第7章诱变育种 诱变育种(induced mutation breeding)是指人为地利用物理诱变因素或化学诱变剂诱发遗传变异，在较 短时间内获得有利用价值的突变体，根据育种目标要求，选育新品种直接供生产利用或育成新种质作亲本 在育种上利用的育种新途径。用作诱变的物质，称为诱变因子，诱变因子通常分为物理诱变因子和化学诱 变因子，这两种诱变因子分别对应两种育种方法，辐射育种和化学诱变育种。 诱变育种是40年代兴起的一门现代育种技术，已在国内外取得了相当大的成绩，特别是辐射育种已 被广泛应用于生产，选育出不少园艺作物新品种，同时，诱变育种在提高园艺作物育种效率、创造园艺作 物种质资源、促进园艺作物增产等方面具有很大的潜力，因而在育种工作中占有相当重要的地位。但目前 诱变育种仍然只是常规育种的一种有力补充手段，而且是一种不可替代的手段，尤其是对适应性强、只需 改良1~2个容易鉴别的性状的品种时，其利用价值更大。 根据FAO/IAEA联合处(1995)和我国(1995)年的不完全统计，已有51个国家在162种植物上育 成推广了1932个品种，其中观赏植物45种，品种482个，果木20种，品种48个，蔬菜20多个种：我 国诱变育种于50年代后半期起步，40多年来取得了很大的成就，据1995年不完全统计，已在38种植物 (农作物22种，果木4种，蔬菜6种，观赏植物6种)上育成推广了459个突变品种。尽管我国观赏植 物诱变育种起步较晚，但也在月季、菊花、叶子花、荷花、大丽花、美人蕉等物种上育成并通过鉴定了66 个商业化品种，其中主要为菊花(22个)，月季(35个)。 本章首先介绍诱变育种的特点，其后重点阐述辐射诱变和化学诱变的种类、特点、作用机理、主要处 理方法，最后简要介绍突变体的鉴定和利用。 7.1诱变育种的特点 (l)提高突变率(mutation rate),创造新类型自然界植物自发突变频率很低，高等植物仅约105~10~， 诱发产生的突变频率比自发突变频率要高几百倍，甚至上千倍。而且突变类型广泛、多样，还能诱发自然 界罕见或用常规方法难以获得的新类型，丰富遗传资源，为育种提供宝贵的原始材料。 (2)可有效地改良作物的某些单一性状辐射可以诱发点突变(point mutation),在保持原品种基本特性 不变的同时，能在短时间内有效地使品种的某些不良的单一性状发生突变，从而使品种得到改良。 (3)打破性状连锁(linkag©)，促进基因重新组合提高重组率作物品种中，某些优良性状和不良性状往 往表现性状连锁。用一般常规方法不易将它们分开，利用射线能够诱发多种形式的染色体结构变异，将紧 靠的连锁基因拆开，通过染色体重排，使基因重新组合，获得新类型。 (4)突变性状稳定较快，有利于加速育种进程诱发产生的突变，大多是一个主基因的改变，稳定快： 若突变性状为隐性性状，经自交即可获得纯合突变体，纯合突变一般不再分离，有利于缩短育种进程。但 是，如果辐照杂合基因材料，由于辐射与杂交的双重作用，后代性状变异也需经过与杂交后代相似的分离 稳定过程。 (⑤)辐射可改变作物育性诱变育种在克服植物自交不育和杂交不亲合促进远缘杂交，实现外源基因转 移上有特殊的效果。 7.2辐射诱变 利用X、Y、B射线、中子、紫外线等物理诱变因素，诱发植物产生遗传变异，从中选择和培育新品 种的方法： 7.2.1辐射的种类及特点 辐射是能量在空间传递和转移的方式，按其性质可以分为电磁波辐射和粒子辐射两大类。用电磁波辐
1 第 7 章 诱变育种 诱变育种(induced mutation breeding)是指人为地利用物理诱变因素或化学诱变剂诱发遗传变异，在较 短时间内获得有利用价值的突变体，根据育种目标要求，选育新品种直接供生产利用或育成新种质作亲本 在育种上利用的育种新途径。用作诱变的物质，称为诱变因子，诱变因子通常分为物理诱变因子和化学诱 变因子，这两种诱变因子分别对应两种育种方法，辐射育种和化学诱变育种。 诱变育种是 40 年代兴起的一门现代育种技术，已在国内外取得了相当大的成绩，特别是辐射育种已 被广泛应用于生产，选育出不少园艺作物新品种，同时，诱变育种在提高园艺作物育种效率、创造园艺作 物种质资源、促进园艺作物增产等方面具有很大的潜力，因而在育种工作中占有相当重要的地位。但目前 诱变育种仍然只是常规育种的一种有力补充手段，而且是一种不可替代的手段，尤其是对适应性强、只需 改良 1~2 个容易鉴别的性状的品种时，其利用价值更大。 