诱变育种（mutation breeding）在人为的条件下，利用物理、化学等因素，诱发生物体产生突变，从中选择，培育成动植物和微生物的新品种。
基本信息
简介
诱变育种是指用物理、化学因素诱导动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/个体，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。
发展简史
1927年美国H.J.马勒发现
X射线能引起
果蝇发生
可遗传的变异。1928年美国L.J.斯塔
特勒证实X射线对玉米和大麦有诱变效应。此后，瑞典H.
尼尔松－埃赫勒和A.
古斯塔夫森在1930年利用辐射得到了有实用价值的大麦突变体；D.托伦纳在1934年利用X射线育成了优质的烟草品种“赫洛里纳”。1942年，C.奥尔巴克发现
芥子气能导致类似X
射线所产生的各种突变，1948年A.古斯塔夫森用芥子气诱发大麦产生突变体。50年代以后，诱变育种方法得到改进，成效更为显著，如美国用X 射线和中子引变，育成了用杂交方法未获成功的抗枯萎病的
胡椒薄荷品种Todd's Mitcham等。70年代以来，诱变因素从早期的
X射线发展到
γ射线、
中子、多种
化学诱变剂和
生理活性物质，诱变方法从单一处理发展到复合处理，同时，诱变育种与
杂交育种、
组织培养等密切结合，大大提高了诱变育种的实际意义。
中国在宋朝宣和年间曾有用药物处理
牡丹的根，从而诱发花色变异的记载。但用现代方法进行诱变育种，则始于50年代后期。1965年以后各地陆续用此法育成了许多优良品种投入生产。据1985年的不完全统计，诱变育成的农作物优良品种有190多个。
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、化因素的
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。中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。
方法
物理诱变
应用较多的是
辐射诱变，即用
α射线、
β射线、
γ射线、Χ射线、中子和其他
粒子、
紫外辐射以及
微波辐射等物理因素诱发变异。当通过辐射将
能量传递到生物体内时，生物体内各种分子便产生电离和激发，接着产生许多
化学性质十分活跃的自由原子或自由基团。它们继续相互反应，并与其周围物质特别是
大分子核酸和蛋白质反应，引起分子结构的改变。由此又影响到细胞内的一些
生化过程，如DNA合成的中止、各种酶活性的改变等，使各部分结构进一步深刻变化，其中尤其重要的是
染色体损伤。由于
染色体断裂和重接而产生的染色体结构和数目的变异即
染色体突变，而DNA分子结构中
碱基的变化则造成
基因突变。那些带有染色体突变或基因突变的细胞，经过细胞世代将变异了的
遗传物质传至性细胞或
无性繁殖器官，即可产生生物体的
遗传变异。
目前一种新型高效的物理诱变方法——氦气
常压室温等离子体诱变育种技术广泛应用于细菌、真菌、放线菌、霉菌、藻类、大型真菌、植物及
动物细胞。以高纯氦气为工作气体，利用射频辉光放电原理，在常温常压状态下产生高能量的
等离子体，其富含的高能化学活性粒子能够对菌株/植物/动物细胞产生高强度遗传物质损失，进而利用细胞启动的SOS高容错率修复机制，产生种类多样的错配位点，最终形成了遗传稳定、种类丰富的突变株。研究发现，由于氦气是最小的单原子分子，其激发后释放出来的活性粒子能量最高，达到19.8eV，而其他气体等离子体的活性粒子能量均比氦等离子体低很多。
诱变处理的材料宜选用综合性状优良而只有个别缺点的品种、
品系或杂种。由于材料的
遗传背景和对
诱变因素的反应不同，出现有益突变的难易各异，因此进行诱变处理的材料要适当多样化。由于不同科、属、种及不同品种植物的
