诱变育种发展（精选7篇）
诱变育种发展 篇1
在人为的条件下,利用物理,化学等因素,诱发生物产生突变,从中选择,培育成动植物和微生物的新品种.诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。它是继选择育种和杂交育种之后发展起来的一项现代育种技术。
诱发突变的物理因素主要指某些射线，如Y射线、X射线、B射线和中子流等；化学诱变剂主要指某些烷化剂，碱基类似物，抗生素等化学药物。物理诱变方法应用于植物始干1928年。L.J·斯德勒首先证实了X射线对玉米和大麦有诱变效应。1930年和1924年H.尼尔逊·爱尔和D.托伦纳分别用辐射诱变技术获得了有实用价值的大麦突变体和烟草突变体。化学诱变剂在植物上的应用一般认为始于1943年，当时F·约克斯用马来糖(脲烷)诱发了月见草、百合和风铃草的染色体畸变。这些早期工作为确立诱变育种的地位奠定了基础。
通过近几十年的研究人们对诱变原理的认识也逐步加深。我们知道，常规助杂交育种基本上是染色体的重新组合，这种技术一般并不引起染色体发生变异，更难以触及到基因。而辐射的作用则不同，它们有的是与细胞中的原子、分子发生冲撞、造成电离或激发；有的则是以能量形式产生光电吸收或光电效应；还有的能引起细胞内的一系列理化过程。这些都会对细胞产生不同程度的伤害。对染色体的数目、结构等都会产生影响，使有的染色体断裂了；有的丢失了一段，有的断裂后在“自我修复”的过程中头尾接倒了或是“张冠李戴”分别造成染色体的倒位和易位。当然射线也可作用在染色体核苷酸分子的碱塞上，从而使基因（遗传密码)发生突变。至于化学诱变，有的药剂是用其烷基置换其它分子中的 氢原子，也有的本身是核苷酸碱基的类似物，它可以“鱼目混珠”，造成DNA复制中的错误。无疑这些都会使植物的基因发生突变。理、化因索的诱导作用；使得植物细胞的突变率比平时高出千百倍，有些变异是其它手段难以得到的。当然，所产生的变异绝大多数不能遗传，所以，辐射后的早代一般不急 于选择。
但是，可遗传的好性状一经获得便可育成品种或种质资源。据世界原子能机构1985年统计，当时世界各国通过诱变已育成500多个品种，还有大量有价值的种质资源o 我国的 诱变育种同样成绩斐然，在过去的几十年中，经诱变育成的 品种数一直占到同期育成品种总数的10％左右。如水稻品种 原丰早，小麦品种山农辐63，还有玉米的鲁原单4号、大豆的铁丰
18、棉花的鲁棉I号等都是通过诱变育成的。当然与其它技术一样，诱变育种也有自身的弱点：一是诱变产生的有益突变体频率低；二是还难以有效地控制变异 的方向和性质；另外，诱发并鉴定出数量性状的微突变比较困难。因此，诱变育种应该与其它技术相结合，同时谋求技术上的自我完善。
诱变育种技术的发发展
微生物诱变育种是以人工诱变手段诱发微生物基因突变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从各种各样的变异体中筛选出产量高、性状优良的突变株，并且找到发挥这一突变株的最佳培养基和培养条件，使其在最适合的环境条件下合成高品质、高产量的有效产物。
诱变的主要目的是菌株尽量低死亡率的前提条件下尽量增加变异度，以期获得更多的变异菌株。针对这方面，遗传育种工作者根据理化学科和空间科学的发展，并且结合多年经典诱变育种的知识
经验，对其做了有益的补充。
菌种选育常用的诱变剂有：辐射源（x-、γ-射线、及紫外线等）、化学因子（5-氯尿嘧啶、亚硝酸、NTG等）、以及生物诱变剂（噬菌体、质粒等）。
生产菌株长期接受这些诱变剂处理，易造成产生菌生活力下降、代谢缓慢等缺点，同时也会导致产生菌对诱变剂的钝化现象。因而新的诱变因子的不断发现和应用，使得诱变技术得以不断的发展。
1）
低能离子束的应用：
离子注入表面改性技术是在20世纪80年代中期在国外兴起的。它首先是应用于动、植物品种的改良。在20世纪90年代中前期，这一高新技术逐渐应用于微生物的菌种选育。
诱变机理：低能离子注入育种机理较为复杂，目前尚在探索阶段，中国科学院等离子物理研究所余增亮等[1]首先把这些作用机理总结为能量沉积、动量传递、离子注入和电荷交换。优点：操作方便，成效显著，其生物学效应相当于理化诱变相结合的复合诱变效应，可以在低损伤的条件下达到高突变的效果。增加了诱变育种的突变源，特别为那些钝化菌株提供了新的诱变途径。
应用实例：用离子注入法处理生产VC的2-酮基-L-古龙酸高产菌系，糖酸转化率提高了15%—20%。用此法诱变利福霉素产生菌得到对自身有高抗性的突变株，使其产量和效价均有显著的提高。
2）
辐射技术在诱变上的新应用：（新辐射的选用）
选用新的辐射源比如：微波、激光、等离子体是近年来应用于微生物选
育的新技术之一。
微波是一种低能电磁辐射，它的生物学效应分为热效应和非热效应，通过采用分散低温干燥法，消除对诱变作用有负效应的热效应影响，选择适当的剂量、时间和样品的预处理，可达到引起微生物突变的效果。
激光是一种量子流，激光辐射通过产生光、热、压力、和电磁效应等综 合作用，直接或间接作用于微生物，从而引起DNA和RNA的改变。
等离子体育种技术是用N+、H+、Ar+等离子在特定的靶室中，以脉冲连续或间断辐射微生物体，使能量在微生物分子上沉积能量，从而达到遗传育种的目的。
这些方法的优点在于：为诱变育种引进了新的突变源，并且和现代物理学进展结合紧密，得到了电子计算机辅助，在剂量和时间上能做到精确性和可调控性。
应用实例：用激光和微波二者结合的方法得到一变异株HL-11，去甲基金霉素效价提高了65%。利用CO2激光对酿酒酵母菌进行辐射处理，经筛选得到乙醇产量增加了5%-10%的菌株5株。应用等离子体辐射技术于抗肿瘤抗生素柔红霉素产生菌——天兰淡红链霉菌经摇瓶筛选后，获得1株高产柔红霉素突变株137，在产生罐上应用，其柔红霉素效价较亲株高了25.8%。
3)利用空间差异进行诱变育种
空间育种技术是随着航空技术的发展而逐步发展成的一种新的诱变育种技术。目前应用较少，但随着我国航空事业的进一步发展，这项技术必然会有更大的发展空间。
其机理在于：利用外太空特有的重力状态、气压状态、离子辐射等因素对微生物遗传物质造成变异。优点在于：得到在地球上无法得到的一些变异菌株，大大的扩增微生物的变异范畴。
应用实例：利用返回式科学卫星搭载双歧杆菌，对搭载后的菌株进行了复壮和分离，从中筛选出一株空间变异菌株Space BbNC-8。经一系列生物学试验证明，它具有生长速度快，对高温、过氧化氢、乙醇耐受性明显提高，无耐药性质粒，对动物无毒副作用等良好生产性状。
4)原生质体的诱变育种
以上新方法均限于诱变的外部因素上，但要想达到良好的诱变效果，我们知道菌株本身的一些生理生化特征也处于十分重要的地位。为了提高诱变效率，育种工作者在诱变育种的方法上做了不少改进。其中将菌株制备成原生质体以增加对诱变剂的敏感不视为一条良策。
机理：去除细胞壁的保护作用，使其对外部诱变剂更加敏感，从而增加变异机率。
应用实例：对头孢链霉菌进行原生质体的制备，用紫外及激光进行原生质体诱变，HPLC检测突变株的生产能力。经激光诱变后得到两株高产菌株，分别比出发菌株产量高22.2%及23.0%。对麦角菌菌丝进行原生质体诱变育种，筛选出麦角隐亭高产菌株。
