第七章 诱变育种

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康普顿Compton散射:
其过程与光电吸收不同。能量相当高的光子与物 质作用时,产生比光电子能量高得多的反冲电子和能 量减弱的散射光子。反冲电子在穿过物质时能引起电 离,同时散射光子根据本身的能量值也可由于光电吸 收或新康普顿散射而与物质相互作用。 hv
电子对的产生:
光子能量大于1.02百万电子伏的硬射线能 与原子核相互发生作用,结果产生一个正电子 和一负电子,光子整个消失,这叫电子对的产 生。负电子可使介质中的原子电离并消耗其全 部能量。正电子存在的时间很短,当其速度近 于或等于零时,则和一个负电子结合而转化成 光子,这叫光化辐射。
五、辐射处理的主要方法
辐射处理分外照射内照射两种形式。 (一)外照射:是指被照射的种子、球茎、 鳞茎、块茎、插穗、花粉、植株等所受的 辐射来自外部的某一辐射源。目前外照常 用的是X射线,ß射线、快中子或热中子。 外照方法简便安全,可大量处理,所以广 为采用。
外照射处理植物的部位和方法: 1、种子 照射种子的方法有处理干种子、 湿种子、萌动种子三种。目前应用较 多的是处理干种子。
处理干种子的优点是: 1) 能处理大量种子; 2) 操作方便; 3) 便于运输和贮藏; 4) 受环境条件的影响小; 5) 经过辐射处理过的种子,没有污 染和散射的问题。
2、无性繁殖器官 许多园林植物是用无性繁殖的,而且 有部分园林植物从来不结种子,只依靠无 性繁殖的. 诱变育种是对这类材料进行品种改良 的重要手段,在诱变育种中只要得到好的 突变体,就可直接繁殖利用。
(三)剂量单位:辐射剂量的单位常因不同射线的 不同计量方法而不同: 1. 伦琴:简称伦或用R符号表示,它是最早应用于 测量X射线的剂量单位。 2. 拉特:也称组织伦琴,用rad表示。它是对于任 何电离辐射的吸收剂量单位,一拉特就是指一克 被照射物质吸收了100尔格的能量。 3. 积分流量:中子射线的剂量计算,一向以每平方 厘米上通过多少个数来确定的,其单位以中子数 /厘米2表示。 4. 居里:是放射性强度的单位,用Ci或C表示。
连锁基因的连锁关系很难打破;
无法利用染色体倍性变化;
育种年限较长。
自然界产生的可遗传的变异
遗传重组;
染色体数量变异;
染色体结构变异; 基因突变。
人工诱变的方法
物理方法 化学方法
人工诱变的思路
染色体结构变化
染色体数量变化 基因突变 转基因操作
人工诱变的技术措施
辐射诱变 化学诱变 空间诱变 基因工程
第一节 辐射诱变
利用物理辐射能源处理植物材料,使 其遗传物质发生改变,进而从中筛选变异 进行品种培育的育种方法。
一、辐射育种的特点
1. 2. 3.
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5.
提高突变频率,扩大突变谱; 能改变品种单一不育性状,而保持其它优良 性状不变; 增强抗逆性,改进品质; 辐射后代分离少,稳定快,育种年限短; 能克服远缘杂交的不结实性。
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
烷化剂:(EMS、EES、MMS、PPS、 PMS、DES、NEH、NEU、NTG) 核酸碱基类似物:(5-BU、5-BUdR) 丫啶类(嵌入剂):溴化乙啶( Br ) 无机类化合物:(H2O2、LiCl 、MnCl2 、 CuSO4 、亚硝酸) 简单有机类化合物 异种DNA 生物碱 (秋水仙碱)
第二节 化学诱变育种
利用化学诱变剂诱发园林植物产生遗 传变异,以选育新品种的技术。
一、化学诱变育种的特点
1.பைடு நூலகம்
2. 3. 4. 5.
操作简便、价格低廉; 专一性强; 提高突变频率、扩大突变谱; 多数为迟发性突变; 诱变后代的稳定过程较短,可缩 短育种年限。
二、化学诱变剂的种类
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
烷化剂:(EMS、EES、MMS、PPS、 PMS、DES、NEH、NEU、NTG) 核酸碱基类似物:(5-BU、5-BUdR) 丫啶类(嵌入剂):溴化乙啶( Br ) 无机类化合物:(H2O2、LiCl 、MnCl2 、 CuSO4 、亚硝酸) 简单有机类化合物 异种DNA 生物碱 (秋水仙碱)
1.
