核辐射应用技术课件.pptx
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1、诱变育种概念 利用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异,根据育种目标要求,对突变体进行选择和鉴定,直接或间接地培育成生产上有利用价值的新品种的育种途径。,第1页/共106页,成就新品种及应用 据FAOIAEA突变品种数据库最新统计,到2009年9月底,有60多个国家在170多种植物上育成并通过商业注册的植物突变品种总数已达3088个,其中突变体直接利用品种1984个,占突变品种总数的642。 我国已累计在45种植物上培育出802个植物突变品种,占国际同期育成植物突变品种总量的14强、国内同期各种方法培育成新品种总数的86,种植面积约占全国推广良种种植面积的10,最大年种植面积达到900万h
2、m2。,第2页/共106页,新种质及利用 与诱发突变品的直接利用相比,诱变创生的种质资源的利用价值则更大。利用诱变手段几乎可以实现对植物所有重要性状的改良,如生育期、株型结构、抗耐逆境、籽粒与营养品质和产量潜力等。 辐射突变种质资源在品种培育和功能基因组等基础研究中发挥着重要作用。突变体基因资源不仅对定位和克隆未知基因具重要意义,对研究已知相关基因的结构与功能也有重要价值。,第3页/共106页,特点提高突变率,扩大变异谱 自然突变频率低,辐射可增大突变频率1000倍左右,诱发全新类型,迅速丰富基因库,扩大选择范围。适于改良品种的个别单一性状 对亲本辐射诱导点突变,可改变某一缺馅,提高其综合性状
3、,如作物的抗逆性诱变。育种程序简单,年限短,第4页/共106页,打破不良基因连锁,促进有利基因重组克服远缘杂交不亲和性 通过照射花粉,可克服不亲合性,提高结实率,使远缘杂交成功。其他独特用途 如促进孤雌生殖;诱发染色体结构变异创造不育性或无籽果实;诱发体细胞突变,创造果树及无性繁殖植物的新品种等。诱变的方向和性质难以控制在一个突变体中,很难出现多个理想性状的变异。,第5页/共106页,类型诱变常用的辐射类型 电离辐射 非电离辐射 微粒辐射 电磁辐射 紫外线 不带电粒子 带电粒子 射线 射线 中子 质子 粒子 粒子,第6页/共106页,第7页/共106页,其他最新技术 激光辐照诱变 辐照源为20
4、00-10000 A激光 。离子注入诱变: 辐照源为加速器产生的各类粒子束流。 空间诱变育种 通过返回式卫星或高空气球(30-40km )搭载,利用空间的特殊环境进行诱变的途径。,第8页/共106页,航 天 葫 芦,第9页/共106页,航椒1号,航茄2号,第10页/共106页,机理 在分子水平上,诱变机理研究主要围绕DNA损伤、修复及其与突变形成的关系进行的。 辐射可使A-T,C-G之间的氢键断裂;DNA链中糖与磷酸基之间发生断裂;DNA上相邻胸腺嘧啶之间形成二聚体;DNA链的断裂和交联。 DNA损伤后,若发生错误修复,并在复制过程将其保留,则形成突变。,第11页/共106页,染色体畸变 指染
5、色体数目的增减或结构的改变。因此,染色体畸变可分为数目畸变和结构畸变两大类。 数目畸变 1)单体性二倍体细胞的某同源染色体只有一个而不是两个的现象,即2n-1。 2)缺体性二倍体生物的体细胞缺失了某一对同源染色体的现象,即2n-2。 3)三体性二倍体细胞的某同源染色体为三个的现象,即2n +1。 4)多体性二倍体细胞的某同源染色体的数目在三个以上的现象。,第12页/共106页,结构畸变 在射线作用下,染色体断裂的频率增加,断裂后的染色体重新连接,产生四种结构变异染色体 缺失 丢失了带有基因的片段。 重复 染色体个别节段的增加。 倒位 染色体的某一节段发生断裂后,倒转180又重新连结起来。 易位
6、 非同源染色体之间交换片段。,第13页/共106页,第14页/共106页,第15页/共106页,第16页/共106页,第17页/共106页,基因突变分子机制:基因相当于染色体上的一点,称为位点(1ocus)。一个位点还可以分成许多基本单位,称为座位(site)。一个座位一般指一个核苷酸对,其中一个碱基发生改变可能产生一个突变。所以,突变就是基因内不同座位的改变。一个基因内不同座位的改变形成许多等位基因复等位基因。,第18页/共106页,第19页/共106页,突变类型 转换 同型间 TC 碱基替换 取代突变 颠换 异型间 AC 碱基倒位基因突变 碱基缺失 ATCGATATGAT 移码突变 碱基插
