第七章诱变育种
福建农林大学-研究生复试-作物育种学-第7章-诱变育种
第七章诱变育种一、诱变育种的概念及特点二、物理诱变三、化学诱变四、诱变后代的处理五、提高诱变育种效率的方法一、诱变育种的概念及特点1、诱变育种的概念利用理化因素诱发生物体产生变异，再通过选择育成新品种或新材料的育种方法。
★物理诱变：利用辐射诱发基因突变和（或）染色体变异★化学诱变：应用化学物质诱发基因和（或）染色体变异2、特点（1）优点提高突变率，变异范围广。
突变率可达3%，比自然突变高100-1000倍。
突变类型多，还可能产生新基因。
对单一性状改良有效。
如早熟性、株高等。
多为点突变和隐性突变，易稳定，育种年限短。
●热中子：极早熟大豆哈75-222（早32天）●γ射线：原丰早水稻（早40天）●热中子（印度）蓖麻早150天（270天→120天）●大麦白粉病抗性基因mlo（2）局限有利变异少。
难以综合改良。
诱变的方向和性质尚不能控制。
▪二、物理诱变（一）物理诱变剂的种类及其性质物理诱变剂：各种辐射线。
因此，物理诱变通常称为辐射诱变。
分为：电离辐射线和非电离电离辐射线。
用于作物育种的大多是电离辐射线。
▪1、电离辐射线χ射线（伦琴射线）：最早用于诱变的射线。
20世纪20年代利用χ射线诱发玉米、大麦；1934利用χ射线育成第一个烟草突变品种Chlorina●由x光机产生，其能量和穿透力与工作电压有关。
●低电压产生软χ射线，穿透力弱，适于花粉外照射●高电压产生硬χ射线，穿透力强，适合小块组织、愈伤组织的外照射。
γ射线（丙种射线）：是一种短波长、能量高、穿透力强的电离辐射线。
目前应用最多。
●农用γ射线由放射性同位素60Co、137Cs产生，需专门的照射室(60Co源室)，严密防护，安全。
适于外照射。
●福建2处●厦门大学的佳辐占，农林大的eui水稻。
中子：不带电粒子，穿透力强，可直接进入细胞核内，适于处理种子、植株的外照射。
β射线：带电粒子, 质量小速度快，可以穿透几毫米的组织。
●育种上的β射线由放射线性同位素32P、35S产生。
第七章诱变育种
4.温度:温度对菌种的影响很大，在培养过程中温度越高，生 长越快，但超过一定的范围，会使生产能力下降，甚至引起 变异，高温对菌种生产能力的影响很大。 5.湿度：湿度也影响菌种生长和孢子形成。相对湿度高，生 长慢，相对湿度低，生长快。放线菌在不同相对湿度下培养 时，其形成的孢子数量有明显的影响。一般放线菌要求相对湿 度约40－60％，而真菌要求相对湿度约70％。 6.药品和原料的质量：药品规格和原料来源不同会影响菌种 的质量。为了使菌种质量保持稳定，药品和原材料的质量应相 对稳定，如有变动，要适当调整培养基的配比。 二、了解菌株的菌落形态 每个菌株在特定的培养基和培养条件下具有特定的菌落形态和 培养特征。霉菌和放线菌的菌落形态特征通常包括菌落大小、 形状、高度、放射线多少、外观组织结构（如粉状、绒毛状或 絮状等）、孢子多少和色泽、可溶性色素等。细菌的菌落形态 特征包括菌落大小、形状、高度、颜色、色泽、边缘结构、表
3.研究菌种的最佳培养基和培养条件。由于微生物次 级代谢产物常常是多组分的，在多组分代谢产物的发 酵过程中，发酵培养基成分不同、发酵周期中的不同 阶段，各组分的比例也不同。因此，在研究菌种的最 佳培养基和培养条件时，需要研究培养基成分与各组 分之间的关系，以及研究发酵过程中各组分之间的变 化规律。 四、建立一个准确、简便、快速检测产物的方法 诱变育种工作量大，需从大量的分离菌株中去 筛选才能获得高产突变株，因此，必须建立适合于大 规模筛选的简便、快速的检测方法。 五、研究合适的菌种保藏方法 高产菌株或优良菌株来之不易，容易回复突变， 使优良性状消失，因此要事先研究最佳的菌种保藏方 法，以免高产菌株得而复失。
②不同微生物对斜面培养基的要求不同:放线菌喜微碱性,孢子 培养基的碳源/氮源比要低些.霉菌喜偏酸,孢子培养基的碳源 要高些,氮源要低些.细菌喜偏碱,一般要求培养基的氮源丰富 而碳源低些. 2.斜面培养基制备技术:①除了培养基的营养成分外,培养基的 配制技术也是非常重要的.②配制培养基时,要注意原料质量、 规格,并要相对稳定;③培养基的灭菌时间、压力要适宜。④培 养基加入的琼脂数量因条件不同而灵活掌握；⑤培养基装量 也会影响孢子的形成。装量越多孢子不易形成。⑥培养基表 面的冷凝水不宜过多。 3.移种的密度：移种的密度要适宜，特别是丝状真菌，因为 接种量过密，不同菌落间的菌丝会交织在一起，容易吻合产 生异核体。适宜的接种量是使一个斜面上的菌落基本上能单 独生长。