根据 FAO/IAEA 联合处（1995）和我国（1995）年的不完全统计，已有 51 个国家在 162 种植物上育 成推广了 1932 个品种，其中观赏植物 45 种，品种 482 个，果木 20 种，品种 48 个，蔬菜 20 多个种；我 国诱变育种于 50 年代后半期起步，40 多年来取得了很大的成就，据 1995 年不完全统计，已在 38 种植物 （农作物 22 种，果木 4 种，蔬菜 6 种，观赏植物 6 种）上育成推广了 459 个突变品种。尽管我国观赏植 物诱变育种起步较晚，但也在月季、菊花、叶子花、荷花、大丽花、美人蕉等物种上育成并通过鉴定了 66 个商业化品种，其中主要为菊花（22 个），月季（35 个）。 本章首先介绍诱变育种的特点，其后重点阐述辐射诱变和化学诱变的种类、特点、作用机理、主要处 理方法，最后简要介绍突变体的鉴定和利用。 7.1 诱变育种的特点 (1)提高突变率(mutation rate)，创造新类型 自然界植物自发突变频率很低，高等植物仅约 10-5~10-8， 诱发产生的突变频率比自发突变频率要高几百倍，甚至上千倍。而且突变类型广泛、多样，还能诱发自然 界罕见或用常规方法难以获得的新类型，丰富遗传资源，为育种提供宝贵的原始材料。 (2)可有效地改良作物的某些单一性状 辐射可以诱发点突变(point mutation)，在保持原品种基本特性 不变的同时，能在短时间内有效地使品种的某些不良的单一性状发生突变，从而使品种得到改良。 (3)打破性状连锁(linkage)，促进基因重新组合提高重组率 作物品种中，某些优良性状和不良性状往 往表现性状连锁。用一般常规方法不易将它们分开，利用射线能够诱发多种形式的染色体结构变异，将紧 靠的连锁基因拆开，通过染色体重排，使基因重新组合，获得新类型。 (4)突变性状稳定较快，有利于加速育种进程 诱发产生的突变，大多是一个主基因的改变，稳定快； 若突变性状为隐性性状，经自交即可获得纯合突变体，纯合突变一般不再分离，有利于缩短育种进程。但 是，如果辐照杂合基因材料，由于辐射与杂交的双重作用，后代性状变异也需经过与杂交后代相似的分离 稳定过程。 (5)辐射可改变作物育性 诱变育种在克服植物自交不育和杂交不亲合促进远缘杂交，实现外源基因转 移上有特殊的效果。 7.2 辐射诱变 利用Χ、γ、β射线、中子、紫外线等物理诱变因素，诱发植物产生遗传变异，从中选择和培育新品 种的方法。 7.2.1 辐射的种类及特点 辐射是能量在空间传递和转移的方式，按其性质可以分为电磁波辐射和粒子辐射两大类。用电磁波辐
射转移能量的有X、Y射线、紫外光、激光等，其中X、Y射线能量较高，能引起照射物质的离子化。粒 子辐射是一种粒子流，可分为带电的ā、B射线，不带电的（如：中子）两大类，它们也能引起照射物质 的离子化 (1)Y射线是一种高能电磁波，波长短(1013~10m),穿透力强，属核内产生的射线，由放射性元素 60C0和137Cs等产生，60C0射线能量大，半衰期短(5.27年)，17Cs能量较小，半衰期长(30年)。目前常 用的照射装置有：钴室、钴圃、钴人工气候辐照室。 (2)X射线产生于X射线机，属核外产生的射线，是原子中的电子从能级较高的激发态跃迁到能级较 低状态时发出的射线，波长大约是1012~10m。分为软X射线和硬X射线，诱变育种中一般用硬X射线。 (3)B射线由放射性同位素（如P、S等）进行核衰变时产生的带负电荷的粒子流。能量较X、Y 射线低，不宜作外照射的射线源，常用含有这些元素的水溶液引入植物体内进行照射。 (4)中子产生于以轴-235（西U)为核原料的原子反应堆。依其所具有能量大小，可分为：快中子、 慢中子、热中子。中子能引起植物较大的变异，特别是对植物的种子，诱变率较高，且处理简便，目前辐 射育种中应用较多的是热中子、快中子。 (⑤)电子束电子直线加速器产生的高能电子流，电子能量一般在5~20MeV范围内。其辐照效应具有 在M1代生物损伤小，M2代诱变效率高、突变谱较宽等特点。 (6)紫外光是一种穿透力很弱的非电离射线，波长范围为100-4000波长A°，其中25002900A°的 可为核酸吸收，因而具有诱变效力，多用来处理微生物、花粉粒。 (7)激光60年代发展起来的新光源，是一种中低能的电磁辐射。在辐射诱变中主要利用波长为 2000~10000A°的激光，较易被照射生物体吸收而发生激发作用，处理的材料包括种子、花粉、子房、幼 苗、根尖等。 由于激光束具有方向性好、光色单一、高亮度和高能量密度等特点，因而能准确地照射细胞的某一特 定部位或某一细胞器，对其产生选择性损伤或进行显微手术，从而研究辐射对细胞亚显微结构的影响。 7.2.2辐射的度量单位 7.2.2.1辐射的剂量(dose)单位 (1)放射性强度单位居里(C)指放射性元素的放射性强度单位。用Ci或C表示，1Ci等于放射性同 位素每秒有3.7×1010个核发生衰变。