花卉化學誘變育種及其應用 |
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| 來源：未知 作者：admin 發布時間：2013-08-01 13:16 |
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摘 要：通過綜述化學誘變育種發展歷程、誘變劑種類、誘變機理、育種特點及應用等五方面的內容，闡述了國內外花卉化學誘變育種五方面的應用概況，指出了花卉化學誘變育種存在五方面的問題，同時展望了七方面的利用優勢 1 化學誘變育種簡述 999苗木網,999miaomu.com 1.2.2核酸堿基類似物：5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-溴去氧尿嘧啶核苷（5-BUdR），8-氮鳥嘌呤、咖啡堿、馬來酰肼等。 1.2.3 吖啶類（嵌入劑）：吖啶橙、二氨基吖啶、人工合成ICR化合物。 1.2.4 無機類化合物：H2O2、LiCl、亞硝酸、MnCl2、CuSO4等。 1.2.5 簡單有機類化合物：抗生素、絲裂霉素、重氮絲氨酸、中性紅、甲醛、乳酸等。 1.2.6 異種DNA：嘌呤及其衍生物等。 1.2.7 生物堿：石蒜堿、秋水仙堿、喜樹堿、長春花堿等。 1.3 化學誘變機理 1.3.1 堿基與突變 DNA結構中有4種堿基，即腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶，一般腺嘌呤與胸腺嘧啶配對，鳥嘌呤與胞嘧啶配對。如堿基系列中一個堿基被另一個堿基對所代替，叫做堿基替換，以嘌呤替代嘌呤或嘧啶替代嘧啶的替換過程稱替換。如嘌呤替代嘧啶或嘧啶替代嘌呤稱顛換。堿基替換過程中只改變替換堿基的那個密碼子，也就是說每一次堿基替換只改變一個密碼子，不會涉及到其它密碼子。如在堿基系列中插入一個新的堿基或在堿基系列中丟失一個堿基，造成后面的整個DAN上的密碼子都被改變稱移碼突變[3]。 中國苗木網,999miaomu.com 一般來說，單個植株發生突變的頻率介于千分之一至萬分之一之間。單個基因則介于十萬分之一至百萬分之一之間，然而人工誘變可使自然突變提高千倍以上，從而使人們定向地創造和篩選變異成為可能[2]。 999中國苗木網,999miaomu.com 1.3.4 嵌入劑：是一類能引起移碼突變的化合物，常用的有吖啶橙、二氨基吖啶（原黃素和吖啶黃素等吖啶衍生物）。它們都是扁平的三環化合物，大小和嘌呤-嘧啶對大致相等，它能結合到DNA上，并插入鄰近的堿基之間，使DNA骨架變形，導致染色體配對交換過程中不等價交換，形成兩個重組分子，一個多一個堿基對，另一個少一個堿基對，造成識別和閱讀錯誤產生移碼突變。吖啶類物質誘發的移碼突變只能由吖啶劑誘發回復[3]。 1.3.5關于控制遺傳可能性。目前已知突變對所研究的作物的作用同下述遺傳背景有關：不同基因復制的非同步性與某些誘變劑作用先于DNA合成；病毒及游離體的相互作用與染色體某些部位有關；在控制因子作用下的基因變異的特異性與副突變；特殊的抗突變系統；基因易位、抑制某些基因的機能與操縱子；二倍體及單倍體選擇等等[4-5]。 1.4 化學誘變育種的特點[3] 1.4.1 操作方法簡便易行。與輻射誘變相比價格低廉，不需昂貴的X光機或γ射線源，只要有足夠的供試材料，便可大規模進行，并可重復試驗。 1.4.2 專一性強。特定的化學藥劑，僅對某個堿基或幾個堿基有作用，因此可改變某品種單一不良性狀，而保持其它優良性狀不變。 苗木網,www.cqhuayin.com 1.4.3化學誘變劑可提高突變頻率，擴大突變范圍：化學誘變可誘變出自然界往往沒有或很少出現的新類型，這就為人工選育新品種提高了豐富的原始材料。 1.4.4 化學誘變劑是靠其化學特性與遺傳物質發生一系列生化反應造成的，多基因點突變，且有遲發效應，在誘變當代往往不表現，在誘導植物的后代，才表現出性狀的改變。