第10章 诱变育种
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课程名称园艺植物育种学计划学时 2 授课章节第十章诱变育种
教学目的和要求：
掌握诱变育种的基本方法和原理。
教学基本内容：
第一节诱变育种的概念、特点
第二节辐射诱变
第三节化学诱变
第四节突变体的鉴定、培育和选择
教学重点和难点：
辐射诱变作用机理；化学诱变机理；多倍体诱导的原理
授课方式、方法和手段：
1.多媒体结合板书。
2.空间育种的最新动态布置学生自学查找资料。
3.展示辐射育种、化学诱变育种的图片资料。
作业与思考题：
1.简述化学诱变中的影响诱变效应因素及化学诱变处理程序。
2.无性繁殖植物进行诱变时，应注意什么问题？
3.诱变育种可采用哪些材料？M1、M2、M3的种植方式及如何选择？
4.园艺植物辐射敏感性差异表现在哪些方面？
5.要达到好的诱变效果，必须注意哪些问题？
第十章诱变育种（Mutation Breeding）
本章主要内容：
诱变育种的概念、特点
辐射诱变
化学诱变
突变体的鉴定、培育和选择
变异体直接筛选或利用突变体进行杂交，从而培育新品种。
§1 诱变育种的概念、特点
1.1诱变育种的概念
利用物理（辐射作用）或／和化学（化学反应）方法诱发植物体（植株、枝、芽、花粉等）产生遗传变异
延伸的术语
辐射育种radiation breeding、化学诱变育种chemical mutation breeding、诱变剂mutagen，Physical Mutagens，Chemical Mutagens；突变体mutant
世界各国推广植物突变体数（FAO／IAEA, 1991）
1.2诱变育种的特点
1.2.1突变率高，变异谱广
自发突变（spontaneous mutation）：指由外界条件自然作用发生的突变。
突变率（mutation rate）：指一定的基因在单位时间内（如每个世代）发生突变的机率。
突变频率（mutation frequency）：指突变体占观察个体数的比例。
突变谱（mutation spectrum）：指产生各种突变的类型。
实例：
1969年印度用热中子处理蓖麻（大戟科Ricinus comminis）育出新品种阿鲁姆，成熟期由270 d缩断到120 d的早熟品种，增产55.3％。
前苏联采用理化因素结合处理葡萄（用137Csγ射线照射种子，再用0.2%秋水仙素处理子叶期幼苗生动生长点），获得了抗病性、枝型、叶形、果色、果形等大量变异。诱变频率为1%~3％。
1.2.2 常产生点突变，可以有效地改良品种的个别性状
点突变（point mutation）：指染色体上一个座位内遗传物质的变化，也称genetic mutation (multiple mutation)，特别适合对推广品种生产特性的改造。
如杂交方法：①可能引起原有优良性状组合的解体，②基因间连锁关系，可能引起优良性状夹带不良性状。
实例
法国对金冠品种辐射处理，选育无锈的金冠品种金莱斯（lysgolden）
梨树抗黑斑育种（日本）
左：原品种:二十世纪右：突变体
中育7号甜橙由中国农业科学院柑研所用 射线辐射锦橙种子，从实生1代中选育的少核突变体，经多代嫁接繁殖，筛选出无核优质突变株。现种植7.44万亩，累计创经济效益1.974亿元，获1998年农业部科技进步一等奖。
1.2.3 变异稳定快，育种年限短
杂交育种一般需7～8代才培育一个品种；诱变育种往往经3～4代可选育性状稳定的突变品种。
尤其对无性繁殖的种类，苏联用1500～4500伦琴的60Coγ照射苹果芽膨大期的枝段，用短枝型作接穗，VM2代筛选突变性状，很快获得新的短枝型品种。
1.2.4 克服远缘杂交不亲和及改变植物的授粉、受精习性
如早熟与低产，高产与晚熟，矮秆与早衰，大粒与秆高等两个性状紧密连锁，难以分开。
辐射可以使染色体断裂，产生各种染色体结构变异，即重复duplication、倒位inversion、易位translocation、缺失deletion。
打破连锁及进行基因重组―对抗病育种和远缘杂交特别有利。
瞿麦（Dianthus supertbus）与石竹（D.chinensis）远缘杂交：先将石竹干种子用60Coγ照射（80 R／min）照射后，选变异株作亲本杂交，获得远缘杂种。
Sears等常用X射线与回交，将小伞山羊草染色体的抗叶绣病基因转移到小麦染色体上，育成软红小麦－－唯一带有山羊草的抗病基因品种。
实例
1.3 诱变育种的主要问题
1.3.1变异的方向和性质尚不能人为有效地控制。
目前的科技水平还不能控制诱变剂对细胞或染色体的作用位置和作用方式，也无法控制诱变的性质和方向。
突变率3％高，但有利突变体少，通常只占总突变的千分之一二。
①有些有利突变体，其综合性状往往不理想。②各个突变性状又分散在不同的突变体中。
方法：
①辐射与化学诱变处理结合，增加变异率。
②诱变育种与有性杂交结合，可将分散在不同个体上的有利变异“汇集”在同一植株，更利于培育新品种。
1.3.2突变体的鉴定比较困难，不易区分生理损伤与遗传变异。
体细胞变变(somatic mutation)常会形成嵌合体(chimera)，不易分离纯的组织变异。突变又多是隐性突变（recessive mutation)，有利突变性状与不良性状常呈连锁关系，需要结合有性杂交予以分离。
§2 辐射诱变
2.1射线种类（Physical Mutagens）
辐射育种的几种射线种类
Physical Mutagens
1) ultraviolet (UV) radiation from the UV lamp
2) electron-magnetic radiation:
a) X rays from the X-ray generator
b) gamma (γ) rays from radioactive isotopes, cobalt 60(60Co),or cesium137(137Cs)
3) Corpuscular radiation:
a) thermal or slow neutrons from a nuclear reactor
b) beta (β ) particles (electrons) from radioactive isotope, phosphorus 32(32P) or sulphur 35(35S)
近年来，激光、无线电微波和电子流也在应用。
2.2诱变剂量
(一) 强度放射性强度-- 毫居里(mCi)或微居里(μCi) 1贝可(Bq,Beequare)/sec≈2.703X10 -11 Ci
(二) 剂量强度
1. 照射剂量—伦琴R (X γ常用单位)
1库伦(Coulomb)/kg≈3876 R
2. 吸收剂量—拉德(Rad)(即组织伦琴)
戈瑞(Gray) ≈1(J)/kg 或100 Ra
3. 中子流量--n/cm2或Rad
剂量率（dose rate）：即单位时间内所吸收的剂量。一般情况下突变与剂量关系不是很大。通常干种子的剂量为60-100 R/min，花粉为10R/min左右，剂量率不应该超过160R/min。
2.3诱变方法
外照射exogenome irradiation：指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射线(χ射线，γ射线，中子)照射植物各个器官。
特点: 较为安全，简单。适于处理大量试材，可进行一代照射和多代重复照射，一次照射和多次照射。
Exogenome irradiation分类
根据照射时间可分
急性照射（acute irradiation）：采用较高的剂量率进行短时间连续照射。
慢照射(chronic radiation)：田间辐射场，用低剂量率在植物的某一个生长期内进行长时间连续照射。
按处理器官组织可分：种子照射、花粉照射、营养器官照射。
种子照射：可采用干种子，湿种子和萌动种子进行照射。
照射的方法有两种：一种先将花粉收集于容器内，经照射后立即授粉，另一种是直接照射植株上的花粉，可以用手提式的装置或田间辐射圃进行田间照射。
