激光诱变技术在生物育种中的应用
小议激光处理对植物种子的作用
小议激光处理对植物种子的作用一、前言激光育种是诱变育种的一个分支,我国的激光育种开始于1972年,已经取得了令人瞩目的成绩。
通过激光育种可以提高种子的活力、促进生长发育、提高产量等,适当剂量的激光辐射可以提高种子的萌发率,提高酶的活性、叶绿素的含量以及植物的抗逆性。
二、常用植物育种的激光种类及特性我国用于植物育种的激光种类很多,其中最经常用到的是He-Ne激光处理和CO2激光处理。
He-Ne激光处理的工作物质是He气和Ne气,其输出功率与放电毛细管长度有关。
He-Ne激光由于方向性好(发散角达1毫弧度以下),单色性好(带宽可小于20周),输出功率和波长能控制地很稳定,因此常用来作为处理植物种子的手段,但是He-Ne激光的缺点是功率小。
CO2激光处理的工作物质是CO2气体分子作为工作物质,产生红外激光,CO2激光和He-Ne激光相比,优点是功率大。
三、激光处理对植物种子产生的效应激光处理植物种子,会对植物种子的性能及其萌发的植物体产生各种各样的影响。
下面通过具有代表的两种激光类型论述对植物种子所产生的效应。
1、He一Ne激光处理油松种子对发芽率影响油松是我国飞播造林的主要树种之一,但是由于油松种子皮厚且坚硬,表皮致密,水分和空气都不易透过,从而影响种子的呼吸,酶活性等变化,导致发芽期长,发芽率低,严重的影响造林和育苗的质量。
在对播种前的油松种子进行激光处理时,要选取颗粒大小均匀、种粒饱满的种子,用低浓度的KMNO溶液侵泡几分钟后,再用清水洗,捞出晾干,再用He—Ne激光器进行处理。
下面是激光处理油松种子对发芽率影响的试验结果: 发芽率(%)随时间(d)变化(表1) He一Ne激光处理油松种子对发芽率影响用He一Ne激光处理后的油松种子比对照组提前2~3天发芽,且发芽率提高~20%。
在激光功率相同的条件下,作用时间不同时,发芽率不尽一致。
在作用功率大小不同时、发芽率也不同,说明He一Ne激光处理油松种子的发芽率与激光功率、作用时间存在某一最佳对应关系,作用功率较大,作用时间较短,发芽效果越好。
激光在农作物遗传育种上的应用
激光在农作物遗传育种上的应用
一、激光在农作物突变育种中的应用
1. 激光诱导突变技术：利用激光辐射作用，使DNA链断裂、交换、缺失、添加等突变，从而创造新的生物体。
对于农作物育种来说，这种技术具有很大的潜力，可以大大缩短育种周期，提高育种效率。
2. 激光选择技术：通过选择具有特定生理或形态特征的突变体，筛选出适宜于生产的优良品种。
比传统的选择技术更加快速、准确。
二、激光在农作物基因编辑中的应用
1. 基因克隆技术：利用激光在细胞膜上产生微小孔，将外源DNA导入细胞内，实现外源基因的克隆。
可以将优良品种的基因导入到其他农作物中，从而创造出更加优良的品种。
2. 基因靶向修饰技术：通过利用激光产生的微小孔，导入基因修饰工具（如CRISPR-Cas9系统），实现对目标基因的精准编辑。
可以针对一些顽固性病害、耐旱耐盐等特质进行基因编辑，创造更加适应复杂环境的优良品种。
三、激光在农作物生长调控中的应用
1. 光合作用的调控：激光可以用作光源，辐射在农作物上可以促进光合作用的进行，提高光合效率，从而促进农作物的生长发育。
2. 全光谱光照技术：利用激光发光的特定波长，对农作物进行全光谱照射，可以调节植物的生长周期和形态特征，如促进开花、增加果实大小等。
四、激光在农作物营养品质改良中的应用
1. 成分检测技术：利用激光的光谱测量特性，能够快速精准地检测农产品中各种成分、营养含量等信息，可以为农作物的营养品质检测提供更加合理的标准。
2. 保鲜技术：激光可以利用其消毒杀菌的特性，延长农产品的保鲜期限，减少农产品的损失。
同时，利用激光的干燥技术和微波技术，可以保持农产品的口感和营养品质。
常规育种方法
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。
高中生物常见的七种育种方法和原理
高中生物常见的七种育种方法和原理1诱变育种(1)原理：基因突变(2)方法：用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯、秋水仙素等各种化学药剂)或空间诱变育种(用宇宙强辐射、微重力等条件)来处理生物。
（马上点标题下“高中生物”关注可获得更多知识干货，每天更新哟！）(3)发生时期：有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期(4)优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，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；变异范围广。
(5)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，具有盲目性。
(6)举例：青霉素高产菌株、太空椒、高产小麦、“彩色小麦”等2杂交育种(1)原理：基因重组(2)方法：连续自交，不断选种。
(不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子)(3)发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期(4)优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。