诱变育种发展 篇2
目前, 国内花椒育种均采用选择 ( 优选) 育种方法。耀德等人通过10 年时间, 选育出了短枝型、早熟、采摘容易、优质、丰产性显著、抗逆性强、适生范围广、遗传性状稳定的优良品种———“秦安一号”。吴宗兴等人利用选择育种方法, 选育出了适应阿坝州立地条件的花椒品种———六月椒 ( 大红袍) , 该品种具有异花授粉的作用, 现存椒树具有分布广、寿命长、变异丰富、选择潜力大等特点。原双进等人在对韩城大红袍产量、品质等进行调查的基础上, 通过选优对比试验, 选育出了狮子头、无刺椒及南强1 号等优良品种, 这些品种具有丰产性能好、品质优、易采摘 ( 无刺或错开集中成熟期) 等优良特性。但由于花椒为单性结实, 属于无融合生殖, 不易进行杂交育种。在自然状态下的优选育种方法, 选育的时间太长, 且没有目的性, 育种效果不佳。
2 国外研究现状
花椒属植物在全球约250 种, 我国有39 个品种、14 个变种。花椒原产我国, 亚洲的许多国家先后引种栽培, 目前在日本、韩国、朝鲜、印度、马来西亚、尼泊尔、菲律宾等国均有分布, 其中以日本和韩国的栽培面积较大, 加工技术较领先。
2. 1 日本花椒研究
日本花椒有许多品种, 除栽培面积最大的朝仓花椒, 还有琉锦花椒、冬花椒、葡萄山椒、稻花椒、无刺花椒等。日本花椒各品种都具不同的优点, 如日本无刺花椒种子的含油量在25% ~ 30% , 椒油经处理后既可食用, 又可做为工业用油; 在日本餐厅或家庭中, 花椒作为一种具丰富营养价值的高档蔬菜, 其消费量极大。花椒加工产品形式包括干花椒果皮和鲜花椒果两种, 且鲜果在日本占有一定的市场。但由于花椒也具较高药用价值, 所以日本主要利用花椒这一特殊价值。目前, 日本将花椒作为一种调味料和药用植物进行研究开发, 研究主要涉及苗木繁殖、优良品系的选择、田间管理、产品开发应用等。日本医药株式会社等各医药教学与科研机构, 投入很大精力对花椒开展攻关研究, 发现花椒具有降低血压的功效。
在日本, 花椒繁殖以嫁接为主, 一般认为实生苗多为雄株, 有刺, 果实小, 且着生方式散, 产量低。由于冬花椒、稻花椒具有根系深、抗病、抗干旱能力强等特点, 所以嫁接多以冬花椒、稻花椒作砧木。嫁接采用劈接法, 最佳嫁接时间为3 月中旬至4 月初。接穗要求有2 ~ 3 个饱满芽, 长度5 ~ 7cm, 嫁接时将砧木地上10cm以上部分截断, 嫁接后至成活前, 最好进行覆盖, 这样当年嫁接苗高可长到60 ~ 100cm。
在育种技术方面, 日本研究者通过研究探明, 利用茎尖培养与人工选择相结合的方法, 将成为选育富含芳香物的花椒品系的有效途径。利用这种综合方法的优点是: 通过茎尖培养朝仓花椒所得的后代, 不仅可保持原本芳香物的生产力, 而且部分品种经多次继代培养后, 内含的芳香物呈逐步增加趋势, 花椒的经济价值得以显著提高。
2. 2韩国花椒研究
在韩国, 与世界各地相似, 花椒一直作为食用和药用植物在全国范围广泛使用。在科研方面, 韩国林木遗传研究所已选出13 株优树, 并建立优树无性系测定林。这13 株优树具多果穗、果粒大、无刺的优良性状。全部优株经济性状均优于对照1. 5 ~2 倍。
国外这些育种方法虽然在一定程度上使花椒产量、品质得到提升, 但都属于常规选择育种方法, 具有相当大的局限性。
2. 3 创新技术探讨
总结历史经验和国内外育种技术的情况, 花椒育种研究需要采用新的方法和途径, 即诱变育种。
化学诱变育种是利用化学诱变剂人工诱发植物发生变异, 在分离后代中对突变体进行选择和鉴定, 培育出生产上能直接或间接利用的农作物品种的方法。化学诱变育种已经广泛应用于大豆、玉米、水稻、油菜、花卉、蔬菜、杉木、茶树等植物育种, 还应用于部分微生物育种上。但是, 目前仅有一篇文献论述花椒化学诱变育种方面的相关研究。薛惠丹等人以凤县大花炮花椒的愈伤组织为材料, 以EMS为诱变剂进行人工诱变试验: ①在对花椒愈伤组织EMS诱变用100m L浓度为0. 1% 的Hg Cl2溶液与0. 1m L Tween 20 的混合溶液对花椒叶片和韧皮部进行消毒时, 在对韧皮部消毒过程中, 当消毒时间超过8min时, 其致死率急剧上升。由于叶片较韧皮部敏感, 且本身污染少, 所需的消毒时间相对较短。当消毒时间小于4min时, 污染率较高, 当消毒时间超过4min时致死率急剧上升。在此消毒过程中, 8min为花椒韧皮部最佳消毒时间, 4min为花椒叶片最佳消毒时间。②以EMS为诱变剂用不同方法处理花椒韧皮部和叶片来源的愈伤组织。结果表明: 叶片来源的愈伤组织对EMS的敏感性高于韧皮部, 培养基法比浸泡法对愈伤组织伤害大。说明韧皮部为愈伤组织的合适来源, 浸泡法为较好的诱变处理方法。③用不同EMS浓度和EMS处理时间组合处理合适来源愈伤组织, 结果表明: EMS诱变花椒愈伤组织的半致死剂量为: 0. 3% EMS处理6h, 0. 5% EMS处理4h, 0. 7% EMS处理2h。诱变后的愈伤组织经增殖和再分化形成完整植株, 经诱变处理的再生植株在叶长、叶宽、叶色和生长势等方面均表现出不同程度变异, 其中以叶长的变异尤为显著, 变异系数为41. 8% 。通过筛选得到花椒变异植株340 株。因此, 利用化学诱变的方法对花椒进行育种研究, 能克服选择育种方法的局限性, 增加遗传物质变异重组几率, 缩短育种周期, 提高育种效率。
花椒为单性结实, 属于无融合生殖, 不易进行杂交育种。在此之前科技工作者对花椒的育种研究都是采取自然状态下的优选育种, 进行新材料选育的时间太长, 且没有目的性, 育种效果不佳。利用化学诱变的方法对花椒进行育种研究, 克服选择育种方法的局限性, 有利于增加遗传物质变异重组几率、缩短育种周期、提高育种效率。
3 结论
利用化学诱变方法能提高育种材料的突变几率, 丰富花椒突变库资源, 做好花椒种质创新工作, 为花椒优良性状品种选育提供材料。花椒化学诱变育种在育种过程中能大幅度降低育种成本, 缩短优选时间。在生产上能为农户和生产企业提供优良新品种, 提高产量, 增加经济社会效益, 使花椒产业化发展得到进一步提升。
参考文献
[1]王双贵, 赵京献.国内外花椒的研究现状及发展趋势[J].内蒙古林业科技, 2003, 2.
[2]曾新华.不同诱变方法对油菜种子诱变效果及突变体的研究[D]:[博士学位论文].武汉:华中农业大学, 2010.
[3]安学丽, 不同诱变剂与不同诱变方法对玉米诱变的研究[D]:[硕士学位论文].重庆:西南农业大学, 2003.
[4]杜连恩, 魏玉昌, 可福存, 等.大豆化学诱变育种及其规律的研究[J].华北农学报, 2959, 4 (2) :39-43.
[5]彭波, 徐庆国, 李海林, 等.农作物化学诱变育种研究进展[J].作物研究, 2007, 21 (5) .
[6]王彩芬, 安永平, 张文银, 等.水稻种子化学诱变剂EM S浓度筛选研究[J].宁夏农业科技:2011, 52 (10) :22-23.
[7]薛惠丹.花椒人工诱变与种质创新[D]:[硕士学位论文].西安:西北农林科技大学, 2011.
[8]耀德.花椒短枝型新品种──秦安一号[J].林业科技通讯, 1994.09.