用枝条、块茎或嫁接苗进行辐射处理，是果树辐射诱变常用的方法，可以大大提高突变频率,并且比照射花粉和种子具有结果早，鉴定快等特点。
内照射(inner radiation)：将放射性元素引入植物体内，由它放射出的射线在体内进行照射。
分类：浸种法、注射法、饲喂法。
浸种法：将放射性同位素32P、35S等，配成一定比例浓度的溶液，浸泡种子或枝芽，使放射性物质渗入组织内部进行照射。
注射法：用注射器将放射性溶液注入植株或枝条内。也可以把盛有放射性溶液的小管系于枝条上，用穿有棉线的针穿刺嫩枝，使线的一端留于枝内，另一端浸于放射性溶液中，利用毛细管作用将放射性溶液引入枝条内。
将放射性同位素施于土壤，为植物吸收，或喷于叶片，借助于光合作用形成的产物一并运转进入体内。（施肥法）
2.4辐射诱变机理
遗传学类别
DNA损失模型
外照射对DNA的损伤
1 UV引起的损伤
2 电离辐射引起的同型转换
3 氢键断裂A=T G = C
4 DNA链断裂单链／双链
单链断裂原因：1）直接切断磷酸酯键；2）破坏脱氧核糖；3）碱基损伤后发生脱嘧啶和脱嘌呤作用；4）OH－下不稳定；5）由酶引起的切断。
5形成交联
两条DNA螺旋之间
DNA双链之间
DNA与蛋白质之间
内照射（inner radiation）由原子核蜕变引起基因突变，放射性元素进入植物体内部，由于原子核不断衰变。①放射出各种电荷粒子的射线；②转变另一种元素,一定程度影响分子结构的物理化学特性。
原则：“活、变、优”
2.5诱变剂的选择标准
适宜剂量和剂量率的选择
一般认为最好的照射剂量应选择在临界剂量附近，即被照射的种子或芽成活率为40%；或半致死剂量，即辐射后成活率为50%；或几种剂量处理比较稳妥。剂量率以50~200伦琴/min为宜
§3 化学诱变（Chemical Mutagens）
3.1化学诱变剂的种类
Chemical Mutagens
烷化剂芥子气类: 硫芥-S-CH2-CH2Cl
氮芥>NCH2-CH2Cl
次乙烯亚胺和环氧乙烷类: 乙烯亚胺-N 环氧乙烷-CH 烷基磺酸盐和烷基硫酸盐类: 磺酸盐-SO2OR 硫酸盐类-SO4R 亚硝基烷基化合物: R1-N 核酸碱基类似物：5-溴尿嘧啶(5-Bu)，α-氨基嘌呤(AP) 诱发译码突变的诱变剂：原黄素(proflavin)，吖啶黄(acridine yellow) 其他诱变剂：HNO2NaN3秋水仙素 diethyl sulphate (硫酸二乙酸DES) ethyl methane sulphonate (乙基甲烷磺酸酯EMS) and methyl methane sulphonate (甲基甲磺酸酯MMS) isopropyl methane sulphonate(异丙基甲烷磺酸酯iPMS) azide 叠氮化物colchicine 秋水仙碱 3.2化学诱变机理 化学诱变剂的效应 化学诱变剂靠各自的活性基团，具有特有的化学性质。它们直接与RNA或DNA 反应，引起突变。 烷化剂：利用其烷基(能置换或取代其他分子的H原子发生烷化)烷化其磷酸基、嘌呤基、嘧啶基，导致遗传物质的结构和功能改变，引起有机体变异。 诱发译码突变的诱变剂：如原黄素、ICR－170，能嵌入DNA分子双链中心的碱基之间，引起单一核苷酸的缺失或插入，遗传密码编组的移动，使转录和翻译错误，产生突变。 核酸碱基类似物：5-溴尿嘧啶(5-Bu)取代DNA中的胸腺嘧啶T，可以同A和G配对。α-氨基嘌呤(AP)取代DNA中的腺嘌呤A，可以同C和T配对。 秋水仙素：针对有丝分裂中期细胞，阻止形成纺锤丝，染色体不走向两极，从而产生染色体数加倍的核（对染色体的结构无显著影响）。 化学诱变与辐射诱变生物学效应之区别 辐射诱变化学诱变 产生较大的染色体突变引起的染色体断裂局限于某些部位 造成的染色体断裂随机分布有特异性，遗传变异定位的程度比辐射高，诱发 突变性状有明显的专一性 反应迅速激烈,极短时间完成效应比较迟缓，诱发的断裂保持较长的潜伏期， 表现潜在损伤，存在残留药物后效作用 相对较低突变频率高，尤其叶绿素突变频率非常高Nilan 用NaN3处理大麦种子叶绿素突变频率达46%，非致死形态突变频率达58.5%。 化学诱变剂使用经济，且每次用量少。大部分能致癌，而NaN3非致癌剂，毒性小，目前使用最多。 3.3诱变方法 化学诱变处理的方法 A.种子或枝芽浸泡法 1. 处理前的浸泡：在诱变处理前预先用水浸泡种子，可以提高其对诱变的敏感性，浸泡能提高细胞膜透性，加速诱变剂的吸收，同时使细胞代谢活跃起来，并促进DNA的合成，该现象称水合作用。 2.药剂处理：当种子进入水合阶段后，可进行药剂处理，药液温度不同，诱变效果不同，一般宜在低温下处理。二甲亚砜可提高化学诱变剂的穿透作用。增大2~3个大气压，可提高化学诱变剂的穿透性，提高诱变效果。 3. 种子处理后的漂洗和播种：必须用清水进行漂洗，立即播种。 B.化学诱变的诱变剂量 化学诱变剂的使用剂量与处理的持续时间和处理时的温度密切相关。 pH值、处理材料的组织结构和生理生化特性，处理后种子冲洗时间也影响诱变效果。 C.化学诱变的具体方法 1.浸渍法：如浸渍种子、接穗、插条、块茎、块根等，也可将花枝剪下插入药剂，吸收一定量后，开花时收集其花粉。 2.涂抹法和滴液法：用脱脂棉或纱布蘸取药剂涂抹植株、枝条、块茎等的生长点或芽眼或用吸管吸取药液滴于材料的顶芽或侧芽。 3.注入法：利用注射器，或浸透诱变剂溶液的棉球包缚在茎的切口处，引入到植株、花序或枝条等。 4.熏蒸法：针对产生蒸气的诱变剂(如Ethylenimine氮丙啶EI)，将花粉或花序置于密封潮湿的小箱中，使药剂蒸气对其进行熏蒸。 5.施入法：在生长基质中，加入一定浓度诱变剂，由根吸收或简单的渗透扩散进入植物体内，属慢性处理. §4 突变体的鉴定、培育和选择 一、诱变材料的鉴定 (一)植物损伤的鉴定 1. 发芽力与存活数量测定：辐射对种子的发芽力影响不大，但在田间条件下出苗数有明显减少，化学诱变剂处理严重降低发芽力。一般播种或嫁接后一定时间内(4~6周)，在田间对发芽株数进行定量测定，枝条浸在营养液中，3~4周统计萌发数。 2. 幼苗高度的测定：嫁接苗第一次停长时统计其平均值。 （二）细胞学效应的鉴定 1. 种子处理后，观察茎或根细胞的第一次有丝分裂周期是确定诱变因素效应的快速测验法。 在中期Ⅰ： 易位：根据环和链的形成识别 大缺失：死亡(小缺失在中期Ⅰ看不出来) 倒位：自然状况下，墨西哥来檬44%倒位桥，意大利柠檬倒位杂合性占11%。倒位或易位的杂合性导致花粉高度不育性。 2.分子水平的鉴定 利用限制性片段长度多态性(RAPD)等分子标记，可揭示嵌合体、点突变。诱变材料的鉴定 植物损伤鉴定致死剂量LD50 生产势下降GRD50 活力指数下降VID50 细胞学效应鉴定染色体观察 突变体性状鉴定统计分析 如：紧凑生产突变型指标有新梢长度（L）、节间长度（I）、新梢直径（D）、D：L、D：I和L：I等 处理种子和植株 M1(指处理种子长成的植株或蕾期前处理的植株) 常表现复杂的突变嵌合体，一般不作选择采取密植，多收主茎的种子。 M2(指M1所结种子及由它长成的植株)为主要的分离选择世代。 M3及以后各代从M2选出优良突变体,每株种一小区。若M3稳定，进入品种试验；如M3分离，继续选择. 一般从M4可进入品系鉴定…… 处理花粉 用突变花粉授粉的后代整个植株可携带变异基因，成为异质结合体，不会出现嵌合体。 M1---照射的花粉或照射处于配子体发育时期的植株 M2---所结种子包括照射花粉所结的种子及长成的植株(可进行选择) M3—(出现性状分离) 图示： 图示：无性繁殖 ※分离显性体细胞突变的方法 -不定芽技术（adventitious bud technique） ----诱导处理材料（如离体叶）产生不定芽 -修剪、嫁接及连续扦插 图示：修剪、嫁接、连续扦插、扦插和修剪结合 -应用离体培养技术 细胞悬浮培养与原生质体培养 愈伤组织 外植体培养 图示：育种程序 图示：提高诱变育种效率的方法 展望 卫星搭载育种----太空西瓜（高真空，强辐射，微重力） 生物技术定点诱变 基因的定点诱变 太空诱变育种 摘要：现在，越来越多地国家利用太空诱变来培育新品种，同时在这一方面取得了良好地成果，由此开辟了一条植物育种地新地途径资料个人收集整理，勿做商业用途 关键字：太空诱变特点安全性应用展望 太空育种．