遗传育种学第十三章辐射育种课件

第十三章第十三章 辐射育种辐射育种关于诱变育种关于诱变育种为什么要进行诱变育种？常规育种的局限性：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；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。自然界产生的可自然界产生的可 遗传的变异：遗传的变异：遗传重组；遗传重组；染色体数量变异；染色体数量变异；染色体结构变异；染色体结构变异；基因突变。基因突变。人工诱变的方法人工诱变的方法:物理方法物理方法化学方法化学方法人工诱变的思路人工诱变的思路染色体结构变化染色体结构变化染色体数量变化染色体数量变化基因突变基因突变转基因操作转基因操作人工诱变的技术措施人工诱变的技术措施:辐射诱变辐射诱变化学诱变化学诱变空间诱变空间诱变基因工程基因工程辐射诱变辐射诱变 利用物理辐射能源处理植物材料，使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进行品种培育的育种方法。1.辐射育种的特点辐射育种的特点提高突变频率，扩大突变谱；提高突变频率，扩大突变谱；能改变品种单一不良性状，而保持其它优能改变品种单一不良性状，而保持其它优良性状不变；良性状不变；增强抗逆性，改进品质；增强抗逆性，改进品质；辐射后代分离少，稳定快，育种年限短辐射后代分离少，稳定快，育种年限短;能克服远缘杂交的不结实性。能克服远缘杂交的不结实性。2.2.花卉辐射育种的有利条件花卉辐射育种的有利条件观赏植物的多样性；观赏植物的多样性；遗传的复杂性；遗传的复杂性；无性繁殖技术的应用；无性繁殖技术的应用；测试简单；测试简单；花而不实的材料的改良途径。花而不实的材料的改良途径。3.射线的种类及其特征射线的种类及其特征电磁波辐射电磁波辐射粒子辐射粒子辐射射线射线X射线射线、射线射线中子中子电离射线电离射线非电离射线非电离射线 射线、射线、射线、射线、X射线射线中子、紫外中子、紫外线、激光线、激光 射线射线 射线射线 射线射线 中中 子子 x 射线射线 紫外光紫外光 激光激光 射线射线 射线射线 射线射线 水泥墙水泥墙3.1 射线射线 由两个质子和两个中子构成的氦原子流。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。以很容易地被一张纸挡住。3.2 射线射线 衰变：衰变：原子核自发地放射出原子核自发地放射出 粒子或捕粒子或捕获一个轨道电子而发生的裂变。获一个轨道电子而发生的裂变。粒子流是粒子流是具有一定能量的电子流。可以被铝箔或玻具有一定能量的电子流。可以被铝箔或玻璃挡住。璃挡住。中子衰变中子衰变质子质子电子电子反中微子反中微子中子中子质子衰变质子衰变中子中子正电子正电子中微子中微子质子质子 类似的还有宇宙射线、中子射线、统称粒子射线。类似的还有宇宙射线、中子射线、统称粒子射线。射线：又称乙种射线。它是由放射性同位射线：又称乙种射线。它是由放射性同位素（如素（如32P、35S等）衰变时放出来带负电荷等）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力弱。在生物体内电离作用较 射线、射线、X射射线强。线强。3.3 射线射线 衰变的原子核释放的能量。又称丙种衰变的原子核释放的能量。又称丙种射线。射线。是一种高能电磁波，波长很短是一种高能电磁波，波长很短（10-810-11厘米）。穿透力强，射程厘米）。穿透力强，射程远远、以光速传播。以光速传播。3.4 X射线射线 是由是由X光机产生的高能电磁波。光机产生的高能电磁波。X射线与射线与 射线很相似。它的波长比射线很相似。它的波长比 射线长，射程射线长，射程略近。穿透力不如略近。穿透力不如 射线强。射线强。3.5 中子：中子：中子是不带电的粒子流在自然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，才了外来粒子的轰击而产生核反应，才从原子核里释放出来。从原子核里释放出来。3.6 紫外线：紫外线：是一种穿透力很弱的非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电离射线，可以用来处理微生物和植物的花粉粒。物的花粉粒。3.7 激光：激光：能使生物细胞发生共振吸收，导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子、分子离子化，进而引起生物体内部的变异。变异。4.辐射的作用理论辐射的作用理论 4.1 电离辐射的物理作用：电离辐射的物理作用：光电效应：光电效应：入射的光量子把它的全部能量转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。能使与其相遇的原子产生电离。hv 康普顿康普顿Compton散射：散射：能量相当高的光子与物质作用时，产生比光电子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。