏感性l植物不同种类和品种，敏感性不同植物不同种
25、类和品种，敏感性不同染色体染色体DNADNA含量决定敏感性：含量决定敏感性：DNADNA含量越多越敏感含量越多越敏感多倍体比二倍体更抗辐射多倍体比二倍体更抗辐射l植物组织器官、发育阶段和生理状态不同，植物组织器官、发育阶段和生理状态不同，敏感性不同敏感性不同根根 枝条枝条 种子；种子；性细胞性细胞 体细胞；体细胞；幼龄植株幼龄植株 老龄植株老龄植株39三、辐射处理方法三、辐射处理方法（一）照射材料的选择（一）照射材料的选择l1.1.1.1.种子种子种子种子使用最普遍。使用最普遍。使用最普遍。使用最普遍。处理量大、便于运输、操作简单。处理量大、便于运输、操作简单。处理量大、便于运输、操作简单。处
26、理量大、便于运输、操作简单。辐射处理种子及时播种（贮存效应）辐射处理种子及时播种（贮存效应）辐射处理种子及时播种（贮存效应）辐射处理种子及时播种（贮存效应）l2.2.2.2.营养器官和植株营养器官和植株营养器官和植株营养器官和植株无性繁殖园艺植物常用。无性繁殖园艺植物常用。无性繁殖园艺植物常用。无性繁殖园艺植物常用。枝条、块茎、鳞茎、球茎等枝条、块茎、鳞茎、球茎等枝条、块茎、鳞茎、球茎等枝条、块茎、鳞茎、球茎等多年生果树：结果早，鉴定快。照射后嫁接或扦插多年生果树：结果早，鉴定快。照射后嫁接或扦插多年生果树：结果早，鉴定快。照射后嫁接或扦插多年生果树：结果早，鉴定快。照射后嫁接或扦插繁殖繁殖繁
27、殖繁殖l3.3.3.3.花粉和子房花粉和子房花粉和子房花粉和子房最大优点：很少产生嵌合体最大优点：很少产生嵌合体最大优点：很少产生嵌合体最大优点：很少产生嵌合体l4.4.4.4.离体培养材料离体培养材料离体培养材料离体培养材料可避免和减少嵌合体的形成。可避免和减少嵌合体的形成。可避免和减少嵌合体的形成。可避免和减少嵌合体的形成。辐射单倍体诱发突变，无论显隐性，都能在细胞水平或辐射单倍体诱发突变，无论显隐性，都能在细胞水平或辐射单倍体诱发突变，无论显隐性，都能在细胞水平或辐射单倍体诱发突变，无论显隐性，都能在细胞水平或个体水平上表现出来，经加倍可获得二倍体纯系。个体水平上表现出来，经加倍可获得二
28、倍体纯系。个体水平上表现出来，经加倍可获得二倍体纯系。个体水平上表现出来，经加倍可获得二倍体纯系。40（二）适宜剂量及剂量率的选择（二）适宜剂量及剂量率的选择l1.1.在一定范围内增加剂量可以提高突变和突在一定范围内增加剂量可以提高突变和突变谱，但超过一定范围后增加剂量会降低成变谱，但超过一定范围后增加剂量会降低成活率和增加不利突变率。活率和增加不利突变率。l2.2.剂量选用原则剂量选用原则：活活后代有一定成活率后代有一定成活率变变在成活个体中有较大的变异效应在成活个体中有较大的变异效应优优变异的个体中有较多有利变异变异的个体中有较多有利变异41l临界剂量临界剂量被照射材料的存活率为对照的被照
29、射材料的存活率为对照的40的剂量值。的剂量值。lLD50(半致死剂量半致死剂量)-辐照后存活率为对照辐照后存活率为对照的的50的剂量率。的剂量率。l高剂量高剂量造成大量死亡；选择几率降低；造成大量死亡；选择几率降低；造成染色体损伤较大，导致有害突变比例造成染色体损伤较大，导致有害突变比例大大增加。大大增加。l预备实验：预备实验：不同剂量梯度，枝条辐射后插于不同剂量梯度，枝条辐射后插于瓶内，瓶内，20 34周，统计萌芽率。周，统计萌芽率。42（三）辐射处理方法的选择（三）辐射处理方法的选择l1.1.外照射外照射材料不含辐射源，环境无污染材料不含辐射源，环境无污染，首选首选急性照射急性照射短时间内
30、完成总照射剂量短时间内完成总照射剂量慢性照射慢性照射较长时间内完成总照射剂量较长时间内完成总照射剂量重复照射重复照射几个世代中连续照射几个世代中连续照射l2.2.内照射内照射剂量低，持续时间长，多数植物可在剂量低，持续时间长，多数植物可在生育阶段进行；蜕变效应；生育阶段进行；蜕变效应；需要防护需要防护浸泡法浸泡法注射或涂抹法注射或涂抹法饲喂法（或施肥法）饲喂法（或施肥法）43第三节第三节 化学诱变化学诱变l一、常用化学诱变剂及其机理一、常用化学诱变剂及其机理l二、化学诱变方法二、化学诱变方法l三、影响因素三、影响因素l有关化学物质：有关化学物质：具诱发基因突变和染色体断具诱发基因突变和染色体断