又称航天育种、空间诱变育种，是利用太空技术．通过高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物地种子、组织、器官或生命个体等诱变材料搭载到高空地宇宙空间，利用强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊环境诱变因子地作用．使生物基因发生变异，再返回地面进行选育，培育新品种、新材料地作物育种新技术.其核心内容是利用太空环境地综合物理因素对植物或生物遗传性地强烈动摇和诱变，在较短地时间内创造出目前地面诱变育种方法难以获得地罕见突变种质材料和基因资源，选育突破性新品种，由此而开辟一条植物育种地新途径.资料个人收集整理，勿做商业用途 太空诱变地主要因素 .微重力 太空地重力环境明显不同于地面，未及地球上重力十分之一地微重力( )是引起植物遗传变异地重要原因之一.许多实验证明，植物感受和转换微重力信号，是通过质膜调节细胞内水平或磷脂／蛋白质排列顺序地变化等，引起酶、蛋白质激酶、氧化还原酶及光系统中许多酶类地活性变化等，从而在细胞分裂期微管地组装与去组装、染色体移动、微丝地构建、光系统地激活等方而起作用，进而影响细胞分裂、细胞运动、细胞间信息传递、光合作用和生长发育等生理生化过程，并出现细胞核酶变、分裂紊乱、浓缩染色体增加、核小体数目减少等.已有地研究结果还指出，微重力是通过增加植物对其它诱变因素地敏感性和干扰损伤修复系统地正常运作，从而加剧生物变异，提高变异率.资料个人收集整理，勿做商业用途 .空间辐射 空间辐射源包括来自地磁场俘获地银河宇宙射线和太阳磁暴地各种电子、质子、仅粒子、低能重离子和高能重离子等.它们能穿透宇宙飞行器地外壁，作用于太空飞行器中地生物.研究结果表明，空间诱变与地面辐射处理发生地变异情况有许多类似之处，辐射敏化剂预处理能增加生物损伤.和生物膜是射线作用地靶子.空间辐射主要导致生物系统遗传物质地损伤，如突变、肿瘤形成、染色体畸变、细胞失活、发育异常等.重离子辐射生物学研究地结果表明，质子、高能重离子等能非常有效地引起细胞内遗传物质分子地双链断裂和细胞膜结构改变，且其中非重接性断裂地比例较高，从而对细胞有更强地杀伤及致突变和致癌变能力嘲.对植物地研究证明，空间条件尤其是高能离子具有强烈地致变作用，导致细胞死亡、突变、恶性转化，而且在微重力条件下辐射地诱变作用将会加强门.资料个人收集整理，勿做商业用途.其它诱变因素 植物材料在空间飞行时.是受各种空间因素综合作用地，包括高真空、交变磁场、航天器发射过程中地强振、飞行舵内地温度和湿变条件及其他未知因素.一般认为．空间辐射和微重力地复合效应是主要地诱变因素.资料个人收集整理，勿做商业用途 太空育种地特点 .诱变效率高 太空中地特殊条件对农作物种子具有强烈地诱变作用.可以产生较高地变异率，其变异幅度大、频率高、类型丰富．有利于加速育种进程.水稻自然变异地频率在二十万分之一．化学诱变地变异频率也在千分之几．而经空间处理地水稻变异频率可达百分之几.一般来说，太空育种变异率为％％，最高地诱变率可超出％以上，其中有益突变率为％％.资料个人收集整理，勿做商业用途 .变异方向不定.正负方向变异都有 作为一种空间多环境特殊条件下产生地诱变，其诱变方向具有不确定性.一般单株有效穗数、 诱变育种技术 诱变育种是利用物理、化学因子，促使育种的原始材料的遗传性发生变异，从而选出优良品种的一种育种方法。它包括物理的辐射诱变和化学诱变两种。 辐射诱变是指利用γ-射线、X-射线、β-射线、中子、无线电微波、激光、紫外线等物理因子，照射植物的种子、植株和其他器官，使它们的遗传物质发生变化，产生各种各样的变异，通常称为突变，然后选择符合人们需要的植株进行培育，从而获得新品种。化学诱变则是利用一些化学药品，来浸泡和处理植物的种子或其他器官，促使突变的发生，从而选育出新的品种。 诱变育种是相对于利用自然突变选种(穗选、株选)而言的，植物在自然条件下生长发育，由于受到各种自然条件的作用，它们的遗传物质也会发生变异。但由于自然条件下的各种引起变异的因子的强度较缓和，自然突变的频率较低，发生的变异数往往满足不了育种选择的需要，所以现代育种中往往采取较强的诱变强度，让突变的发生数大大增加，从而加快育种进程。 诱变育种的优点在于： 能大幅度提高植物的变异牢，扩大变异范围：自然突变率一般在十万分之几到百万分之几，而诱变处理后的突变频率可高达 1/30左右，比自然突变高1000～10000倍，同时引起的变异类型多、范围广。如印度用γ-射线处理蓖麻，获得了生育期由270天缩短到120天的特大变异株系。 能改良品种的第一性状，而保持其他优良性状不变：对于一个具有多种优良性状而只希望改进某一两个性状的品种，采用诱变育种最为有效，它较之利用杂交育种方法相比，容易收到满意的效果。如通过辐射，把燕麦的抗锈病特性和对叶枯病易感性分离开来，培育出了抗锈病又不易感染叶枯病的新品种。 引起的变异稳定快，育种年限短;诱变处理后的子代分离少、稳定快，一般在第三代就可稳定，而杂交育种的某个性状的稳定往往要在第五到第七代。对于一年只能生长一季的农作物来说，意味着缩短育种时间2～4年。 能改变作物的育性，有利于杂种优势的发挥：在常规的杂交育种中，往往要用较多的时间和人力去除掉母本的雄蕊，避免自交现象的发生。用诱变处理母本的种子，可以选育出雄性不育的植株，形成雄性不育系，供杂交育种时使用。由于杂交后的第一代往往表现出杂种优势，发挥了父、母本的各自的优良品质，用它们的子一代作种子来生产，其产量及其他性状往往很好。所以我国现在大面积推广的杂交水稻、杂交玉米、杂交小麦，都取得了明显的经济效益和社会效益，为解决我国广大农民的温饱问题作出了巨大贡献。 诱变育种的中心是利用各种诱变剂提高作物的突变率。但是诱变剂的剂量是一个首先要注意的问题，并非剂量越大越好，要明白诱变剂的处理是建立在对原有细胞中的遗传物质的损伤基础上来加大突变率的，它们的处理对细胞是有伤害的。选择一定的诱变剂量很重要，诱变育种中有相应的三个名词或俗语，那就是“致死剂量”、 几种常用的育种方法比较（总结整理） 一、诱变育种： 诱变育种是指利用人工诱变的方法获得生物新品种的育种方法 原理：基因突变 方法：辐射诱变，激光、化学物质诱变，太空（辐射、失重）诱发变异→选择育成新品种 优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状；变异范围广。 缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状效果较差。 二、杂交育种： 杂交育种是指利用具有不同基因组成的同种（或不同种）生物个体进行杂交，获得所需要的表现型类型的育种方法。其原理是基因重组。 方法：杂交→自交→选优 优点：能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。 缺点：时间长，需及时发现优良性状。 三、单倍体育种： 单倍体育种是利用花药离体培养技术获得单倍体植株，再诱导其染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。（主要是考虑到结合中学课本，经查阅相关资料无误。）其原理是染色体变异。优点是可大大缩短育种时间。 原理：染色体变异，组织培养 方法：选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。 优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。 缺点：技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。 