质相互作用。hv电子对的产生：电子对的产生：光子能量大于光子能量大于1.021.02百万电子伏的硬射线能与原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，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。合而转化成光子，这叫光化辐射。hv-e+e4.2 电离辐射的化学作用：电离辐射的化学作用：由由于于活活的的生生物物组组织织含含有有约约75%的的水水，因因此此水水就就成成为为电电离离辐辐射射的的最最丰丰富富的的靶靶分分子。子。4.3辐射产生的生物学效应辐射产生的生物学效应染色体断裂；染色体断裂；基因突变；基因突变；细胞分裂异常。细胞分裂异常。5.辐射剂量和剂量单位辐射剂量和剂量单位 5.1 辐射剂量：辐射剂量：单位体积或单位质量的空气单位体积或单位质量的空气吸收的能量。吸收的能量。5.2 吸收剂量：吸收剂量：单位体积或单位质量被照射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。物质中所吸收能量的数值称为吸收剂量。D=E/M（尔格）（尔格）D 吸收剂量吸收剂量E 被照射物质吸收的能量被照射物质吸收的能量M 被照射物质的体积被照射物质的体积5.3 剂量单位：剂量单位：辐射剂量的单位常因不同射线的不同计量方法辐射剂量的单位常因不同射线的不同计量方法而不同而不同：伦琴：伦琴：简称伦或用简称伦或用R符号表示，它是最早应用于测符号表示，它是最早应用于测量量X射线的剂量单位。射线的剂量单位。拉特：拉特：也称组织伦琴，用也称组织伦琴，用rad表示。它是对于任何电表示。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射物质吸收了100尔格的能量。尔格的能量。积分流量：积分流量：中子射线的剂量计算，一向以每平方厘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，其单位以中子数米上通过多少个数来确定的，其单位以中子数/厘厘米米2表示。表示。居里：居里：是放射性强度的单位，用是放射性强度的单位，用Ci或或C表示。表示。5.4 剂量率剂量率 剂剂量量率率在在辐辐射射育育种种中中很很重重要要，往往往往用用同同一一剂剂量量处处理理同同一一个个品品种种的的种种子子，剂剂量量率率不不同同，辐辐射射效效果果也也不不相相同同。剂剂量量率率即即单单位位时时间间内内射射线线能能量量的的大大小小。单单位位以以伦伦/分或伦分或伦/小时来表示。小时来表示。P=D/TP 剂量强度剂量强度D 放射剂量放射剂量T 照射时间照射时间5.5 辐射剂量辐射剂量 PXT致死剂量（致死剂量（LD）：全部致死的剂量值。：全部致死的剂量值。半致死剂量（半致死剂量（LD50）：50%存活时的剂量值。存活时的剂量值。生长指数（生长指数（GR50）：生长量比对照降低：生长量比对照降低50%的的剂量值。剂量值。活力指数剂量（活力指数剂量（VID50）:辐射后种子活力指数辐射后种子活力指数比对照下降比对照下降50%所需的剂量。所需的剂量。活力指数活力指数 VI=S Gi 发芽指数发芽指数 Gi=Gt/Dt S 根长或苗高；根长或苗高；Gt 第第7天的发芽数；天的发芽数；Dt 达到指定发芽数的日数。达到指定发芽数的日数。6.辐射材料的选择辐射材料的选择选择材料的原则选择材料的原则 综合性状好，个别性状有待改善；综合性状好，个别性状有待改善；杂合子材料；杂合子材料；易产生不定芽易产生不定芽;对辐射较为敏感的材料。对辐射较为敏感的材料。植物对辐射的敏感性植物对辐射的敏感性：科、属、种的敏感差异；科、属、种的敏感差异；品种间敏感差异；品种间敏感差异；不同发育阶段差异；不同发育阶段差异；不同组织器官差异。不同组织器官差异。影响植物材料敏感性的因素：影响植物材料敏感性的因素：氧：氧：如果使种子或植物在完全无氧的空气中受照射，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。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，最好在有氧的条如希望产生较多的染色体畸变，最好在有氧的条件下处理。件下处理。含水量：含水量：在种子辐射处理时，欲得到较高的诱变率，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可将种子含水量调到1.31.4%左右；如希望得左右；如希望得到较高的染色体畸变率，则可钭种子含水量降低到较高的染色体畸变率，则可钭种子含水量降低水平。水平。温度：温度：在种子受照射后，对种子进行处理，即在在种子受照射后，对种子进行处理，即在75或或85处理处理15分钟，此种处理称分钟，此种处理称“热击热击”，可以降低照射后在有氧条件下吸水所产生的敏可以降低照射后在有氧条件下吸水所产生的敏感性。