居里的单位相当大，通常用毫居里(mC=103Ci)和微居里(uC=10-Ci) 等较小的单位。 (2)剂量强度受照射的物质每单位质量所吸收的能量(ergg) 照射剂量伦琴R)用于X、Y射线的剂量单位，量度的是射入的辐射量。1g组织被照以1R的Y射线 大约吸收83尔格(erg,1erg=10J)的能量。 吸收剂量 ①拉特(rd)又称组织伦琴。通用于任何电离辐射的吸收剂量单位。指生物体lg被照射的组织吸收 100erg能量的剂量单位。 ②戈瑞(Gy)为吸收剂量的国际单位，lGy=l00rad. (3)中子通量又称积分流量，用于衡量中子辐射剂量大小的单位之一，指每平方厘米通过的中子数。 7.2.2.2剂量率 单位时间内射线能量的大小，单位R/min或R/h。 计算公式：P=Dt 式中：P剂量强度D放射剂量t照射时间 7.2.3辐射作用机理 7.2.3.1电离射线对机体的作用从生物体吸收辐射到出现生物学效应，须经历一系列性质不同、 变化复杂的过程，对这些过程，有两种解释： (1)直接作用以靶学说为代表，靶学说认为，每个细胞内都有一定的对辐射作用特别敏感的区域一 “靶”区。这个区域很小，只有当射线击中该细胞的靶区时，才能引起分子损伤的辐射效应。不同的细胞
2 射转移能量的有Χ、γ射线、紫外光、激光等，其中Χ、γ射线能量较高，能引起照射物质的离子化。粒 子辐射是一种粒子流，可分为带电的α、β射线，不带电的（如：中子）两大类，它们也能引起照射物质 的离子化。 (1)γ射线 是一种高能电磁波，波长短(10-13~10-10m)，穿透力强，属核内产生的射线，由放射性元素 60Co 和 137Cs 等产生，60Co 射线能量大，半衰期短（5.27 年），137Cs 能量较小，半衰期长（30 年）。目前常 用的照射装置有：钴室、钴圃、钴人工气候辐照室。 (2)Χ射线 产生于Χ射线机，属核外产生的射线，是原子中的电子从能级较高的激发态跃迁到能级较 低状态时发出的射线，波长大约是 10-12~10-8m。分为软Χ射线和硬Χ射线，诱变育种中一般用硬Χ射线。 (3)β射线 由放射性同位素（如 32P、35S 等）进行核衰变时产生的带负电荷的粒子流。能量较Χ、γ 射线低，不宜作外照射的射线源，常用含有这些元素的水溶液引入植物体内进行照射。 (4)中子 产生于以铀-235（235U）为核原料的原子反应堆。依其所具有能量大小，可分为：快中子、 慢中子、热中子。中子能引起植物较大的变异，特别是对植物的种子，诱变率较高，且处理简便，目前辐 射育种中应用较多的是热中子、快中子。 (5)电子束 电子直线加速器产生的高能电子流，电子能量一般在 5~20 MeV 范围内。其辐照效应具有 在 M1 代生物损伤小，M2 代诱变效率高、突变谱较宽等特点。 (6)紫外光 是一种穿透力很弱的非电离射线，波长范围为 100~4000 波长 A°，其中 2500~2900A°的 可为核酸吸收，因而具有诱变效力，多用来处理微生物、花粉粒。 (7)激光 60 年代发展起来的新光源，是一种中低能的电磁辐射。在辐射诱变中主要利用波长为 2000~10000 A°的激光，较易被照射生物体吸收而发生激发作用，处理的材料包括种子、花粉、子房、幼 苗、根尖等。 由于激光束具有方向性好、光色单一、高亮度和高能量密度等特点，因而能准确地照射细胞的某一特 定部位或某一细胞器，对其产生选择性损伤或进行显微手术，从而研究辐射对细胞亚显微结构的影响。 7.2.2 辐射的度量单位 7.2.2.1 辐射的剂量(dose)单位 (1) 放射性强度单位居里(Ci) 指放射性元素的放射性强度单位。用 Ci 或 C 表示，1Ci 等于放射性同 位素每秒有 3.7×1010 个核发生衰变。居里的单位相当大，通常用毫居里(mCi=10-3Ci)和微居里(uCi=10-6Ci) 等较小的单位。 (2)剂量强度 受照射的物质每单位质量所吸收的能量（erg/g） 照射剂量伦琴(R) 用于Χ、γ射线的剂量单位，量度的是射入的辐射量。1g 组织被照以 1R 的γ射线 大约吸收 83 尔格(erg，1erg=10-7 J)的能量。 吸收剂量 ①拉特(rad) 又称组织伦琴。通用于任何电离辐射的吸收剂量单位。指生物体 1g 被照射的组织吸收 100erg 能量的剂量单位。 ②戈瑞(Gy) 为吸收剂量的国际单位，1Gy=100rad。 (3)中子通量 又称积分流量，用于衡量中子辐射剂量大小的单位之一，指每平方厘米通过的中子数。 7.2.2.2 剂量率 单位时间内射线能量的大小，单位 R/min 或 R/h。 计算公式：P=D/t 式中：P 剂量强度 D 放射剂量 t 照射时间 7.2.3 辐射作用机理 7.2.3.1 电离射线对机体的作用 从生物体吸收辐射到出现生物学效应，须经历一系列性质不同、 变化复杂的过程，对这些过程，有两种解释： (1)直接作用 以靶学说为代表，靶学说认为，每个细胞内都有一定的对辐射作用特别敏感的区域—— “靶”区。这个区域很小，只有当射线击中该细胞的靶区时，才能引起分子损伤的辐射效应。不同的细胞