(5)缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。
(6)举例：矮茎抗锈病小麦等3多倍体育种(1)原理：染色体变异(2)方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(3)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。
(4)缺点：结实率低，发育延迟。
(5)举例：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦4单倍体育种(1)原理：染色体变异(2)方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。
(3)优点：自交后代不发生性状分离，能明显缩短育种年限，加速育种进程。
(4)缺点：技术相当复杂，需与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持，多限于植物。
(5)举例：“京花一号”小麦5基因工程育种(转基因育种)(1)原理：基因重组(2)方法：基因操作(目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定)(3)优点：目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；育种周期短。
高中生物常见的七种育种方法和原理
高中生物常见的七种育种方法和原理1诱变育种(1)原理：基因突变(2)方法：用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯、秋水仙素等各种化学药剂)或空间诱变育种(用宇宙强辐射、微重力等条件)来处理生物。
（马上点标题下“高中生物”关注可获得更多知识干货，每天更新哟！）(3)发生时期：有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期(4)优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，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；变异范围广。
(5)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，具有盲目性。
(6)举例：青霉素高产菌株、太空椒、高产小麦、“彩色小麦”等2杂交育种(1)原理：基因重组(2)方法：连续自交，不断选种。
(不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子)(3)发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期(4)优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。
(5)缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。
(6)举例：矮茎抗锈病小麦等3多倍体育种(1)原理：染色体变异(2)方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(3)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。
(4)缺点：结实率低，发育延迟。
(5)举例：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦4单倍体育种(1)原理：染色体变异(2)方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。
(3)优点：自交后代不发生性状分离，能明显缩短育种年限，加速育种进程。
(4)缺点：技术相当复杂，需与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持，多限于植物。
(5)举例：“京花一号”小麦5基因工程育种(转基因育种)(1)原理：基因重组(2)方法：基因操作(目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定)(3)优点：目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；育种周期短。
高中生物专题练习试题——生物育种含答案解析
高中生物专题练习试题——生物育种含答案解析一、单选题1. 如图是利用某植物（基因型为AaBb）产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断下列说法正确的是（）A.过程①利用的原理是植物细胞具有全能性B.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，处理萌发的种子或幼苗C.通过过程①得到的植株A基因型为aaBB的可能性为1/4D.通过过程②得到的植株B一定是四倍体【答案】A【解析】读题干和题图可知，该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培养，获得单倍体植株A，基因型为AB、Ab、aB、ab四种；②过程使用秋水仙素是使得染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后就不会向细胞两极移动，获得植株B。