四、多倍体育种： 原理：染色体变异（染色体加倍） 方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。 优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。缺点：只适于植物，结实率低。 五、细胞工程育种： 细胞工程育种是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，利用细胞的全能性，用组织培养的方法培育杂种植株的方法。 原理：细胞的全能性 方法：（1）植物：去细胞壁→细胞融合→组织培养 （2）动物克隆：核移植→胚胎移植 优点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等。 太空诱变是利用太空中的强辐射、微重力、高真空、弱磁场等诱变因子对植物种子、组织、器官或生命个体的基因变异的诱变。 太空诱变育种 摘要：现在，越来越多的国家利用太空诱变来培育新品种，同时在这一方面取得了良好的成果，由此开辟了一条植物育种的新的途径 关键字：太空诱变特点安全性应用展望 太空育种．又称航天育种、空间诱变育种，是利用太空技术．通过高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物的种子、组织、器官或生命个体等诱变材料搭载到200~400 km高空的宇宙空间，利用强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊环境诱变因子的作用．使生物基因发生变异，再返回地面进行选育，培育新品种、新材料的作物育种新技术。其核心内容是利用太空环境的综合物理因素对植物或生物遗传性的强烈动摇和诱变，在较短的时间内创造出目前地面诱变育种方法难以获得的罕见突变种质材料和基因资源，选育突破性新品种，由此而开辟一条植物育种的新途径。 太空诱变的主要因素 1.微重力 太空的重力环境明显不同于地面，未及地球上重力十分之一的微重力(10-3~10-6 g)是引起植物遗传变异的重要原因之一。许多实验证明，植物感受和转换微重力信号，是通过质膜调节细胞内Ca2+水平或磷脂／蛋白质排列顺序的变化等，引起ATP酶、蛋白质激酶、NAD氧化还原酶及光系统中许多酶类的活性变化等，从而在细胞分裂期微管的组装与去组装、染色体移动、微丝的构建、光系统的激活等方而起作用，进而影响细胞分裂、细胞运动、细胞间信息传递、光合作用和生长发育等生理生化过程，并出现细胞核酶变、分裂紊乱、浓缩染色体增加、核小体数目减少等。已有的研究结果还指出，微重力是通过增加植物对其它诱变因素的敏感性和干扰DNA损伤修复系统的正常运作，从而加剧生物变异，提高变异率。 2.空间辐射 空间辐射源包括来自地磁场俘获的银河宇宙射线和太阳磁暴的各种电子、质子、仅粒子、低能重离子和高能重离子等。它们能穿透宇宙飞行器的外壁，作用于太空飞行器中的生物。研究结果表明，空间诱变与地面辐射处理发生的变异情况有许多类似之处，辐射敏化剂预处理能增加生物损伤。DNA和生物膜是射线作用的靶子。空间辐射主要导致生物系统遗传物质的损伤，如突变、肿瘤形成、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。重离子辐射生物学研究的结果表明，质子、高能重离子等能非常有效地引起细胞内遗传物质DNA分子的双链断裂和细胞膜结构改变，且其中非重接性断裂的比例较高，从而对细胞有更强的杀伤及致突变和致癌变能力嘲。对植物的研究证明，空间条件尤其是高能离子具有强烈的致变作用，导致细胞死亡、突变、恶性转化，而且在微重力条件下辐射的诱变作用将会加强门。 3.其它诱变因素 植物材料在空间飞行时。是受各种空间因素综合作用的，包括高真空、交变磁场、航天器发射过程中的强振、飞行舵内的温度和湿变条件及其他未知因素。一般认为．空间辐射和微重力的复合效应是主要的诱变因素。 太空育种的特点 6-1杂交育种和诱变育种 【学习目标】 1、简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足。 2、举例说出诱变育种在生产中的应用。 3、讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。 【新知预习】 一、杂交育种 1、古代人们利用__________________，通过长期选择，汰劣留良，培育出许多优良品种，这种选择育种不仅_____________，而且_________________________。 2、杂交育种是将__________或__________品种的_____________，通过__________集中在一起，在经过___________和___________。获得________________的方法。 3、在农业生产中，杂交育种是___________________的常规方法。杂交育种的方法也用于 _____________________的育种。 二、诱变育种 1、诱变育种的原理是_________________________________。 2、诱变育种是指利用_______________________________，使生物____________________的方法。 3、诱变育种的优点的________________________________________________。 4、诱变育种取得的成就： （1）培育__________________________________； （2）在___________________方面也发挥了重要作用，如：_____________________________。【知识细目表】 一、杂交育种 1、概念：是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。 2、原理：基因重组 3、应用：在改良农作物品种、培育家畜新品种等方面广泛应用。 4、一般步骤：①两亲本杂交，获得F1;②F1自交，获得F2；③在F2中选出符合要求的性状并进行多次自交获得较纯的新品种。 5、优点：操作简单 6、缺点：育种时间长、工作量大、只能利用已有的基因杂交，不能产生新的基因、只能进行本物种或亲缘关系比较近的物种之间杂交，不能克服远缘杂交不亲和障碍等。 二、诱变育种 微生物诱变育种的方法 摘要:介绍了几种常用的物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等,为微生物诱变育种提供了一个总体的方法框架。 关键词:诱变; 微生物育种 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切，其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏，甚至影响人们的日常生活质量，所以选育优质、高产的微生物菌株十分重要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导，或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状，人为地使某些代谢产物过量积累，获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为育种途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前，国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。 1 物理诱变 1.1紫外照射 紫外线照射是常用的物理诱变方法之一，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA和RNA的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰260nm，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释，但比较确定的作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对，所以可能导致突变甚至死亡[2]。 