第七章 诱变育种
第七章诱变育种诱变育种是利用理化因素诱发变异，再通过选择育成新品种的方法。
第一节诱变育种的成就及特点一、诱变育种的成就二、诱变育种的特点优点1. 提高突变率、扩大突变谱突变率：突变体占总个体数的百分率。
突变谱：各种突变类型组成突变谱。
2. 有效地改良个别性状诱变多为点突变、改变一两个基因，对主效基因控制的性状较有效，如：矮秆、早熟、抗病性。
3. 缩短育种年限诱发的变异大多为一个或少数几个主效基因的改变，稳定较快。
第二节常用物理诱变剂及其处理方法一、物理诱变剂的类别与性质紫外线X射线Γ射线粒子辐射电子束激光离子注入航天搭载航天搭载（航天育种或太空育种）育成的品种：水稻农垦58搭载卫星丰产品系ZR9搭载高空气球航育1号麦类扬麦5号搭载卫星小麦新品系蔬菜龙椒2号搭载高空气球卫星87-2离子束诱变育种离子注入引起生物产生变异，对改良数量性状效果显著。
目前在农作物诱变育种方面，离子注入改良的范围几乎涉及所有主要粮食和经济作物。
育成新品种：水稻品种 D9055和S9042小麦品种皖麦32蔬菜品种鲁番茄7号二、物理诱变剂处理方法（一）诱变处理的材料1、种子2、绿色植株3、花粉4、子房5、合子和胚细胞6、营养器官7、离体培养中的细胞和组织外照射 ---- 种子等所受的辐射来自外部的辐射源。
急性照射----采用较高的剂量率进行短时间的处理。
慢性照射----用钴（或铯）圃，每天将钴（或铯）源升到地面进行一定时间的慢性照射。
内照射---将辐射源引入生物体组织和细胞内进行照射的一种方法。
利用放射性同位素32P、35S、14C或65Zn的化合物，配成溶液进行浸渍种子，或使作物吸收，或注射茎部。
内照射的主要方法：•浸泡法•注入法•施入法•合成法（三）辐射处理的剂量①不同的科、属、种和品种，其辐射敏感性差异很大。
敏感作物：豆科作物、玉米、黑麦中等敏感作物：禾本科作物及棉花钝感作物：十字花科、亚麻、红麻、烟草②不同器官和细胞及不同发育时期、不同生理状况敏感性有差异。
诱变育种
7.2.3 作物对辐射的敏感性
作物对辐射的敏感性是指生物体、组织、细胞 或细胞内含物在一定剂量的射线照射下，在形态和 机能上发生相应变化的大小。
目前常用来测定辐照敏感性的指标有：①生长 受抑制的程度。常以苗高降低到对照的一半所需的 剂量，即半致矮剂量（D50）表示；②植株成活率。 辐照后能达到开花结实完成生命周期植株的百分 数 , 以植株存活一半的剂量,即半致死剂量 (LD50) 表示；③植株不育程度。一般以花粉败育或结实率 的高低和不育株所占百分率表示；④幼苗根尖和幼 芽细胞分裂时染色体畸变率，常用微核细胞率作指 标；⑤以细胞分裂期间细胞核体积、染色体体积作 指标。
7.2.4 诱变处理的材料
诱变处理的材料通常选用本地区大面积推广 应用的适应性和综合性状良好, 而某些性状需要 改良的品种。但是为了同时改良多种性状则以杂 交后代为材料的效果好 , 用诱变因素处理杂种, 不仅可以提高突变频率, 扩大其后代的变异幅度, 而且能够打破不利的基因连锁, 促进基因重组。
诱变处理的对象一般为种子, 但突变率较低, 为了提高诱变频率还可处理萌动的种子、幼苗、 孕穗期植株、雌雄配子、合子等。其中以处理配 子和合子的效果较好, 特别是配子处理最有采用 价值。
②辐射剂量 (X ) 定义为 X 或γ 射线在标准条 件下单位质量的干燥空气中所产生的电荷。单位是 库仑 / 公斤〈 C/kg〉
③剂量率有吸收剂量率 (D )和照射剂量率 (X) 之分。吸收剂量率是指单位时间内受照射物体所吸 收的剂量,单位有戈/小时、分和秒。照射剂量率是 指单位时间内所测干燥空气受照射的剂量 , 单位是 库伦/千克·秒等
教学课件第七章诱变育种
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。
• 内照射优点:剂量低、持续时间长、多数 植物可在生育阶段进行处理等。
• 方式:
– 浸种法 – 施入法 – 涂抹法 – 注射法 – 在示踪研究的植株上采取种子或枝条等。
适宜剂量和剂量率的选择
• 概念
◎适宜剂量 ◎致死剂量： ◎半致死剂量：
• 剂量的选择原则：
◎活：后代要有一定的成活植株 ◎变：在一定的成活植株中，有较大的变异效应 ◎优：产生的变异有较多的有利突变。
辐射育种的程序