《杂交育种与诱变育种》教学设计 篇3
知识与技能:了解杂交育种方法的优缺点以及诱变育种在生产中的应用;总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种的异同点;通过育种方法的设计,培养学生多层次、多角度分析思考问题的能力。
过程与方法:通过讨论、分析、比较等方法,鼓励学生尝试运用遗传和变异原理,解决生产和生活实际中的问题。
情感态度与价值观:体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步方面的巨大作用;关注我国育种技术的发展,认识到育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。
教学重点和难点
重点:遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。
难点:杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
课前准备
教师指导学生搜集我国在育种实践方面取得成功的事例,分析其中包含的遗传学规律,体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。
教学过程
一、创设情境
教师向学生展示古人驯化狗、马、牛、猪、鸡以及培育玉米、小麦、水稻、各种蔬菜、水果的过程,出示已经形成的家畜、粮食、蔬菜、水果等各种优良品种的图片,以引起学生的兴趣。
二、引导探究
(一)杂交育种
1.教师提出问题:已知小麦的高秆(A)对矮秆(a)为显性,抗锈病(B)对易染锈病(b)为显性,两对性状独立遗传。现有高秆抗锈病、矮秆易染病两纯系品种。请联系已经学过的遗传学原理,思考一下用什么方法既能把两个品种的优良性状结合在一起,又能摒弃双方的缺点?将你的设想用遗传图解表示出来。
学生分组讨论,各小组把设想用遗传图解在实物投影仪上展示出来。然后师生交流研讨:学生分析各组的方案是否科学规范,教师对方案进行评价总结。
2.教师引导学生进一步分析:杂交育种蕴含着哪些遗传学规律?如何推测杂交育种可能的选育过程和结果?如何判断培育出的新品种是否符合预期要求?如果我们需要的性状是显性或隐性该如何选育?如果又有显性又有隐性该如何选育?选出的新品种应该是纯合子还是杂合子?
学生讨论。
教师点拨:杂交育种依据的遗传学原理是基因的自由组合规律,即通过杂交把生物不同品种间的基因重新组合,以便使不同亲本的优良基因组合到一起,从而创造出对人类有益的新品种。教师帮助学生归纳总结育种流程,向学生强调指出:从杂种第二代就可以选出我们需要的品种,选育出的新品种必须是纯合子,否则其后代就会因为发生性状分离而失去优势。如果我们需要的性状是显性性状,育种时就用亲本的杂交后代连续自交,逐步淘汰,直到不再发生性状分离为止。如果我们需要的性状是隐性性状,育种时就从杂种二代中直接选用。
如图:
PAABB(高杆抗病) Xaabb(矮杆不抗)
↓↓
配子 ABab
↓↓
F1AaBb(高杆抗病)
F2基因型 1/16AABB1/16aaBB1/16AAbb1/16aabb
2/16AaBB2/16aaBb2/16Aabb
2/16AABb
4/16AaBb
表现型 高杆抗病矮杆抗病高杆不抗矮杆不抗
3.学生汇报课前搜集的资料,如我国在杂交育种方面的成就、袁隆平的杂交水稻、中国荷斯坦牛等。教师引导学生总结杂交育种的优缺点。
(二)诱变育种
1.导入:杂交育种只能利用已有基因的重组,按需选择,并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象,育种进程缓缦(一般需5至7年),过程繁琐。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢?这就涉及到我们下面要学到的知识——诱变育种。
2.让学生从具体实例入手感知诱变育种,举例:用辐射方法处理大豆,可以培育优良的大豆品种“黑农五号”;利用返回式卫星和高空气球搭载农作物种子,使种子在空间条件下发生基因突变,进行农作物遗传性状的改良,可以培育出卫星“87-2”青椒、“航育1号”水稻、“豫麦13号”小麦;对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理,能够培育了高产菌株。
3.教师小结诱变育种的概念以及诱变的方法和原理。
4.学生思考问题:与杂交育种相比,诱变育种有什么优点?联系基因突变的特点,谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性,可以采取什么办法?
师生小结:诱变育种的优点是能够提高突变率,在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握,突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性,可以扩大诱变后代的群体,增加选择的机会。
三、列表总结
引导学生列表比较:杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种在方法、原理、优缺点方面的异同点。帮助学生对所学知识进行归纳,并由学生总结本节课的收获和存在的疑惑,然后师生共同解疑释惑。
紫外线诱变育种综述 篇4
摘要：紫外线诱变操作简单、对实验设备要求低，是目前被广泛运用的一种物理诱变剂，人们利用紫外线诱变得到了大量的优秀菌种。本文论述了紫外线诱变的原理、操作流程、其适用范围及研究进展。
关键词：紫外线 诱变 育种 微生物
目前微生物发酵技术被广泛的应用到许多生产行业，如生产啤酒、白酒、乳制品、酶制剂、抗生素等行业，同时微生物在解决人类的粮食能源、健康、资源和环境保护等问题中正显露出越来越重要且不可替代的独特作用[1]。但就目前被投入工业化使用的工业菌大多在生长周期、培养基、产率等方面不能满足工业生产的需求。理想的工业菌种必须具备: 遗传性状稳定、纯净无污染、能产生许多繁殖单位、生长迅速、能于短时间内生产所要的产物、可以长期保存等特性。诱变是最早在抗生素上应用的一种育种技术, 它通过物理、化学、生物因素作用于抗生菌, 人为的使其遗传物质发生变异, 从中选育高产菌株[2]。紫外线诱变属于一种物理诱变剂，它是在微生物发酵技术育种中最早使用的一种诱变方法。紫外线诱变可以用于大量不同的菌种育种中，如芽孢杆菌、链霉菌、镰刀菌等，通过紫外线对微生物进行诱变，得到了大量比较优秀的工业菌种。由于紫外线诱变育种简便易行、对条件和设备要求较低并能较好地提高代谢产物的产量，故在微生物育种中仍广泛应用［3］。本文对紫外线诱变的原理、操作流程、其适用范围、研究进展进行了概述。
一、紫外线诱变的原理
紫外线属于一种物理诱变剂，它能使被照射的物质的分子或原子中的内层电子提高能级。主要生化反应：1.DNA链和氢键的断裂 2.DNA分子间（内）的交联 3.嘧啶的水合作用 4.形成胸腺嘧啶二聚体 5.造成碱基对转换 6.修复后造成差错和缺失。
紫外线诱变处理的有效波长为200-300×10nm，最适为254nm(此为核酸的吸收高峰)。DNA和 RNA的嘌呤和嘧啶吸收紫外光后，DNA 分子形成嘧啶二聚体，即两个相邻的嘧啶共价连接，二聚体出现会减弱双键间氢键的作用[4]，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡.另外二聚体的形成，会妨碍双链的解开，因而影响DNA 的复制和转录.总之紫外辐射可以引起碱基转换、颠换、移码突变或缺失，即是所谓的诱变[5]，从而引起上述的生化反应。
二、紫外线诱变的操作流程
1、测定菌种的生长曲线
首先对需要进行诱变的实验菌种进行纯化，然后将菌种接到培养基中培养。在不同的时间取适量的培养液，用分光光度计检测其中菌体浓度的OD值，通常是每两个小时检测一次[6]。根据不同时间的OD值绘制实验菌种的生长曲线，找到其对数生长期。
2、对处于对数期的菌种进行诱变
将实验菌种接到培养基中，根据其生长曲线培养到对数期的中期。然后离心分离得到菌体，用生理盐水把菌体制成菌悬液，调节菌悬液使菌体浓度在108个/ml左右。各取5mL 菌悬液移入18 个无菌培养皿中，置于距30W 紫外灯30cm 处 的磁力搅拌器上照射1min，然后打开皿盖并开启磁力搅拌器，分别照射0s(对照用)、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s(各做2 组)[7]。诱变完成后马上盖上盖，并取出，用黑布包上。将所有需要诱变的培养皿都用黑布抱起来，然后放入4℃冰箱，静置1.5h。然后取出培养皿，在暗光条件下，分别取经紫外线诱变的菌悬液0.1mL 涂布于18 个固体鉴别培养基上，倒置于37℃恒温培养箱中避光培养36h[7]。待培养皿长出菌落后计数。每组以3 个平皿菌落数的平均值为该组的菌落数,以照射时间为横坐标、存活率为纵坐标,绘制诱变效应曲线, 找出致死率分别为50 %、60 %、70 %、80 %、90 %时的诱变时间[6]。一般认为，进行紫外诱变时，致死率为70% 左右时突变效果最好［3］。