因此，至少需要經過兩代的培育、選擇，才能獲得性狀穩定的新品種。 1.4.5 誘變后代的穩定過程較短，可縮短育種年限：經過化學誘變劑處理后，用種子繁殖的一二年生草花，一般F3代就可穩定，經3~6代即可培育出新品種。天然異花授粉或常異交植物，應注意防止種間或品種間天然雜交引起后代分離。對木本、宿根花卉和能用無性繁殖的植物，應采用營養繁殖以保持其品種特性。 2 化學誘變在花卉育種上的應用 花卉的化學誘變育種主要是利用秋水仙素誘導多倍體的產生，從而產生新品種。多倍體花卉新品種往往具有植株粗壯、葉大、花器官增大、花色更嬌艷等特征，增加了花卉的觀賞價值和商業價值，這在百合、萱草、金魚草、馬蹄蓮、報春花等眾多花卉上均獲成功。 2.1 國外花卉化學誘變育種研究及應用概況 999苗木網,999miaomu.com 到1937年，美國布勒克斯里（Blakeslee）與艾鳥芮（Avery）二人應用秋水仙堿處理植物的種子，一舉獲得了45%以上的同源多倍體。有用EMS2.5%誘導麝香石竹的花色突變，1978年美國人用EMS 4%處理紫薇一小時，獲得葉小而厚、花小、莖粗壯，抗白粉病耐干旱的突變體[3]。烏克蘭人用0.01%N—乙基—N—亞硝基脲處理夾竹桃植物，誘導出晚花，有特異花色的突變體，用0.02%N—乙基—N—亞硝基脲及氨基苯酸處理菊花，得到二株白色突變體，還實現了五個玫瑰品種的花色改變。Kashikar以二倍體矮牽牛的白花品系為材料，用甲烷乙磺酸鹽(EMS)和r射線處理，使其花色發生突變，從中選育新花色的矮牽牛品種[6]。Mazumder和Bhowmik用γ射線和EMS對紫花苞舌蘭(Spathoglottis Plicata)的原球莖進行處理獲得了8個葉綠素的突變體。在高濃度的激素作用下，萬代蘭屬花色發生變異，蕙蘭屬花瓣變厚，蝴蝶蘭屬整個植株發生變異[7]。Hansen等(1996)用125 nag／L秋水仙素處理五唇蘭(Doritis pulcherrima Lind1．)的原球莖，再生植株中有46％為四倍體。 2.2 我國花卉化學誘變育種研究及應用概況 999苗木網,999miaomu.com 我國花卉的化學誘變育種起步晚，目前已培育出多倍體重瓣大巖桐[8]。武漢植物所通過染色體加倍誘導，已獲得一批荷花四倍體品系，用四倍體與二倍體雜交，又選出一批三倍體品系。這些荷花花瓣寬厚，花朵增大，色艷，開花時花朵不完全開放，別具姿色。現今菊花（Dendranthema× grandiflorum）、月季(Rosa hybrida)、郁金香(tulipa gesneriana)、百日草(Zinnia elegans)、大麗花(Dahlia hybrida)等著名品種也幾乎都是多倍體 [9]。 苗木網,999miaomu.com 王俐等(2001)在組織培養條件下，對庫拉索蘆薈(Aloe vera L．)用秋水仙素進行染色體加倍的誘導處理，誘變率達50％，得到了葉片變厚、葉色變深、葉片變大的四倍體植株。隨著植物組織培養技術的發展，越來越多的作物可以通過組織培養再生植株，這使秋水仙素在離體組織水平上誘導細胞內染色體加倍成為可能。郭英等（2002）對小葉綠蘿(Epipremnum aureum)不定芽及愈傷組織用0．05％秋水仙素溶液浸泡法振蕩培養3天，長大的植株表現出莖、葉柄增粗，葉片增大變厚，多倍體誘導率為12.5％ 。鄭思鄉等(2003)以0．1％～0.2％秋水仙素處理三色堇(Viola tricolor L.)，以l2～36 h為佳，最高誘變頻率可達到26％ 。張興翠（2003）等以濃度為0.1％的秋水仙堿溶液浸泡處理藥用百合叢生芽3 d效果最好，得到的變異芽75％為純合的四倍體。馬新才等（2003）用1.0%的秋水仙素處理虞美人(Papaver rhoeas L.)48h, 誘變率達55.0%,獲得大量的四倍體、八倍體。鄭思鄉，毛琪等（2004）在離體培養下利用秋水仙素誘導東方百合2n配子雜交后代多倍體，突變率50％，結果突變后代不但出現四倍體而且出現一定數量的三倍體和不穩定的非整倍體。