和有机体因靶区的大小不同，对辐射表现出不同的敏感性，靶区大的敏感性强，靶区小的敏感性弱。 (2)间接作用生物效应不是分子直接受损伤的结果，而是有机体的水被电离和激发产生自由基(OH 和H·),直接作用在生物分子上所引起的结果，即H2O·OH·+H·(一般认为OH·和H·自由基来 自两个不同的水分子)。 由于电离射线对机体的作用方式有直接作用和间接作用，因而可将电离辐射对生物体的原发损伤分为 3个阶段：①物理阶段，辐射能量传递到生物分子，导致生物分子电离和激发，产生的原初产物极不稳定， 迅速地与邻近分子相撞，产生反应活跃的次级分子。②物理化学阶段，进行一次或一系列复杂的连锁反应 生物大分子形成原初的分子损伤，周围环境中产生的分子与生物大分子反应，扩散自由基。此阶段，水分 子产生的离子在一系列的复杂反应中起着重要作用。③化学阶段，上阶段形成的自由基继续相互作用，并 与周围的物质起反应，当与生物中重要的大分子核酸、蛋白质起反应时，则引起分子结构的变化 7.2.3.2辐射对遗传物质的作用 (1)对染色体的作用染色体在射线作用下，断裂的频率增加，断裂后的染色体重新连接，产生多种与 原来结构不同的染色体重排，发生染色体畸变，产生四种染色体结构变异（缺失，染色体丢失了带有基因 的片段：重复，染色体个别节段的增加：倒位，正常染色体上的某一节段发生断裂后，倒转180°又重新 连结起来：易位，非同源染色体之间交换片段的结构变异)。同时，辐射也可引起染色体数量变异，产生 非整倍体。 (2)电离辐射对DNA的作用高能辐射射线缺乏诱变的特异性，但诱发突变的范围广泛。辐射可使A-T, C-G之间的氢键断裂：在1或2个DNA链中，糖与磷酸基之间发生断裂：同一DNA上相邻胸腺嘧啶之间 形成二聚体：DNA链的断裂和交联。 7.2.4园艺作物对辐射的敏感性及辐射剂量的确定 7.2.4.1园艺作物对辐射的敏感性 (1)不同园艺作物和品种对辐射的敏感性差异大植物科间辐射敏感性差异最为显著。不同科植物间辐 射敏感性相差将近20倍。如：十字花科、禾本科和豆科间，十字花科辐射抗性高，禾本科次之，豆科辐 射敏感性高。同一科不同属，同属不同种、不同亚种间辐射敏感性也不同，如蚕豆日辐射剂量为0.5Gy时 开始受损，而羽扇豆能忍受每日3.72Gy:品种间敏感性差异比种间小，品种间辐射敏感性多呈正态分布。 (2)园艺作物在不同发育阶段、不同生理状态，其辐射敏感性不同休眠种子、枝条及鳞（块）茎敏 感性低，萌动种子枝条及鳞（块）茎敏感性高，不同发育阶段各种器官的辐射敏感程度依次为配子体、枝 条、种子。 (3)不同组织、器官、细胞的辐射敏感性不同辐射敏感性与组织的分化程度成负相关，最敏感的是具 有旺盛分生能力的分生组织和性细胞，已长成的茎叶组织次之，处于休眠状态的种子较耐辐射。 (4)影响辐射敏感性的因素 生物因素包括植物的染色体体积、染色体倍数性、生理生化特性等。染色体体积与辐射敏感性正相 关，而一般随着倍数性的增加，植物的辐射敏感性降低。生理生化特性是指一些耐辐照植物，其体内存在 天然的辐射防护剂，如十字花科植物中的丙烯芥子酸。 环境因素①氧效应：在有氧条件下射线辐照能显著增加辐射的敏感性，氧的增效作用与损伤的恢复 过程有关，由辐射产生的自由基容易与氧反应生成过氧化物自由基，这种自由基有较长的寿命，使辐射损 伤加剧：同时氧对细胞分裂延迟、染色体畸变、基因突变等生物交应也有致敏作用。②水分效应：种子含 水量对辐射敏感性的影响与自由基的作用、氧效应及种子代谢活动密切相关，当种子含水量增加到使种子 萌动的程度时，对辐射的敏感性急剧增加。③温度：辐射敏感性随辐照时温度的降低而减弱。温度主要影 响自由基的产生、扩散和重结合：低温的防护作用可能是降低了辐射击诱发的自由基活性，从而减少了其 与氧的相互作用，射线辐照前后的热冲击对辐射损伤有保护效应。④化学因素：辐射敏化剂，如EDTA抑 制染色体的扩散，咖啡因抑制损伤的修复；辐射保护剂，有利于损伤恢复，降低辐射生物学效应的物质， 如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸。⑤物理因素：主要射线种类、剂量率、照射方式（急性照射、慢性照射）