马晓燕[3]等以紫外诱变原生质选育法筛选发酵乳清高产酒精菌株马克斯克 鲁维酵母菌株ZR-20，比优化前的酒精产率提高10.5%，较出发菌株提高了68%。顾蕾[4]等通过紫外诱变红酵母ns-1原生质体，获得类胡萝卜素产量明显提高的突变株，其生物量、色素产量分别为6.15g/L、6.41mg/L，分别比原始菌株提高了67.6%、54.1%。 紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用这种方法。 1.2电离辐射 γ-射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具有很高的能量，能产生电离作用，可直接或间接地改变DNA结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基，或者脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使 诱变育种的原理和操作过程 考情分析 知识梳理 一、单倍体育种 1．原理 染色体数目以染色体组的形式成倍减少,然后经人工诱导使染色体数目加倍从而获得纯种. 2．过程与方法 单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个关键步骤.育种中通过杂交把不同品种的优良性状集中到F1植物体上,然后利用F1个体产生的花粉进行离体培养,培育出单倍体幼苗,再诱导染色体数目加倍,进而获得目标品种,如下图所示： 3．优点与不足 （1）优点 单倍体育种和杂交育种相比而言,能明显缩短育种年限,一般只需要2年时间,便可以获得纯合新品种. （2）不足 技术性较强,并且必须和杂交技术以及诱导染色体加倍技术结合使用. 4．实例 现有高杆抗病小麦DDTT、矮杆易感病小麦ddtt,欲培育出矮杆抗病小麦ddTT,育种方案如下图： 二、多倍体育种 1．原理 染色体数目以染色体组的形式成倍增加. 2．过程与方法 多倍体育种目前最常用而且最有效的方法是利用秋水仙素直接处理萌发的种子或幼苗,已 获得优良性状的多倍体植株.三倍体无籽西瓜的培育就是一个典型案例,如下图所示： 3．优点与不足 （1）优点 经多倍体育种获得的植株和二倍体相比,茎秆粗壮,叶片、果实和种子都较大,糖类和蛋白质含量都有所增加,有些植物的抗寒性等抗逆能力增强. （2）不足 多倍体育种适用于植物,在动物方面难以开展,且多倍体植物往往发育迟缓,结实率低. 三、育种的综合考察 1．列表比较几种常见生物育种方式 2．有关育种的两点方案 （1）根据不同育种目标选择不同育种方案 （2）育种技术中的“四最”和“-明显” ①最简便的育种技术——杂交育种. ②最具预见性的育种技术——转基因技术或细胞工程育种. ③最盲目的育种——诱变育种. ④最能提高产量的育种——多倍体育种. ⑤可明显缩短育种年限的育种——单倍体育种. 3．几种育种方式的注意点 （1）单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同.单倍体育种操作的对象是单倍体幼苗,多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗. （2）诱变育种：多用于植物和微生物,一般不用于动物的育种. （3）杂交育种：不一定需要连续自交.若选育显性优良纯种,需要连续自交筛选,直至性状不再发生分离；若选育隐性优良纯种,则只要出现该性状个体即可. 【易错提醒】 （1）单倍体并不一定是一倍体； （2）花药离体培养获得单倍体,虽然是植物组织培养的一种形式,但花粉粒是减数分裂产生的,因此属于有性生殖； （3）单倍体育种获得的一般是纯合子,但当多倍体的花粉经离体培养,秋水仙素处理后,可能产生杂合子； （4）单倍体绝大多数都是不育的,但当细胞内具有相同的染色体组,同源染色体之间可以联会, ．诱变育种的意义：提高变异的频率，创造人类需要的变异类型，从中选择、培育出优良的生物品种。 2．原核细胞与真核细胞相比最主要特点：没有核膜包围的典型细胞核。 3．细胞分裂间期最主要变化：DNA的复制和有关蛋白质的合成。 4．构成蛋白质的氨基酸的主要特点是： （a-氨基酸）都至少含一个氨基和一个羧基，并且都有一氨基酸和一个羧基连在同一碳原子上。 5．核酸的主要功能：一切生物的遗传物质，对生物的遗传性，变异性及蛋白质的生物合成有重要意义。 6．细胞膜的主要成分是：蛋白质分子和磷脂分子。 7．选择透过性膜主要特点是： 水分子可自由通过，被选择吸收的小分子、离子可以通过，而其他小分子、离子、大分子却不能通过。 8．线粒体功能：细胞进行有氧呼吸的主要场所。 9．叶绿体色素的功能：吸收、传递和转化光能。 10．细胞核的主要功能：遗传物质的储存和复制场所，是细胞遗传性和代谢活动的控制中心。 新陈代谢主要场所：细胞质基质。 11．细胞有丝分裂的意义：使亲代和子代保持遗传性状的稳定性。 12．ATP的功能：生物体生命活动所需能量的直接来源。 13．与分泌蛋白形成有关的细胞器：核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。14．能产生ATP的细胞器（结构）：线粒体、叶绿体、（细胞质基质（结构））能产生水的细胞器*（结构）：线粒体、叶绿体、核糖体、（细胞核（结构））能碱基互补配对的细胞器（结构）：线粒体、叶绿体、核糖体、（细胞核（结构））14．确切地说，光合作用产物是：有机物(一般是葡萄糖，也可以是氨基酸等物质)和氧 15．渗透作用必备的条件是：一是半透膜；二是半透膜两侧要有浓度差。16．矿质元素是指：除C、H、O外，主要由根系从土壤中吸收的元素。17．内环境稳态的生理意义：机体进行正常生命活动的必要条件。 18．呼吸作用的意义是：（1）提供生命活动所需能量；（2）为体内其他化合物的合成提供原料。 19．促进果实发育的生长素一般来自：发育着的种子。 20．利用无性繁殖繁殖果树的优点是：周期短；能保持母体的优良性状。21．有性生殖的特性是：具有两个亲本的遗传物质，具更大的生活力和变异性，对生物的进化有重要意义。 22．减数分裂和受精作用的意义是： 对维持生物体前后代体细胞染色体数目的恒定性，对生物的遗传和变异有重要意义。 23．被子植物个体发育的起点是：受精卵生殖生长的起点是：花芽的形成 24．高等动物胚胎发育过程包括：受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→组织分化、器官形成→幼体。 诱变育种 第一节诱变育种的概念、意义和特点 诱变育种是人为地采用物理、化学的因素，诱发有机体产生遗传性的变异，并经过人工选择、鉴定、培育新品种的途径。诱变育种的目标是改变或增加一个满意品种的某一特性，而在其他方面保持品种不变。如果需要一个适应性好、独特的、非常合意的和受欢迎的品种，这种方法特别吸引人。 诱变育种的特点：1）提高突变率，扩大变异谱；2）适于进行个别性状的改良；3）育种程序简单，年限短；4）变异的方向和性质不定（已有人把人工合成低聚核苷酸片段引入基因组中，以一定方式改变某一基因，进行定向诱变）。 作为一种育种方法，诱发突变技术在培育那些在种内有足够的遗传变异和由显性基因确定其特性的作物，是可有可无的或无前途的。但是，显性突变型曾被诱发，特别是抗病型，部分由于寄生植物的基因与病原体的基因之间的相互作用。在完全不育或无性繁殖的植物中，诱变育种是品种改良的唯一方法，例如专性无融合生殖植物，它不产生有合子胚的种子。无融合生殖在柑橘类和某些苹果属、树莓属的种中是普通的。 