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辐射育种第一节辐射育种的概念、特点及发展概况第二节辐射育种的射线种类和处理方法第三节辐射育种的生物学原理第四节不同材料辐射育种的程序第一节辐射育种的概念、特点及发展概况一、诱变育种的概念辐射育种（radiationbreeding）：利用辐射（射线）诱发植物遗传物质发生变异，从中选择培育新品种的方法。二、辐射育种的特点1．突变率高，变异谱广自发突变：突变频率10-5～10-8；变异范围狭窄。诱发突变：突变频率3％；变异范围广，类型多，甚至可以产生自然界尚未发现的新基因源。如：1969年，印度用热中子处理蓖麻，培育出成熟期由270天缩短到120天的早熟品种。2．辐射常产生点突变。可有效改良品种的单一性状，保持其它优良特性实践证明，诱变育种可以有效地改良品种的早熟、矮杆、抗病和优质等单一性状。当有益性状与不良性状存在连锁关系时，辐射能打破连锁，修缮品种。3．育种程序简单，变异稳定快，育种年限短诱变多为一个主基因的改变，后代稳定快。如一、二年生草花，F3可稳定，3-4年即可出品种。特别是对生长周期长、无性繁殖的药用植物可显著加快育种进程。4．克服远缘杂交不亲和性，改变植物的授粉、受精习性如瞿麦与石竹远缘杂交，先将石竹干种子用Co-60γ射线照射后播种，选变异株做亲本进行杂交，从而获得远缘杂种。另外，辐射处理还可以改变植物自交不亲和性，以及诱变出雄性不育的材料。5．诱发突变的方向和性质难以掌握，有利突变频率较低突变位点随机；突变方向偶然（有益或无益）。有益突变少，无益突变多，且往往相伴随，使突变体难以直接育成新品种，只能用作育种材料。此外，改良微效多基因控制的数量性状效果较差。另外，突变体的鉴定比较困难，不易区分生理损伤与遗传变异。特别是对体细胞诱变常会形成嵌合体，不易分离出纯的组织变异。加上突变又多是隐性突变，有利突变性状与不良性状常呈连锁关系。三、诱变育种的发展概况最早是1927年穆勒用X射线处理果蝇诱发突变；上世纪30年代，人们开始在小麦、大麦、烟草、玉米等多种植物中进行了实验研究。我国诱变育种起步于1956年，诱变育种的成绩位居世界首位。在药用植物中，对牛蒡、灯心草、紫薇、截叶铁扫帚等采用辐射育种已育成了新品种。无性繁殖的大花马齿苋、刺茄子、金银花等也育成了新品种。1927年：穆勒用X射线处理果蝇诱发突变1934年：Tollenear第一个获得诱变烟草品种Chlorina。RadiationinducedappleredskinmutantcontrastmutantcontrastmutantRadiationinducedresistanceofbarleymutantcontrastmutantRadiationinducedawnofbarleymutantcontrastmutantRadiationinducedheightofbarleymutant第二节辐射育种的射线种类和处理方法一、射线的种类及其特征质子带电粒子α射线粒子辐射β射线快中子电离辐射不带电粒子慢中子热中子辐射电磁辐射γ射线X射线非电离辐射紫外线、激光（一）紫外线紫外线是一种波长（200-390nm）、能量较低的低能电磁辐射，不能使物质发生电离，属非电离辐射。来源：紫外灯特点：一种低能的电磁辐射（1360-3900埃）；2500-2900埃诱变效果较好穿透能力极弱，多用于处理花粉、孢子和微生物（二）电磁辐射1、X射线一种核外电磁辐射，是原子中的电子从能级较高的激发状态跃迁到能级较地低状态时发出的射线。来源：X光机：用具有一定能量的阴极射线（电子束流）去轰击重金属钨靶或钼靶而产生。特点：X光子波长较短（10-6-10-9m），穿透力较强；一次不能照射大量材料，诱变效果不及γ射线．2、γ射线γ射线是核内电磁辐射，是原子核从能级较高的激发状态跃迁到较低的状态时发出的射线。是原子核衰变时释放的能量载体。