【详解】A、由一个细胞最终培养成完整个体，过程属于植物组织培养，依据原理是植物细胞的全能性，A正确；B、过程②通常使用的试剂是秋水仙素，单倍体高度不育，不产生种子，所以该药物只能作用于幼苗，B错误；C、通过过程①得到的植株A基因型为aaBB的可能性为0，因为没有经秋水仙素处理，染色体没有加倍，C错误；D、通过过程②得到的植株B一定是二倍体，D错误。
故选A。
【点睛】本题考查单倍体育种的相关知识，意在考查学生的识图能力和判断能力，注意单倍体的特点，运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力。
2. 下列有关诱变育种和杂交育种的说法，错误的是A.用物理因素诱变处理萌发的种子可提高突变率B.单倍体育种最大的优点是能明显缩短育种年限C.三倍体植物可以由受精卵发育而来D.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因【答案】D【解析】四种育种方法的比较如下表：A.基因突变具有低频性，所以用物理因素诱变处理萌发的种子可提高突变率，A正确；B.单倍体育种获得的是纯合体，自交后代不发生性状分离，其优点是明显缩短育种年限，利用了染色体变异的原理，B正确；C.二倍体生物与四倍体生物杂交可以获得三倍体生物，受精时发生染色体变异也有可能形成三个染色体组的受精卵进而发育成三倍体生物，三倍体生物可以由受精卵发育而来，C正确；D.诱变育种的原理是基因突变，可以产生新基因，杂交育种的原理是基因重组，不能产生新基因，D错误。
浅谈激光技术在生物育种中的应用
浅谈激光技术在生物育种中的应用作者：吴思超来源：《农家科技下旬刊》2014年第09期摘要：生物育种的目标是获得生理效应低、遗传效应高的诱变处理。
但无论是人工诱变还是自发突变，其突变率都不太高。
因此，植物突变育种中的一个重要问题就是如何提高突变率，扩大突变谱。
现代科研工作者进行此项研究时，除了从自然界和大田中选择自然形成的种子来进行培育之外，还致力于通过人工途径诱发基因突变来改变作物的遗传基因，达到培育新的优良品种的目的，激光诱变育种就是此领域的一项新兴技术。
关键词：激光技术；生物育种；应用激光具有高光亮性、高单色性、高方向性和高相干性等一系列特点，用它照射作物种子可引起基因突变和染色体畸变，选择合理的激光波长和剂量及照射时间能够诱发植株矮生、提高抗病虫害能力、提早成熟和增加产量等多种变异。
随着国内外激光技术的飞速发展和研究水平的深入，激光诱变技术在作物诱变育种，品种改良的生产实践中得到了广泛推广和应用。
一、激光诱变育种的研究进展激光诱变育种的机理研究最初仅注意生物的外观性状，如高、矮、成熟早迟等方面。
后逐渐深入到生理、生化及遗传效应的研究。
如叶绿素含量、光合作用强度、花青素含量、过氧化酶、酯酶含量、同工酶谱的分析，以及染色体和电子显微镜的切片分析等等。
这些研究对于澄清生理生化及遗传机制说明了一些问题，打下了一定基础。
染色体是遗传物质的载体，一定物种的染色体形态、结构和数量是一定的，这对保持物种遗传性状的稳定性是非常重要的。
大量实验证明：用激光照射动植物可引起染色体产生缺失、重复、倒位和异位等结构，可产生断片、桥等形态变化，也可产生染色体数量的变化。
当激光使染色体一处断裂或多处断裂后，在结合前发生了变化或断裂的染色体断片改变位置，再以新的格局结合起来，就会出现染色体结构、形态和数量上的变异，这些变化可通过细胞有丝分裂或减数分裂传到下一代，产生遗传效应，这就是激光的直接诱变作用。
随着激光技术的不断发展，激光在生物学领域获得广泛应用，主要表现在激光诱变育种方面。
激光原理技术论文
激光的原理及应用班级：测控09级1班姓名：xx 学号：090030000摘要：激当前激光技术发展的越来越迅速和成熟，在我们生活中的各个行业应用的非常广泛。
由于激光技术的先进性，精确性，所以在当前，在很多行业都得以应用和实现。
本文经过对激光技术的学习，大概阐述了激光产生原理，激光的种类，以及激光在各个方面的应用。
关键词：激光技术应用原理一.激光简介激光是在1960 年正式问世的。
但是，激光的历史却已有100 多年。
确切地说，远在1893 年，在波尔多一所中学任教的物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。
他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。
1917 年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。
激光，又称镭射. 1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。
二、激光产生原理光是很奇特，它与其他光有着很多不同点，它的奇异的特性让人们很惊叹，但也正是由于这特性，使它为人类做出了很大的贡献。
说到激光想必大家脑海中浮现的首先是高中课本上的，激光是一种人工相干光。
激光，想必大家从其名称就可以判定其产生来源，所谓激光，就是“受激发射的辐射光放大”。
其实这样解释谁都会，关键是要能解释得通俗易懂。
下面呢，我就我对激光产生原理的认识来介绍下。
要想了解激光的产生，必须要先了解原子发光，因为激光也是由原子发光产生的。
在这之前原子的组成与其内部结构是必须要介绍的。
原子是组成元素的最小单元，由原子核和围绕原子核运动的电子组成。