然后再选择实验菌种的对数生长期培养物，制成菌悬液，分别取菌悬液5 mL 置于5 个培养皿中。在如下条件下进行诱变：紫外灯照射距离30 cm。照射时间分别为致死率50 %、60 %、70 %、80 %、90 %的时间[6]。然后对诱变过的5个梯度的菌液进行筛选，用合适的筛选方法筛选得到满意的菌种。
三、紫外线诱变的适用范围
紫外线适用于多种微生物的诱变，包括芽孢杆菌、酵母菌、放线菌等。近几年人们利用紫外线对大量的不同种微生物进行了诱变，并且取得了令人满意的成果。严可以[8]等对灰色链霉菌进行了紫外线诱变，得到了高产阿维菌素的菌株。肖湘政[9]等以胶质芽孢杆菌HM8841 作为出发菌株,通过紫外线诱变和突变菌株性能测定,选育出3 株适合生产发酵的优良菌种。与出发菌株相比,突变株具有缩短发酵周期,提高发酵水平,增强芽孢抗逆性能等特点。陈立梅
[10]
等用紫外线诱变方法，以土霉素产生菌龟裂链霉菌Lf-2为出发菌株经过紫外线诱变后，筛选的菌株于出发菌株相比发酵效价提高了17.4%，发酵指数提高了23.9%。所以紫外线诱
变基本上适应与目前已我们所掌握的所有微生物。
四、紫外线诱变的研究进展及未来的展望
紫外线诱变技术作为最早被人们使用的一种诱变育种技术，发展到现在，人们基本上已经掌握了它的诱变原理，同时也形成了一套比较完整、规范的实验流程。人们只要根据自己实验的需要，对紫外线的照射时间和照射距离做出适当的调整，就可以进行紫外线诱变。
但是由于紫外线诱变被大量使用，也造成了现在多数菌种对紫外线产生了诱变剂疲劳效应。某一菌株长期使用诱变剂之后,除产生诱变剂疲劳效应外, 还会引起菌种生长周期延长、孢子量减少、代谢减慢等, 这对发酵工艺的控制不利, 在实际生产中多采用几种诱变剂复合处理、交叉使用的方法进行菌株诱变。这是由于不同诱变方法对同一菌株的诱变效果不同, 如诱变剂A 能加快菌株孢子量生长速度, 诱变剂B 能提高菌株产活性物质产量, 诱变剂C能缩短菌株发酵周期。因此, 根据诱变剂对菌种的诱变机制选择几种诱变剂进行交替诱变, 效果可能会比使用单一诱变剂更好[2]。
目前人们对紫外线的复合诱变运用还不是很了解，在大多数实验中学者都是通过经验来选取其他诱变剂来和紫外线进行复合诱变，没有形成选择其他诱变剂与紫外线共同进行复合诱变的具体实验理论体系或方法。应该选择哪些诱变剂和紫外线进行复合诱变、其他诱变剂和紫外线的相对剂量应该是多少，将是以后人们研究紫外线诱变运用的重点之一。
参考文献：
[1]季宇彬,朱兴杰,徐农儒,李文兰.微生物诱变育种方法的研究进展
[2]李戈, 曾会才.诱变在产抗生素微生物育种中的应用进展.洛阳师范学院学报,2002,第2期
[3]周德庆.微生物学教程［M］.北京: 高等教育出版社，2002: 212.[4]Madigan , M.T(美)Martinko J.M(美), Parker , J.(美).微生物生物学[M].北京: 科学出版社, 2001 :390.[5]曹友声, 刘仲敏.现代工业微生物学[M].长沙: 湖南科学技术出版社,1998.[6]陈 香,蒋立建,韩 刚,韩 冲.紫外线诱变提高细菌产纤维素酶活力的研究.化学与生物工程2008 ,Vol.25 No.2.[7] 游玟娟.紫外线诱变选育酸性α－淀粉酶高产菌株.安徽农学通报，Anhui Agri.Sci.Bull.2010，16(11).[8]严可以, 弓爱君, 孙翠霞, 邱丽娜.阿维菌素生产工艺研究进展.现代化工，第26卷增刊，2006.7.[9]肖湘政1 , 张志红2 , 秦艳梅1.胶质芽孢杆菌HM8841 紫外线诱变育种研究.微生物学杂志,2006.1,第26卷第1 期.[10]陈立梅1.2，汪旭1.2，李启云1，杨石嶂1，杨信东2.链霉菌诱变育种方法综述.吉林农业科学,2006,31(2):62-封三.内蒙古大学本科生学年论文
紫外线诱变育种
学 生： 杜 超
专
业： 生物技术
年
级： 2009级
诱变育种发展 篇5
说课在教育教学中的地位越来越为重要，作为一名教师，具备其快速说课的能力也是必备的基本功，说课稿网站特邀请一线专家、名师、学者为广大新教师整理编辑了部分精品说课稿范文供大家参考使用。
一、教学内容的地位和要求
本课题的教学内容属于高中生物必修2第六章第1节“杂交育种与诱变育种”。在《普通高中生物课程标准》中的要求是：
具体内容标准
行为动词
目标动词水平要求
搜集生物变异在育种上应用的事例
搜集
知识性：理解
根据必修模块2教材编排体系的设计思路，从杂交育种到基因工程这一章是解决人类如何利用生物的基因这个问题的。所以应该在如何利用上做文章。本模块前5章讲述了遗传和变异的基本原理，本章集中讲述遗传和变异原理在实践中的应用，通过对本节知识的学习，以期使学生在了解遗传学原理的应用的同时，在“科学、技术、社会”方面有更多的思考，得到更多的启示。
二、学情分析
1、知识方面：
初中生物课中关于人类应用遗传变异原理培育新品种的内容，使学生对选择育种与杂交育种有了初步的了解。在本书前几章的学习中，学生又学习了分离定律与自由组合定律，为理解传统育种方法所依据的遗传学原理打下了基础。但现阶段新的育种方法有哪些，各有何优缺点，在生产实践中是如何运用的，学生并不清楚，教师可以指导学生搜集我国在育种实践方面取得成功的事例，分析其中包含的遗传学规律，体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。
2、生活经验方面：
学生在实际生活中经常会接触到一些与育种有关的物品，如杂交水稻(大米)、各种类型的猫狗等宠物，对育种有一些感性认识，结合本节课的内容，最终使学生的感性认识上升为理性知识。
三、教学重点、难点
根据学习内容和学生情况制订本节课的重难点。
教学重点：
遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。
教学难点：
杂交育种和诱变育种的优点和局限性。
用遗传图解表示各种育种过程。
四、教学目标
根据教学内容，结合学生实际情况，我制定了以下的教学目标：
知识目标：
1、简述杂交育种的概念，举例说明杂(转载自中国教师站文摘http://，请保留此标记。)交育种方法的优点和不足;
2、举例说出诱变育种在生产中的应用;
3、分析遗传和变异规律在生产实践中的应用;
4、总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种异同点。
能力目标：
1、进行资料的搜集和分析，学会运用和分享信息;
2、尝试将生物学原理和知识应用于生产和生活实际。
情感态度价值观目标：
1、通过对我国杂交育种和诱变育种成果的了解，关注我国的育种技术的发展及在国际上的竞争能力，认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。
2、体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。
五、教学方法和策略
本节课主要采用了启发式教学法，以问题解决的模式带领学生分析教材和课前收集的育种实例，培养学生收集资料、获取信息、分析综合的能力，使学生了解遗传学原理应用的同时，还能关注这部分知识在生活、生产和社会发展中的应用，进而引导学生认识科学技术与社会发展之间相互促进、相互制约的关系。
六、教学的主要环节及设计意图
我为本节课设计了导入——杂交育种——诱变育种——小结检测四个环节。杂交育种和诱变育种是两种相对独立的育种方法，在内容上没有必然的联系。在解决这两个内容时，我都遵循以下四个步骤：创设情境;探究问题;归纳总结;习题反馈。
(一)导入
以美国学者的“中国威胁论”和袁隆平的宣言营造情境，引起学生的学习兴趣，再利用PPT课件展示育种工程的四个实例：袁隆平的超级杂交水稻、太空椒、转基因抗虫棉和乳汁中含有人的生长激素的转基因牛，引出课题《杂交育种与诱变育种》。并且让学生体会科学和技术的进步推动了经济和社会的发展。
(二)新课教学
一、杂交育种
1、创设情境，引出课题 出示教具：两穗具有不同性状的玉米。其中一穗具有子粒多、不抗黑粉病性状，另一穗具有子粒少、抗黑粉病性状。怎样利用这样的两种玉米，培育出同时具有子粒多、抗黑粉病两种性状的玉米新品种?
2、讨论方案、共同研究 采用问题式探究模式进行教学，设置有价值的问题串，引导学生分析讨论，共同探究解决这个问题。
附：设置的问题：
1.怎样将子粒多和抗黑粉病两种性状结合到一起?
——通过学生讨论交流，引出杂交育种：培养学生的创新能力
2.杂交后可能出现几种性状?
——引导学生回顾自由组合定律，目的是训练学生将遗传学原理应用于实践，并且总结杂交育种的优点。
3.性状是受什么物质控制的?
——回忆基因与性状的关系，为下面将要学习的知识埋好伏笔。
4.性状的重新组合过程中有没有新基因的出现?
——这是杂交育种的一种局限，同时为后面进行诱变育种的内容作好铺垫。
5.得到所需性状后可以将种子直接卖给农民作为良种吗?