感性。核体积（包括植物的多倍性）：核体积（包括植物的多倍性）：辐射敏感性与辐射敏感性与“间期间期”染色体体积之间呈负相关，即染色体体积之间呈负相关，即“间期间期”染染色体体积愈大，辐射敏感性愈小，否则相反；色体体积愈大，辐射敏感性愈小，否则相反；辐射敏感性亦与辐射敏感性亦与DNA含量成负相关，即含量成负相关，即DNA含含量越多，辐射敏感性越差，所以多倍体植物比量越多，辐射敏感性越差，所以多倍体植物比较辐射。较辐射。7.辐射处理的主要方法辐射处理的主要方法 辐射处理分外照射内照射两种形式。辐射处理分外照射内照射两种形式。外照射：外照射：是指被照射的种子、球茎、鳞茎、块是指被照射的种子、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。目前外照常用的是部的某一辐射源。目前外照常用的是X射线，射线，射线、快中子或热中子。外照方法简便安射线、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。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：外照射处理植物的部位和方法：种子种子 照射种子的方法有处理干种子、照射种子的方法有处理干种子、湿种子、萌动种子三种。目前应用较湿种子、萌动种子三种。目前应用较多的是处理干种子。多的是处理干种子。处理干种子的优点是：处理干种子的优点是：1)能处理大量种子；能处理大量种子；2)操作方便；操作方便；3)便于运输和贮藏；便于运输和贮藏；4)受环境条件的影响小；受环境条件的影响小；5)经过辐射处理过的种子，没有污染和经过辐射处理过的种子，没有污染和散射的问题。散射的问题。无性繁殖器官无性繁殖器官 许多园林植物是用无性繁殖的，而且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，只依靠无有部分园林植物从来不结种子，只依靠无性繁殖的性繁殖的.诱变育种是对这类材料进行品种改良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。突变体，就可直接繁殖利用。花粉花粉 照射花粉与照射种子相比，其优点是很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合的植株，通过自交，其后代可以分离出来许多突变体。许多突变体。子房子房射线对卵细胞影响较大，相引起后代较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。响受精作有时可诱发孤雌生殖。内照射：内照射：是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。是指辐射源被引进到受照射的植物体的内部。照射源：照射源：32P、36S、14C等放射性元素的化合物。等放射性元素的化合物。照射方法：照射方法：浸泡种子或枝条；浸泡种子或枝条；注射入植物的茎杆、枝条、芽等部位；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；施入土壤：施于土壤中使植物吸收；饲饲养养法法：用用放放射射性性的的14C供供给给植植物物，借借助助于于光合作用所形成的产物来进行内照射。光合作用所形成的产物来进行内照射。注意事项：注意事项：利用内照射诱变需要一定的实验设备；利用内照射诱变需要一定的实验设备；试试验验过过程程中中还还需需要要一一定定的的防防护护，预预防防放放射射性同位素的污染，性同位素的污染，处理过的材料在一定时间内带有效射性。处理过的材料在一定时间内带有效射性。其它照射方式：其它照射方式：急照射和慢照射急照射和慢照射重复照射重复照射 8.辐射后代的选育辐射后代的选育 种子辐射后代的选育：种子辐射后代的选育：M0:接受辐射处理的当代植株。接受辐射处理的当代植株。M1:辐射处理种子产生的子一代。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。辐射处理种子产生的子二代。嵌和体的分析嵌和体的分析无性繁殖器官辐射处理后的选育：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。加速选育新品种的有效途径之一。辐射生理损伤的恢复辐射生理损伤的恢复；辐射变异的观察；辐射变异的观察；辐射后代的选育推广。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：无性繁殖的园林植物诱发突变有下列特点：辐射后代稳定得比较快。辐射后代稳定得比较快。在遗传上大多是异质的。变异一旦发生，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，所以选择主要通常在后代可表现出来，所以选择主要在在M1代进行。代进行。注意增强选择，防止逆突变出现。注意增强选择，防止逆突变出现。