原子结构可以看做一个太阳系，原子核就是太阳，那些在周围绕转的电子就是行星了，这是一个稳定存在的整体。
其稳定状态在不受外界激发的情况下是不会被打破的。
原子内的电子运行轨道我们可以将其简化想象成一个个的圆形轨道。
电子在没受到外界干扰的情况下是不会从一个轨道运动到另一个轨道的。
当原子中的电子受到激发的时候，原子就会释放光子。
育种综合练习题带答案详解
育种综合题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．豌豆的育种过程如下图所示。
下列相关叙述正确的是（）A．图中黄色圆粒细胞与花药中的染色体数目相同B．用秋水仙素处理单倍体种子后获得纯合二倍体植株C．离体培养过程中发生基因的自由组合规律D．与杂交育种相比，该育种方法可以明显缩短育种年限2．下列育种实例与其原理相符合的是（）A．“太空椒”的培育—染色体数目变异B．利用高茎豌豆和高茎豌豆杂交培育矮茎豌豆—基因重组C．“黑农5号”大豆新品种的选育—基因突变D．培育能产生胰岛素的大肠杆菌—染色体结构变异3．下列有关遗传、变异和进化的叙述中，不正确的是（）A．突变和基因重组都属于可遗传变异，且是随机、不定向的，不能决定生物进化的方向B．育种的目的可能是选育纯合子，也可能是杂合子；可能是同一物种，也可能是新物种C．物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个环节D．生物进化的过程实际上是生物与生物协同进化的过程4．下图表示某种二倍体农作物不同的育种方法，据图判断不正确的是（）A．⑤过程中也可用秋水仙素处理E的种子获得F植株B．D植株的后代可能发生性状分离C．通过⑤⑤⑤⑤途径培育新品种的过程为单倍体育种D．⑤过程体现了植物细胞的全能性5．下列有关生物的变异和育种的叙述，正确的是（）A．基因突变会导致染色体上基因和数目发生改变B．单倍体育种中，可用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗C．位于一对同源染色体上的非等位基因不能发生基因重组D．基因工程育种能使不同物种的优良性状集中在同一个体中6．下列关于生物变异及育种的叙述，正确的是（）A．花药离体培养过程中，基因重组和染色体变异均有可能发生B．某植物经X射线处理后若未出现新的性状，则没有新基因产生C．在单倍体育种中，用秋水仙素处理单倍体幼苗获得的植株不一定都是二倍体D．在杂交育种中，一般从F1开始选种，因为从F1开始发生性状分离二、综合题7．现有两纯种小麦，一纯种小麦性状是高秆（D）、抗锈病（T）；另一纯种小麦的性状是矮秆（d）、易染锈病（t）（两对基因独立遗传）。
激光在农业中的应用
激光在农业中的应用调研报告课程名称：激光原理专业班级：电科131班姓名学号：林静2013031030摘要激光是一种新型光源，激光是受激辐射光放大产生的一种单色性、方向性和相干性都很好的强光光束。
激光器是20世纪的重大发明之一，是人造光源的一次革命。
随着激光技术的不断发展，激光的潜在应用价值被慢慢开发，在短短的几十年时间里，激光已经在工业、国防、医学等领域获得愈来愈多的应用。
近10年来，激光在农业中的应用也取得了可喜的成果。
激光在农业上的具体应用一.激光在作物培育方面的应用1.育种农业育种科学家根据绿色植物的叶片经过一定波长激光照射后，会发出微弱荧光的特点，采用灵敏的仪器将其测出，对比银光亮度与产量关系，发现同种之物荧光越强，产量越高。
激光育种是在其他高科技成果的基础上发展起来的，有微波育种、X射线育种、放射性同位素育种、种子育种等背景下出现的。
利用红宝石激光照射胡萝卜等种子，可以有效提高发芽率和出苗率。
后经过不断研究，发现一适当计量的激光辐射大都、水稻、小麦、玉米、骨子、蚕豆、蔬菜等种子，可加快农作物生长，增强一直病虫害的能力。
提高种子弄虚而参数（发芽率、发芽势）和改善叶绿素含量，真呢过强光合作用强度和一些生物酶的活性，有利于作物的生长，达到增产目的。
从20世纪60年代开始，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国就已将激光用于诱变育种。
我国激光育种始于1972年，并在粮食作物、经济作物乃至微生物育种、牲畜育种、鱼类育种领域取得显著成果，取得了良好的经济效益和社会效益。
应用育种的激光器波长从远红外1 18．8um，10．6 um，到可见光694．3nm，632．8nm，530nm，441．6nm，到紫外337．1nm，265nm等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、钕玻璃、红宝石、Ar 、YAG 等，其中以C02和He-Ne激光最为普遍。
激光促长的主要途径有照射种子、照射植株和照射灌溉水，国内目前主要是照射种子。
生物育种
生物育种含义：
指人们按照自己的意愿，依据不同 的育种原理，有目的、有计划地获得人 们所需要的生物新品种。
一、常用育种方法
(1)图中A至D方向所示的途径表示 从F2开始发生性状分离
杂交
育种方式，这
种方法属常规育种，一般从F2代开始选种，这是因为
。
。
(2) B 常用的方法为
花药离体培养
。
(3) E方法所用的原理是
（2）产生 自然:(生殖细胞未受精,直接发育而成) 人工:（单倍体育种） （3）特点： 弱小、高度不育
（4）单倍体育种的过程和特点： 方法: ——花药离体培养
过程:
组织 花药离体 培养
人工诱导 正常植株 单倍体植株 染色体加倍
