核辐射在农业育种方面的应用及发展

核辐射在农业育种方面的

应用及发展

学院：水建学院

班级：水工112班

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核辐射在农业育种方面的应用及发展

【摘要】辐射诱变育种是在人工控制的条件下，利用中子、质子或者射线等物理辐射诱变因素对种子进行辐照，诱发其染色体的数量、结构和行为变异，从而得到可供利用的突变体，并在此基础上进一步培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术。本文以水稻、小麦、大豆、花卉和林木等材料所做的辐照试验为依托，综述了国内外在辐射诱变育种方面所取得的成就，分析了该技术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程，并对其发展方向和应用前景做出了展望。其主旨在于提高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的认识，并为该技术的进一步发展和应用提供参考与借鉴，以期促进现代化物理农业工程的发展和应用，提高人民的生活水平与质量。

【关键词】辐射诱变，育种，机理，应用

【正文】

辐射诱变育种是人为地利用射线、x射线或者是中了、激光和离子束等物理诱变因素，诱发植物遗传变异，从而在短时问内获得有利用价值的突变体，以供直接生产利用或者是在此基础上培育出新的种质资源的一种新兴的育种技术f张小静和陈富，2008，现代农业科技，(13)：14．15，17)。该技术的问世，虽然只有数十年的历史(程薇，2007，湖北农业科学，45(5)：660．663)，但因有其自身的特点与优势，所以发展迅以水稻、小麦、大豆、花卉(王丹等，2009)和林木(刘刚等，2009)等材料所做的辐照试验为依托，综述了国内外在辐射诱变育种方面所取得的成就，分析了该技术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程，术的作用机理、特点、优势、适用范围及其发展历程并对其发展方向和应用前景做出了展望。其主旨在，于提高人们对辐射诱变育种技术在农业生产中应用的价值、意义及其前景的认识，并为该技术的进一步发展和应用提供参考与借鉴，以期促进现代化物理农业工程的发展和应用，提高人民的生活水平与质量。

诱变源的种类及特性

✧紫外线:辐射源是紫外光灯，能量和穿透力低，能成功地用于处理花粉粒。

✧电磁辐射和中子:容易穿透植物组织。

✧X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。

✧γ射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。γ射线也是一种不带电荷的中性射线。

✧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。

✧β射线：辐射源为32P和35S。β射线是一束电子流，产生与X或γ射线相似的作用。

辐射诱变育种技术的起源与发展

1927年，美国的Muller教授(白成科等，2003)发家Stadler又相继发现了x射线对玉米和大麦的诱

变效应，并随之开始了将这种诱变应用于植物育种的试验研究；1934年，育种专家D．Tollenear(张小静和陈富，2008，现代农业科技，(13)：14—15，17)用x射线的诱变效应

成功地培育出了烟草突变品种，这是世界上运用辐射诱变技术人工培育出突变品种的第一例。进入20世纪50年代后，人类对核能的研究有了长足的进展，核技术也逐渐被广泛地应用到了医学、军事、工业和农业，辐射诱变育种技术也随之在植物的性状改良方面得以应用。从60年代起，人们对辐射诱变的规律有了进一步的认识，促成了辐射育种技术的逐步成熟。1969年，联合国农粮组织(FAO)与国际原子能机构(IAEA)出版发行了《突变育种手册》(Manualon Mutation Breed—in ，这是辐射诱变育种技术由初期的基础研究阶段走向实际应用的标志性转折。实际上，20世纪70年代，辐射诱变育种已经成为一种新兴的技术和有效的手段得到了迅速的发展并被广泛应用，并且其技术重点已经转向了早熟、抗病、高产、无籽变异和突变体的杂交利用。如周绛香等用2．58 c／kg的^v射线照射锦橙的干种子，最终育出了中育7号和中育8号2个无核早熟的突变系(刘继红等，1999，中国果树，(4)：49—51)；进入20世纪80年代之后，由于分子生物学和分子遗传学的广泛应用，又为辐射育种注入了新的活力，促使植物诱变育种与常规育种方法、杂交优势育种技术和生物技术等相互渗透、结合、交叉，形成了一种综合性的育种技术。尤其是在20世纪90年代的中叶，随着分子标记法的诞生和应用，使分子定向诱变成为可能(陈青华等，2005，落叶果树，37(6) 12—14)。如马卉等(2010)选用我国的7个栽培玉米亚种材料，用分子标记法和荧光原位杂交技术相结合，并在生物素标记的探针杂交流程中参照Li和Aru．muganathan(2001)的方法，进行5S rDNA非转录间隔区(nontranscribed intergenic spacerNTS)f~序列分析，从中发现了具有重要价值的规律；林同香等应用AFLP分子标记技术与部分r6cz基因系列分析中国龙眼的遗传多样性，结果发现所有的龙眼品种与荔枝的遗传距离都比较远(Lin et a1．，2005)；陈虎等(2010)通过深入研究和分析，而后认定分子标记技术的发展和应用，为龙眼研究提供了一条有效的途径。我国辐射诱变育种的研究起始于20世纪5O年代，从70年代后期进入了快速的发展阶段。近年来，在植物突变本品种的育成数量、种植面积和经济效益等方面，均以较大优势领先于世界其它国家。据国际原子能机构2008年的不完全统计，在全世界利用辐射诱变技术成的2 320个新品种中，中国育成的多达623个，占世界总量的26．85％，年推广种植面积达9．0xlO hm ，每年为国家增加粮食3．0x109-4．OxlO kg、棉花1．5x108M．8xlO kg、油料0．75x10 kg，可创经济效益40亿元(温贤芳，2009)，辐射育种技术为我国农业生产的发展起到了巨大的促进作用。

1927年美国H.J.马勒发现X射线能引起果蝇发生可遗传的变异。1928年美国L.J.斯塔特勒证实X射线对玉米和大麦有诱变效应。此后，瑞典H.尼尔松－埃赫勒和A.古斯塔夫森在1930年利用辐射得到了有实用价值的大麦突变体；D.托伦纳在1934年利用X射线育成了优质的烟草品种“赫洛里纳”。1942年，C.奥尔巴克发现芥子气能导致类似X射线所产生的各种突变，1948年A.古斯塔夫森用芥子气诱发大麦产生突变体。50年代以后，诱变育种方法得到改进，成效更为显著，如美国用X 射线和中子引变，育成了用杂交方法未获成功的抗枯萎病的胡椒薄荷品种Todd's Mitcham等。70年代以来，诱变因素从早期的X射线发展到γ射线、中子、多种化学诱变剂和生理活性物质，诱变方法从单一处理发展到复合处理，同时，诱变育种与杂交育种、组织培养等密切结合，大大提高了诱变育种的实际意义。应用较多的是辐射诱变，即用α射线、β射线、γ射线、Χ射线、中子和其他粒子、紫外辐射以及微波辐射等物理因素诱发变异。当通过辐射将能量传递到生物体内时，生物体内各种分子便产生电离和激发，接着产生许多化学性质十分活跃的自由原子或自由基团。它们继续相互反应，并与其周围物质特别是大分子核酸和蛋白质反应，引起分子结构的改变。由此又影响到细胞内的一些生化过程，如DNA合成的中止、各种酶活性的改变等，使各部分结构进一步深刻变化，其中尤其重要的是染色体损伤。由于染色体断裂和重接而产生的染色体结构和数目的变异即染色体突变，而DNA分子结构中碱基的变化则造成基因突变。那些带有染色体突变或基因突变的细胞，经过细胞世代将变异了的遗传物质传至性细胞或无性繁殖器官，即可产