7、入 ATCGATATCGGAT,第20页/共106页,第21页/共106页,外照射 指被照射植物材料置于外部辐射源接受照射的方法。这种方法简便,在诱变育种中比较常用。,钴室,钴圃,方法,第22页/共106页,3诱变机理:.自发突变:由宇宙射线或环境中的其它天然诱变因素引起;由于正常细胞中酶出“差错”在内部形成能起诱变作用的代谢产物改变DNA分子的结构。重组本身不对等交换,也能产生可遗传变异。果蝇:16A区段16A重复棒眼,第23页/共106页,根据照射时间的长短,分为急性照射和慢性照射。 急性照射 指采用较高的剂量率进行短时间处理。 慢性照射 是在长时间内进行低剂量率的缓慢照射。 材料在慢照射
8、时较急照射时的损伤轻,形态畸变少,且诱变效果稳定。 照射材料包括:种子、球茎、块茎、鳞茎、花粉、植株等。,第24页/共106页,内照射 将放射性核素引入植物体内,在体内进行照射。其具有剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等优点,但操作和管理较麻烦,目前已很小应用。,第25页/共106页,程序 处理材料的选择 剂量和剂量率的选择 诱变处理和的栽培选育 突变体的筛学与鉴定,第26页/共106页,处理材料的选择综合性状良好,只存在个别缺点的品种杂交材料单倍体多倍体,第27页/共106页,处理部位的选择,可处理干种子,湿种子,萌动种子,应用较多的是处理干种子。,优点是很少产生嵌合体,一旦获
9、得好的突变体,就可直接繁殖利用。,有时可诱发孤雌生殖,1.种子,2.完整植株,3.花粉,4.子房,5.合子,6.营养器官,7.组织培养物,第28页/共106页,剂量和剂量率的选择 作物的因素 对辐射的敏感性。测定辐射敏感性 的指标:生长受抑制的程度 半致矮剂量(D50)植株成活率 致死剂量(LD100) 辐射引起植株全部死亡剂量。 半致死剂量(LD50) 辐射引起50%植株死亡剂量。 临界剂量 辐射后植株存活40%的剂量。,第29页/共106页,植株不育程度(不育株%)幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率以细胞分裂间期细胞体积、染色体体积作指标。,第30页/共106页,第31页/共106页,对
10、辐射敏感性的差异 1)不同科、属、种、品种敏感性不同 豆科禾本科十字花科 2)不同倍数植物敏感性不同 二倍体多倍体 3)不同器官、组织、细胞、成分敏感性不同 植株种子;根叶;分生组织其它组织 性细胞体细胞;卵细胞花粉细胞 4)不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同 幼龄植株老龄植株; 未成熟种子成熟种子;萌动芽休眠芽。,第32页/共106页,环境因素 影响辐射效应的环境因素。氧效应:在有氧条件下能显著增加辐射的敏感性。水分效应: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。温度:辐射敏感性随辐照时温度的降低而减弱。化学因素辐射敏化剂 抑制染色体的扩散,如EDTA ,抑制损伤的
11、修复,如咖啡因;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。物理因素主要射线种类、剂量率、照射方式等对植物辐射敏感性的影响。,第33页/共106页,诱变剂量的确定原则 诱变效应与剂量成正比关系,剂量过高存活率太低,或染色体畸变较多,过低则突变率太低。原则:活:后代要有一定的成活植株。变:在成活植株中,有较大的变异效应。优:产生的变异有较多的有利突变。,第34页/共106页,诱变处理后的选育无性繁殖园艺作物后代选择特点 存在嵌合体; 处理群体小; 评选优良基因型需要时间长。方法 分离繁殖法 短截修剪法 不定芽法,第35页/共106页,有性繁殖园艺作物后代选择
12、诱变一代M1 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。M1的种植与选择 按不同处理点播或稀条播,如果处理的是种子,多采用密植; M1的选择,原因:M1存在着生物学损伤,植株生长较差。突变往往发生在个别细胞中,植株是由变异和不变异的细胞组成的嵌合体。突变多是隐性突变,形态上不易显露出来。,第36页/共106页,诱变二代M2M2的种植:根据收获种子的方式按处理点播M2的选择:是选择的关键世代,根据育种目标多采用单株选择法。M3及以后世代的种植与选择种植:入选突变株种成株行。选择:稳定的株行可混收,分离的株行继续选株。,第37页/共106页,突变体鉴定和选择形态鉴定细胞学鉴定DNA
13、分子标记与突变体的筛选和鉴定,目测或借助于简单工具进行观察、记载、考种,鉴定染色体的结构变异, 用材料的初生根,通过分析DNA标记,间接对某些农艺性状进行选择,第38页/共106页,提高诱变育种效率的方法衡量诱变效果的指标突变率 某一突变类型个体数占调查群体总数。诱变效率,第39页/共106页,工艺及技术手段选择适宜的育种材料。确定适宜的诱变剂和诱变剂量。采用适宜的处理生育期。可采用综合诱变处理。与其它育种方法相结合。,第40页/共106页,展望与杂交育种结合 将突变性状转到另一品种,突变体之间杂交可以产生更优良的品种。与组织培养结合 诱变处理组织和细胞的离体培养,有助于发现、分立和培育突变体