(纯合体)
优点：
1、可以缩短育种年限 2、后代不会发生分离
杂交育种 处理 原理 优缺 点 杂交
（2）方法： 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
（3）原理： 秋水仙素能抑制纺锤体形成 种子、幼苗 秋水仙素处理 染色体加倍、不分离 如：二倍体 多倍体
秋水仙素
生长素Байду номын сангаас
四倍体
二倍体
二倍体
多倍体形成的原因： 外界环境
内部因素
不能形成 纺锤体
染色体复制加 倍后不分离
多倍体
染色体加倍 的细胞
单倍体 由配子发育而成，体细胞中含有本 （1）定义： 物种配子染色体数目的个体。 发育 配子 单倍体
。
（5）由G到J过程中涉及的生物技术有
基因工程（DNA重组技术） 、
和 植物组织培养
。
（6）K→L→M这种育种方法的优越性表现在 克服远缘杂交 、 不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围 。
激光诱变育种技术的研究与开发应用前景
激光在农业上的研究与开发应用比较晚。激光诱变育种技术研究始于 ２ 世纪 ６ ０ ０年代， 经过世界 各国 ４ 多年的开发应用研究， ０ 不仅证明激光和普通光在本质上都是电磁波， 它们发光的微观机制都与 组成发光物质的原子、 分子能量状态和变化密切相关。同时， 也证明激光在农业生物学研究上具有广泛 的用途。 激光诱变育种已发展为现代农作物育种技术的一项高新技术。现根据相关信息报道， 对国内外 应用激光诱变育种技术在农作物育种上取得的新进展， 简要概述如下。
８ ２０ 。 ｈｎ ３００ Ｃ ｉ ａ）
Ａｂ ｔａ ｔＢ ｓｄ ｏ ｈ ｅｕｔ ｏ ｎｏ ｍ ｔ ｎ ｉｖｓ ｇ ｔ ｎ ｔｅ ｐ ｐ ｒｂ ｉｆ ｔ￣ａｆ ｅ ｅ ｃ ｎ ｅ ｃ ｎ ｔｅ ｓｒ ｃ： ａｅ ｎ ｔｅ ｒｓｌ ｆｉｆｒ ａｉ ｎ ｅｔ ａ ｏ ， ａ ｅ ｒ ｌ ｓ ｓ ｏ ｉ ｉ ｈ ｅ ｙ ｍ ａ ｚｓｔ ｏ ｃｐｉ ｉ ｈ ｏ ｈ
小麦平均提高了 ６ ％， ０ 单株分蘖数量与单穗粒重也都产生了变化， 出现 了突变性。经测定， 突变性 的产
用， 将其用于农作物育种 ， 便成为现代激光诱变育种新技术［２ １］ ，。
２ 国外激光诱 变育种技术 的研 究与应 用进展
２ １ 利用激光对农作物进行诱变效应的研究 ．
据前＜ 苏联科学＞ 杂志 １８ 年报道 ， 苏联 白俄 罗斯共和 国科学院遗传学和细胞研究所 的科研人 ９９ 前
ｈ 、 ｔｅ ＾ ｄ ｔｅ ｐ ｐ ｒｉｔ ｄ ｃｓ ｔｅ ｒｓａｃ ｄ ａｈｅ￣ ｅ ｔｉ ｈｓ ｆ ｌ ｏ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｘａ ． ｅ ｆｔｒ 。ｈ ａ ｅ ｎｒ ｕ ｅ ｅｅｒｈ ａ ｃ ｉｖ ａ ｎ ｎ ｔｉ ｉ ｄ ｂ ｔ ａ ｏ ｎ ｂ ） ， ｕｕｅ ｏ ｈ ｎ ｅ ｈ ｘ ｄ ｎ１
激光在农业领域的应用
激光在农业领域的应用1、引言激光是由激光发射器发射出来的一种与自然光不同的特殊单色光,具有亮度高,定向性强和极好的单色性等优点。
自其在60年代问世以来,在自然科学领域内大显身手,在生产上己得到广泛应用,也成为发展现代化农业的一项高新技术,并取得显著效果，在诱变育种、增强种子活力、促进生长发育、提高产量和品质、平地整地、提高节水灌溉能力、防治病虫害等方面发挥着越来越重要的作用。
2、激光在农业领域的一些典型应用2.1 激光诱变育种从20世纪60年代开始，美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国就已将激光用于诱变育种。
我国激光育种始于1972年，并在粮食作物、经济作物乃至微生物育种、牲畜育种、鱼类育种领域取得显著成果，取得了良好的经济效益和社会效益。
应用育种的激光器波长从远红外1 18．8um，10．6 um，到可见光694．3nm，632．8nm，530nm，441．6nm，到紫外337．1nm，265nm等；常用的激光器有CO2、He-Ne、N2、钕玻璃、红宝石、Ar 、YAG等，其中以C02和He-Ne激光最为普遍。
图一激光育种农作物图二激光育种鱼类2.2 提高种子活力低剂量激光能使机体当代产生光化学效应，DNA酶系统活性提高，有丝分裂加快，核仁、器官活化，可使种子发芽率提高、出苗加快、苗期生长旺盛、植株矮化、分蘖增加、提早开花和成熟、增加产量。
报道较早的是美国和加拿大，用红宝石激光处理蚕豆、萝卜、紫花、苜蓿和南瓜种子．提高种子发芽率及发芽势。
我国在20世纪70年代初开始研究，现已在水稻、小麦、大麦、棉花、高粱、玉米、大豆、甜菜、蕃茄、黄瓜、青椒、马铃薯及甜橙等方面取得成果。
激光促长的主要途径有照射种子、照射植株和照射灌溉水，国内目前主要是照射种子。
长期实践表明，低剂量激光照射不仅在提高种子活力方面有短生物效应，而且对秧苗的生长和发育有长期的生物效应。
图三 “激光种子”2.3 激光平地整地激光平地整地技术是利用激光独有特性，将激光束作为控制手段，控制液压平地机具的升降高度。
诱变育种技术在农业育种中的应用
诱变育种技术在农业育种中的应用彭亚莉 2012.1.3生物必修2第五章遗传与变异中可遗传变异的三种类型：基因突变、基因重组合染色体变异。
其中基因突变的应用----诱变育种在农业上的贡献特别大。