——设置这个问题的目的是要学生知道杂交育种的最终是要得到纯合子。将理论知识与现实生活联系在一起培养学生理论联系实际的能力。
6.如果不能的话，那应该怎样做呢?
——学生总结杂交育种的另一个局限：育种时间过长。
7.如果子粒多(A)对子粒少(a)是显性，不抗病(B)对抗病(b)是显性，假定两个亲本玉米品种都是纯合子，请绘出育种过程的遗传图解。
——要求写清楚每代的基因型和表现型，并简要说明。展示学生的答案，学生互评，规范作图。
3、归纳总结，形成体系 通过层层递进的问题串，师生共同归纳，形成有关杂交育种的知识体系，提升学生对于知识的理解。整个知识体系包括：杂交育种的概念、依据原理、常用方法以及优点和缺点。
4、习题反馈，活用知识 用杂交育种的方法解决下列问题：
假设现有长毛立耳猫(BBEE)和短毛折耳猫(bbee)，两对性状独立遗传。你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫(BBee)?
1)运用什么育种方法?
(转载自中国教师站文摘http://，请保留此标记。)2)依据的原理是?
3)方法步骤?
(重点标注与植物育种不同的部分，请学生总结育种过程。)
补充介绍杂交动物中国荷斯坦牛的培育。
由杂交育种的局限性引出诱变育种。
二、诱变育种
1、创设情境，引出课题 出示教具或图片：一穗具有黄粒性状的玉米。
问题：怎样利用现有的玉米品种培育出具有黑色性状的玉米新品种呢?
2、阅读资料、讨论研究
课前布置兴趣小组同学搜集有关航天诱变育种的资料，并在此基础上进行整理。这样可以培养学生搜集并且整理资料的能力，并体会科学技术与人们生产生活的密切联系。
学生阅读生物兴趣小组课前搜集的有关航天诱变育种问题的资料及教材P100得内容。以小组为单位讨论回答有关诱变育种的有关问题，附：设置的问题
特别鸣谢李思燕名师工作室老师提供此高中生物说课稿范文，配套的说课稿课件稍后奉上。更多的免费说课稿、说课稿模板、说课课件、说课稿范文尽在说课稿网站http://。欢迎大家下载使用。
1、新品种中有没有产生新基因?
2、空中诱发基因突变的条件有哪些?
3、航天诱变育种有哪些优点?
4、地面上有哪些因素可以诱发生物体产生基因突变?
5、诱变育种有哪些局限性?如何克服?
以航天诱变育种为典型，解决诱变育种过程中遇到的相关问题。让学生学会对已有知识进行应用。
3、归纳总结，形成体系 通过以小组为单位的表达和交流，师生共同总结归纳，形成有关诱变育种的知识体系，提升学生对于知识的理解。整个知识体系包括：诱变育种的概念、依据原理、常用方法以及优点和缺点。培养学生整理知识的能力。
4、及时反馈，巩固知识 利用教材P101练习3巩固所学知识。
(三)小结、检测
小结本课知识：列表比较：杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种在方法、原理、优缺点的异同点。
检验学习效果 ：
1、课堂检测：通过一道一题多解的习题检测学生对本节知识的的掌握程度。
诱变育种发展 篇6
关键词：筛选,蛋白加工,中性蛋白酶,酶活,紫外诱变
蛋白酶是重要的水解酶类,也是目前工业化运用最成功,产量最大的一类酶,占酶制剂市场的65%以上[1],其种类繁多,广泛存在于动物内脏、植物茎叶果实以及环境微生物中[2]。近年来,蛋白酶开始显现出其在水产品加工过程中的作用,由于水产品蛋白酶解产物具有较高的营养价值和功能特性,含有丰富的生物活性肽、氨基酸以及牛磺酸和高度不饱和脂肪酸等保健成分,被广泛应用于饲料、食品、化工、医药等各个领域[3]。国内已有报道利用蛋白酶对水产品及其加工过程中产生的下脚料进行水解来生产高附加值的产品,如利用蛋白酶水解生产生物活性肽、鱼露、鱼鳔胶等[4]。
近年来,欧美、日本等发达国家非常注重用于食品蛋白加工用蛋白酶制剂的研发,如Novozymes公司就专门开发出酶解产物具有较低苦味值和较高风味的食品蛋白加工用风味蛋白酶(Flavour ZymeTM)[5,6];而日本天野制药推出的肽酶R、中酸性米曲美蛋白酶M和新日本化学推出的肽酶Sumizyme FP则专门适应于生产无苦味蛋白质水解物。国内目前在食品蛋白加工用蛋白酶制剂的研究开发方面与国外仍有较大差距。中性蛋白酶作用底物广泛,对Gly、Arg、Lys、Phe等氨基酸形成的多种肽链有断裂作用,并且由于其反应条件温和,加工废水不会对环境造成酸碱污染,是目前用于各种蛋白质水解处理的重要蛋白酶种[7]。本实验首先从福建省各种富含水产品蛋白的环境和土壤中筛选中性蛋白酶产生菌株,在此基础上,通过复筛确定产酶能力较强的活性菌株,并进一步通过紫外诱变提高其产酶的能力,以期获得较好的水产品加工用蛋白酶产生菌株,为将来的分子改造提高酶活性和水产品加工提供材料基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验材料
样品采集于福建省不同地区富含蛋白质的环境,如水产品加工厂、鱼类加工厂及加工下脚料堆积场所[8]。
1.1.2 试剂
干酪素、矿物油及各种化学试剂均为国产分析纯或化学纯。
1.1.3 仪器
冷冻台式高速离心机(贝克曼,美国);Ultrospec 2100 pro UV/visible Spectrophotometer(美国通用电气);ZHWY-2122B双层全控温摇床(上海智诚分析仪器有限公司);光学显微镜(Leica DM500)等。
1.1.4 培养基
斜面牛肉膏蛋白胨培养基:牛肉膏0.3%,蛋白胨1%,Na Cl 1%,p H值7.0,琼脂粉1.5%。
酪蛋白分离筛选培养基:酪素0.5%,牛肉膏0.3%,蛋白胨1%,Na Cl 1%,p H 7.0~7.5,琼脂粉1.5%。
液体培养基:酪素0.5%,牛肉膏0.3%,蛋白胨11%,Na Cl 1%,p H 7.0~7.5。
酪蛋白琼脂平板:酪素2%,琼脂粉2%,p H7.0~7.5。
1.2 方法
1.2.1 产酶菌株的分离
每份样品取土样5g加入到装有45ml无菌水的三角瓶(6~8颗玻璃珠)中,37℃震荡培养15min。土壤样品混合液进行梯度稀释,得到10-1~10-8稀释度的稀释液。分别取1m L涂布于分离培养基平板上,37℃恒温培养16~24h。挑取具有蛋白水解圈的菌落于另一个平板上划线纯化,经斜面培养后于4℃冰箱中保存。
1.2.2 产酶菌株的筛选
1.2.2.1 平板透明圈初筛与确认[9]
将分离得到的菌株分别在两个酪蛋白分离筛选培养基上平行划线,37℃培养16~24h。在其中一个平板上加上适量的0.1mol/L TCA溶液,根据蛋白水解圈直径的大小初步确定不同菌株降解蛋白质的能力,选择水解圈直径较大的菌落,挑取另一平板对应位置的的菌落经斜面培养后于4℃冰箱中重新保种,作为进一步复筛的出发菌株。
1.2.2.2 液体发酵复筛[10]
用接种环挑取初筛得到的菌接种至5m L液体发酵培养基中,37℃、230r/min条件下振荡培养40 h,5 000r/min离心30min,取上清液,用酪蛋白水琼脂平板进一步确定不同菌株降解蛋白质能力大小,筛选出产酶活力最好的菌株。
1.2.3 产蛋白酶菌株的发酵实验[11]
将出发菌株和突变株分别接种至5ml的牛肉膏蛋白胨培养基中,37℃、230r/min过夜摇12~16h,按5%接种量接种至50ml的液体发酵培养基中,每株接3瓶,每隔4h取样,3次重复测定所产蛋白酶活力,计算蛋白酶产生菌的菌体生长量和酶活力。酶活数据为3次重复实验的均值,并采用Sigma Stat2.03软件进行数据统计和分析,进行差异显著性分析。
1.2.4 蛋白酶产生菌株的紫外诱变
1.2.4.1 诱变菌悬液的制备
将诱变出发菌接入液体发酵培养基,37℃、220r/min振荡培养过夜后,离心,弃上清,加入无菌生理盐水,重新振荡悬浮菌体,再离心,弃上清,重复上述步骤加入。最后加入5ml生理盐水恢复成菌悬液,用血球计数板在显微镜下直接计数,逐步添加生理盐水调整细胞浓度为108/m L。取诱变前的0.5ml菌悬液进行10-1~10-7稀释分离,取10-5、10-6、10-7三个稀释度,每一梯度取100μl菌液涂布平板,37℃倒置培养24h,进行平板菌落计数ml。
1.2.4.2 紫外诱变
