诱变育种induced mutation breeding

利用物理或化学手段诱发产生遗传变异以选育新品种的技术。诱变的手段有：电离射线、各种化学诱变物质、超声波、激光、微波及“极端温度”等处理。在实践中应用广泛、效果显著的是辐射育种及化学诱变育种。
自从穆勒(H.J.Muller,1927)用X射线诱发果蝇突变以来，辐射育种逐渐受到重视。至1988年世界上用辐射引变育成的作物品种已达600余个。20世纪60年代初期，化学诱变处理正式用于蔬菜育种，如马铃薯、番茄、豌豆、豇豆、黄瓜等已广泛应用，并获得了一些有价值的突变体。中国60年代广泛开展诱变育种，已先后育成大白菜、萝卜、甜瓜和加工用黄瓜等的新品种，以及丰产、抗病、加工性能好的番茄品系。
诱变育种的特点 有如下四个特点：❶增加突变率，扩大变异谱。通常自然突变频率极低，而人工诱变可使突变率成千倍增加，变异谱也显著扩大。杂交是原有基因的重组，而诱变可导致全新类型的产生，丰富作物的基因库，从而扩大选择范围。
❷在正确选择亲本和诱变处理剂量等条件下，诱变常有产生“点突变”的特点，使品种改善某一性状而不损害或改变其他优良性状。
❸诱发染色体结构变异。诱变处理可造成染色体的断裂，打破某些优良性状和不良性状的紧密连锁。或利用染色体结构变异创造某些新类型。
❹定向诱发有利变异的机率较低。由于诱变因素和不同作物的内在因素以及外界因素三者之间的动态关系极为复杂，目前尚难于做到人工定向控制突变过程，从而限制了发挥诱变育种的优点。
诱变育种的机制 因诱变方法不同而异。辐射诱变一般要经过三个阶段：❶物理作用阶段。生物有机体体内的分子“电离”或“激发”。
❷化学反应阶段。“电离”或“激发”的分子产生“离子对”及“自由基”，引起复杂的化学反应，导致新的化学成分的产生。
❸生物学作用阶段。新的化学反应产生的异常物质，刺激或打乱了生物体正常的代谢过程，当这种反应影响到染色体或核内、核外的核酸分子结构时，便可诱发可遗传的突变。化学诱变剂的作用是靠其化学特性直接与遗传物质发生生化反应而产生遗传突变的。辐射处理往往能够获得广泛的染色体结构突变谱，而化学药剂则更多的引起基因点突变。
诱变方法 任何诱变育种都需经过诱发变异和选择有利变异两个阶段。
辐射育种目前经常采用的射线源主要有γ射线、X射线和中子射线等。此外，紫外线多用于微生物育种，α射线可用于细胞内部照射，β射线可用于花粉、孢子照射及植物的内照射。处理方法有： ❶外照射。普遍应用放射性钴(60Co)，操作也方便。可以在照射室或特设的钴植物园中进行。按处理的器官或部位，又分为种子照射、花粉照射、子房照射、营养器官照射及植株照射等。
❷内照射。是将一定“比强”的放射性同位素引入植物体内，使其所放出的射线进行体内照射。具体方法有浸种法、施入法、注射法、涂抹法等。常用的放射性同位素主要有32P、35S、45Ca等(放出β射线),60Co、65Zn、59Fe等(放出γ射线)。
❸间接照射。也称为培养基或培养液照射。先用射线照射纯水、培养液或培养基，然后将萌发的种子或其他组织放入其中处理。也可先照射种子或其他组织，在低温下提取其浸出液，再以此处理未经照射的种子或组织。组织培养及细胞培养迅速发展，为间接照射在植物育种中的应用开辟了广阔的前景。
化学诱变早年常用芥子气，现在新的诱变剂不断被发现和应用，常用的有： ❶烷化剂类。如次乙亚胺(简称E.I)、环氧乙烷、乙基磺酸甲酯 (EMS)、乙基磺酸乙酯(EES)、甲基磺酸甲酯(MMS)、丙基磺酸丙酯(PPS)、甲基磺酸丙酯(PMS)、甲基磺酸丁酯(BMS)、硫酸二乙酯(DES)、硫酸二甲酯(DMS)、硫酸甲乙酯(MES)等。