• 处理材料的选择 • 突变世代的划分 • 分离世代群体数量的估计 • 突变体鉴定和选择 • 辐射育种的基本程序
• 试材预处理： • 药剂处理： • 药剂处理后的漂洗：一般约需冲洗10~30
分钟甚至更长时间
试ห้องสมุดไป่ตู้预处理：
• 在化学诱变剂处理前，将干种子预 先用水浸泡，可以提高其对诱变的敏感 性。浸泡时温度不宜过高，通常用低温 把种子浸入流动的无离子水或蒸馏水中。 此外，将材料浸泡在生长素溶液中，有 提高化学诱变的效应。对一些需层积处 理以打破休眠的植物种子，药剂处理前 可用正常层积处理代替用水浸泡。
* 与杂交育种相结合 * 与远缘杂交相结合 * 与离体培养相结合
诱变育种的类别
★物理诱变：利用辐射，诱发基因突变和 染色体变异
★化学诱变：应用有关化学物质诱发基因 和染色体变异
辐射育种
• 诱变源的种类及特性 • 辐射诱变作用的机理 • 辐射诱变的方法 • 辐射育种程序
诱变源的种类及特性
第七章工业微生物诱变育种
丝状菌孢子壁较厚，表面蜡质也会阻碍诱变剂渗入。 或需用洗衣粉、脂肪酶、表面活性剂等处理去除蜡质。
（三）环境条件的影响
1、诱变前预培养和诱变后培养
预培养：培养基中加入咖啡因、蛋白胨、酵母膏、
吖啶黄、b－重氮尿嘧啶、嘌呤等物质能提高突变率。
后培养：诱变后的菌悬液不直接分离于平板，而是
立即转移到营养丰富的培养基中培养数代。作用是 让突变体重新调节代谢平衡，避免突变体表型延迟 现象。
五、快速准确的检测方法
建立一个适应于大规模筛选的有效检测方法是减少 诱变选育工作量的关键。
分光光度法 液相色谱法 气相色谱法
化学滴定法 薄层层析法
六、最佳的菌种保藏方法
事先要建立一个最佳的培养基、培养条件和适 宜的保藏方法，否则将前功尽弃。
第二节 诱变育种的步骤与方法
诱变育种的优缺点 优点：方法简单、投资少、收获大； 缺点：缺乏定向性。
4、浓度梯度法
合成抗生素的水平与其耐自身产物能力相关。
5、应用复印技术快速筛选变株
产脂野生株、具有高脂含量的突变株。 方法：筛选培养基→ 复印→ 苏丹黑染色→洗去 多余染料→酒精脱色→干燥显色→选择深蓝色或紫 色的菌落。
6、琼脂块大通量筛选变株
适用对象：抗生素、酶类产物。 优点：效率提高15-20倍。 缺点：产物浓度高时易漏筛，培养条件与发酵条件
细菌：生长指数期，最好在诱变处理前进行摇瓶 振荡预培养，尽可能获得同步培养物。
某些不产孢子的真菌：菌丝体，最好采用年幼的 菌丝体进行诱变处理。获得的方法：菌丝尖端法、 处理单菌落周围尖端菌丝法和混合处理法。
菌丝尖端法
枯草杆菌黑色变种芽孢菌悬液：试验菌液用2%蛋 白胨配成3-4×105个/mL浓度共50ml。
第七章诱变育种
3-4
块根
10-30
处理状态
干种子 催芽种子 干种子 干种子
中子流量(n/cm2)
1×1011-1×1012 1×1011-1×1012 4×1011-6×1012 5×1011-1×1012
干种子 干种子
1×1011-1×1012 1×1011-1×1012
二. 化学诱变
1. 化学诱变剂的种类和性质 常用的化学诱变剂有：
2. 突变的性质和方向不定
诱变育种有一定的盲目性
3. 很难出现多性状好的突变
很难出现多个性状同时向好的方向的突变。
第二节 诱变的方法
一.物理诱变
诱变剂： 能诱导植物发生基因突变的因素。 用不同种类的射线处理，引起生物DNA损伤或断裂， 修复时发生错误拼接与复制。
1.物理诱变剂的种类和性质
电磁波辐射：紫外线、 γ射线、X 射线； 粒子辐射： 带电离子：α 射线、β 射线
20世纪80年代以来，美苏两国陆续公布的一些数据表明，太 空环境确实对植物种子变异产生了影响。
我国作为目前世界上仅有的3个掌握返回式卫星技术的国家之一， 从1987年以来先后8次利用返回式卫星、4次利用高空气球搭载了 70多种植物的40多公斤种子，涉及主要粮、棉、油及蔬菜、瓜果等 作物，育成了高产、优质、多抗的青椒、番茄、水稻、莲子、小麦 等作物新品种、新品系，从中还获得了一些有可能对产量和品质等 主要经济性状有突破性影响的罕见突变。目前，通过省级以上审定 的新品种20多个，若干个后续品系已进入区域试验或品种审定阶段。
硫酸二乙酯
0.015 – 0.02 mol/L 或 0.1% - 0.6%
乙烯亚胺 亚硝基乙基尿烷
0.085 – 9.0 mmol/L 或 0.05% - 0.15% 1.2 – 14.0 mmol/L 或 0.01% - 0.03%