将每5ml菌悬液置于9cm的无菌培养皿中,将待处理的培养皿置于诱变箱内,培养皿距离20W紫外灯的距离为30cm左右,轻轻摇匀后打开皿盖,分别处理1min、3min、5min,照射完毕后先盖上皿盖,再关闭紫外灯;取0.5ml处理后的菌液进行10-1~10-5梯度稀释分离,取其中的10-3、10-4、10-5三个稀释度各取100μl菌液涂布平板,用黑色包装袋包好37℃倒置培养(避光培养)。诱变过程在暗室红灯下进行。当长至合适大小时,进行平板菌落计数m2,计算致死率。
观察菌落水解圈大小,挑取水解圈较大的单克隆在平板上划线,放入37℃培养8~10h取出,4℃冰箱保存。
1.2.5 蛋白酶活性的测定
1.2.5.1 平板定性检测
将发酵上清液点于2%酪蛋白平板上,放入37°水浴锅温浴一段时间,观察透明圈大小。在复筛与活性确认过程中,可以在平板上加入0.1mol/L TCA突出水解圈效果。
1.2.5.2 Folin-酚试剂定量检测[12]
标准曲线制备:以酪氨酸为反应底物,配制不同浓度的酪氨酸溶液(10μg/ml~80μg/ml),采用福林酚法定量检测680nm的吸光值,并以蒸馏水作为对照。以酪氨酸溶液作为横坐标,680nm的吸光值作为纵坐标绘制标准标准曲线和回归方程。
蛋白酶活性的检测:采用改良的Folin酚试剂显色法测定酶活力。
酶活力单位(U)定义为37℃下,1min水解Casein蛋白底物产生1mg酪氨酸的酶量为一个酶活力单位。
2 结果与分析
2.1 产蛋白酶菌株的筛选
从12份土样中,一共分离挑取187株具有明显蛋白酶活性的单菌落,通过对比水解圈大小,观察菌落形态和颜色,初筛,确认得到11株透明圈明显的蛋白酶产生菌,依次编号为W1~W11(见图1、2)。进一步复筛结果显示,W5、W7、W8、W9、W10酶活性较高并且稳定。
2.2 产蛋白酶菌株的发酵实验
经过初筛,确认得到11株透明圈明显的蛋白酶产生菌,复筛结果显示W5、W7、W8、W9、W10酶活性较高并且稳定,其中W9酶活较高且多次发酵实验证明产酶能力稳定。发酵结果如图3所示。
2.3 蛋白酶产生菌W9的酶活和生长曲线
图4为筛选得到的具有产蛋白酶能力的的野生菌株W9酶活曲线和生长曲线。由发酵过程曲线可知,W9在0~3 h处于短暂的延迟期,菌体细胞进入分裂繁殖前期,菌体量很少,蛋白酶活力几乎没有产生;3~28h处于对数生长期,菌体细胞迅速分裂繁殖,菌体积累量急剧增加。蛋白酶的产生急剧上升;28~40h处于稳定期,菌体细胞分裂繁殖保持相对稳定,菌体和蛋白酶的积累均达到最高,菌体OD600达到3.4±0168,蛋白酶活力达到1 594.346±32.54(U/ml);从40h开始,W9进入衰亡期,菌体细胞裂解自溶菌体量递减,但蛋白酶活力稳定在1 400(U/ml)左右。
2.4 蛋白酶产生菌W9的紫外诱变育种
选取10-3、10-4、10-5三个稀释度各取100μl菌液涂布平板,与对照组同时计数,实验结果表明随着紫外照射时间的延长,菌株W9的平均致死率提高,在5min时候致死率达91.07%,而1min时致死率为56.55%,3min时的致死率为80.20%。已有的报道表明低剂量处理能提高菌的正突变率,负突变率一般出现在较高的剂量中。我们在实验过程中分别采取1min、3min、5min对不同的出发菌株进行诱变。
挑取诱变后酪蛋白平板上具有明显透明圈的突变菌株,进行酶活测定,并与野生菌株进行酶活比较,最终在W9经诱变后产生的具有明显透明圈的菌株中筛选得到了1株比野生菌株酶活具有明显提高的突变株。由酶活过程曲线(图6)可知,突变菌相比野生菌来说,酶活有所提高,在前30h酶活提高得较多,30h过后,酶活提高平稳,28h突变菌酶活达到最高,相比野生菌的1 594.346(U/ml)提高至1 845.33(U/ml),提高了15.6%。
3 讨论
国内外已经有很多关于蛋白酶产生菌株筛选的报道,但是筛选专门应用于水产品加工用蛋白酶生产菌株的工作并不多。目前用于水产品加工的蛋白酶除了Flavour ZymeTM等少数几个品种外,大多并不是专门用于食品加工过程,如Alcalase主要是用于洗涤剂和皮革加工工业。因此尽管这些酶具有很高的降解效率,但它们的使用也存在不少问题,如水解产物苦味重、废水处理污染以及加工过程中受到原料的抑制等[3],而一些植物蛋白酶由于其来源少,效率低,不适合工业化生产[13]。
诱变育种发展 篇7
关键词 红掌 ；杂交育种 ；诱变育种 ；倍性育种 ；花药培养 ；种质创新
分类号 S682.14
红掌（Anthurium andraeanum Lind）原产于中南美洲热带雨林，为天南星科（Araceae）花烛属（Anthurium Schott）多年生草本植物，着生有平展的佛焰花苞和直立柱状的肉穗花序，被用作盆栽观赏植物和切花花卉。因其具有花形奇特、花色艳丽、花期持久、周年开花、株型优雅等诸多优点，深受全世界消费者喜爱。红掌于20世纪70年代首次传入我国，90年代开始规模化种植，近年来发展迅猛，已成为世界主要产地和消费市场之一。
目前市场上流行的品种多由种间或种内杂交选育而来。荷兰专业公司、夏威夷大学以及佛罗里达大学园艺系等研究机构，经过几十年的培育，推出了众多花色、花形、株型、产量、抗性等特性各异的切花和盆花品种。产业发展早期，我国的红掌生产中主要依赖进口或自繁国外品种的种苗。2008年，红掌所在的花烛属植物，被正式纳入中国农业部发布的第七批《农业植物新品种保护名录》，对新品种的非法扩繁将被视为侵权行为。近年来，荷兰主要的红掌专业公司安祖、AVO与瑞恩分别在昆明、北京和上海设立新品种测试基地和种苗生产中心，更多本地适应性新品种的投放，以及“荷兰品质中国价格”的优质种苗的供应，将继续巩固其对我国产业的主导优势。因此，在这种形势下，加快选育自主产权的优良品种，是提高生产经营利润、保证我国红掌产业可持续发展的迫切需求。
红苞花烛（A. andraeanum Lind）种内及花烛属（Anthurium Schott）种间杂交是红掌常规育种的主要方法，创造了丰富的遗传变异，培育出了几乎所有的盆花和切花品种。另外，诱变育种和倍性育种在种质创新方面近年来也有了很大的进展，并培育出少量商业化品种。本文对国内外的相关研究予以综述，为红掌研究和育种工作者提供参考，以期助力我国本土化新品种的研发工作。
1 红掌杂交育种
有性杂交和后代选择是红掌新品种选育的主要手段。花烛属植物估计有600～800种，甚至超过1 000种[1]，为杂交育种提供了丰富的天然资源，但这些野生种及其近缘种多分布于中南美地区，目前只有一小部分被成功应用于育种中，这和资源收集的难度较大及专业育种研究者较少有关。
1.1 国外红掌杂交育种
荷兰的Anthura、Rijnplant、AVO等专业公司，已经有近70年的红掌研究历史，不断推出众多切花品种如‘Acropolis’、‘Tropical’、‘Choco’、‘Cheers’、‘Marysia’、‘Fantasia’等，以及‘Dakota’、‘Alabama’、‘Pink Champion’、‘Arebo’、‘Madural’、‘Turenza’、‘Valerie’、‘NewRed’等盆花品种，加上提供的高品质种苗和现代化的栽培管理体系，几乎主宰着全球的红掌产业，但出于商业利益保护的需要，其育种材料、技术、学术性研究成果等一直被视同核心机密而较少公开。自1950s，夏威夷大学启动红掌育种计划，Kamemoto等[2-3]开始从南美收集野生资源，并进行多年红掌品种的杂交选育，发展了育种和评价技术体系，陆续选育出‘Nitta’、‘Midori’、‘Marian Seefurth’、‘Paradise Pink’、‘Kalapana’、‘New Era’、‘Tropic Flame’等多个切花品种以及部分盆切两用品种[4-5]（表1），但多数仅限于岛内和台湾等地区种植，其切花产品主要供应东亚和美国本土。进入1980s，美国佛罗里达大学园艺系Henny等，以及奥格尔斯比（Oglesby）植物实验室，开始采用A. andraeanum和紧凑型野生种A. amnicola、A. crystallinum、A. androphyoides、A. armeniense、A. kamemotoanum、A. ravenii、A. ornatum等进行杂交，选育出‘Red Hot’、‘Tropic Fire’、‘Orange Hot’、‘Salsa’、‘Purple Plum’、‘Favorita’、‘SmallTalk’、‘Lady’系列等几十个盆花品种[6-12]（表1），但多数限于美国本土栽培。
