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第七章 诱变育种
常用的处理方法有浸泡法：把种子、芽和休眠的插条浸泡在适当的诱变剂溶液中。 滴液法：在植物茎上作一浅的切口，然后将浸透诱变剂溶液的棉球经过切口浸入，此法可用于完整的植株或发育中完整的花序。 注射涂抹法：用诱变剂进行注射、浸泡或涂抹；
施入或共培养法：在培养基中用较低浓度的诱变剂浸根或花药培养。 熏蒸法：在密封而潮湿的小箱中用化学诱变剂蒸气熏蒸铺成单层的花粉粒。 (二)剂量及其确定
为了获得较好的诱变效应，对于每一个具体作物或品种的使用剂量，必须通过幼苗生长预备试验来确定。
1．化学诱变剂性质对剂量的影响
①化学诱变剂的有效浓度受其在溶液中的溶解度及其毒性的限制。②化学诱变剂除了与被处理的有机体发生反应外，也可与溶剂系统的成分有关。 2．处理浓度
①不同的植物对诱变剂的敏感性不同。只要溶液中诱变剂的浓度高于被处理材料细胞中浓度。在实际处理过程中应该用较大量的诱变剂溶液，并在处理时轻轻摇动浸有种子的处理液，以使种子与处理液充分接触。
②高浓度的诱变剂毒性相对增大，对植物体的生理损伤也相对地增高，往往影响植株的成活率。 a)低温、低浓度长时间处理对细胞的损伤作用相对要小延长处理时间就可能使药物对细胞的有效作用机会增多。b)如果用预先浸泡过的种子，即使用较低的浓度，亦会产生较高的效应。
③化学诱变剂的剂量单位一般以克分子浓度或百分比浓度表示。常用化学诱变剂的处理浓度范围见表7—5。就禾谷类作物而言，一般认为处理后的幼苗生长下降30％一40％时，其处理浓度算是合适的，而EMS处理时，生长量下降20％是最适浓度。
3．处理时间
处理持续的时间应以使受处理组织完成水合作用以及能被诱变剂所浸透为准。例如，水稻干胚在0．5～1h内就达到饱和吸收，而未去壳的整个种子要吸收5h才能达到饱和。 4．处理温度
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第七章 诱变育种
诱变剂溶液的温度对化学诱变剂的水解速度有很大影响。①在低温下水解速度降低，所以诱变剂能较长时间保持其稳定性，保证它对被作用物的反应能力。②在一定范围内，温度和突变频率之间成正相关，适当提高处理温度有良好的效果。
第四节 诱变育种程序
与其他育种方法一样，1.诱变育种应首先明确育种目标。2.一般说来改良推广品种的个别性状，如早熟、矮秆、抗性等可以采取纯系育种、回交育种或诱变育种等方法。3.如果改良的个别性状为隐性基因控制的，采用诱变育种的效果较好。4.改良多个性状而且有些性状为多基因控制的，诱变育种的难度大。5.花卉育种中应用诱变育种比较广泛。
一、处理材料的选择
1.诱变育种一般选择高产、优质、综合性状优良和适应性广的推广品种为材料，通过诱变改良个别性状的缺点。高世代稳定的优良品系，通过诱变改良后即可直接推广。 2.多倍体可以忍受染色体畸变的能力，减少了突变体的死亡率，使突变体的后代获得较多的变异，所以也有选用多倍体品种作材料的。
3.也可以处理花药培养的愈伤组织，即使是隐性突变都能在处理当代显现出来，易于识别和选择，并可缩短育种年限。
4.体细胞培养产生的愈伤组织也是良好的诱变处理材料。
5.选用的材料一般应是稳定一致的品系，否则较难在后代进行鉴定和选择。可是为了扩大诱变后代的变异范围，有时也用杂种当代种子进行诱变处理。
二、诱变剂量的选择 1.一般参考过去研究者的结果
2.试验确定：并在温室内采用X或γ射线等低密度射线的几种剂量来测定幼苗高度，①以降低30％-50％苗高为较适宜的剂量(X或γ射线)；②至于高密度电离辐射的中子，则只要降低15％～30％的苗高；③化学诱变剂要求降低 10％-30％的苗高为适宜剂量。