微生物的诱变育种
2.4 诱变剂及诱变剂量
2. 最适诱变剂量的选择
(1) 使所希望得到的突变 株在存活群体中占有最 大的比例。 (2) 最大形态变异率的 剂量不一定是诱发正变 的最适剂量。
2.4 诱变剂及诱变剂量
2. 最适诱变剂量的选择
(3) 诱变剂对产量的诱变作用，大致趋向是：处理剂量大，杀菌
率高(90～99％)，在单位存活细胞中负变菌株多，正变菌株少； 但在不多的正变株中可能筛选到产量提高幅度大的变株。
3.7 培养基和培养条件的调整
2 正交试验设计的方法步骤
1. 确定试验的培养基组成成分(因素)和每种组成成分
所取的含量(水平)
为了研究遗传因素引起的不同菌落类型，应尽量避 免非遗传因素引起的菌落形态变化，以免鱼目混珠、 干扰试验结果。
1.2 菌种特性与生产性能关系
1. 多方面考查菌种的生活史，了解它们的形态、生理、生
化等生物学特性，以及这些特性与代谢产物合成的关系。 土霉素产生菌斜面孢子培养3~4天好于9~10天
2. 研究菌种的某些生物学特性与产量合成的相关性。
除去菌丝片段，因为一般菌丝是多核的。
菌悬液的孢子或细菌数可用平板计数、血球计数器计数和光密度 法测定。
制备菌悬液通常采用生理盐水，如果用化学诱变剂处理时，则应 采用相应的缓冲液配制。
2.3 单孢子(或单细胞)悬液的制备
2. 菌悬液制备方法
(1) 细菌
采用同步化的预培养方法：
20～24h 培养 的新鲜斜面
1.1 诱变前对出发菌株的了解
2. 出现不同菌落类型的原因
主要原因：遗传因素
由遗传因素造成的不同类型菌落是一种变异现象，属不同 遗传特性的个体，而且可以遗传给下一代。
第七章微生物的遗传变异和育种2
10-6~10-9
若干细菌某一性状的突变率
菌名
突变性状
突变率
Escherichia coil （大肠杆菌）
抗T1噬菌体
3×10-8
E．coil
抗T3噬菌体
1×10-7
E．coil
不发酵乳糖
1×10-10
E．coil
Staphylococcus aureus（金黄色葡 萄球菌）
S．aureus
抗紫外线 抗青霉素 抗链霉素
间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧 啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤 （8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP） 等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后而引起的，故是间接的。
（2）移码突变（frame-shift mutation 或phase-shift mutation）
（四） 基因突变的自发性和不对应性的证明
一种观点：突变是“定向变异”，是“驯化”，是由环 境因子诱发出来的；
另一种观点；基因突变是自发的，且与环境因素是不对 应的，后者只不过是选择因素；
1、 变量试验（fluctuation test） 又称波动试验或彷徨试 验。
2、涂布试验（Newcombe experiment） 3、平板影印培养试验（replica plating） 1952年，J．Lederberg夫妇
2、定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生 物的群体，同时不断的对它们进行移种传代，以达到积 累并选择相应的自发突变株的目的。由于自发突变 的 频 率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程十分缓 慢。与诱变育种、杂交育种和基因 工程技术相比，定向 培育法带有“守株待兔”的性质，除某些抗性突变外， 一般要相当长的时间
第七章 诱变育种
第七章诱变育种诱变育种是利用理化因素诱发变异，再通过选择而培育新品种的育种方法。
第一节诱变育种的成就及特点一、植物辐射诱变育种的主要成就1.诱变育种历史①1927年，Muller在第三次国际遗传学大会论述X-射线诱发果蝇产生大量变异，提出诱发突变改良植物。
②之后，Stadler在玉米和大麦上首次证明X射线可以诱发突变。
③Nilsson-Ehle (1930)利用X射线辐照获得了茎秆坚硬、穗型紧密、直立型的有实用价值的大麦突变体。