3 和有机体因靶区的大小不同，对辐射表现出不同的敏感性，靶区大的敏感性强，靶区小的敏感性弱。 (2)间接作用 生物效应不是分子直接受损伤的结果，而是有机体的水被电离和激发产生自由基(OH• 和 H• )，直接作用在生物分子上所引起的结果，即 H2O hv OH• +H•（一般认为 OH• 和 H• 自由基来 自两个不同的水分子）。 由于电离射线对机体的作用方式有直接作用和间接作用，因而可将电离辐射对生物体的原发损伤分为 3 个阶段：①物理阶段，辐射能量传递到生物分子，导致生物分子电离和激发，产生的原初产物极不稳定， 迅速地与邻近分子相撞，产生反应活跃的次级分子。②物理化学阶段，进行一次或一系列复杂的连锁反应， 生物大分子形成原初的分子损伤，周围环境中产生的分子与生物大分子反应，扩散自由基。此阶段，水分 子产生的离子在一系列的复杂反应中起着重要作用。③化学阶段，上阶段形成的自由基继续相互作用，并 与周围的物质起反应，当与生物中重要的大分子核酸、蛋白质起反应时，则引起分子结构的变化。 7.2.3.2 辐射对遗传物质的作用 (1)对染色体的作用 染色体在射线作用下，断裂的频率增加，断裂后的染色体重新连接，产生多种与 原来结构不同的染色体重排，发生染色体畸变，产生四种染色体结构变异（缺失，染色体丢失了带有基因 的片段；重复，染色体个别节段的增加；倒位，正常染色体上的某一节段发生断裂后，倒转 180°又重新 连结起来；易位，非同源染色体之间交换片段的结构变异）。同时，辐射也可引起染色体数量变异，产生 非整倍体。 (2)电离辐射对 DNA 的作用 高能辐射射线缺乏诱变的特异性，但诱发突变的范围广泛。辐射可使 A-T， C-G 之间的氢键断裂；在 1 或 2 个 DNA 链中，糖与磷酸基之间发生断裂；同一 DNA 上相邻胸腺嘧啶之间 形成二聚体；DNA 链的断裂和交联。 7.2.4 园艺作物对辐射的敏感性及辐射剂量的确定 7.2.4.1 园艺作物对辐射的敏感性 (1)不同园艺作物和品种对辐射的敏感性差异大 植物科间辐射敏感性差异最为显著。不同科植物间辐 射敏感性相差将近 20 倍。如：十字花科、禾本科和豆科间，十字花科辐射抗性高，禾本科次之，豆科辐 射敏感性高。同一科不同属，同属不同种、不同亚种间辐射敏感性也不同，如蚕豆日辐射剂量为 0.5Gy 时 开始受损，而羽扇豆能忍受每日 3.72Gy；品种间敏感性差异比种间小，品种间辐射敏感性多呈正态分布。 (2) 园艺作物在不同发育阶段、不同生理状态，其辐射敏感性不同 休眠种子、枝条及鳞（块）茎敏 感性低，萌动种子枝条及鳞（块）茎敏感性高，不同发育阶段各种器官的辐射敏感程度依次为配子体、枝 条、种子。 (3)不同组织、器官、细胞的辐射敏感性不同 辐射敏感性与组织的分化程度成负相关，最敏感的是具 有旺盛分生能力的分生组织和性细胞，已长成的茎叶组织次之，处于休眠状态的种子较耐辐射。 (4)影响辐射敏感性的因素 生物因素 包括植物的染色体体积、染色体倍数性、生理生化特性等。染色体体积与辐射敏感性正相 关，而一般随着倍数性的增加，植物的辐射敏感性降低。生理生化特性是指一些耐辐照植物，其体内存在 天然的辐射防护剂，如十字花科植物中的丙烯芥子酸。 环境因素 ①氧效应：在有氧条件下射线辐照能显著增加辐射的敏感性，氧的增效作用与损伤的恢复 过程有关，由辐射产生的自由基容易与氧反应生成过氧化物自由基，这种自由基有较长的寿命，使辐射损 伤加剧；同时氧对细胞分裂延迟、染色体畸变、基因突变等生物交应也有致敏作用。②水分效应：种子含 水量对辐射敏感性的影响与自由基的作用、氧效应及种子代谢活动密切相关，当种子含水量增加到使种子 萌动的程度时，对辐射的敏感性急剧增加。③温度：辐射敏感性随辐照时温度的降低而减弱。温度主要影 响自由基的产生、扩散和重结合；低温的防护作用可能是降低了辐射击诱发的自由基活性，从而减少了其 与氧的相互作用，射线辐照前后的热冲击对辐射损伤有保护效应。④化学因素：辐射敏化剂，如 EDTA 抑 制染色体的扩散，咖啡因抑制损伤的修复；辐射保护剂，有利于损伤恢复，降低辐射生物学效应的物质， 如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸。⑤物理因素：主要射线种类、剂量率、照射方式（急性照射、慢性照射）