来源：钴-60、铯-137、核反应堆特点：一种高能电磁波（丙种射线）；波长短（10-8-10-11cm），穿透力强；可同时处理大量材料目前常用的照射装置有:钴室,钴圃,钴人工气候辐照室。（三）粒子辐射粒子辐射是由具有静止质量的粒子组成。1、不带电粒子中子是中性粒子，按能量分为：热中子、慢中子、中能中子、快中子和超快中子。来源：核反应堆、加速器、同位素特点：电离密度大，常引起大的变异2、带电粒子①α射线是带正电的粒子束，由两个质子和两个中子组成，也就是氦的原子核。来源：由天然或人工的放射性同位素衰变中产生的。特点：穿透力弱，电离密度大。作为内照射源时，对有机体内产生严重的损伤，诱发染色体断裂的能力很强。②β射线由电子或正电子组成的射线束。来源：放射性同位素、电子加速器特点：穿透力较弱，α射线的穿透力更弱（一般不用），电离密度小。只用于内照射（溶液浸种）（四）其他物理诱变剂1、电子束来源：电子直线加速器特点：高能电子流（5-20Mev）；穿透力强（几厘米）M1生物损伤轻，M2诱变效率高2、激光受激辐射产生的一种新型光源。来源：激光器（CO2激光器、N2激光器、红宝石激光器、氩粒子激光器等）特点：一种中低能的电磁辐射（新光源）亮度高、单色性、方向性、相干性好；非电离，激发作用。（五）航天搭载航天搭载是利用返回式卫星进行农作物新品种选育的一种方法。利用空间环境技术提供的微重力、高能粒子、高真空、缺氧和交变磁场等物理诱变因子进行诱变和选择育种研究。空间环境的显著特征是辐射强烈、微重力（失重）、微地磁、高真空、超洁净、低氧等。与传统辐射育种相比，航天搭载育种具有诱变作用强、变异幅度大和有益变异多等优点。如：卫星87-2青椒，是一果实大、品质优良的甜椒品种，较原品种增产30%-50%，果实中的维生素C及可溶性固形物含量分别比原品种高20%和25%。(六)离子注入把某种元素的原子电离成离子，在几十至几百千伏的电压下加速形成较高速度的离子束射入到生物体内，诱导可遗传变异，继而选育新品种的过程。离子注入到生物体的某一部位上，引起局部的、强烈的、难以修复的损伤，导致基因突变。二、辐射处理的方法（一）处理材料的选择1、种子照射：可采用干种子、湿种子或萌动种子进行照射。多用干种子，并在干燥有氧条件下进行。优点：可同时处理大量种子；操作方便；便于贮藏、运输；受环境条件的影响较小。缺点：所需剂量大，要求强度大的放射源。要求：种子预先精选，不含杂物；照射后及时播种，以免产生贮存效应。2、植株照射：对完整植株进行辐射，如盆栽苗、田间苗等。还可以局部照射，照射花序、花芽或生长点，可以在整个生育过程连续照射，也可以只处理某个发育时期。3、花粉照射先将花粉收集于容器内，经照射后立即授粉（适合花粉生活力强，寿命长，花粉量大）；或者直接照射植株上的花粉（田间照射、上盆后进行室内照射、切花照射）。优点：很少产生嵌合体4、子房照射：照射子房可以引起卵细胞突变，还可以诱发孤雌生殖。自花授粉植物，人工去雄后照射——授粉，辐射剂量不宜过高5、合子和胚细胞合子和胚细胞处于旺盛的生命活动中，辐射诱变效果较好。6、营养器官照射：无性繁殖植物常用繁殖器官进行处理，如用枝条、块茎、鳞茎、球茎、块根、幼芽等进行辐射处理。照射处于活跃状态的新生组织，效果较好；受照射器官内芽原基所含的细胞越少越好；组织充实、生长健壮、芽眼饱满的芽条，照射后易于成活。但是无性繁殖为主的植物，有的有性世代较长，或者很难进行有性繁殖，隐性突变的纯化和显现比较困难，需要较长时间。7、离体材料照射：单细胞、愈伤组织、叶片等组织培养物。如原浙江农业大学用γ射线处理小麦幼胚愈伤组织，育成了小麦新品种核组8号。（二）辐射处理方法1．外照射（exogenomeirradiation）指辐射源不进入植物体内，只是利用其射线（如χ射线，γ射线，中子）从外部照射植物各个器官。可分为急性照射、慢性照射、连续照射和分次照射等各种方式。特点：简单安全；适于处理大量试材；可进行一代照射和多代重复照射，一次照射和多次照射。室外活体辐照圃室内辐照源急性照射（acuteirradiation）：即快照射，采用较高的剂量率进行短时间连续照射。