④1934年，Tollenear利用X射线育成了第一个烟草突变品种—Chlorina，并在生产上得到了推广。
⑤1948年，印度利用X射线诱变育成抗干旱的棉花品种。
诱变源不断丰富和改进，从早期的紫外线、X-射线到r射线、ß射线、中子和各种化学诱变剂新中国第一个五年科学技术规划中，利用原子能被列为重点发展项目之一。
○11957年，中国农业科学院成立了我国第一个原子能农业利用研究室○21961年成立了原子能农业利用研究所，设立了辐射遗传育种研究室。
○3随后各省也相继成立有关研究机构，为广泛开展诱变育种奠定了良好的基础。
○420世纪60年代中期开始在水稻、小麦、大豆等主要作物上利用辐射诱变育成了新品种，在生产上得到了应用。
到1975年，已在8种作物上育成81个优良品种，种植面积约100万hm2。
（在各种作物上取得成功）2.诱变育种的主要成就辐射诱变育种已经对农业生产作出了巨大的贡献，主要表现在两个方面。
○1育成大量植物新品种a辐射诱变育种的植物种类已相当广泛，几乎遍及所有有经济价值和观赏价值的植物。
（课本）b我国诱变育成的作物品种数量居世界各国之首，种植面积也不断扩大。
辐射诱变育种在农业增产中做出了重要贡献。
（课本）○2提供大量优异的种质资源a辐射诱变可使作物产生很多变异，这些变异就是新的种质资源，可供育种利用。
（课本）b将辐射诱变产生的优良突变体作为亲本用于选育杂交品种是诱变育种的另一用途。
第七章诱变育种mhj
诱变育种的类别
★物理诱变：利用辐射等物理诱变因素，诱发
植物产生遗传变异，从中选择和培育新品种 的方法。
★化学诱变：应用化学诱变剂(mutagen)诱发
植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。
第一节 辐射育种
诱变源的种类及特性 辐射处理的剂量单位 辐射诱变作用的机理 辐射诱变的方法 辐射育种程序
内照射: 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。目前在育种上应用较少
内照射优点:剂量低、持续时间长、多数植
物可在生育阶段进行处理等。
方式:
浸种法 涂抹法 注射法 施入法（饲喂法）
辐射育种的程序
处理材料(部位) 的选择 适宜剂量和剂量率的选择
诱变处理后的选育
突变体鉴定
处理部位的选择
概念
致死剂量： ◎ 半致死剂量： ◎ 临界剂量：
◎
剂量的选择原则：
活：后代要有一定的成活植株 ◎ 变：在一定的成活植株中，有较大的变异效应 ◎ 优：产生的变异有较多的有利突变。
◎
影响选择的依据
作物对辐射敏感性的差异
①不同科、属、种、品种敏感性不同
豆科>禾本科>十字花科
②不同倍数植物敏感性不同
二倍体>多倍体
诱变源的种பைடு நூலகம்及特性
X射线：辐射源是X光机。X射线又称阴极射线， 射线
分为软Χ射线和硬Χ射线,诱变育种一般用硬Χ射线
γ射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。 射线
γ射线是一种是一种高能电磁波,穿透力强, 目前常用的照射装置有:钴室,钴圃,钴人工气候辐照室 。
β射线：辐射源为32P和35S。β射线 射线
诱变育种
7.2.5 物理诱变处理的方法
物理诱变处理的方法分外照射和内照 射两种。
外照射指种子等所受的辐射来自外部 的辐射源。
内照射是利用放射性同位素32P、35S 、 14C 的化合物, 配成溶液浸渍种子或使作 物吸收, 或注射茎部。
7.2.6 诱变处理的剂量
各种诱变处理以采用中等到低的剂 量为好。对于多倍体的小麦应该避免采 用高剂量的诱变，以使处理后代中有更 多的单一位点突变体, 各种诱变因素的 适宜诱变剂量如表7-2、表7-3
第七章 诱变育种
§7.1 诱变育种的概念和特点 7.1.1 诱变育种的概念
诱变育种（induced mutation breeding） 是指用物理或化学因素诱发染色体畸变、基因 突变、组跑质突变等改良作物品种。
诱变育种特别适宜改良作物的某些单一性 状,例如变高秆为矮秆,提早成熟期,提高抗病性 和蛋白质含量等。
பைடு நூலகம்
除了诱发和鉴定筛选有利用价值的突 变体外，作物诱变育种的其他方法程序基 本上与常规育种相同。诱变育种技术包括 诱变因素的利用、供诱变育种材抖的选择、 诱变剂量的大小、 M1及 M2 群体大小、突 变体的筛选等环节。
7.1.2 诱变育种的特点
（1）突变频率高,变异谱广 （2）可有效的改良作物的个别单一性状 （3）能打破性状间的紧密连锁,促进基因