辐射敏感性不同，其对诱变因素反应的强弱和快慢也各异。如十字花科白菜的敏感性小于禾本科的水稻、大麦，而水稻、大麦的敏感性又小于豆科的大豆。另外，辐射敏感性的大小还同植物的倍数性、
发育阶段、生理状态和不同的器官组织等有关。如二倍体植物大于多倍体植物，大粒种子大于小粒种子，幼龄植株大于老龄植株，萌动种子大于休眠种子，性细胞大于体细胞等。根据
诱变因素的特点和
作物对诱变因素敏感性的大小，在正确选用处理材料的基础上，选择适宜的诱变剂量是诱变育种取得成效的关键（表1）。适宜诱变剂量是指能够最有效地诱发作物产生有益突变的剂量，一般用
半致死剂量（
LD50）表示。不同诱变因素采用不同的剂量单位。Χ、
γ射线线吸收剂量以拉德（rad）或
戈瑞（GY）为单位，
照射剂量以
伦琴（R）为单位，
中子用注量表示。同时要注意单位时间的照射剂量（剂量率、
注量率）以及处理的时间和条件。
辐照方法分外照射和
内照射两种，前者指被照射的植物接受来自外部的
γ射线源、Χ射线源或
中子源等辐射源辐照，这种方法简便安全，可进行大量处理。后者指将
放射性物质（如32P、35S等）引入植物体内进行辐照，此法容易造成污染，需要防护条件，而且被吸收的剂量也难以精确测定。干种子因便于大量处理和便于运输、贮藏，用于辐照最为简便。
化学诱变
化学诱变除能引起
基因突变外，还具有和辐射相类似的生物学效应，如引起
染色体断裂等，常用于处理迟发突变，并对某特定的
基因或核酸有
选择性作用。
化学诱变剂主要有：①烷化剂。这类物质含有1个或多个活跃的烷基，能转移到
电子密度较高的分子中去，置换其他分子中的氢原子而使
碱基改变。常用的有
甲基磺酸乙酯（EMS）、
乙烯亚胺（EI）、
亚硝基乙基脲烷（NEU）、亚硝基
甲基脲烷（NMU）、
硫酸二乙酯（DES）等。②核酸
碱基类似物。为一类与DNA碱基相类似的化合物。渗入DNA后，可使DNA复制发生配对上的错误。常用的有
5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧
尿核苷（BudR）等。③抗生素。如
重氮丝氨酸、丝裂毒素C等，具有破坏DNA和核酸的能力，从而可造成
染色体断裂。
化学诱变主要用于处理种子，其次为处理植株。种子处理时，先在水中浸泡一定时间，或以干种子直接浸在一定浓度的
诱变剂溶液中处理一定时间，水洗后立即播种，或先将种子干燥、贮藏，以后播种。植株处理时，简单的方法是在
茎秆上切一浅口，用
脱脂棉把诱变剂溶液引入植物体，也可对需要处理的器官进行注射或涂抹。应用的
化学诱变剂浓度要适当（表2）。
处理时间以使受处理的器官、组织完成
水合作用和能被诱变剂所浸透为度。化学诱变剂大都是潜在的致癌物质，使用时必须谨慎。
存在问题
诱变育种存在的主要问题是有益
突变频率仍然较低，变异的方向和性质尚难控制。因此提高诱变效率，迅速鉴定和筛选突变体以及探索
定向诱变的途径，是当前研究的重要课题。
后代处理
经诱变处理产生的诱变一代，以M1表示。由于受射线等
诱变因素的抑制和损伤，M1的发芽率、出苗率、成株率、结实率一般较低，发育延迟，植株矮化或畸形，并出现
嵌合体。但这些变化一般不能遗传给后代。诱变引起的
遗传变异多数为隐性，因此M1一般不进行选择，而以单株、单穗或以处理为单位收获。诱变二代（M2）是变异最大的世代，也是选择的关键时期，可根据育种目标及性状遗传特点选择优良单株（穗）。多数变异是不利的，但也能出现早熟、杆矮、抗病、抗逆、品质优良等有益变异，变异频率约为0.1～0.2%。诱变三代（M3）以后，随着世代的增加，
性状分离减少，有些性状一经获得即可迅速稳定。经过几个世代的选择就能获得稳定的优良突变系，再进一步试验育成新品种。具有某些突出性状的突变系，还可用作杂交亲本。