等对植物辐射敏感性的影响。 7.2.4.2辐射剂量的确定 采用适宜的剂量对提高诱变育种效率至关重要。适宜诱变剂量的确定，须根据处理材料的辐射敏感性， 拟改良的目标性状、诱变因素的作用和处理的条件而定。 确定适宜诱变剂量的指标，以往多以LDso(使50%植株存活的剂量)或GDs0(使生长势下降50%的 剂量)作参考，近来有些研究者提出用VID0(使活力指数下降50%的剂量)来预测，VID50≈75~80%LD50 表7-1园艺植物辐射诱变适宜剂表 植物种类 辐射材料 射线种类剂量(Gy) 植物种类辐射材料 射线种类 剂量(Gy) 花椰菜 干种子 800-850 人参 干种子 4060 莴苣 干种子 Y 50100 早小菊 干种子 X、Y 50-60 豇豆 干种子 Y 300-634 百合 休眠鳞茎 X、Y 2.5-3 四季豆 干种子 130-180 杜鹃 嫩枝插条 X、Y 50-70 芹菜 干种子 Y 85-100 仙客来 干种子 Y 22150 大蒜 萌动鳞茎 Y 79 唐菖蒲 休眠球茎 X、Y 70-80 大葱 干种子 Y 73 君子兰 干种子 700800 草莓 幼嫩茎 Y 100150 矮牵牛 干种子 Y 150-200 葡萄 枝条 Y 3040 金盏菊 干种子 700-800 山楂 芽条 Y 40 水仙 休眠鳞茎 2 7.510 苦瓜 干种子 300634 小苍兰 休眠鳞茎 2 4050 荔枝 接穗 9.517.3 一串红 干种子 150-200 甜菜 干种子 400500 山茶 嫩枝插条 10~330 玫瑰 芽条 378 三色堇 干种子 200~300 7.2.5辐射处理的主要方法 辐射处理的方法有外照射和内照射。外照射包括急性照射和慢性照射以及累积照射等，但目前应用最 广泛的仍为急性照射，活体慢照射国外应用较多（需要Y圃、Y温室等慢照射设施）。 7.2.5.1外照射 外照射是指被照射的种子、球茎、块茎、鳞茎、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。目 前应用在外照射中的主要是X、Y射线、快中子或热中子。由于外照射方法简便安全，可大量处理辐射材 料，所以在辐射育种中广为应用。 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。应用较多的是处理干种子。处理干种子 的优点是：能处理大量种子：操作方便：便于运输和贮藏：受环境条件的影响小，经过辐射处理的种子， 没有污染和散射等问题。 由于辐射诱变产生的有利突变频率小，因此处理的种子不宜过小。而且种子在辐射前应进行处理，对 小粒种子进行风选或水选，以保证种子的纯净、饱满：种子事射处理后，要及时播种，否则会因贮藏时间 的延长而降低辐射效应，一般以不超过半个月为宜。 (②)无性繁殖器官优点是一旦获得好的突变体，就可直接繁殖利用。诱变的部位最常用的是植物的繁 殖部分，如各种类型的鳞茎、块茎、球茎、块根、插穗、幼芽等。 为使辐射剂量均匀，辐射材料不能过大，如辐射插穗，其长度应小于20cm,捆粗以5~10cm为宜。同 时，在辐射处理时必须注意用屏蔽法保护发根的部位，或用屏蔽法保护接穗嫁接部位的形成层，以提高扦 插和嫁接的成活率。 (3)花粉与照射种子相比，优点是很少产生嵌合体，（因花粉一旦生变异，其受精卵便成为异质结合子 将来便发育为异质结合的植株)通过自交，其后代可以分离出许多突变体。 照射花粉一般有两种方法：一种是收集花粉进行照射，处理后立即授粉：另一种方法是照射植株上的 花粉，然后收集处理过的花粉授粉于己去雄的植株上。 (4)子房射线对卵细胞影响较大，可引起后代较大的变异，有时可诱发孤雌生殖（在处理自花授粉植物
4 等对植物辐射敏感性的影响。 7.2.4.2 辐射剂量的确定 采用适宜的剂量对提高诱变育种效率至关重要。适宜诱变剂量的确定，须根据处理材料的辐射敏感性， 拟改良的目标性状、诱变因素的作用和处理的条件而定。 确定适宜诱变剂量的指标，以往多以 LD50（使 50%植株存活的剂量）或 GD50（使生长势下降 50%的 剂量）作参考，近来有些研究者提出用 VID50（使活力指数下降 50%的剂量）来预测，VID50≈75~80%LD50。 表 7-1 园艺植物辐射诱变适宜剂表 植物种类 辐射材料 射线种类 剂量(Gy) 植物种类 辐射材料 射线种类 剂量(Gy) 花椰菜 干种子 γ 800~850 人参 干种子 γ 40~60 莴苣 干种子 γ 50~100 早小菊 干种子 Χ、γ 50~60 豇豆 干种子 γ 300~634 百合 休眠鳞茎 Χ、γ 2.5~3 四季豆 干种子 γ 130~180 杜鹃 嫩枝插条 Χ、γ 50~70 芹菜 干种子 γ 85~100 仙客来 干种子 γ 22~150 大蒜 萌动鳞茎 γ 7~9 唐菖蒲 休眠球茎 Χ、γ 70~80 大葱 干种子 γ 73 君子兰 干种子 γ 700~800 草莓 幼嫩茎 γ 100~150 矮牵牛 干种子 γ 150~200 葡萄 枝条 γ 30~40 金盏菊 干种子 γ 700~800 山楂 芽条 γ 40 水仙 休眠鳞茎 γ 7.5~10 苦瓜 干种子 γ 300~634 小苍兰 休眠鳞茎 γ 40~50 荔枝 接穗 γ 9.5~17.3 一串红 干种子 γ 150~200 甜菜 干种子 γ 400~500 山茶 嫩枝插条 γ 10~330 玫瑰 芽条 γ 378 三色堇 干种子 γ 200~300 7.2.5 辐射处理的主要方法 辐射处理的方法有外照射和内照射。