诱变育种是指利用各种理化因素诱发变异，再通过选择而培育新品种的方法，与常规育种方法相比，具有方法简便、育种周期短、效果好等特点，其在改良作物品种和创造新种质方面发挥了巨大作用，已成为世界上普遍应用的先进育种方法之一，尤其是与杂交育种技术的结合，育种效果更为显著。
学生们通过各种媒体查阅，分析资料。
整理资料如下：目前在育种上应用的诱变方法有物理诱变法、化学诱变法和空间诱变法等。
1物理诱变法物理诱变法是指利用一些物理因素处理农作物种子、花粉、器官、植株，引起植物染色体发生畸变，诱发出新的可遗传变异，从中筛选出有利变异性状的后代，育成新的品种。
此方法具有诱变频率高、变异范围大、有利变异性状稳定快等优点。
1．1电离辐射诱变这是最早也是应用最广泛的一种诱变方法。
主要是利用χ射线、γ射线、β射线和中子等进行诱变处理。
其中应用最多的是χ射线和1射线。
这些射线能量高、穿透力强，可以使原子的内层电子激活释放，至使原子呈离子化而与其它原子或分子结合，造成共价键断裂，形成染色体结构变异。
试验证明，辐射诱变具有使突变体产生早熟、矮秆、抗病、株型和育性突变的特点，可结合育种目标加以利用。
1．2离子束注入诱变1986年中国科学院等离子物理研究所率先开展了离子注入生物学效应并将此项技术应用于植物育种。
目前已在诱变机理和育种应用上取得重要进展。
离子注入诱变育种具有损伤轻，突变率高和突变谱广的特点，是人工诱变方法的一个新发展。
离子注入植物，可引起能量传递、质量沉积、动量和电荷的交换。
当能量沉积作用于遗传物质时，造成DNA分子的断裂与重接，进而引起染色体结构的易位、倒位、重复、缺失，最后引起基因突变。
目前，离子束注入法已广泛应用于小麦、水稻、棉花、玉米等作物的诱变育种研究。
微生物领域中的物理诱变
南开大学物理诱变方法及其在微生物诱变育种中的应用物理科学学院1110293尚彤彤2012/12/8摘要：综述了紫外线、空间诱变、离子注入、激光四种物理诱变方法的原理与应用物理诱变方法及其在微生物诱变育种中的应用物理科学学院1110293 尚彤彤目前，随着人口的增多和资源的匮乏，开发新能源或者提高资源利用率和回收率等成为人们研究的重点。
微生物在解决人类的粮食、能源、健康、资源和环境保护等问题中发挥着越来越重要且不可替代的独特作用，也为人类带来了巨大的社会效益和经济效益。
但微生物菌种的自然突变率很低，单纯依赖自然突变选育好的菌株远不能满足人们的需求，为了获得高产、低耗、优质的菌种，人们常常通过外界物理、化学、生物因子等因素的改变诱发基因突变。
常用的诱变方法包括物理诱变和化学诱变。
传统的物理诱变是利用各种射线（包括紫外线、X射线、γ射线、快中子、微波、超声波、电磁波和宇宙射线等）为诱变源，对生物靶进行诱变。
近年来，又兴起一些新型高效的诱变方法，如空间诱变、离子注入诱变、激光诱变等，他们操作简单、安全，而且具有突变谱宽和在一定程度上能克服菌种对传统诱源的抗性饱和等优点。
下面介绍一些物理诱变原理及其应用。
1、紫外线诱变原理：DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很强的紫外光吸收能力，最大的吸收峰在260nm。
紫外线可使DNA分子形成嘧啶二聚体，阻碍碱基正常配对，引起突变或死亡。
嘧啶二聚体的形成还会妨碍DNA双链的解开，影响其复制和转录。
应用：在食品方面，它是最常用的技术，因为它操作简单且效果明显。
比如以谷氨酸棒杆菌FC22为出发菌株，经过紫外线诱变（15W紫外灯，照射距离30cm，时间为20s），定向选育出具有磺胺胍抗性的突变株，其L-色氨酸产量比原菌株产量提高了110%；对产曲酸的米曲霉菌株、抗噬菌体保加利亚杆菌、浓香型枸杞久酿造酵母等进行紫外线诱变选育均取得了较理想的成果。
同时很多研究者将紫外诱变结合其他诱变方式配合使用，更是产生了突出的效果。
人工诱变的物理方法
人工诱变的物理方法人工诱变是指通过科学手段对生物体进行人工改变其基因组的过程。
而人工诱变的物理方法指的是利用物理因素对生物体的基因组进行改变。
以下是一些常见的物理诱变方法：1. 电离辐射诱变：电离辐射诱变是一种常用的物理诱变方法，包括X射线、γ射线以及重离子辐射等。
这些辐射通过碰撞、电离、激发等方式，引起细胞内DNA链断裂、碱基损伤、碱基对变异和缺失等。
2. 紫外线诱变：紫外线诱变是一种利用紫外线对生物体进行基因组改变的物理方法。
紫外线主要作用于DNA分子中的嘧啶环，使嘧啶二聚体形成并改变DNA的遗传信息。
紫外线诱变在一定剂量下可以引起基因突变，但高剂量下也会引起细胞死亡。
3. 粒子诱变：粒子诱变是通过粒子束对生物体进行基因组改变的物理方法。
粒子诱变利用粒子束的动能和质量来引起基因组的突变。
常见的粒子包括离子束、高速低温电子束和中子束等，这些粒子具有更高的穿透力和更高的电离效应。
4. 基因枪诱变：基因枪诱变是利用高速微粒（如金属颗粒或磁性微粒）载带的非生物体颗粒将外源DNA直接送入植物细胞中的一种物理诱变方法。
这种方法在线粒子轰击高速运动中将外源基因导入目标细胞中，通过粒子撞击和冲击穿孔使得外源DNA导入细胞内并整合到基因组中。
5. 激光诱变：激光诱变是一种利用激光对生物体进行基因组改变的物理方法。
激光照射可产生能量高、功率密度大、时间短的光子脉冲，对生物体的基因组产生较强的热量和光化学效应，从而引起基因组的突变。
这些物理诱变方法相对于化学诱变方法而言具有以下优点：操作简单、易于控制、作用范围广、效果可调节等。
因此，人工诱变的物理方法被广泛用于植物育种、遗传学研究和生物技术等领域。