3.在实际应用时，往往采用三种剂量，其一应在室内或田间苗高来确定适宜剂量，其他二个则分别为高于和低于适宜剂量的10％。
4.在改良个别性状时，为了减少多发性突变，处理剂量要求稍低些。
三、处理群体的大小
一般根据突变率和M2群体大小来确定处理材料群体的大小。禾谷类小粒作物要求群体有10000株以上，因此可根据主穗产生种子数量来判断处理群体的大小。
突变率的高低与处理当代(M1)所见到的损伤(不育性和死亡)有关，但M2获得特定的有益性状突变体的频率很低，一般只有万分之一到百万分之一。 四、后代种植和选择方法 (一)M1的种植与处理
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第七章 诱变育种
1.经过诱变处理的种子或营养器官所长成的植株或直接处理的植株均称为诱变一代(M1)。因诱变剂的不同，也有用γ1、x1、n1表示的。 2.大多数突变都是隐性突变，少量是显性突变。
①如果处理花粉后出现显性突变则经传粉后能在当代立即识别，产生隐性突变则只有经过白交或近亲繁殖后才能发现。
②如果处理种子就只能产生突变嵌合体(扇形)。
③至于无性繁殖作物，经处理后所有突变体都是嵌合体。
3.种子经处理后一般都可以发芽，但发芽生长均较慢，有时不再生长而逐渐死亡(生长发育的影响)。
4.禾谷类作物种子处理的M1，①应该采取较高的密度，以控制分蘖，便于收获主茎（禾谷类作物的主穗突变率比分蘖穗为高，第一次分蘖穗比第二次分蘖穗高。分蘖穗是含生长点部分的分生组织细胞群，因此出现突变几率相对地比较少一些）上的种子。②由于M1出现半不育，应尽可能隔离种植，获得自交种子。③诱变处理后所成长的植株，因个别细胞或分生组织随机出现突变，以致形成的组织出现嵌合现象。因此通常M1不进行选择。
(二)M2及其后代的种植和选择
1. M2是分离范围最大的一个世代，但其中大部分是叶绿素突变。
2.由于M2出现叶绿素突变等无益突变较多，所以必须种植足够的M2群体。一般诱变的性状99％为隐性突变，少数为显性突变
3.但现有资料表明，诱变育种以改良株型尤其是降低株高，提高产量、早熟性、抗性和种子性状的数量。
M2及其后代的种植方式因选择方法不同而异，现简单介绍如下： 1．系谱法 一般情况M1是不加选择，但必须收获主穗。
①从M1收获的每个单穗(M2) 种成穗行，如小麦则采取稀条播或点播，每行约20～100粒，每隔20行播3行未照射处理的亲本作对照。这种方式观察比较方便，易于发现突变体。
②M3仍以穗行种植，观察突变体的性状是否重现和整齐一致，是否符合育种目标。 如已整齐一致可以混收。
如果穗行内性状尚不整齐一致，则选择单株或单穗。某些突变性状尤其是微突变性状不一定都在M2中出现，而随着世代的提高，其他性状已整齐一致的情况下能够鉴别出来某些突变类型。
因此，M3是选择微突变的关键世代。
③M4和以后世代，除了鉴定株系内是否整齐一致等外，在有重复的试验区中进行品系间的产量鉴定。
系谱法的特点是建成穗行，根据穗行的表现初步选出较易察觉变异植株，再通过后代的鉴定、选择，只是工作量较大。
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第七章 诱变育种
2．混合法 将M1每株主穗上收获几粒种子，混合种植成M2，或将M1全部混收后随机选择部分种子混合种成M2，从中再选择单株和进行产量鉴定。这种方法较省工，只是选择突变体较困难，不易注意到一些微突变。
3. 此外，还可以采用单籽传等杂交后代的选择方法，所不同的是辐射育种中的M4代的性状已稳定，即可以进行产量鉴定。
第五节 诱变育种的发展
一、理化诱变剂的特异性
射线处理容易引起染色体的断裂，其断裂往往在异染色质的区域，因此突变也发生在这些区域邻近的基因中。
1.目前已发现一些诱变剂对突变有一定的特异性。