慢性照射（chronicradiation）：用低剂量率在植物的某一个生长期内进行长时间连续照射，需要专门的田间辐射场。2．内照射将放射性元素引入植物体内，由其放射出的射线在体内组织和细胞内进行照射。特点：①是一种慢性照射②放射性元素在体内的分布极不均匀，一般在生长点、形成层放射性较高③放射性元素不断衰变，如果这些放射性元素已成为遗传物质核酸的成分，其衰变本身也会有一定的诱变效应。处理方法：1）浸种法：将放射性同位素32P、35S等，配成一定比例浓度的溶液，浸泡种子或枝芽。2）注射或涂抹法：用注射器将放射性溶液注入植株或枝条内；或用放射性溶液涂抹叶片、枝条伤口等处。3）喂饲法（施肥法）：将放射性同位素施于土壤或加入培养基中，经根部吸收进入体内。4）合成法：供给植物14CO2，使植物通过光合作用将放射性的14C同化到代谢产物中引起变异。（三）辐射剂量的确定1、影响辐射敏感性的因素1）遗传因素：不同的科、属、种及品种，敏感性有差异。豆科植物禾本科十字花科原始类型的耐受性较大，具有较大的损伤修复能力；二倍体植物比多倍体敏感，多倍体染色体的重复抵消了射线的效应，而且辐射损伤小。2）不同的器官组织和不同分裂时期的细胞分生组织其它组织；性细胞体细胞；卵细胞花粉细胞；小孢子母细胞发育中的小孢子根尖分生组织3）植物不同的发育阶段及生理状态萌动的种子、枝条、鳞茎休眠的种子、枝条、鳞茎；配子体枝条种子；未成熟种子成熟种子；种子含水量低含水量高4）外界环境条件①种子含水量是影响诱变效果的主要因素之一。②温度：温度降低，敏感性减弱③氧气：有氧无氧；无氧条件下，幼苗损伤与染色体畸变减少，突变率相对减少。④照射后种子贮存时间的长短会影响种子的生活力，一般都在处理后近早播种。2、诱变剂量及其单位诱变剂量（induceddose）是指对植物材料进行辐射诱变时使用的处理剂量。1）照射剂量照射量（X）：用于度量X射线和γ射线的剂量，指X射线或γ射线在单位质量空气中产生电离大小的物理量。SI单位：库仑/千克（c/kg），常用单位：伦琴R。粒子注量（中子流量）：指辐射场中通过与辐射方向垂直的单位面积的粒子数。单位：单位平方厘米的中子数n/cm2。常用来度量中子的辐射量。2）吸收剂量（D）指单位质量的被照射物质实际吸收的辐射能量。SI单位：戈瑞Gy（=J/kg），常用单位：拉特rad。1Gy=100rad3）放射性强度用来衡量辐射源的辐射强度，以放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目来表示。SI单位：Bq（贝克），常用单位：Ci（居里）。1Bq=2.073×10-11Ci；1Ci=3.7×1010个核发生衰变/秒4）剂量率：单位时间内被照射植物材料所受的照射剂量或吸收剂量。照射量率：单位时间内的照射量。单位：c/kg·s，R/h，R/min，R/s粒子注量率（通量密度）：单位时间内的粒子注量。单位：n/cm2·s吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量。单位：Gy/min，Gy/s，rad/h，rad/min，rad/s3、适宜诱变剂量与剂量率的确定1）致死剂量（LD100）：辐射后引起全部植物材料死亡的最低剂量。2）半致死剂量（LD50）：辐射后引起50%植株死亡（与对照相比）的辐射剂量。3）临界剂量（LD60）：辐射后成活率为对照40%的辐射剂量通常采用半致死剂量（LD50）或临界剂量；但也有人建议，将植物的成活率60%～75%时所对应的辐射剂量定为最适剂量。剂量率多在50-200R/min较好干种子：60-100R/min左右；花粉：10R/min左右第三节辐射育种的生物学原理一、辐射的生物学反应1．辐射对机体的作用1）直接作用射线直接击中生物大分子，使其产生电离或激发，引起原发反应。①核辐射引起电离激发，从而引起碱基结构的变化；②核辐射的作用使DNA上的各种化学键受到破坏；③核辐射引起DNA上的碱基破坏后，四种碱基都可能在复制