总之，人工诱变的物理方法以其独特的优势成为了研究者改变生物体基因组的重要工具，通过人工诱变可以有效地创造新的品种、提高遗传变异效果，对于农作物育种和基因功能研究等具有重要的实际应用意义。
不过需要注意的是，在使用物理诱变方法时，应遵循适当的安全操作规程，以及对辐射剂量、照射时间、激光能量等进行合理控制，以减小潜在的生物体伤害风险。
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激光诱变技术在生物育种中的应用摘要阐述了激光诱变技术的机理,介绍了激光诱变技术在农业育种、微生物育种和其他生物育种方面的应用成果,提出了激光诱变技术在生物育种应用中存在的问题并展望其发展方向。
随着激光诱变技术的发展,在激光生物工程技术(激光微束技术、激光细胞融合技术、激光导入外源基因等方面)基础上诱变育种工作提高到一个新的阶段激光微束技术是利用激光亮度高、光谱纯、可调谐、发散角小等固有特点,将激光束用光学系统聚焦形成非常细的光束,光斑直径小到甚至10-7m,并使之在细胞内聚焦而不破坏细胞膜,对细胞核和细胞器进行操作(如去掉细胞壁,进行细胞融台、切割染色体等)。
这种技术可应用于高等植物特别是农作物、植物染色体工程、基因定位及植物染色体片断DNA 的微克隆。
关键词激光诱变;机理;生物育种0引言激光诱变作为物理诱变的一种方式,其生物学效应直接来源于其产生的光、电、热、压力和磁效应的综合作用。
上述效应累积,使细胞DNA分子吸收、聚积能量并进行能量再分配,使细胞DNA处于一种易于突变的状态,继而发生一系列的诸如断联等物理和化学变化，键、聚合、交导致DNA分子结构的改变即DNA 分子的损伤和突变,最终引起突变株生物学属性变化[1]。
如果是控制某种代谢途径的酶系基因水平上的改变,则有可能增加某一特定代谢产物的积累[2]。
相对于传统的紫外诱变手段,激光诱变具有高效、稳定、高选择性、回复突变率低、定向变异率高、辐射损伤轻、当代变异、无污染等优点,并且激光还可促使作物增产、提高植物的光合效率、根尖有丝分裂频率等生物效应发生,而逐渐受到研究人员的关注。
激光对生物体作用的研究已有40多年的历史,随着科学技术的发展和研究水平的深入,激光诱变技术在植物及微生物诱变育种,品种改良的生产实践中得到了广泛推广和应用。
激光诱变技术在生物育种中使用的激光器种类繁多,波长从红外到紫外,几乎每一个波段的激光都有效果。
激光诱变育种常用的激光器及使用的频率详其中以CO2和He-Ne激光器最为常用光育种[3]。
它是一种新型的育种技术,育种当代即可出现显著效果有关激光育种刺激作用机理研究最初仅限于生物的外观形状,目前逐渐深入到生理生化及遗传效应的研究,为在农业育种上的应用奠定了基础。
1 激光诱变技术在农业中的应用1.1 粮食作物育种激光诱变技术在粮食作物育种方面的应用已有许多报道,其中比较显著的是在小麦、水稻等育种方面。
李成佐等 [4]采用N2激光和He-Ne激光辐照“绵阳21号”等四种小麦材料的干种子,利用生物统计和数量遗传学的方法对L和L2两代的株高、穗颈长等11个茎杆性状的遗传变异进行研究。
对不同的小麦干种子进行激光辐照,诱变后代的变异差异明显;激光种类对其后代变异差异不大;株高、穗颈长的遗传力较高,宜在早代进行选择。
陈怡平[6]等运用单纯的He- Ne 激光处理、单纯激动素(6-呋喃氨基嘌呤,KT)处理和He-Ne激光与激动素(KT)复合处理冬小麦种子,发现均能提高种子活力,He-Ne激光对促进种子萌发处理效果最好。
张俊国等[3,7]对吉粳88水稻种子及减数分裂期幼穗进行了不同波长、功率及照射时间的激光辐照处理,结果有的处理组合在M1和M2代均出现了变异株,其中早熟变异的出现频率最高达株数的75%,其次为粒重变异、芒性变异、穗粒数变异、着粒密度变异和株高变异,占变异株数的比例分别为67%、58%、58%、50%和42%,从而为水稻激光育种提供了必需的科学依据。
同时又对水稻吉粳88的糙米进行了不同波长、功率及时间的激光处理,1)在一定波长范围内,成苗率呈现增长、下降、又增长的趋势;2)在一定的时间范围内,成苗率呈现先增长再下降的趋势;3)在一定的功率范围内,成苗率也呈现先增长再下降的趋势,因此,选择合理激光处理参数对成苗率有重要影响。
对减数分裂期幼穗激光处理结果进行分析,显示品种性状在处理组合内大多数都出现了遗传变异,而且变异类型比较丰富,占全部变异株的 80%以上的为芒性变异,然后依次为着粒密度、粒长、熟期和株高, 数量性状中单株穗数变异频率最高, 其次为穗粒数, 千粒重变异频率最低, 各类变异为选育新品种奠定了基础。
由此说明激光诱变可以作为有效的育种新方法应用于水稻新品种选育。
1.2 经济作物育种我国进行激光诱变经济作物研究始于 20 世纪 70 年代初, 并相继在油菜、番茄、黄瓜、洋葱、蚕豆等方面取得重大进展。
侯丙凯等[5]利用激光微束穿刺法将苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因导入油菜。
实验证明抗虫基因已导入油菜基因组中并得到了稳定遗传, 这为人们利用基因工程手段进行油菜的抗虫育种奠定了基础。
邵耀椿等[6]将激光辐照外源 DNA 导入番茄, 并对细胞色素氧化酶同工酶进行分析, 受体后代与受体对照的同工酶图谱差异较大而与供体对照的同工酶图谱差异较小, 这与它们在叶形与生长型表达上的差异是吻合的。
这表明激光辐照外源DNA已经导入受体, 并得到整合表达, 为激光诱变番茄育种开拓了新方向。