31、裂效应，使生物产生遗传性变异的化学药剂裂效应，使生物产生遗传性变异的化学药剂种类有：种类有：秋水仙素，烷化剂类，核酸碱基类秋水仙素，烷化剂类，核酸碱基类似物及其他诱变剂。似物及其他诱变剂。44一、常用化学诱变剂及其机理一、常用化学诱变剂及其机理l（一）烷化剂（一）烷化剂最重要的一类诱变剂最重要的一类诱变剂带有一个或多个活泼的烷基带有一个或多个活泼的烷基通过烷基置换取代其他分子的氢原子通过烷基置换取代其他分子的氢原子“烷化作烷化作用用”作用机制作用机制它们借助于磷酸、嘌呤、嘧啶基的烷化而与它们借助于磷酸、嘌呤、嘧啶基的烷化而与DNA或或RNA起作用，进而导致起作用，进而导致“遗传密码遗传密码”的
32、改变。的改变。作用重点是核酸作用重点是核酸451.烷基磺酸盐和烷基硫酸盐类：烷基磺酸盐和烷基硫酸盐类：l如甲基磺酸乙酯（如甲基磺酸乙酯（EMS），硫酸二乙酯（），硫酸二乙酯（DES）。）。2.亚硝基烷基化合物：亚硝基烷基化合物：l如亚硝基乙基脲（如亚硝基乙基脲（NEH），），N-亚硝基亚硝基-N-乙基脲烷（乙基脲烷（NEV）。）。3.次乙亚胺和环氧乙烷类：次乙亚胺和环氧乙烷类：l如乙烯亚胺（如乙烯亚胺（EI）。）。4.芥子气类：芥子气类：l包括氮芥类和硫芥类。包括氮芥类和硫芥类。（一）烷化剂（一）烷化剂46l这类药剂以这类药剂以化学结构上与核酸碱基（化学结构上与核酸碱基（A，G，C，T）相似的
33、特点）相似的特点，可以在不妨碍，可以在不妨碍DNA复制的情况下，作为组成复制的情况下，作为组成DNA的成分而掺的成分而掺入到时入到时DNA中去，由于它们在某些取代基中去，由于它们在某些取代基上与正常碱基不同，造成碱基配对的差错，上与正常碱基不同，造成碱基配对的差错，而引起突变。而引起突变。（二）碱基类似物（二）碱基类似物47l eg：5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BU），），5-溴去氧尿核苷溴去氧尿核苷（BUDR），它们是胸腺嘧啶（），它们是胸腺嘧啶（T）的类似物，化）的类似物，化学结构与胸腺嘧啶极度为近似，由于这个特点，学结构与胸腺嘧啶极度为近似，由于这个特点，5-BU，BUDR便能够冒名顶替，掺
34、入到便能够冒名顶替，掺入到DNA链链的某一个胸腺嘧啶的位置上，引起遗传密码复制的某一个胸腺嘧啶的位置上，引起遗传密码复制的差错，而造成突变。的差错，而造成突变。l 另外，另外，2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（AD）是腺嘌呤（）是腺嘌呤（A）的）的类似物；马来酰肼（类似物；马来酰肼（MH）是尿嘧啶（）是尿嘧啶（U）的异构）的异构体。体。48l（三）其他诱变剂（三）其他诱变剂l a、脱氨剂：、脱氨剂：如如亚硝酸（亚硝酸（HNO2）在在pH5以下的以下的缓冲液中，能使缓冲液中，能使DNA分子的嘌呤和嘧啶基脱去氨分子的嘌呤和嘧啶基脱去氨基，使核酸碱基发生结构和性质改变，造成基，使核酸碱基发生结构和性质改变，造
35、成DNA复制紊乱。复制紊乱。l eg：A和和C脱氨后分别生成脱氨后分别生成H（次黄嘌呤）和（次黄嘌呤）和U（尿嘧啶），这些生成物不再具有（尿嘧啶），这些生成物不再具有A和和C的性质，的性质，因此，复制分别与因此，复制分别与C和和A配对，遗传密码因此而改配对，遗传密码因此而改变，遗传性状随之也发生改变。变，遗传性状随之也发生改变。49l b、此外，、此外，羟胺（羟胺（NH2OH）、氮蒽、）、氮蒽、叠氮化钠（叠氮化钠（NaN3）等物质，均能引起染色等物质，均能引起染色体畸变和基因突变。尤其是叠氮化钠在一体畸变和基因突变。尤其是叠氮化钠在一定条件下可获得较高的突变频率，且相当定条件下可获得较高的突变