❷核酸碱基类似物。如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-溴去氧尿嘧啶核苷(5-BUdR)、8-氮鸟嘌呤、2-氨基嘌呤、咖啡碱、马来酰肼及“福码诱变剂”如吖啶类物质等。
❸简单的无机化合物。如MnCl₂、CuSO₄、H₂O₂、LiCl、NH₃等，诱变效果较差。经研究发现某些脱氨剂是有效的诱变素，尤其亚硝酸是自然突变的主要诱因。
❹简单的有机化合物。如醋酸、甲醛、氧化乙烯、乳酸、重氮甲烷、氨基甲酸乙酯等。
❺抗生素类。如丝裂霉素C、重氮丝氨酸、链霉黑素等。
❻异种DNA、高级酚、羟胺、苯的衍生物、嘌呤及其衍生物、磺胺药物以及各种麻醉药剂等复杂的有机化合物。处理的方法是将上述药剂配成适当浓度的溶液，并保持一定的pH值，用以处理植物材料(种子、花序、花粉、合子、接穗、插条、块茎、鳞茎或整个植株)。处理方法有浸渍法、涂抹法、滴液法、注入法、熏蒸法以及施入培养基（液）培养法等。使用的剂量和处理时间因植物种类、器官以及所用药剂种类不同而异。
由于辐射或化学处理都难于诱发定向变异，为了提高育种的效果，一般应注意： ❶选用除需改良的目标性状外其他性状均属优良的材料作亲本； 同时避免亲本材料的单一性，以利用不同品种或类型丰富的遗传变异基础和对诱变因素的不同敏感性和反应；
❷按不同剂量分别播种诱变处理的种子 (一般用R₁或M₁表示)。由于突变多属隐性，因此在R₁或M₁代不必进行选择淘汰，而将存活株全部自交，分穗分果采收种子，分别播成一个小区，称为“穗系区”；
❸隐性突变经一代自交至R₂(M₂)代便可显现出来，故对R₂(M₂)的每一个植株都要仔细观察鉴定，标出全部有变异性状的植株并按株系分别播种，称为“株系区”，以进一步分离和鉴定突变；
❹以营养器官作诱变对象者，由于同一器官的不同芽对诱变因素的敏感性及反应不一样，需将其分别编号，分别繁殖，进行观察鉴定。如发现有利变异，便可用无性繁殖加以固定，进而选育成新品种。
离体培养中突变体的筛选 在离体培养条件下，自发突变频率常显著提高，如细胞悬浮培养的突变频率约为10^-6～10_-7，单倍体，原生质体培养约为10^-4～10^-5。因此植物组织培养本身，就可能提供各种突变，从中筛选出具有不同遗传型和表现型的植株。自发突变的频率常受外植体的遗传基础、培养基的成分和培养条件以及培养时间长短等因素影响。为使突变频率进一步增加，也可在离体培养中结合采用物理或化学诱变处理，进行人工诱发突变。
离体培养所产生的主要突变类型有： ❶抗药性突变。可抵抗特殊的药剂(如除草剂、抗菌素等)或代谢拮抗物等。
❷抗逆境突变。如抗盐碱、抗某些金属离子、抗旱、抗寒等异常的环境。
❸抗病性突变。可抵抗某种病害。
建立有效的鉴定分离筛选体系，是细胞突变体研究和利用的核心。常用的主要分离筛选方法有： ❶正选择法。常用于抗性突变体的筛选。将供体细胞置于只有突变体才能生长的、含有特定物质的培养基上，以此淘汰不能生长的正常细胞。
❷负选择法。在某些培养基中被选择的突变体细胞不能生长，而正常的“野生型”细胞则能旺盛生长。再用适当的药物如5-溴去氧尿嘧啶、氮鸟嘌呤等进行处理，使正常细胞死亡，突变体保留下来。
❸定位选择法。在某些抗病性细胞筛选时，植株经诱变后接种病原体，使充分发病后，选择切取未发病的“绿岛”部位的细胞，进行离体培养，从中有可能筛选出抗病突变体。不论采用何种筛选法，最后都必须使细胞突变体再分化成植株，以进一步检验选择的可靠性。对于某些由多基因控制的性状，常缺乏专一有效的细胞筛选方法，因而只有把培养物再分化成植株，然后在植株整体水平上进行筛选。