14、。与远缘杂交结合 通过花粉处理,可克服不亲合性,提高结实率,使远缘杂交成功。与分子标记结合 DNA标记用于突变体的筛选和鉴定。,第41页/共106页,食品辐照保藏概念 利用电离辐射照射的杀虫、灭菌、抑制发芽、抑制成熟作用,通过辐照以减少食品贮存和运耗损,延长货架期,提高食品的卫生品质的食品加工技术。特点 优点 杀菌杀虫彻底,剂量可根据需要进行调节。 在剂量(5kGy)照射不会使食品发生感官上的明显变化。 高剂量(10kGy)照射,食品中总的化学变化也很微小,没有感生放射性。 没有非食品物质残留。,第42页/共106页,第43页/共106页,优点 产生的热量可忽略不计,保持食品原有的特性和风味。
15、 放射线穿透能力强、均匀,对其辐照过程可准确控制。 对包装无严格要求,并可连带包装照射,避免二次污染。,第44页/共106页,缺点杀菌剂量的照射下,酶一般不能完全被钝化。 经辐照处理,食品的化学变化虽然在量上是微乎其微的,但敏感性强的食品经高剂量照射可能发生感官性质的变化。这些变化是因游离基的作用而产生的。,第45页/共106页,应用进出口水果及农畜产品的辐照检疫处理;低质酒类辐照改性;干果、脱水蔬菜和肉类辐照杀虫;调味品的辐照灭菌;中药材的灭菌和杀虫;辐照处理和其他保藏处理方法综合应用的研究。,第46页/共106页,第47页/共106页,第48页/共106页,安全 感生放射性 感生放射性的产
16、生与使用辐照剂量有关。射线能量了只有达到一定阈值后,才能使被照物质产生感生放射性。目前应用于食品辐照的放射源几乎都是Co-60和Cs-137 的射线和电子加速器为能源的食品辐射能量都远低于产生感生射线的能量阈值。因此辐照食品本身不会产生感生放射性。 放射性沾染 辐照食品本身不存在放射性物质沾染问题。辐照时,辐射源密闭于多层钢管内不会泄漏,只是以辐射照射食品,因此,不存在放射性物质沾染的可能。 毒理性指标 大量的物毒理试验表明,在通常照射剂量下,食物未出现致畸、致突变与致癌反应。WHO 及FAO于1980 年正式提出了“经小于10KGy 剂量辐射的任何食品,都没有毒理方面的问题,没有必要再进行毒
17、理学试验”的结论。 参见:张伟.关于参加在美国举办的用辐照技术确保食品微生物安全培训的报告.口岸卫生控制,2003,8(2),第49页/共106页,工业用食品辐照装置是以辐射源为核心,并配有严格的安全防护设施和自动输送、报警系统。,设施,第50页/共106页,食品辐照的生物学效应 生物学效应指辐射对生物体如微生物、病毒、昆虫、寄生虫、植物等的影响,这些影响是由于生物体内的化学变化造成的。微生物直接效应A. 细胞内蛋白质、DNA受损 即 DNA分子碱基发生解离或氢键断裂等,DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡直接击中学说 。B. 细胞内膜受损 造成细胞膜泄漏,酶释放出来,酶功能乱,干扰微生物代谢
18、,使新陈代谢中断,从而使微生物亡。,第51页/共106页,G- G+ 酵母 霉菌(敏感度),第52页/共106页,昆虫 立即致死 立即致死剂量往往很大,一般要在几千戈瑞才有效。这种剂量具有杀虫迅速的优点,但费用很高。缓期致死 害虫受到照射后,要经过一个星期以上的潜伏期才能大量死亡所需的剂量为缓期致死剂量,一般在几十戈瑞到几百戈瑞。 不孕效应 害虫受到照射后,丧失生殖能力,产生不孕现象所需的剂量为不孕剂量。这种剂量一般在80Gy以下。,第53页/共106页,植物 辐射作用植物性农产品,主要作用为:抑制发芽 电离辐射抑制植物器官发芽的原归因是于植物分生组织被破坏,核酸和植物激素代谢受到干扰,以及核
19、蛋白发生变性。调节呼吸和后熟 跃变型果实经适当剂量照射后,一般都表现出后熟被抑制、呼吸跃变后延、变慢等现象。,第54页/共106页,辐照工艺及条件控制 在食品辐射保藏中,按照所要达到的目的,把辐照三大类,即辐射阿氏杀菌、辐射巴氏杀菌和辐射耐贮杀菌。辐射阿氏杀菌(radappertization) 也称商业性杀菌,所使用的辐射剂量可使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。在这种辐射处理以后,食品可在任何条件下贮藏,但要防止再污染。剂量范围为10-50kGy。辐射巴氏杀菌(radicidation ) 所使用的辐射剂量只杀灭无芽孢病原细菌(除病毒外),所使用的辐射剂量使在食品检测时不出现无芽孢病原
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