刘永军等[7]用热活性检测系统测定了 He - Ne 激光辐照后黄瓜种子萌发过程的能量-时间曲线, 结果显示能量- 时间曲线、发芽势、发芽率及酶活性等都有相应变化, 并确立了最佳辐照时间, 从而为研究激光辐照后引起的生物学效应、研究种子萌发过程的规律、开发新品种提供了理论依据。
赵彤[8]采用 CO2 和He - Ne 两种激光的三种剂量, 分别辐照两个洋葱品种的湿种子, 利用生物统计学的方法从个体水平上考查了激光诱变洋葱 L2 代的鳞茎鲜重、横茎等主要性状的回归分析和遗传变异。
结果表明, 洋葱鳞茎的横茎、纵茎、单株生物产量与鳞茎鲜重间的回归关系显著, 横茎的作用大于纵茎, 育种中应重视鳞茎、横茎的选择。
张建东等[9]发现不同功率密度的 CO2 激光和激光的不同照射时间都对发芽率、淀粉酶活性、可溶性蛋白质、可溶性糖含量和氨基酸含量产生影响。
这些参数为进一步研究 CO2 激光辐照大豆的生物学效果提供了一定参考。
2 激光诱变技术在微生物育种方面的应用微生物在解决人类的生活条件和生存环境等问题中正起着越来越重要的作用。
微生物应用研究的难题在于怎样通过遗传育种方法获得高产的菌株。
人们在微生物遗传育种的研究中, 逐渐认识到激光诱变具有显著成效, 并现, 大剂量辐射可杀死或抑制细且在激光辐射微生物研究中发菌和病毒, 而用弱激光(小剂量)辐射可刺激某些菌类的生长和繁殖, 从而逐渐形成了一种独立的技术———激光诱变微生物技术。
但辐照所产生的刺激效应机制复杂, 难以从某一单一过程加以理解, 可以从物理、光照活化效应、化学等方面去解释[10]2.1 工业微生物育种激光作为一种微生物诱变因素, 已经在工业微生物育种中得到应用。
王雪松等[9]采用 He- Ne激光诱变茁芽短梗霉原生质体获取短梗霉多糖高产菌即普鲁兰高产菌, 为国内普鲁兰工业化生产提供了具有应用价值的菌株。
孙毅[6]应用低能氮离子注入和激光技术进行纤维素酶产生菌绿色木霉的育种研究见图 2) , 通过测定和分析其经诱变后产生的纤维素酶系中三种酶的活性, 得到了几株酶活有显著提高的菌株, 其中比较突出的是, 激光处理的菌株酶活提高了03.2%, 离子注入的酶活提高了108.8%, 张智维等[8]用 He - Ne 激光作为诱变光源照射啤酒酵母细胞, 在合适的时间和剂量下, 得到一株优良菌株。
用该菌株酿造的啤酒, 其双乙酰值为 0.1253 mg L, 比原菌株下降了 30%, 此方法可缩短啤酒发酵周期, 从而降低工业生产成本。
2.2 激光诱变技术在大型真菌育种方面的应用激光诱变技术在微生物育种方面成绩比较突出的是在大型真菌中的应用。
陈五岭等[7]为考察香茹变异株的遗传稳定性进行了实验。
对三株香菇菌种采用He - Ne 激光(波长 632.8 nm)进行两次照射, 筛选出三株比菌株菌丝生长速率分别提高 17.3%、 73.7%和 42.6%的变异株, 经传代培养及酯酶同工酶谱分析, 变异株具有良好的遗传稳定性。
说明 He- Ne激光诱变在香菇菌种选育中诱发突变作用显著。
超氧化物歧化酶是生物体防御氧化损伤的金属酶, 具有抗辐射损伤, 抗衰老、防治肿瘤、炎症等广泛的药用前景。
有关激光诱变选育微生物 SOD 高产株的研究, 尚未见报道。
李耀维等[3] 用 He - Ne 激光辐照诱变金针菇的原生质体、菌丝体片段, 分生孢子悬液, 并进行初筛、复筛及突变株遗传稳定性研究, 最后选育出一株SOD 高产株。
结果表明: 采用原生质体进行诱变, 其正突变率, 单株 SOD 产量提高率、产 SOD 遗传稳定性均高于菌系体与分生孢子。
也充分论证了激光诱变原生质体是获得金针菇 SOD 高产株的有效途径。
3 激光诱变技术在其他生物育种方面的应用随着激光诱变技术的发展, 我国科研工作者运用激光诱变技术在鱼类、畜牧、家禽育种等方面做出了巨大的贡献。
3.1 鱼类育种谭石慈等[5]采用不同波长、剂量的多种激光, 对锦鲫的受精卵进行多次重复辐照试验, 经过一年多的孵育苗实验和探索, 获得了一个由单尾变成双尾、体色多种、观赏价值大大提高的鱼类新品种, 该研究成果通过了鱼类育种专家的鉴定, 并命名这个新品种为中华彩鲤。
何家林等[6]用He- Ne 激光辐照金鱼受精卵和胚胎孔雀鱼, 导致两种鱼胚胎畸变, 且金鱼胚胎的畸变率与辐射剂量的有密切关系。
随着激光微束在育种中的应用, 研究人员开始运用激光微束在鱼类受精卵上打空, 倒入外源基因, 具有定位准确、操作简便、可对靶体进行选择等优点, 是进行鱼类育种的新途径。
3.2 牲畜育种激光诱变技术在牲畜育种方面的应用主要是用激光照射动物的生殖细胞以取得有益突变。
其研究始于 1969 年, 目前已用激光照射多种家畜的精子以提高精子活力, 延长精子寿命。
用激光照射与人工选育相结合, 有可能培育出家畜的优良品种。
陈恒雷等[7] 介绍了一系列激光辐射动物生殖细胞从而达到有益突变的例子4 结束语到目前为止, 将激光诱变技术应用于农作物、微生物育种及食品工业等有了长足发展, 但激光诱变的微观机理有待进一步研究, 而且激光辐照诱变微生物变异菌株不稳定, 传代四、五代后便逐渐退化;随着激光诱变技术的发展在激光生物工程技术(激光微束技术、激光细胞融合技术、激光导入外源基因等方面) 基础上诱变育种工作提高到一个新的阶段激光微束技术是利用激光亮度高、光谱纯、可调谐、发散角小等固有特点, 将激光束用光学系统聚焦形成非常细的光束, 光斑直径小到甚至10- 7 m, 并使之在细胞内聚焦而不破坏细胞膜, 对细胞核和细胞器进行操作(如去掉细胞壁, 进行细胞融台、切割染色体等)。
这种技术可应用于高等植物特别是农作物、植物染色体工程、基因定位及植物染色体片断DNA 的微克隆。