诱变育种youbianyuzhong

利用物理、化学因素处理生物，使其引起诱发突变的育种方法。诱发突变不仅可明显提高基因的突变率，而且还可获得在其他育种方法所不能得到的 一些有利变异。通过诱发突变，加上人工选择等方法，已育出生产上需要的各种新品种。在微生物方面，诱变育种的成效极为明显。因为细菌、放线菌和真菌的营养体本身就是单倍体，突变一经产生，纵使是隐性的也可表现。1943年，有人从一个发霉的甜瓜上取得的青霉菌，其产生的青霉素产量很低，约20单位/毫升。以后交替使用X射线和紫外线照射，又用乙烯亚胺等化学物质来诱发突变，结果选得的突变菌株生产的青霉素已超过2万单位/毫升。同样，其它抗菌素，如链霉素、金霉素等，经辐射处理的突变系，都比原始品系的产量提高数十倍至数百倍，因而大大减低了生产成本。今天，这些抗菌素能成为广泛应用的大众医药品，诱变育种有它的功劳。
在作物方面，我国应用诱变育种已育出200多个水稻、小麦、玉米、大豆等优良品种。例如，用Y射线处理籼稻种子，在保持原品种丰产性状基础上，育出比原品种提早15天成熟的新品种，而且蛋白质在籽粒中的分布均匀（一般分布在籽粒外层），碾成白米后，米粒中的蛋白质含量显著增加。又如，大豆是光呼吸作物，光合作用合成的有机物，用于光呼吸的消耗要占合成有机物的50%左右。通过诱变育种，已育成了非光呼吸和低光呼吸的类型，在同样栽培管理水平下，可提高产量50%左右。根据基因突变的遗传规律和实践经验，诱变育种要注意的一些基本原则是：(1)诱变通常只改变少数性状，因此用来诱变的亲本，一般应用当地推广的优良品种，以改良个别不良性状为宜。(2)诱变剂量，通常以照射后有一半左右的个体生存为宜，这样既能引起较大突变频率，对生物损伤又较小。(3)与微生物不同，用来诱变的高等植物的种子不是单倍体。这样，同源染色体一个基因座的等位基因同时发生突变的可能性极小，又以隐性突变为多，因此经诱变处理种子长成的植株，即诱变1代在表现型上难以分辨和选择，可不必选择，只在每株上收定量种子，供混合播种以得诱变2代。(4)杂合的突变基因，经自交或相互交配，在诱变2代可分离出突变纯合体。所以，要在这代进行选择。(5)诱变2代当选的单株是否真正是基因突变的产物，是否真是纯合体，需要在诱变3代按单株分行种植。只有是纯合体并优于原始亲本和当地推广品种的，才进行进一步比较试验和繁殖推广。
在动物方面，应用诱变育种取得显著成绩的是家蚕。雄蚕比雌蚕的出丝率高20～30%，因此，人们愿意尽可能多地养雄蚕。利用辐射方法育出了所谓的“性连锁平衡致死系”，使卵孵化出来的都是雄蚕，满足了人们饲养雄蚕的愿望。

诱变育种

又称“引变育种”。即利用辐射、激光及化学药剂等理化因素诱导生物的遗传性发生变异，从中进行选择培育成新品种的方法。