诱变育种是常规育种的一个补充或在园艺植物育种某些方面潜在替代者：1）在适应性广泛的种中诱发变异性，假若进一步的杂交提供有限的变异性和改良，而品种已接近选择的极限；2）诱发一个新的特性，如果没有通过杂交能传递的已知基因源，例如抗病性、企望的生长型或自交亲和性；3）在有性繁殖中将会消失的特定突变，通过营养繁殖产生和保存；4）打破与不良的特性或基因多效影响的连锁；5）使现存的嵌合体显露和均质化，并使突变型获得稳定；6）在远缘亲本之间杂交中遏制不亲和性；7）诱发单倍体；8）在无融合生殖植物中产生过渡性有性状态。 成功的诱变育种需要：1）处理可用于筛选的大的植物群体；2）预期的特性突变率高；3）可以用视力诊断或简单测定鉴别突变的有效方法。 第二节诱变因素 在诱发突变中，有两类诱变剂被使用：物理的和化学的。物理的诱变剂有：1）紫外灯发出的紫外线（UV）照射；2）电磁辐射：X射线发生器发出的X射线；从放射性同位素钴60或铯137发出的?射线；3）微粒辐射：从核反应堆发出的热中子或慢中子；从放射性同位素磷32或硫35发出的β粒子（电子）。化学诱变剂主要用于种子繁殖植物。较常用的有：叠氮化物、秋水仙碱、烷化剂、碱基类似物等。 1.物理的诱变因素 物理诱变因素的辐射能对植物诱发化学反应，结果造成DNA结构的变化。这些变化如果在DNA中保持重复，证明是突变。 1.１紫外线的能量和穿透力低，能成功地用于处理花粉粒。 1.2电磁辐射和中子容易穿透植物组织。 1.3X射线：辐射源是X光机。X射线又称阴极射线，是一种电磁辐射，它不带电核，是一种 中性射线。一大部分的栽培作物用物理诱变剂诱发的突变是X射线辐射的结果。X射线的反应在有氧时会加强。 1.4?射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。?射线也是一种不带电荷的中性射线。应用于 植物育种的?射线照射装置有?照射室和?圃场，前者用于急性照射，后者用于慢性照射。 1.5中子：辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器。根据中子能量大小分为超快中子、快中 子、中能中子、慢中子、热中子。在生物研究中，通常用慢中子或热中子。热中子处理比用X射线照射更少受干扰因素的影响，如氧的浓度或温度。对多数作物来说，包括苹果，中子是比X或?射线更有效的诱变剂。高密度中子主要造成氧独立的不可挽回的损害，包括染色体畸变。 诱变育种 第一节诱变育种的概念、意义与特点 诱变育种就是人为地采用物理、化学的因素,诱发有机体产生遗传性的变异,并经过人工选择、鉴定、培育新品种的途径。诱变育种的目标就是改变或增加一个满意品种的某一特性,而在其她方面保持品种不变。如果需要一个适应性好、独特的、非常合意的与受欢迎的品种,这种方法特别吸引人。 诱变育种的特点:1)提高突变率,扩大变异谱;2)适于进行个别性状的改良;3)育种程序简单,年限短;4)变异的方向与性质不定(已有人把人工合成低聚核苷酸片段引入基因组中,以一定方式改变某一基因,进行定向诱变)。 作为一种育种方法,诱发突变技术在培育那些在种内有足够的遗传变异与由显性基因确定其特性的作物,就是可有可无的或无前途的。但就是,显性突变型曾被诱发,特别就是抗病型,部分由于寄生植物的基因与病原体的基因之间的相互作用。在完全不育或无性繁殖的植物中,诱变育种就是品种改良的唯一方法,例如专性无融合生殖植物,它不产生有合子胚的种子。无融合生殖在柑橘类与某些苹果属、树莓属的种中就是普通的。 诱变育种就是常规育种的一个补充或在园艺植物育种某些方面潜在替代者:1)在适应性广泛的种中诱发变异性,假若进一步的杂交提供有限的变异性与改良,而品种已接近选择的极限;2)诱发一个新的特性,如果没有通过杂交能传递的已知基因源,例如抗病性、企望的生长型或自交亲与性;3)在有性繁殖中将会消失的特定突变,通过营养繁殖产生与保存;4)打破与不良的特性或基因多效影响的连锁;5)使现存的嵌合体显露与均质化,并使突变型获得稳定;6)在远缘亲本之间杂交中遏制不亲与性;7)诱发单倍体;8)在无融合生殖植物中产生过渡性有性状态。 成功的诱变育种需要:1)处理可用于筛选的大的植物群体;2)预期的特性突变率高;3)可以用视力诊断或简单测定鉴别突变的有效方法。 第二节诱变因素 在诱发突变中,有两类诱变剂被使用:物理的与化学的。物理的诱变剂有:1)紫外灯发出的紫外线(UV)照射;2)电磁辐射:X射线发生器发出的X射线;从放射性同位素钴60或铯137发出的?射线;3)微粒辐射:从核反应堆发出的热中子或慢中子;从放射性同位素磷32或硫35发出的β粒子(电子)。化学诱变剂主要用于种子繁殖植物。较常用的有:叠氮化物、秋水仙碱、烷化剂、碱基类似物等。 1.物理的诱变因素 物理诱变因素的辐射能对植物诱发化学反应,结果造成DNA结构的变化。这些变化如果在DNA中保持重复,证明就是突变。 1、１紫外线的能量与穿透力低,能成功地用于处理花粉粒。 1、2电磁辐射与中子容易穿透植物组织。 1.3X射线:辐射源就是X光机。X射线又称阴极射线,就是一种电磁辐射,它不带电核,就是一种 中性射线。一大部分的栽培作物用物理诱变剂诱发的突变就是X射线辐射的结果。X射线的反应在有氧时会加强。 1.4?射线:辐射源就是60Co与137Cs及核反应堆。?射线也就是一种不带电荷的中性射线。应用 于植物育种的?射线照射装置有?照射室与?圃场,前者用于急性照射,后者用于慢性照射。1.5中子:辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器。根据中子能量大小分为超快中子、快中 子、中能中子、慢中子、热中子。在生物研究中,通常用慢中子或热中子。热中子处理比用X射线照射更少受干扰因素的影响,如氧的浓度或温度。对多数作物来说,包括苹果,中子就是比X或?射线更有效的诱变剂。高密度中子主要造成氧独立的不可挽回的损害,包括染色体畸变。 一、诱变育种： 诱变育种是指利用人工诱变的方法获得生物新品种的育种方法 原理：基因突变 方法：辐射诱变，激光、化学物质诱变，太空（辐射、失重）诱 发变异→选择育成新品种 优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状； 变异范围广。 缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控 制。改良数量性状效果较差。 二、杂交育种： 杂交育种是指利用具有不同基因组成的同种（或不同种）生物个 体进行杂交，获得所需要的表现型类型的育种方法。其原理是基 因重组。 方法：杂交→自交→选优 优点：能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一 身。 缺点：时间长，需及时发现优良性状。 三、单倍体育种： 单倍体育种是利用花药离体培养技术获得单倍体植株，再诱导其 染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。（主要是 考虑到结合中学课本，经查阅相关资料无误。）其原理是染色体 变异。优点是可大大缩短育种时间。 原理：染色体变异，组织培养 方法：选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体 植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。 优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。 缺点：技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。 四、多倍体育种： 原理：染色体变异（染色体加倍） 方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。 优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。 缺点：只适于植物，结实率低。 五、细胞工程育种： 细胞工程育种是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，利用细胞的全能性，用组织培养的方法培育杂种植株的方法。 