外照射包括急性照射和慢性照射以及累积照射等，但目前应用最 广泛的仍为急性照射，活体慢照射国外应用较多（需要γ圃、γ温室等慢照射设施）。 7.2.5.1 外照射 外照射是指被照射的种子、球茎、块茎、鳞茎、花粉、植株等所受的辐射来自外部的某一辐射源。目 前应用在外照射中的主要是Χ、γ射线、快中子或热中子。由于外照射方法简便安全，可大量处理辐射材 料，所以在辐射育种中广为应用。 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。应用较多的是处理干种子。处理干种子 的优点是：能处理大量种子；操作方便；便于运输和贮藏；受环境条件的影响小，经过辐射处理的种子， 没有污染和散射等问题。 由于辐射诱变产生的有利突变频率小，因此处理的种子不宜过小。而且种子在辐射前应进行处理，对 小粒种子进行风选或水选，以保证种子的纯净、饱满；种子事射处理后，要及时播种，否则会因贮藏时间 的延长而降低辐射效应，一般以不超过半个月为宜。 (2)无性繁殖器官 优点是一旦获得好的突变体，就可直接繁殖利用。诱变的部位最常用的是植物的繁 殖部分，如各种类型的鳞茎、块茎、球茎、块根、插穗、幼芽等。 为使辐射剂量均匀，辐射材料不能过大，如辐射插穗，其长度应小于 20cm，捆粗以 5~10cm 为宜。同 时，在辐射处理时必须注意用屏蔽法保护发根的部位，或用屏蔽法保护接穗嫁接部位的形成层，以提高扦 插和嫁接的成活率。 (3)花粉 与照射种子相比，优点是很少产生嵌合体，（因花粉一旦生变异，其受精卵便成为异质结合子， 将来便发育为异质结合的植株）通过自交，其后代可以分离出许多突变体。 照射花粉一般有两种方法：一种是收集花粉进行照射，处理后立即授粉；另一种方法是照射植株上的 花粉，然后收集处理过的花粉授粉于已去雄的植株上。 (4)子房 射线对卵细胞影响较大，可引起后代较大的变异，有时可诱发孤雌生殖(在处理自花授粉植物
时，处理前要进行人工去雄，辐射后用正常花粉授粉)，由于卵细胞对辐射较为敏感，处理时用较低的剂量。 (⑤)单细胞、愈伤组织近年随着生物工程技术的发展，采用离体培养辐射育种，使获得纯合突变体和 缩短育种年限成为可能。照射单细胞，可避免或限制嵌合体的形成，目前己在菊花、一品红等植物上获得 较好效果。 7.2.5.2内照射指将辐射源引进受照射植物体内部的方法。常用于内照射的有2P、6S、1℃等放射性 元素的化合物。其方法有用放射性同位素溶液浸泡种子或枝条，或将放射性同位素溶液注入植物的茎杆、 枝条、芽等部位，或施于土壤中使植物吸收，或者将放射性的4℃供给植物，借助于光合作用所形成的产 物来进行内照射。 由于内照射诱变需要一定的实验设备：试验过程中需要防护设施，以预防放射性同位素的污染：同时 由于放射性同位素的吸收剂量不易测定，处理效果不完全一致，因而目前在育种上应用较少。 7.2.5.3太空辐射空间环境的显著特点是高真空、微重力和强辐射。经空间飞行的植物种子在地面发 芽后，其染色体畸变频率有较大幅度的增加。空间环境引起染色体畸变进而导致植物遗传性状变异的原因 尚未弄清楚，但宇宙辐射是其中原因之一。当植物种子被宇宙射线中的高能重离子(H☑E)击中后，种子 中有更多的多重染色体畸变，而且H☑E击中的部位不同，畸变情况亦有不同，根尖分生组织和胚性分生 细胞被击中时，畸变率最高。微重力也在生物效应中起作用，主要通过增加种子对其它诱变因素的敏感性 而实现染色体损伤。 我国自1987年以来，已多次利用返回式卫星搭载植物种子，获得了大量的变异类型，涉及到主要粮 食及蔬菜作物，并己培育出一些新的变异类型和具有优良农艺性状的新品系，如卫星87-2青椒新品系己在 东北试种300余ha。 除用卫星外，还可用高空气球搭载种子在30~40km高空滞留，同样可以获得特异的优良种质。 7.3化学诱变 利用化学诱变剂(mutagen)诱发植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。 7.3.1种类及特性 化学诱变剂的种类很多，数量很大，约有近千种化学物质，然而，在栽培作物中，只有30多种具有 真正的诱变效果。