M2 按照M1代收获种子的方式 ( 单株、单 穗 )以及处理材料和剂量的不同顺序种成株行或
穗行。M2代是诱变处理后分离最大、变异类型最多 的一个世代,为使突变体得到充分表现, 应有一定
的行距和株距，并要求地力均匀、精细管理。M2代 应具有较大的群体。M2代是选择的关键世代, 这一 世代即可出现大突变 ( 如早熟性、矮杆性),又可
第七章诱变育种
二、化学诱变剂处理方法
化学诱变剂处理种子较处理芽条更普遍。诱 变剂可以导入植株组织，如茎、叶、花序。根 系对药剂敏感。
与物理诱变剂相比，化学诱变剂的特点有： 1. 诱变率高，染色体畸变少。 2. 对处理材料损伤轻。 3. 容易引起生活力降低和可育性下降。
第三节 理化诱变剂的特异性和复合处理
一、理化诱变剂的特异性 射线处理容易引起染色体的断裂，断裂往往 发生在异染色质区域，因此突变也发生在这些区 域邻近的基因中。 在大麦和水稻中，射线诱发白化苗和染色体 畸变较多；化学诱变剂诱发淡绿苗、黄化苗以及 不育性较高。 不同品种对各种诱变剂的反应也有差异。
第七章 诱 变 育 种
诱变育种（induced mutation breeding）是利 用理化因素诱发变异，再通过选择育成新品种的方法。
1927年和1928年，Muller和Stadler先后发表了射 线可以诱导生物发生突变的报导，但还未试图利用诱变 来改良品种。1942年德国Freisieben和Lein首先应用诱 变方法改良大麦对白粉病的抗性，并提出诱变育种程序。 之后各国先后开展诱变育种工作，并取得显著成效。
诱发的变异大多是一个主基因的改变，一般经3-4 代就基本稳定。
诱变育种存在的不足主要有：
1. 诱发突变的方向和性质尚难掌握。
2. 一般情况下，难以在同一次处理中，以及在同一突 变体中出现多个理想性状的变异。
❖ 诱变育种在创造新的种质资源、丰富育种材 料方面，具有其它育种方法难以代替的特点。
第六节 诱变育种的应用效果和发展前景
诱变育种在品种改良中的主要特点是： 1．提高突变率，扩大突变谱。
一般诱变效率在1/1000，利用多种诱变因素可使 诱变率提高到3%。
2．改良个别单一性状比较有效。
第7章 诱变育种
• 照 射 室：照射源、储源井、升降装置 照射源、储源井、 • 处理对象：植株、种子、组织、器官、愈伤组织、花粉 处理对象：植株、种子、组织、器官、愈伤组织、 （无嵌合体） 无嵌合体）
图7-1 辐照室平面图 1、操作室 2、电动升降 、 、 机 3、地沟 4、安全门 、 、 5、迷道 6、辐照室 7、 、 、 、 水井 8、钴源 9混凝土 、 混凝土 墙 10、门 11、运源洞 、 、
我国诱变种育的历史
• 1957年，中国农业科学院成立了我国第一个原子能 年 农业利用研究室； 农业利用研究室；随后各省也相继成立有关研究机 构； • 20世纪 年代中期开始在水稻、小麦、大豆等主要 世纪60年代中期开始在水稻 小麦、 世纪 年代中期开始在水稻、 作物上利用辐射诱变育成了新品种， 作物上利用辐射诱变育成了新品种，在生产上得到 了应用。 了应用。 • 20世纪 年代后期，植物辐射诱变育种开始应用于 世纪70年代后期 世纪 年代后期， 蔬菜、糖料、瓜果、饲料、药用和观赏植物育种。 蔬菜、糖料、瓜果、饲料、药用和观赏植物育种。 • 育成的品种：9个品种获国家发明奖，包括：水稻原 育成的品种： 个品种获国家发明奖 包括： 个品种获国家发明奖， 丰早、棉花鲁棉 鲁棉1号 大豆铁丰18和黑农 和黑农26等 丰早、棉花鲁棉 号、大豆铁丰 和黑农 等
穿透力远小于r 射线（ ）、电离密度大 穿透力远小于 射线（mm）、电离密度大 ）、 内照射：同位素溶液浸泡、注射处理， 内照射：同位素溶液浸泡、注射处理，常用32P 2、α射线：氦的原子核。穿透力更弱，电离密度更大。 、 射线：氦的原子核。穿透力更弱，电离密度更大。 对有机体内产生严重的损伤 诱发染色体断裂的能力很强。 诱发染色体断裂的能力很强。 3、中 子：用于外照射 中子分为：热中子、慢中子、 中子分为：热中子、慢中子、中能中子 快中子、 快中子、超快中子
微生物课件(周德庆)第七章Part 2 基因突变和诱变育种
一、基因突变l基因突变l突变率l突变的类型l突变的特性l基因突变自发性和不对应性的证明l基因突变的机制l紫外线对DNA的损伤和修复（一）基因突变：简称突变，是指生物体的遗传l基因突变（mutation ）：简称突变，是物质的分子结构突然发生的可遗传的变化。