原理：细胞的全能性 方法：（1）植物：去细胞壁→细胞融合→组织培养 （2）动物克隆：核移植→胚胎移植 优点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等。 缺点：技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战，有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少，个体生存能力下降。 六、基因工程育种： 物质基础是：所有生物的DNA均由四种脱氧核苷酸组成。其结构基础是：所有生物的DNA均为双螺旋结构。一种生物的DNA上的基因之所以能在其他生物体内得以进行相同的表达，是因为它们共用一套遗传密码。在该育种方法中需两种工具酶（限制性内切酶、DNA连接酶）和运载体（质粒），质粒上必须有相应的识别基因，便于基因检测。如人的胰岛素基因移接到大肠杆菌的DNA上后，可在大肠杆菌的细胞内指导合成人的胰岛素；抗虫棉植株的培育;将固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去，培育出固氮植物。固氮基因的表达方式为： 原理：基因重组（或异源DNA重组）。 方法：提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。 空间诱变育种 摘要：随着科技的发展，我们对于地球外的探索越来越多，宇宙空间存在着微重力、高真空、地球上的环境条件大不相同。研究和利用这些特殊条件对地球生物的影响, 是各国科学家们关注的问题之一。利用空间条件进行物种的诱变选育，也成为热门的科题之一。 关键词：太空育种，诱变选育，高新技术。 自开始太空探索以来，人们一直致力于研究太空特殊的环境条件，如微重力、辐射等对各种生物系统的影响。其原因不仅仅是因为这些研究的结果可增加人类对太空环境因素作用特点的了解，从而有助于解决一些生物学上的基本问题，更重要的是这些结果将为保障征服宇宙太空的宇航人员的安全和健康提供必要的生物学基础和依据。20世纪60年代以来，国内外纷纷把动物、植物、微生物置于卫星、飞船、航天飞机中，以观察其变化。随着“神五”、“神六”的成功飞天, 人们对太空育种这个概念也日渐熟悉。 1.太空诱变育种 太空诱变育种也被称为航天育种, 科学的提法则是“空间诱变育种” , 也就是将农作物种子送到太空, 利用太空特殊的环境诱变作用, 使种子产生变异, 再返回地面选育新种子、新材料,培育新品种的育种新技术。它是综合了宇航、遗传、辐射、育种等学科的高新技术。与传统方法相比，太空诱变育种具有以下优势：部分品种变异频率高，变异幅度大，有益变异增多，育种周期短，诱变后代群体间出现一些有利的特殊变异体，不需要人为设置可污染环境的诱变源等。 2.育种过程复杂艰辛 太空育种能缩短育种周期，常规育种一般需8年左右，太空育种可缩短一半时间。但如果你认为只要种子在天上转一圈就变大变好，那就太理想化了。实际上，一次完整的太空育种过程应包括“筛选种子、空间诱变、地面选育”3个阶段。“筛选种子”就是要进行种子的纯度检测，选择遗传性稳定、综合性能好的种子，一部分搭载上空，另一部分留在地面，将从太空回来的种子和留在地面的种子同时平行对照种植，以便进行外观、抗病等性状对比。“空间诱变”就是利用卫星和飞船等返回式太空飞行器将种子带上200 km～400 km的高空，利用太空特有的各种环境条件及其综合效应对种子染色体进行诱变，产生各式基因变异。“地面选育”就是将诱变后的种子播种下去，从第2代开始筛选优良突变单株，然后将选出的种子再播种、筛选，让它们自交繁殖，如此繁育4代以上并进行严格的品系鉴定和规范的区域化试验，才有可能最终获得遗传性状优良、稳定的突变品系。 3.诱变机理莫衷一是 一般认为，由于太空中的高真空、微重力、高辐射、弱地磁、超洁净、大温差等因素以及发射、着陆时的剧烈震荡，使生物体内DNA链上的基因组发生缺失、重复、易位或倒置，进而产生一些高频度、大幅度的遗传性状突变，如株高变异、株形变异、穗形变异、粒形变异、果型变异、分蘖变异、营养成分变异、生长周期变异、抗逆性变异等。其中，高能粒子辐射能引起生物体DNA损伤而产生可遗传的变异，微重力能增强生物体对诱变的敏感性，干扰DNA损伤修复系统的正常运转，影 第十二章诱变育种 一、名词解释 1.诱变育种：指利用物理（辐射作用）或/和化学（化学反应）方法诱发植物体（植株、 枝、芽、花粉等）产生遗传变异，然后在变异体直接筛选或利用突变体进行杂交， 从而培育出新品种的育种方法，又称为突变育种或引变育种。 2.点突变：指染色体上一个座位内的遗传物质的变化。特别适合对推广品种的生产特 性的改造。 二、简答题 1.诱变育种的特点是什么？ ①突变率高，变异谱广； ②常发生点突变，可以有效地改良品种的个别性状； ③变异稳定快，育种年限短； ④克服远缘杂交不亲和及改变植物的授粉、受精习性。 2.诱变育种存在的主要问题有哪些？ ①变异的方向和性质尚不能人为有效地控制； ②突变体的鉴定比较困难，不易区分生理损伤与遗传变异。 3.简述诱变方法中外照射的概念、特点以及分类。 外照射：指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射线（x射线，γ射线，中子）照射 植物各个器官。 特点：较为安全，简单。适于处理大量试材，才进行一代照射和多代重复照射，一次照射 和多次照射。 按照射时间可以分为急性照射和慢照射；按处理器官组织可以分为种子照射、花粉照射以 及营养器官的照射。 4.简述内照射的概念、特点及分类。 内照射：将放射性元素引入植物体内，由它放射出的射线在体内进行照射。 分为浸种法、注射法和喂饲法（或施肥法）。 5.简述剂量率的选择原则。 剂量率的选择原则可归纳为“活、变、优”，活是指后代有一定的成活率；变指在成活个 体中有较大的变异效应；优是指发生的变异中有较多的有利突变。 6. 化学诱变剂的种类有哪些？ 烷化剂、核酸碱基类似物、诱发译码突变的诱变剂、其他诱变剂：秋水仙素。 7．化学诱变剂的效应？ 化学诱变剂是靠各自的活性基团，具有特有的化学性质。它们直接与RNA或DNA反应，引 起突变。 8. 秋水仙素的作用机理？ 针对在有丝分裂中期的细胞，阻止形成纺锤丝，染色体不走向两极，从而产生染色体数加 倍的核。 9. 化学诱变的方法有哪些？ 浸渍法、涂抹法和滴液法、注入法、熏蒸法、施入法。 10. 简述种子或枝芽浸泡法化学诱变处理过程。 ①处理前的浸泡；②药剂处理；③种子处理后的漂洗和播种 化学诱变剂的诱变剂量：处理的持续时间、处理时的温度。 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/063112778.html, 一种简单高效的水稻体细胞诱变育种新方法作者：林建中杨远柱周波符辰建杜长青胡小淳 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第09期 摘要：多样化种质资源的利用对于培育高产和理想农艺性状水稻品种显得非常重要.在本研究中，通过研究继代时间、2，4D浓度和不同外植体对诱变和分化频率的影响，建立了幼穗为外植体、继代培养时间为3个周期（约75 d）以及2，4D的最佳诱变浓度为4.0 mg/L的体细胞诱变育种方法.然后利用该方法诱变杂交水稻亲本株1S和中9B，分别成功选育了优良矮 化突变株系SV14S和SV9B，为后续的杂交育种提供了优质种质资源.这些育种成果的取得进 一步证实了该水稻体细胞诱变育种方法是一种简单高效的新型育种方法. 关键词：突变；水稻（Oryza sativa L.）；组织培养； 2，4D；育种 中图分类号：S336 文献标识码：A 水稻（Oryza sativa L.）是世界上重要的经济谷类作物，有超过一半的世界人口以大米作为主食.然而，随着人口的不断增长和耕地的减少，据估计到2030年大米的需求将比现在提高40%[1].