36、频率，且相当安全，无残毒。安全，无残毒。50515253二、化学诱变方法二、化学诱变方法l（一）药剂配制（一）药剂配制l（二）材料预处理（二）材料预处理l（三）药剂处理（三）药剂处理l（四）处理后的漂洗（四）处理后的漂洗54（一）药剂配制（一）药剂配制l一般一般一定浓度水溶液一定浓度水溶液水中难溶水中难溶助溶剂助溶剂l不稳定不稳定现配现用现配现用磷酸缓冲液中使用磷酸缓冲液中使用亚硝酸不稳定：亚硝酸钠加入到亚硝酸不稳定：亚硝酸钠加入到Ph4.5Ph4.5的醋酸的醋酸缓冲液中缓冲液中氮芥氮芥55（二）材料预处理（二）材料预处理l干种子干种子水预先浸泡水预先浸泡使细胞代谢活跃，提高种子对诱变剂的敏感
37、度使细胞代谢活跃，提高种子对诱变剂的敏感度提高细胞膜透性，加快对诱变剂吸收速度提高细胞膜透性，加快对诱变剂吸收速度浸泡时间长短取决于材料到达浸泡时间长短取决于材料到达S S阶段所需时间阶段所需时间l层积处理层积处理56（三）药剂处理（三）药剂处理l浸渍法；浸渍法；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57（四）处理后的漂洗（四）处理后的漂洗l漂洗的重要性：漂洗的重要性：经药剂处理后的材料必须用清水经药剂处理后的材料必须用清水反复冲洗，使药剂残留量尽可能降低，以反复冲洗，使药剂残留量尽可能降低，以终止化终止化学诱变作用，避免增加生理损伤。学诱变作用，避免
38、增加生理损伤。l漂洗时间：一般漂洗时间：一般1030min或更长。或更长。l清洗剂：硫代硫酸钠等。清洗剂：硫代硫酸钠等。l漂洗后的材料漂洗后的材料立即播种或嫁接立即播种或嫁接需要暂藏的种子应干燥后贮藏在需要暂藏的种子应干燥后贮藏在0保存。保存。58三、影响化学诱变效应的因素三、影响化学诱变效应的因素l药剂特性药剂特性 材料遗传类型和生理状态材料遗传类型和生理状态l1.药剂浓度和处理时间：药剂浓度和处理时间：低温下，低浓度长时间处理低温下，低浓度长时间处理l2.温度温度影响诱变剂水解速度，先低温后高温影响诱变剂水解速度，先低温后高温l3.溶液溶液pH及缓冲液的作用及缓冲液的作用使用一定使用一定p
39、H的磷酸缓冲液，可显著提高诱变剂在溶液中的磷酸缓冲液，可显著提高诱变剂在溶液中的稳定性，浓度不超过的稳定性，浓度不超过0.1mol/Ll4.安全问题安全问题59第四节第四节 理化诱变因素的复合处理理化诱变因素的复合处理l一、辐射诱变和化学诱变的比较一、辐射诱变和化学诱变的比较l二、辐射诱变和化学诱变方法的选择二、辐射诱变和化学诱变方法的选择l三、理化诱变因素的复合处理三、理化诱变因素的复合处理601 1、不同诱变方法的特异性、不同诱变方法的特异性l1）作用方式不同）作用方式不同l2）诱变效果不同）诱变效果不同l3）诱变方向不同）诱变方向不同l4）可操作性不同）可操作性不同6162三、理化诱变因
40、素的复合处理三、理化诱变因素的复合处理l 优点：在应用射线、中子、激光等处理之优点：在应用射线、中子、激光等处理之后，再用化学诱变剂处理，由于射线改变后，再用化学诱变剂处理，由于射线改变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，从而有助于化学诱变剂的吸收。另一方面，物理和化化学诱变剂的吸收。另一方面，物理和化学因素的复合处理，能发挥各自的特异性学因素的复合处理，能发挥各自的特异性并起到相互配合的作用，可不同程度地起并起到相互配合的作用，可不同程度地起到减轻辐射损伤，提高突变率的效果。到减轻辐射损伤，提高突变率的效果。63l eg：中国葛察明等（：中国葛察明等（1990）用）
41、用150Gy 射线射线+2*10-3mol/lNaN3处理大豆，处理大豆，M2代突代突变频率较单一处理提高变频率较单一处理提高27.3%。64第五节第五节 诱变材料的分离与选择诱变材料的分离与选择l一、有性繁殖植物一、有性繁殖植物（一）种子处理（一）种子处理（二）花粉处理（二）花粉处理l二、无性繁殖植物二、无性繁殖植物（一）多年生木本（一）多年生木本（二）多年生草本（二）多年生草本（三）突变体的分离与选择技术（三）突变体的分离与选择技术65一、有性繁殖植物一、有性繁殖植物 （一）种子处理（一）种子处理l1.M1的种植和种子采收的种植和种子采收：诱变处理种子长：诱变处理种子长成的植株或直接诱变处