1.2 我国红掌杂交育种
2000年以后，我国陆续有部分研究者开始从事红掌品种资源的收集、保存、评价、鉴定和杂交育种工作[13-15]，制定了《热带观赏植物种质资源描述规范-红掌》（NY/T 2033-2011），建立了亲本杂交、种子采收萌发、育苗管理等技术体系[16-18]。目前已有少数品种获得新品种权并进入商业化推广应用，如广州花卉研究中心和华南农业大学农学院共同选育的盆花品种‘朝霞’、‘彩霞’、‘旭日’、‘艳阳’等，云南省热带作物科学研究所选育出的‘水晶之恋’、‘春晓’等（表1）。
但由于本土育种起步较晚，收集的种质资源基础相对狭窄，多为国外释放的商业推广品种，而缺少近缘野生种，品种间杂交后代的同质性，一定程度上决定了难以获得更特异的新品系。另外，在育种技术经验的积累、严格规范的新品种测试评价等环节，和国外的专业公司和研究机构相比较，都有不小的差距。因此，继续拓展种质遗传基础和完善育种技术体系，仍然是培育观赏性好及适应性强的自主品种的重要任务。
1.3 红掌杂交育种主要问题分析
尽管传统杂交育种对红掌产业的发展起了巨大的推动作用，但其局限性也十分显著，主要体现在：（1）育种周期长。红掌童期较长，一个杂交世代（种子-种子）需要2.5年以上，加上单株选择、组培扩繁、品系测试等环节，即便只经过一轮杂交改良，选育出一个新品种也通常耗时6～8年，因此育种工作必须长期坚持下去。（2）花烛属植物普遍存在自（杂）交不亲和、近交衰退（后代发芽率低、生长缓慢、异常分蘖、白化、畸形等）等生殖障碍[18-20]，有时难以通过多次回交改变目标性状或者远缘杂交进行聚合育种，很难打破某些基因之间的连锁来改变植物的某一性状。因此，针对特定的亲本组合，采用胚胎挽救、体细胞杂交等技术手段，有助于获得有活力的杂种后代。（3）主要性状的遗传机制不明晰。尽管夏威夷大学Kamemoto等在育种早期对A. andraeanum的花色等少数几个观赏性状进行过初步的遗传分析[3，21-25]，但随着多年育种过程中渗入了多种近缘种的血缘，品种资源的遗传背景更为复杂；加上遗传学研究力量薄弱、周期较长、管理成本高以及完全随机分离群体不易获得等因素的影响，红掌重要性状的遗传规律研究比较滞后，使得杂交育种中的亲本组配仍然带有一定的盲目性，针对性不强。开展重要性状的遗传机制研究，有助于提高杂交育种的成效。（4）育种目标单一。目前红掌常规育种主要关注观赏性状，在抗病虫、冷害、高温等综合适应性方面相对薄弱，仍需更广泛细致地开展种质资源评价，挖掘利用不同特性的育种材料。（5）物种本身缺少某些重要性状相关的遗传基因，如佛焰苞的纯黄和蓝色、高抗细菌性疫病、优香味等。这些特异种质的缺乏，限制了常规育种中对相关性状的改良，需要借助基因工程等育种手段实现定向改良育种。
2 红掌诱变育种
诱变育种是指利用各种理化因素，诱发植物产生遗传变异，以期快速获得有利用价值的突变体，进而选育出新品种。在红掌的物理诱变方面，Puchooa[26]采用137Cs源γ射线对红掌品种‘Nitta’种子、愈伤和叶片外植体分别进行辐射处理，培养后发现15 Gy强度足以使材料致死，而5 Gy处理的材料中出现了一些形态变异体。朱佳文[27]对红掌盆栽品种‘SweetHeart’的愈伤组织进行60Co-γ射线辐射处理，表明最佳辐射剂量为1.5 Gy，致死剂量为2.5 Gy；通过细胞学检测发现了微核、桥、断片、染色体滞后等染色体变异类型，并借助RAPD分子标记筛选出了一批变异材料。彭文君等[28]以不同梯度辐射剂量的60Co γ射线处理红掌‘阿拉巴马’品种的愈伤组织及组培苗，结果表明愈伤组织的半致死剂量为20～30 Gy，组培苗为30～40 Gy；辐射后的再生植株矮小且生长缓慢，生长受抑制程度随着辐射剂量而增加。尽管辐射能导致远高于自然条件下的变异频率，但考虑到突变的多数有害性和随机性，辐射育种的目的性不强，并不能够针对特定性状进行改良，目前尚无报道显示有经该方法选育的红掌品种进入生产领域。
3 红掌倍性育种
3.1 染色体加倍
多倍体植物由于染色体加倍，通常表现出强壮、长势快、观赏性好、抗性强等特点，一直是园艺植物育种的重要途径之一。利用秋水仙素等诱导剂，处理幼嫩外植体、愈伤组织、原球茎、丛生芽、体胚细胞等中间繁殖体，是诱导产生多倍体的常用方法。目前，栽培红掌和近缘花烛属植物基本上都是二倍体（2n=30）[29-31]，通过染色体加倍创造育种新种质是很多国内外研究者的兴趣所在。早在上世纪五、六十年代，夏威夷的红掌研究者就已经开始红掌的倍性育种尝试，利用秋水仙素处理材料，培育了染色体加倍的品系[2]。朱佳文[27]用秋水仙碱处理盆栽红掌品种‘SweetHeart’试管苗，结合培养诱导多倍体植株，诱变频率可达到40%，染色体压片观察发现诱变材料的染色体数目为60条。张志胜等[32]对红掌品种‘Pink Champion’和‘Tropical’叶片诱导的愈伤组织为试验材料，采用秋水仙素处理进行四倍体诱导，表明0.2 g/L秋水仙素的液体培养基中振荡培养14 d，四倍体诱导率最高，为45.5%。田立民等[33]以秋水仙素浸泡红掌品种‘Arizona’气生根诱导的再生团块，显示0.3%浓度浸泡7 h处理，诱导率可达63.3%；与对照组相比，经秋水仙素处理得到的变异植株叶片肥厚、茎较粗壮、植株较矮、生长迟缓、叶色较深。Chen等[34]用秋水仙碱处理盆花品种‘Arizona’气生根诱导的愈伤组织，结果表明0.3%浓度处理5 h 情况下诱导率最高，不仅获得夜色加厚深绿及茎杆粗壮的典型四倍体植株，还发现了双佛焰苞和无花梗的变异株。目前，多个由二倍体和杂交选育的三倍体红掌品种，已经进入生产应用。如广州花卉研究中心和华南农业大学农学院共同选育的三倍体盆栽品种‘贵妃’和‘妃子笑’，是由四倍体品种‘Pink Champion’与二倍体切花品种‘Tropical’杂交而来，具有株型较紧凑，高大健壮、叶片肥厚、花冠突出等特点。
多倍体红掌除了表现出长势壮、着色深、单花观赏期长、胁迫抗性强等优势外，也常常会伴随童期延长、产花量低、苞片变小多皱、花序短缩、叶片外张等不良性状，尤其是农艺性状和观赏性状的降低，一定程度上影响了多倍体方法在红掌育种中的广泛应用。
3.2 红掌花药培养
花药离体培养技术是单倍体育种中的主要技术手段。Rachmawati[35]对红掌切花品种‘Tropical’进行花药培养，得到单倍体、二倍体和四倍体三种染色体组型植株。杜宝贵等[36]的研究表明，小孢子中晚期是红掌花药培养的适宜时期，基因型、培养基和低温预处理对花药膨大率有显著性的影响；从栽培品种‘Sweet Dream’花药诱导出致密型和疏松型两种愈伤组织，二者在芽分化率和生根率存在明显差异，致密型小苗生根率为95%，而疏松型仅为30%；尽管‘Sweet Dream’的花药再生植株经染色体鉴定均是二倍体，但与其叶片再生植株相比，在形态特征上存在差异。Winarto等[37-39]依次优化出红掌花药培养的适合培养基WT-1和NWT-3，并经过对切花品种‘Tropical’进行花药培养，获得数量不等的单倍体、二倍体、三倍体和非整倍体再生植株，通过比较不同的倍性鉴定方法，认为气孔保卫细胞的叶绿体数量可以作为快速准确的倍性鉴定指标（相关系数r=0.945，P<0.01）。除染色体倍性水平外，再生单倍体植株在分蘖性、株型、花形、苞片和花序颜色等性状上表现出极大的变异，加倍后的单倍体植株有利于通过有性方式稳定繁殖，并为重要性状的遗传和育种研究提供了极大便利。但和其他诱变育种一样，花药培养后代的也具有随机性，难以针对特定性状的改良创造变异。
4 小结
总体而言，红掌杂交育种的开展，培育出了大量的商业化品种，极大地推动了产业的发展。更多近缘新种质的利用，以及诱变和倍性育种方法的开展，有助于创造更丰富的遗传变异，选育出更多观赏性、适应性、生产性等综合性状优良的新品种。另外，随着红掌基础生物学和遗传学研究的深入，一些重要性状的遗传规律的解析及功能基因的挖掘，将推动分子标记辅助选择和基因工程为主的分子育种手段的应用，从而提高育种工作的效率和针对性，加快我国自主产权红掌新品种的研发。
参考文献
[1] Croat T B. The genus Anthurium. International Aroid Society [EB/OL]. http：//www.aroid.org/genera/generapage.php？genus=anthurium.