因此，很有必要通过各种育种方法以提高水稻产量. 育种是一个从大量株系中筛选出理想表型株系的过程，这些大量的株系一般来源于自然和人工突变以及杂交重组.因突变可能产生的优良种质是育种的一个重要来源.多样化的种质资源对水稻育种非常重要，如提高产量以及其他农艺性状的改良等[2-3].然而，优良品种的筛选需要大量原始育种材料，因而采用新的方法来获得大量多样化的候选株系就显得非常重要.体细胞无性系变异作为一个新的变异来源，引起了遗传学家和育种学家的大量关注[4].许多作物包括玉米和水稻[5]等已被用于组织培养和体细胞无性系变异研究[5-7]，为作物育种提供了一种新的诱变途径.体细胞的诱导突变能够获得相当丰富的遗传变异，又因其容易应用和推广而具有很高的实用价值[8-9].突变体因染色体数目改变、点突变、结构性染色体重排等原因而引起表型改变，而且该表型还可以稳定遗传.因此，以此为基础可以培育新的作物优良品种. 体外培养诱导突变所涉及的因素包括培养基的成分（各种盐类、激素和有机物质等）和培养条件（温度、光照和培养时间等）[10].诱变造成组织培养细胞的突变可能是一个或多个诱变因素.迄今，在水稻诱变育种方面还未见以高浓度2，4D为诱变剂的诱变育种方法的报道.在本研究中，我们分别研究了继代培养时间、2，4D浓度和不同外植体对突变频率的影响，建立了一种以幼穗为外植体和4.0 mg/ L 2，4D诱变处理的水稻体细胞无性系诱变育种方法.同时，利用该诱变方法从水稻品种株1S和中9B中分别成功选育了2个稳定的优良矮秆突变株系 SV14S 和 SV9B，并进一步证实了该水稻体细胞诱变育种方法的有效性. 1材料与方法 农作物空间诱变育种规范 (空间科学及应用专家组，1998年2月，广州) 863计划航天领域自1987年以来多次组织卫星、高空气球搭载植物种子。据不完全统计，至1996年年底，参与搭载的种子包括粮食作物、油料作物、蔬菜、水果、花卉等共约50种植物，参与单位近60个，分布于全国22个省(市)、自治区。不少单位在回收种子后，经田间种植、观察、选择，发现了新的变异类型，选育出一批性状优良、有应用潜力的新品种(系)，对农业生产的发展发挥了作用，引起了国内外的瞩目。然而，由于本研究涉及众多的人员、单位，早期试验中还未能明确提出规范化的要求，研究中也出现了部分单位的试验结果不明或准确性较低等问题。为使我国农作物空间诱变育种能更健康发展，特制定此规范。对此类研究从搭载材料的选用至回收后的观察、选择、记录均提出一些具体的要求，请各项目承担单位参照执行。 一、对搭载材料的要求 1，根据育种目标，选用综合性状优良，但1～2个性状有明显缺陷的地方主栽品种、新推广品种、准备推出的优良品系、杂交组合亲本或低世代杂种(F1)作为搭载材料。 2，搭载用种子必须有足够的纯度，无其他品种混杂，为此要求经1～2代套袋自交提纯，取经此法繁殖的种子供搭载及地面对照用。 3，为保证足够的突变体供选择，对某一品种搭载用种子应有足够的数量(一股应为100O 粒以上，个别种大的作物种子量可减至300～500粒)，并用等量的同一纯度种子作地面对照。所用种子应为新鲜、健康、发芽率高的干种子。 4 为保证运输、搭载过程中种子不会被混杂或受潮，建议用内层布袋、外层塑料袋包装，袋内最好包装少量吸水硅胶等对种子无害的干燥剂。内外、层袋及外袋应附有标明种子的种名、送搭单位的标签。 5，为完善搭载诱变试验的管理，要求各电位送交种子往专家组办公室搭载时，填写种子搭载申请表(见表I)内容包：种名、品种名、来源(自育、在用栽培种、引种等，并简介育成年份，亲本等培育的遗传背景)、主要种性(株高、生育期、抗病性、抗虫性、品质特点、产量组成因素，如粒重、荚重、果重、有效穗数、结实率等)、及形态特征、预期主要选育目标(待改良的性状)并附上1～2张代表其种子、果实、种植期，成熟期特性的彩色照片。 二、对搭载种子回收后种植、观察的要求 1，SP1(回收后当代) a 种植：种子经空间搭载后，应与地面对照种子同时种植。为避免与其他品种的天然杂交而致的生物混杂，应采用空间隔离(100米以外)或时间隔离(错开播种、开花期)方式种植。 b，经空间搭载的种子长出的植株会表现出一定程度的生理损伤，也可能在个别植株出现可遗传的性状变异，故须与对照相比较进行认真、细致的观察、记录，包括生长发青中的各项指标以及主要的农艺性状，特别是作为育种目标或其他有应用潜力的性状的变异。 常规要求观察的项H包括：(见表II及表III) 生理指标：发芽率(室内统计供试种子数中萌发种子所占的比例) 出苗率(田间条件下种子胚芽的出土能力) 存苗牢(营养生长盛期幼苗仔活率) 生育期(按该作物通用的生育期标准) 1 杂交育种的缺点：时间长，需及时发现优良性状。 诱变育种的缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状效果较差。相关连接： 高中生物中涉及的育种技术和方法有：转基因育种、细胞工程、（有性）杂交育种、单倍体育种、多倍体育种和诱变育种等。这些育种知识分布在课本的各个章节，而且内容较为简洁。进行高考总复习时，必须进行归纳总结，在广度和深度上进行适当的拓展，使其成为育种知识体系，以便系统地掌握生物育种的原理、方法及其优缺点等等，达到灵活运用的目的。 一、转基因育种 原理：基因重组（或异源DNA重组）。 方法：提取目的基因→装入载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种。 优点：不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行。 缺点：可能会引起生态危机，技术难度大。 二. 细胞工程育种 原理：细胞的全能性 方法：（1）植物：去细胞壁→细胞融合→组织培养 （2）动物克隆：核移植→胚胎移植 优点：能克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种。动物体细胞克隆，可用于保存濒危物种、保持优良品种、挽救濒危动物、利用克隆动物相同的基因背景进行生物医学研究等。 缺点：技术复杂，难度大；它将对生物多样性提出挑战，有性繁殖是形成生物多样性的重要基础，而“克隆动物”则会导致生物品系减少，个体生存能力下降。 三. 单倍体育种 原理：染色体变异，组织培养 方法：选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型。 优点：明显缩短育种年限，加速育种进程。 缺点：技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物。 四. 多倍体育种 原理：染色体加倍（染色体变异） 方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。分为同源多倍体育种和异源多倍体育种 优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。 缺点：只适于植物，结实率低。 五. 有性杂交育种 原理：基因重组。 方法：杂交→自交→选优 优点：能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。 缺点：时间长，需及时发现优良性状。 六. 诱变育种 原理：基因突变 方法：辐射诱变，激光、化学物质诱变，太空（辐射、失重）诱发变异→选择育成新品种 优点：能提高变异频率，加速育种过程，可大幅度改良某些性状；变异范围广。 缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。改良数量性状效果较差。太空诱变育种解析
诱变育种技术
几种常用的育种方法比较
太空诱变育种解析
杂交育种和诱变育种
菌种诱变方法
诱变育种的原理和操作过程12
诱变育种的意义
诱变育种
诱变育种
常规育种方法
空间诱变育种
第十二章 诱变育种
一种简单高效的水稻体细胞诱变育种新方法
农作物空间诱变育种规范
杂交育种的原理、过程、优点和缺点