鄭思鄉，章海龍等（ 2004）用0.05％ 的秋水仙素處理東方百合24 h的誘變效果最佳，誘變頻率高達50％ 。 上海園林科研所直接剝下百合試管苗中的鱗片用秋水仙素溶液浸泡處理后，加倍得到了“雨虹”(‘Rainlxmhybrid)和“粉完美”(‘Pink perfection’)兩個品系。李培旺等（2004）用0.25％秋水仙堿浸泡和共培養48 h以上均能誘導綠玉樹(Euphorbia tirucalli)產生大量的四倍體小苗。張興翠（2004）以濃度為0.2％的秋水仙素溶液浸泡處理花葉綠蘿(Scindapsus aureus cv. Wilcoxii)24h效果最好，得到的變異芽7l％ 為純合的四倍體。瞿素萍，熊麗等（2004）以0.05％ 的秋水仙溶液處理香石竹(Dianthus caryophyllus L.)50h，變異率達21％[10-25] 。 苗木網,www.cqhuayin.com 3 化學誘變育種在應用中存在的問題 3.1 花卉化學誘變培育的新品種存在的問題[26]，其一是幼苗期一些品種的生命力較弱，在條件差的地區難以直播，需創造生存環境條件才能獲得栽培成功；其二是開花后易感病、早衰，影響景觀效果；第三是宿根品種少，需每年種植。而草花育種不僅要求園藝性狀上求新求異，而且要求生活力強、抗性與耐性高，同時育種手段要求便于操作、效果好、成本低。因此，期望得到的品種與化學誘變技術的結合仍是一個長期而艱巨的過程。 3.2 化學誘變育種自身也存在一些問題，如必須考慮處理的安全性、誘變劑的穩定性及其不利代謝產物等[27]。除了要注意誘變劑本身的理化特性、處理材料的遺傳背景以及某些作用因素如劑量、溫度、濃度等外，還必須考慮誘變處理材料的選擇以及后代的鑒定與篩選等，因此，如何將化學誘變與其他育種手段及現代生物技術結合以增加突變頻率，提高育種效果，仍然是作物誘變育種工作的重要課題。 3.3 化學誘變劑有遲效作用，即誘變能引起生物學損傷和染色體斷裂，但并不立即表現和斷開，而且存在殘留藥物的后效作用，在后代中引起的生物損傷大[1]。由于引起的突變范圍廣，后代選擇需要足夠大的群體；突變頻率尚不夠高，突變方向難以掌握，具有很大的隨機性；后代突變體的鑒定工作量大；很多化誘劑毒性較大，具有殘留效應等都值得認真對待。 苗木網,www.cqhuayin.com 3.4 雖然也有一些化學誘變劑的毒性很小，如NaN3，非但不是致癌劑，而且毒性很小，使用極其方便。但大部分化學誘變劑能致癌[28]，使用中必須十分謹慎，要避免化學誘變劑與皮膚接觸和吸入其蒸氣，即使已處理完的廢液亦需妥善處理。 3.5 用秋水仙堿處理材料時，由于細胞發育的不同步性，有的細胞已經變成四倍體，有的變成八倍體，也有的沒有變化[29]。如何從嵌合體組織中分離和篩選出理想的多倍體材料還是個難點，因此嵌合體問題限制了多倍體育種的發展。 4 展望 4.1 化學誘變劑引起的突變頻率較高，尤其是產生非常高的葉綠素突變頻率，在大部分的情況下，就突變的數量而言，化學誘變劑要比輻射誘變更有效。另外，化學誘變劑有特異性，遺傳變異定位的程度比輻射高，誘發的突變性狀有明顯的專一性[28],有便于根據人們的需要，定向培育新品種。 4.2 化學誘變育種的作用是遲發突變，即化學物質在細胞分裂、DNA轉錄時才起作用，化學誘變是一種修飾性變異，幾乎不產生染色體畸變，只是產生一些替代作用，通過對廣大基因位點的溫和的修飾，綜合影響數量性狀[26]，使其表現出較大的變異，是花色育種的一個良好技術手段，以此可培育出花色各異的新品種。 999中國苗木網,999miaomu.com 4.3 成熟的組織培養技術和化學誘導的技術組合非常重要，因為誘導提供了變異材料，而組培提供純合穩定技術和擴繁技術，這樣才能避免嵌和體內細胞競爭對變異細胞不利的局面，使分離變異細胞和快速擴大繁殖成為可能，并形成新品種選育基礎。 