例如大麦的直立型突变体(具有密穗、茎坚韧和矮秆的类型)位点(ert-a、ert-e、ert-d)，因不同诱变剂所引起的突变也不同。ert-a对于密度较低的射线(X和γ射线)出现的频率高于密度较高的中子或a射线。ert-e对于中子处理的诱变频率较高。化学诱变剂的反应也不同，对ert-e诱变频率较低，而对ert-a和ert-d诱变频率较高。
在大麦和水稻的突变谱方面，以射线诱发白化苗和染色体畸变较多，而化学诱变剂诱发淡绿苗、黄化苗和不育性的 频率较高。
2.不同品种对各种诱变剂的效果也有差异。这些因素都造成诱变育种工作的困难，如果能够很好地了解诱变剂的特异性，将对定向诱变开辟广阔的道路。 二、诱变剂的复合处理
突变率是随着诱变剂剂量的增大或处理时间的延长而增加，而且几种诱变剂复合处理比单独处理更能提高突变率。 三、诱变育种存在的问题及对策 (一)提高植物辐射诱变效率
利用辐射诱变进行植物遗传改进已取得显著成就，但目前尚存在两个突出的问题，即诱发有益突变的频率低和诱发突变的方向、性质尚难控制。
1．利用敏感材料提高诱变频率 研究表明，①植物品种辐射敏感性的强弱与辐射后代的突变频率有相关性，敏感性强的品种，其诱发突变频率也高。大麦品种中，对辐射极敏感型的突变频率为 5．34％，极迟钝型为2．43％。②用杂合的和异质的基因型作亲本材料，有利于增加突变类型和突变频率
2．改进处理方法提高诱变频率 ①采用诱变效率高的射线和适宜的诱变处理方法是提高诱变率、改进综合技术的重要环节。②选用适宜的诱变剂量对提高诱变效率至关重要，也是诱变处理技术中的关键问题。③辐照诱变处理方法上，在改进常用的急性照射的同时，进行植物生育期间γ射线慢性照射，可有效提高诱发突变频率。④辐射与其他诱变因素的复合处理也是提高诱变效率的有效方法。⑤前面已经提到，种子的湿度，处理时的温度和含氧量等环境条件，均可影响诱发突变频率的产生。
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第七章 诱变育种
3．采用先进筛选技术提高选择效率 采用准确、快速、有效、易行的突变体鉴定筛选技术是提高植物遗传改进效果的又一重要环节。 (二)调整育种目标，拓宽应用范围
在过去很长一段时期内，粮食作物是诱变育种的重点，今后，①选育优质高产的粮食作物仍将是诱变育种的主要目标。②但重点目标应从早熟、高产转移到高产、优质和多抗品种的选育上。③应拓宽辐射诱变改良作物的范围，包括多种粮食、油料、糖料、蔬菜、饲料及工业原料作物等。④多年生无性繁殖植物利用诱发突变进行遗传改进有着很大的潜力，尤其是观赏植物。
(三)加强诱变育种与其他育种方法的结合
诱变育种与其他育种方法的结合，有利于发挥诱发突变在植物育种中的作用，它是近年来诱变育种的重要发展趋势。诱变育种与杂交育种相结合，将突变体用于杂交育种的亲本，或将杂种后代进行诱变处理均已获得良好的效果；诱变处理可以诱发雄性不育突变和育性恢复突变，这些突变体在杂种优势利用中具有重要的价值；诱变育种与远缘杂交相结合，通过诱变处理可诱导出易位系，在抗病育种中已取得了较好的效果。 (四)加强诱变育种与遗传工程的结合
与其他育种方法一样，诱变育种还有一定的局限性，它是继杂交育种之后发展起来的一种新的育种方法，又是创造新的种质资源，丰富育种材料，具有杂交育种及其他育种方法难以代替的特点。
思考题
1.主要物理诱变剂的种类、辐射源和主要特性是什么? 2.试述辐射诱变处理的材料与相应的处理方法? 3.如何确定最适宜的辐射剂量?
4.主要化学诱变剂的种类、性质和诱变原理是什么?使用中应注意哪些问题? 5.如何确定化学诱变剂的处理浓度和处理时间?
6.诱变育种与其他育种(如杂交育种)在后代处理上有何异同? 7.植物诱变育种的特点和发展趋势是什么?
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