3.
X射线 是由X光机产生的高能电磁波。X射线与 射线很相拟。它的波长比γ 射线长,射程略 近。穿透力不如 γ射线强。
4.
5.
中子:中子是不带电的粒子流在自然 界里并不单独存在,只有在原子核受 了外来粒子的轰击而产生核反应,才 从原子核里释放出来。 紫外线: 是一种穿透力很弱的非电 离射线,可以用来处理微生物和植 物的花粉粒。
1、氧:如果使种子或植物在完全无氧的空气中受 照射,则诱变效率可以提高,而染色体损伤相对 减少。如希望产生较多的染色体畸变,最好在有 氧的条件下处理。 2、含水量:在种子辐射处理时,欲得到较高的诱 变率,可将种子含水量调到1.3——1.4%左右;如 希望得到较高的染色体畸变率,则可钭种子含水 量降低水平。
(四)剂量率 剂量率在辐射育种中很重要, 往往用同一剂量处理同一个品种的种 子,剂量率不同,辐射效果也不相同。 剂量率即单位时间内射线能量的大小。 单位以伦/分或伦/小时来表示。 P=D/T P — 剂量强度 D — 放射剂量 T — 照射时间
(五)辐射剂量 PXT 1. 致死剂量(LD):全部致死的剂量值。 2. 半致死剂量(LD50 ):50%存活时的剂量值。 3. 生长指数(GR50):生长量比对照降低50%的 剂量值。 4. 活力指数剂量(VID50): 辐射后种子活力指数 比对照下降50%所需的剂量。 活力指数 VI = S Gi 发芽指数 Gi = Gt / Dt
3、花粉 照射花粉与照射种子相比,其优点是很 少产生嵌合体,即花粉一旦发生突变,其授 精卵便成为异质结合予,将来发育为异质结 合的植株,通过自交,其后代可以分离出来 许多突变体。
4、子房 射线对卵细胞影响较大,相引起 后代较大的变异,它不仅引起卵细胞 突变,亦可影响受精作有时可诱发孤 雌生殖。
(二)内照射: 是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。 1. 照射源:32P、36S、14C等放射性元素的化合物。 2. 照射方法: 浸泡种子或枝条; 注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位; 施入土壤:施于土壤中使植物吸收; 饲养法:用放射性的 14C供给植物,借助于 光合作用所形成的产物来进行内照射。
hv
-e
+e
(二)电离辐射的化学作用: 由于活的生物组织含有约75%的水, 因此水就成为电离辐射的最丰富的靶分 子。 hv 直接作用: H2O ------ OH - + H+ hv 间接作用: H2O ------ OH ● + H● -------H2O2 + HO2 ●
(三)辐射产生的生物学效应
射线 射线 射线 中 子 x 射线 紫外光 激光
水泥墙
射线
射线
射线
射线 由两个质子和两个中子构成的氦原子流。 氦原子与空气分子碰撞便丧失能量,因此 可以很容易地被一张纸挡住。
1.
射线 衰变:原子核自发地放射出粒子或捕 获一个轨道电子而发生的裂变。 粒子流是具有一定能量的电子流。可以 被铝箔或玻璃挡住。
3、温度:在种子受照射后,对种子进行处理, 即在75℃或85℃处理15分钟,此种处理称 “热击”,可以降低照射后在有氧条件下吸水 所产生的敏感性。 4、核体积(包括植物的多倍性):辐射敏感性 与“间期”染色体体积之间呈负相关,即“间 期”染色体体积愈大,辐射敏感性愈小,否则 相反;辐射敏感性亦与DNA含量成负相关,即 DNA含量越多,辐射敏感性越差,所以多倍体 植物比较辐射。
二、花卉辐射育种的有利条件
1. 2.
3.
4. 5.
观赏植物的多样性; 遗传的复杂性; 无性繁殖技术的应用; 测试简单; 花而不实的材料的改良途径。
三、射线的种类及其特征
电磁波辐射 γ射线 X射线 电离射线 ß射线 γ射线 X射线 非电离射线 中子
粒子辐射 ß射线
中子
紫外线
激光
三、射线的种类及其特征
6.
7.