[2] Kamemoto H， Nakasone H Y. Evaluation and improvement of anthurium clones [C]. Hawaii Agricultural Experiment Station Technical bulletin 58. University of Hawaii. 1963.
[3] Kamemoto H， Kuehnle A R. Breeding anthurium in Hawaii[R]. Hawaii. University of Hawaii Press. 1996.
[4] Kamemoto H， Kunisaki J， Aragaki M， et al. Evaluation of anthurium accessions [C]. Tropical Agriculture and Human Resources， Res Ext Ser 69. University of Hawaii. 1986.
[5] Ehrenberger J A. Kuehnle A R， Amore T D. 2003. Evaluation of University of Hawaii anthurium accessions， 1986-2001[C]. New Plants for Hawaii 10. University of Hawaii. 2003.
[6] Henny R J， Poole R T， Conover C A. ‘Southern Blush’Anthurium [J]. HortScience. 1988. 23（5）： 922-923.
[7] Henny R J. ‘Red Hot’Anthurium [J]. HortScience. 1999. 34（1）： 153-154.
[8] Henny R J. Norman D J.‘ShowBiz’ Anthurium， cultivar and germplasm release [J]. HortScience. 2000. 36（6）： 1 140-1 141.
[9] Henny R J. Breeding ornamental aroids[J]. Breeding ornamental plants. 2000： 121-132.
[10] Henny R J， Norman D J， Chen J.‘Orange Hot’Anthurium [J]. HortScience. 2002， 38（1）： 133-134.
[11] Chen J， Henny R J， McConnell D B. Development of new foliage plant cultivars [J]. Trends in new crops and new uses. 2002： 466-472.
[12] Henny J R， Norman D J， Chen J. Progress in ornamental aroid breeding research [z]. Ann Mo Bot Gard. 2004（91）： 465-473.
[13] 江 姗，张 莹，贾 琪，等. 我国红掌育种研究进展[J]. 河北农业科学，2010，14（6）：53-54.
[14] 王呈丹，牛俊海，张志群，等. 红掌品种亲缘关系SRAP分析[J]. 植物遗传资源学报，2013（4）：759-763.
[15] Ge Y， Zhang F， Shen X， et al. Genetic variations within a collection of anthuriums unraveled by morphological traits and AFLP markers [J]. Biochem Syst Ecol. 2012（45）： 34-40.
[16] 姜 蕾，易懋生，兰天维，等. 红掌种子萌发特性的研究[J]. 种子，2006，25（1）：19-22.
[17]潘晓韵，田丹青，葛亚英，等. 红掌种子的贮藏和无菌播种[J]. 浙江农业科学，2010（4）：757-762.
[18]常娟霞，牛俊海，黄少华，等. 红掌种子结实性、发育周期及杂交后代发芽力的变异分析[J]. 基因组学与应用生物学，2014，33（2）：392-397.
[19] Sheffer R D， Kamemoto H. Cross compatibility in the genus Anthurium[J]. J Am Soc Hortic Sci. 1976（101）： 709-713.
[20]Sheffer R D. Interspecific hybridization involving Anthurium andraeanum Lind. and related species [J]. Proc Trop Reg Amer Soc Hort Sci. 1977（19）： 275-283.
[21]Kamemoto H， Iwata R Y， Marutani M. Genetics of the major spathe colors in anthuriums[z]. HITAHR Res Ext Ser. 1988（56）： 8-88.
[22]Wannakrairoj S， Kamemoto H. Inheritance of purple spathe in anthurium[J]. J Amer Soc Hort Sci. 1990（115）： 169-171.
[23]Elibox W， Umaharan P. Inheritance of major spathe colors in Anthurium andraeanum Hort. is determined by three major genes [J]. HortScience. 2008， 43（3）： 787-791.
[24]Elibox W， Umaharan P. Genetic basis for productivity in Anthurium andraeanum Hort [J]. HortScience. 2014， 49（7）： 859-863.
[25]Gopaulchan D， Umaharan P， Lennon AM. A molecular assessment of the genetic model of spathe color inheritance in Anthurium andraeanum （Hort.）[J]. Planta. 2014（239）： 695-705.
[26]Puchooa D. In vitro mutation breeding of anthurium by gamma radiation. Int J Agric Biol. 2005， 7（1）： 11-20.
[27]朱佳文. 红掌人工诱变与遗传学分析[D]. 湖南农业大学，2005.
[28] 彭文君，田丹青，陈集双. 60Coγ射线对红掌组培材料的辐射效应研究[J]. 科技通报，2012（1）：95-100.
[29] Matsumoto T K， Kuehnle A R， Webb D T. Zygotic embryogenesis in anthurium （araceae）[J]. Am J Bot. 1998， 85（11）： 1 560-1 568.
[30] 肖建忠，尚爱芹，陈段芬，等. 花烛属植物的核型分析[J]. 2003，26（2）：33-36.
[31] Bliss B J， Suzuki J Y. Genome size in Anthurium evaluated in the context of karyotypes and phenotypes [J]. AoB Plants. 2012（6）： 1-15.
[32]张志胜，黎扬辉，姜 蕾，等. 红掌四倍体的离体诱导及其鉴定[J]. 园艺学报，2007（3）：729-734.
[33]田立民，马艳芝. 红掌的多倍体诱导与倍性分析[J]. 安徽农业科学，2008，36（32）：13 977-13 978，13 983.
[34]Chen C， Hou X， Zhang H， et al. Induction of Anthurium andraeanum‘Arizona’tetraploid by colchicine in vitro [J]. Euphytica. 2011（181）： 137-145.
[35]Rachmawati F， Winarto B， Purwito A. Inducement to shoot regeneration on callus from anther culture of Anthurium andreanum Linden ex Andre' cv. Tropical[J]. J Hort. 2007（2）： 107-117.
[36] 杜宝贵，黄丽娟，张志胜，等. 红掌花药培养[J]. 生物技术通报，2009（S1）：189-195.
[37] Winarto B， Mattjik N A， Teixeira da Silva J A， et al. Ploidy screening of anthurium （Anthurium andreanum Linden ex André） regenerants derived from anther culture [J]. Sci Hortic （Amsterdam）. 2010（127）： 86-90.
[38]Winarto B， Rachmawati F， Teixeira da Silva J A. New basal media for half-anther culture of Anthurium andreanum Linden ex André cv. Tropical[J]. Plant Growth Regul. 2011（65）： 513-529.