染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化l突变点突变——细胞学上看不到遗传物质的变化l突变株（mutant）：发生了突变的微生物细胞或菌株。
l野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。
（二）突变率u每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率。
如突变率为10-8指该细胞在1亿次分裂过程中，会发生一次突变。
u为了方便常用每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示。
u自然界中微生物发生自发突变的频率很低，约10-6-10-9范围内。
其它基因的突变率。
在同u突变是独立的。
某一基因发生突变不会影响基因一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。
（三）突变类型l突变的类型很多，从实用的目的出发，按突变后极少数突变株的表型是否能在选择性培养基上加以鉴别来区分。
突变株的表型选择性突变型（株）非选择性突变型（株）营养缺陷型（株）抗性突变型（株）条件致死突变型（株）形态突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）选择性突变株（selective mutant）：具有选择标记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、pH值等，就比较容易检出和分离到。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种突变体的唯一方法是检查大量菌落并找出差异。
主要突变型u营养缺陷型（auxotroph）：某一野生型菌株由于发生基因突变而丧失一种或几种生长因子的合成能力，因而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。
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第七章诱变育种
②筛选工作有一定的盲目性：由于数量性状的变异是连续的， 选育高产菌株往往缺乏明确的正负效应，造成筛选工作具有一 定的盲目性。 ③诱变育种工作难度较大：产量突变是许多细微突变的多次积
累，高产菌株选育中多采用多步叠加累积诱变选育法。一般 很难一次性得到产量大幅度提高的菌株；单个诱变阶段产量 提高幅度不高，一般仅5－15％，这一幅度与亲本群体的生 产能力波动范围差不多，加上操作误差也很大，有时甚至超 过5－15％，所有这些都增加了诱变育种工作的难度。
(2)诱导解除基因表达抑制的突变。
改进菌种的生长效率
提高菌株对底物的利用率方法： (1) 通过确定并改变代谢中的耗能部分; (2) 由另一菌株的高效低能代谢途径代谢来实现。 (3) 赋予菌种对多种底物，特别是价廉而丰富的底 物的利用能力，由此可降低操作费用。
第七章诱变育种
第一节 诱变育种的作用和特点
诱变育种：以诱发突变为基础的育种，是迄今为止 国内外提高菌种产量、性能的主要手段。
第七章诱变育种
诱变
物理、化学或生物诱变方法
第七章诱变育种
一、诱变育种的作用
诱变育种的作用主要有以下几个方面：
1.提高有效产物的产量：通过诱变育种可以提高代谢
产物的产量。新分离菌株必需多次诱变育种才能获得 高产，生产菌种也需经过诱变育种提高产量，降低 成本。
微生物诱变育种是用人工诱变方法诱发微生物基因 突变，通过随机筛选，从多种多样的突变体中筛选 出产量高、性能优良的突变体，并找出突变体的最 佳培养基和培养条件，使突变体在最适环境条件下 大量合成目的产物。因此，诱变、筛选和改变环境 因素是诱变育种的三个重要环节，三者相辅相成， 缺一不可。
生产选种的局限性：以微生物的自然变异作为基础 的生产选种的机率并不很高，一个基因的自然突变 频率仅10-6-10-10左右。
第七章诱变育种
第二节 诱变育种前的准备工作
第七章 诱变育种
第七章诱变育种
花菇
第一节 诱变育种的作用和特点 第二节 诱变育种前的准备工作 第三节 诱 变 第四节 筛选 第五节 常见突变株的筛选 第七章诱变育种
带图象分析系统的微生物菌种 显微观察装置