4.4 花卉育種的主要目標之一是提高觀賞特性，與糧食作物育種相比，可以不用過多考慮誘變后植物的安全性，為花卉化學誘變育種中化學誘變劑的選擇提供了更大空間。 4.5 多倍體在植物花卉上表現出很多優點，如花朵巨大性、可孕性低、適應性強、有機合成速率提高、克服遠緣雜交不親和等，經過不斷的選育和穩定，能快速創造出新品種[30]，為花卉在育種上的突破提供了較大幫助。花卉的觀賞價值由多因素構成，一些畸形花卻具有很高的觀賞價值，通過多倍體育種，可以產生具有較高觀賞價值的畸形花，這是觀賞植物的重要特色之一，應充分發掘和利用。 4.6 合子期化學誘變在很多作物上已取得了較好效果，采用注射化學藥劑或切斷受精后的花柱滴加化學藥劑，化學藥劑可以通過授粉后形成的花粉管通道進入胚囊[31]，促進了花卉化學誘變育種中誘變方法的多樣性，為獲得更多變異的花卉新品種創造了新的育種方法和途徑。 999苗木網,www.cqhuayin.com 4.7 現今的化學誘變劑種類繁多,針對不同植物種類選擇出誘變效果好而毒副作用小的化學誘變劑，再結合現代生物技術等不同復合處理技術，尋找更加有效而安全的化學誘變育種方法都是今后化學誘變育種的主要內容。而通過技術的不斷成熟、發展和整合，化學誘變育種必將成為更加有效和受歡迎的育種方法。（云南農業大學花卉研究所 李枝林 黃麗萍 鄭麗 余朝秀 李雪嬌） 參考文獻： [1] 安學麗,蔡一林. 化學誘變及其在農作物育種上應用[J]. 核農學報，2003.17(3):239-242 [2] 馬惠平. 誘變技術在作物育種中的應用[J]. 種子, 1998.20(4):48-50 [3] 程金水. 園林植物遺傳育種學[M]. 北京：中國林業出版社, 2002.12:170-174 [4] 柳學余. 農作物化學誘變育種[M]. 南京：東南大學出版社, 1992.9:1-132 [5] 董穎蘋，連勇，何慶才,等. 植物化學誘變技術在育種中的運用及其進展[J].種子, 2005,24(7):54-58 [6] 宋希強，劉華敏,李紹鵬,等. 觀賞植物新品種選育的方法與途徑[J].世界林業研究, 2004(12):6-10 [7] 王卜瓊，李枝林,余朝秀. 蘭花育種研究進展[J].園藝學報,2005，32(3)：551～556 中國苗木網,999miaomu.com [8] 劉小莉,劉飛虎. 花卉育種技術研究進展[J]. 亞熱帶植物科學, 2003.32(2):64-68 [9] 孫莉. 加快我國花卉育種進程的途徑[J]. 長春大學學報,2004,14(4):76-81 [10] 張曉曼,周懷軍，張啟翔，等. 花卉多倍體育種研究[J].河北林果研究, 2004, 19(3):288-294 [11] 郭英，梁國魯. 小葉綠蘿同源多倍體誘導研究初報[J]. 西南園藝,2002, 30(4):1-3 [12] 鄭思鄉，胡秀，雷小云，等. 離體培養條件下三色堇多倍體誘導研究[J]. 云南農業大學學報,2003,18(4):397-400 [13] 李培旺，李昌珠，周樸華，等. 綠玉樹多倍體誘導及其抗寒性研究[J]. 湖南林業科技,2004,31(5):7-9 [14] 張興翠. 花葉綠蘿的多倍體誘導及快速繁殖[J]. 西南農業大學學報(自然科學版), 2004, 26(1):58-60 [15] 張興翠，周昌華，殷家明, 等. 藥用百合的多倍體誘導及快速繁殖[J]. 西南農業大學學報,2003,25(1):14-17 [16] 瞿素萍，熊麗，莫錫君, 等. 香石竹的多倍體誘導及其變異研究[J]. 西南農業大學學報(自然科學版),2004,26(5):609-612 [17] 瞿素萍，王繼華，張顥，等. 多倍體育種在園藝作物中的應用[J]. 北方園藝,2003(6)： 58～60 999中國苗木網,www.cqhuayin.com [18] Paulo E. 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