激光: 能使生物细胞发生共振吸收,导 致体内某些分子原子的能态的激发,或原 子、分子离子化,进而引起生物体内部的 变异。
诱变育种的辐射源
四、辐射的作用理论
(一)电离辐射的物理作用: 光电效应:入射的光量子把它的全部能量转 移到一个原子体系的电子上,使电子脱离原子 而运动,释放出来的电子统称光电子,光电子 能使与其相遇的原子产生电离。
嵌和体的分析
(二)无性繁殖器官辐射处理后的选育 无性繁殖的园林植物,选择自然产生 的芽变,是有效的方法。用射线照射 无性繁殖器官,可以提高芽变的频率, 是加速选育新品种的有效途径之一。 1. 辐射生理损伤的恢复 ; 2. 辐射变异的观察; 3. 辐射后代的选育推广。
无性繁殖的园林植物诱发突变有下列特点: 1. 辐射后代稳定得比较快。 2. 在遗传上大多是异质的。变异一旦发生, 通常在后代可表现出来,所以选择主要 在M1代进行。 3. 注意增强选择,防止逆突变出现。
3.
注意事项: 利用内照射诱变需要一定的实验设备; 试验过程中还需要一定的防护,预防放射 性同位素的污染, 处理过的材料在一定时间内带有效射性。
(三)其它照射方式
急照射和慢照射 重复照射
六、辐射后代的选育
(一)种子辐射后代的选育 M0 : 接受辐射处理的当代植株。 M1 : 辐射处理种子产生的子一代。 M2 : 辐射处理种子产生的子二代。
第七章
诱变育种
科学扩展了人类的想象空间, 技术使理想成为现实。
常规育种技术
技术要点: 引种、选种、杂交育种。 优点: 操作简便,无需复杂的仪器设备; 亲本选配好后便可以创造各种类型的变异; 可以利用杂种优势。
常规育种的局限性
杂种后代遗传组成复杂,分离广泛;
新基因型的出现依赖于亲本基因型;
1)
2)
3)
4)
烷化剂:(EMS、EES、MMS、PPS、 PMS、DES、NEH、NEU、NTG) 烷基磺酸盐 亚硝基烷基化合物 次乙亚胺 芥子气
2. 1)
2) 3)
核酸碱基类似物 5- 溴尿嘧啶(BU) 5- 溴脱氧尿嘧啶(BUdR) 2- 氨基嘌呤(AP) A 马来酰肼(MH) U
T
二、化学诱变剂的种类
水泥墙
射线
射线
射线
辐射产生的生物学效应

染色体断裂; 基因突变; 细胞分裂异常。
辐射育种的特点
1. 2. 3.
4.
5.
提高突变频率,扩大突变谱; 能改变品种单一不育性状,而保持其它优良 性状不变; 增强抗逆性,改进品质; 辐射后代分离少,稳定快,育种年限短; 能克服远缘杂交的不结实性。
2.
中子衰变 质子
质子衰变
中子
电子
中子 反中微子 质子
正电子
中微子
类似的还有宇宙射线、中子射线、 统称粒子射线。
ß射线:又称乙种射线。它是由放射性同 位素(如32P、35S等)衰变时放出来带负 电荷的粒子。重量很小,在空气中射程短, 穿透力弱。在生物体内电离作用较 γ 射线、 X射线强。
射线 衰变的原子核释放的能量。又称丙种射 线。 是一种高能电磙波,波长很短(108—10-11厘米)。穿透力强,射程远、以光 速传播。

染色体断裂; 基因突变; 细胞分裂异常。
作用于微管蛋白
五、辐射剂量和剂量单位
(一)辐射剂量:单位体积或单位质量的 空气吸收的能量。 (二) 吸收剂量:单位体积或单位质量被 照射物质中所吸收能量的数值称为吸收 剂量。 D=E / M(尔格) D– 辐射剂量 E– 被照射物质吸收的能量 M– 被照射物质的体积
S – 根长或苗高; Gt – 第7天的发芽数; Dt – 达到指定发芽数的日数。
04/ 12 / 2004
第一节 辐射诱变
利用物理辐射能源处理植物材料,使 其遗传物质发生改变,进而从中筛选变异 进行品种培育的育种方法。
射线的种类及其特征
射线 射线 射线 中 子 x 射线 紫外光 激光
六、辐射材料的选择
(一)选择材料的原则 综合性状好,个别性状有待改善; 杂合子材料; 易产生不定芽; 对辐射较为敏感的材料。
(二)植物对辐射的敏感性 1. 科、属、种的敏感差异; 2. 品种间敏感差异; 3. 不同发育阶段差异; 4. 不同组织器官差异。
(三)影响植物材料敏感性的因素
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