第七章诱变育种
工业菌种的育种方针
工业菌种的育种： 是运用遗传学原理和技术对某个用于特定
生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通 过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不 良性质或增加新的性状。
工业菌种育种的方法
诱变 基因转移 基因重组
第七章诱变育种
育种过程
包括下列3个步骤： (1)在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的
引入。 (2)希望基因型的选出。 (3)改良菌种的评价(包括实验规模和工业生产规
模)。
第七章诱变育种
选择育种方法时综合考虑的因素
(1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系(如批 式或连续发酵试验)；
因此，数量性状也被称为多因子、多基因或多基因座性状。 3.特殊性状：除了质量性状和数量性状外的另一类性状，它的 表型差异是不连续的，但它的控制却是数量的（连续的）。遗 传因子和环境因子结合使得某第些七章诱个变育体种 从一个表型状态达到另一 个表型状态的界限。糖尿病和癌症就是这样的例子，基因型带
来潜在的危险，但基因型和环境的共同作用促使某些个体越过 由健康到患病的界限。 数量性状及其特点：由他们的平均数（mean）和方差 （variance）来描述。平均数通常记作x： X＝∑(Xi）／n 分布的n范围称为方差，记作s2或V。方差的平方根s称为标准 差（standard deviation）。 S2＝V＝ ∑（Xi－x）／（n－1）
(2)增加前体物的浓度。
(3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提 高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产 品的耐受力。
(4)抑制或消除产品分解酶。
(5)改进菌种外泌产品的能力。
(6)消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品的 结构类似物抗性。
第七章诱变育种
提高特定基因的表达水平
(1)引入强转录及翻译信号，可通过在一高效表达 载体上克隆靶基因；在靶基因的上游引入强启动 子；修改现有表达信号，提高基因效力等。
2.改善菌种特性，提高产品质量：
通过诱变育种可以改进产品质量，提高有效组 分含量，还可以改善菌种特性，选育出更适合于发 酵工业的突变株。
3.开发新产品：通过诱变育种，可以获得各种突变株，
其中有些能改变产业结构，有些能去除多余的代谢
产物，有些能改变原有代谢途径，合成新的代谢产
物。
第七章诱变育种
二、高产菌株诱变育种的特点
通常生物体系的变化程度大致处于正态分布中，这是一种理 想的数学分布，它给出经典的钟形曲线，平均值s的区间内包括 68.3％的个体测量值，平均值1.96s的区间内包括95％的个体 测量值。
4.高产菌株的诱变育种特点：
①筛选工作量大：由于产量性状受多基因控制，其诱变过程十 分复杂，诱变后产生高产突变株的频率很低，因此需要从大 量群体中去筛选高产菌株。
(2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识 的明了程度；
(3)经济费用。
如果对特定菌种的基本性状及ห้องสมุดไป่ตู้工艺知晓甚
少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术：
如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的 认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。
第七章诱变育种
工业菌种改良方法
(1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤：通过增加 特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力来 提高限速酶的含量；在代谢途径中引伸出新的代 谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。