目前最有效和应用较多的诱变剂有烷化剂、叠氮化合物和以秋水仙素为代表的多倍体药 剂。 (1)烷化剂化学诱变中最主要的一类是诱变剂，带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能转移到其它 电子密度较高的分子中去。表7-2中列出了化学诱变育种中一些常要的烷化剂。 表7-2 几种主要烷化剂的特性 诱变剂 特性 保存方法 性质 密 度 水溶性 熔点和沸 pH=7水中半 分子量 (g/ml) 点 衰期 甲基磺酸乙酯 无色液体 D25=1.203 8% 沸点85-86 20℃ 30℃ 124 室温避光 4 93小时 26小时 (EMS) ℃ 亚硝基乙基脲 黄色固体 微溶 熔 点 117 4℃ (NEH) 98-100℃ 乙烯亚胺(E) 无色液体 D20=0.833 溶 沸点56℃ 43 室温避光 4 /760mmHg 硫酸二乙酯 无色液体 1.18 不溶 沸点208℃ 20℃ 30℃ 154 室温避光 3.4小时 (DES) 1小时 N甲基N-硝 黄色固体 溶 熔点118℃ 147 低温避光 基-N亚硝基胍 (MNNG)
5 时，处理前要进行人工去雄，辐射后用正常花粉授粉)，由于卵细胞对辐射较为敏感，处理时用较低的剂量。 (5)单细胞、愈伤组织 近年随着生物工程技术的发展，采用离体培养辐射育种，使获得纯合突变体和 缩短育种年限成为可能。照射单细胞，可避免或限制嵌合体的形成，目前已在菊花、一品红等植物上获得 较好效果。 7.2.5.2 内照射 指将辐射源引进受照射植物体内部的方法。常用于内照射的有 32P、36S、14C 等放射性 元素的化合物。其方法有用放射性同位素溶液浸泡种子或枝条，或将放射性同位素溶液注入植物的茎杆、 枝条、芽等部位，或施于土壤中使植物吸收，或者将放射性的 14C 供给植物，借助于光合作用所形成的产 物来进行内照射。 由于内照射诱变需要一定的实验设备；试验过程中需要防护设施，以预防放射性同位素的污染；同时， 由于放射性同位素的吸收剂量不易测定，处理效果不完全一致，因而目前在育种上应用较少。 7.2.5.3 太空辐射 空间环境的显著特点是高真空、微重力和强辐射。经空间飞行的植物种子在地面发 芽后，其染色体畸变频率有较大幅度的增加。空间环境引起染色体畸变进而导致植物遗传性状变异的原因 尚未弄清楚，但宇宙辐射是其中原因之一。当植物种子被宇宙射线中的高能重离子（HZE）击中后，种子 中有更多的多重染色体畸变，而且 HZE 击中的部位不同，畸变情况亦有不同，根尖分生组织和胚性分生 细胞被击中时，畸变率最高。微重力也在生物效应中起作用，主要通过增加种子对其它诱变因素的敏感性 而实现染色体损伤。 我国自 1987 年以来，已多次利用返回式卫星搭载植物种子，获得了大量的变异类型，涉及到主要粮 食及蔬菜作物，并已培育出一些新的变异类型和具有优良农艺性状的新品系，如卫星 87-2 青椒新品系已在 东北试种 300 余 ha。 除用卫星外，还可用高空气球搭载种子在 30~40km 高空滞留，同样可以获得特异的优良种质。 7.3 化学诱变 利用化学诱变剂(mutagen)诱发植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。 7.3.1 种类及特性 化学诱变剂的种类很多，数量很大，约有近千种化学物质，然而，在栽培作物中，只有 30 多种具有 真正的诱变效果。目前最有效和应用较多的诱变剂有烷化剂、叠氮化合物和以秋水仙素为代表的多倍体药 剂。 (1)烷化剂 化学诱变中最主要的一类是诱变剂，带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能转移到其它 电子密度较高的分子中去。表 7-2 中列出了化学诱变育种中一些常要的烷化剂。 表 7-2 几种主要烷化剂的特性 诱变剂 特性 保存方法 性质 密 度 (g/ml) 水溶性 熔点和沸 点 pH=7 水中半 衰期 分子量 甲基磺酸乙酯 (EMS) 无色液体 D25=1.203 4 8% 沸点 85-86 ℃ 20℃ 93 小时 30℃ 26 小时 124 室温避光 亚硝基乙基脲 (NEH) 黄色固体 微溶 熔 点 98-100℃ 117 4℃ 乙烯亚胺(EI) 无色液体 D20=0.833 4 溶 沸点 56℃ /760mmHg 43 室温避光 硫酸二乙酯 (DES) 无色液体 1.18 不溶 沸点 208℃ 20℃ 3.4 小时 30℃ 1 小时 154 室温避光 N- 甲 基 -N’- 硝 基-N 亚硝基胍 (MNNG) 黄色固体 溶 熔点 118℃ 147 低温避光