42、理的植株，均为成的植株或直接诱变处理的植株，均为M1世代。世代。l2.M2的播种及鉴定的播种及鉴定：M2代是各种突变性代是各种突变性状显现的世代，所以是重要的选择世代。状显现的世代，所以是重要的选择世代。66l3.M3的种植和选择：的种植和选择：M3代仍是突变性状显现的代仍是突变性状显现的世代，选择应继续进行。世代，选择应继续进行。l（1）株系性状优良而且表现一致，可按株系采株系性状优良而且表现一致，可按株系采种，下一代进入品比和多点试验，进行特性及产种，下一代进入品比和多点试验，进行特性及产量鉴定。量鉴定。l（2）如果）如果M3株系中继续出现优良变异，应继续株系中继续出现优良变异，应继续进行
43、单株选择和采留种，直至获得稳定株系。进行单株选择和采留种，直至获得稳定株系。67一、有性繁殖植物一、有性繁殖植物 （二）花粉处理（二）花粉处理l 1 选育出变异的单倍体植株：选育出变异的单倍体植株：其后代的培养和选其后代的培养和选择可参考倍性育种。择可参考倍性育种。l 2 用来授粉而获得变异植株用来授粉而获得变异植株：授粉后代播种选育：授粉后代播种选育的基本程序可参照种子处理后的培育和选择。的基本程序可参照种子处理后的培育和选择。68二、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）突变体的分离与选择技术（三）突变体的分离与选择技术69
44、（一）多年生木本（一）多年生木本l以苹果为例：以苹果为例：l 将诱变处理过的枝条，嫁接在成年植株将诱变处理过的枝条，嫁接在成年植株或砧木上，由接穗上的芽萌发的初生枝为或砧木上，由接穗上的芽萌发的初生枝为VM1。一般畸形发展，不进行选择，而进。一般畸形发展，不进行选择，而进行分离。行分离。l 对对VM1上的芽进行转接或对株系进行上的芽进行转接或对株系进行短截。短截。VM2是选择突变体的主要世代，选是选择突变体的主要世代，选择时除针对主要目标外，还必须综合考虑择时除针对主要目标外，还必须综合考虑其它栽培性状。其它栽培性状。70诱变处理的枝条诱变处理的枝条嫁接嫁接/扦插扦插VM1转接转接/扦插扦插V
45、M2717273（三）突变体的分离与选择技术（三）突变体的分离与选择技术1.分离原因分离原因：无性繁殖系在诱变育种中存在着：无性繁殖系在诱变育种中存在着：l 嵌合体干扰。嵌合体干扰。l 与种子繁殖相比处理群体小。与种子繁殖相比处理群体小。l 田间评选优良基因型需较长长时间。田间评选优良基因型需较长长时间。74（三）突变体的分离与选择技术（三）突变体的分离与选择技术 2.分离原理：分离原理：l 研究指出，果树休眠芽内基部叶原基的叶研究指出，果树休眠芽内基部叶原基的叶腋分生组织中细胞数少，经诱变处理可产生较宽腋分生组织中细胞数少，经诱变处理可产生较宽的突变嵌合体。的突变嵌合体。l 其次，突变体是否
46、有机会通过萌芽而参与其次，突变体是否有机会通过萌芽而参与枝条的形成，是突变体被发现的关键。枝条的形成，是突变体被发现的关键。75（三）突变体的分离与选择技术（三）突变体的分离与选择技术分离方法：分离方法：（1）分离繁殖法）分离繁殖法 eg：Donini在樱桃上发现第在樱桃上发现第56芽获得芽获得8.41%最高突最高突变率，而第变率，而第12芽和第芽和第1112芽仅获得芽仅获得5.09%和和5.83%突变率。突变率。（2）短截修剪法）短截修剪法（3）不定芽技术）不定芽技术 eg：S.Bnertjes等用射线处理非洲紫巨萱层等植物叶等用射线处理非洲紫巨萱层等植物叶片，分化不定芽并进而长成植株，获得片，分化不定芽并进而长成植株，获得30%植株植株是同型突变体。是同型突变体。（4）组织培养法）组织培养法7677