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物理的诱变剂有：
1）紫外灯发出的紫外线（UV）照射；
2）电磁辐射：
X射线发生器发出的X射线；
从放射性同位素钴60或铯137发出的射线；
3）微粒辐射：
从核反应堆发出的热中子或慢中子；
从放射性同位素磷32或硫35发出的β粒子（电子）。
化学诱变剂主要用于种子繁殖植物。
较常用的有：
叠氮化物、秋水仙碱、烷化剂、碱基类似物等。
1.物理的诱变因素
物理诱变因素的辐射能对植物诱发化学反应，结果造成DNA结构的变化。
这些变化如果在DNA中保持重复，证明是突变。
1.１紫外线的能量和穿透力低，能成功地用于处理花粉粒。
1.2电磁辐射和中子容易穿透植物组织。
1.3X射线：
辐射源是X光机。
X射线又称阴极射线，是一种电磁辐射，它不带电核，是一种中性射线。
一大部分的栽培作物用物理诱变剂诱发的突变是X射线辐射的结果。
X射线的反应在有氧时会加强。
1.4射线：
辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。
射线也是一种不带电荷的中性射线。
应用于植物育种的射线照射装置有照射室和圃场，前者用于急性照射，后者用于慢性照射。
1.5中子：
辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器。
根据中子能量大小分为超快中子、快中子、中能中子、慢中子、热中子。
在生物研究中，通常用慢中子或热中子。
热中子处理比用X射线照射更少受干扰因素的影响，如氧的浓度或温度。
对多数作物来说，包括苹果，中子是比X或射线更有效的诱变剂。
高密度中子主要造成氧独立的不可挽回的损害，包括染色体畸变。
1.6β射线：
辐射源为32P和35S。
β射线是一束电子流，产生与X或射线相似的作用。
32P和35S比X射线或射线射出较快的电子。
这些放射性同位素的半衰期32P为14.3天，35S为87天。
这些同位素作为化学溶液应用时，可以在生长期树的流液中诱变。
1.7近年来，诸如激光、电子束、微波等新的诱变剂也开始在果树育种上应用。
尤其是离子辐射，诱变频率约在6.8~12.0%之间，高于射线，且能诱导几个以上的性状同时突变，应用前景广阔。
1.7.1激光辐照诱变育种
激光和普通光相比，具有高方向性、高单色性和高亮度等基本特征。
因此，一旦某种激光的频率和生物体内某种物质分子振动频率相等，就会产生很强的共振，使该物质分子对这种激光产生吸收高峰。
能量的积累，引起分子内化学键断裂。
当这一分子与其它分子相互作用时，就会产生新的化学键，从而使化学性质发生改变，引起生物体性状的变异。
利用激光进行诱变育种研究，处理材料可以是植物的干种子或剥去种皮的裸胚、幼苗、根尖，也可以是未成熟的花器官、花粉及离体花药等。
常用的激光器有CO2激光、He-Ne激光、N2激光、红宝石激光等，照射剂量一般采用1~50J/cm2，时间可以短到1秒，长至数小时不等。
由于激光微束具有方向性好、光色单一、高亮度和高能量密度等特点，能准确地照射到事先选择好的细胞的某一特定部位或某一细胞器，使其产生选择性损伤，或进行显微手术，且不损伤邻近部位的细胞器或组织，从而达到某一特定的研究目的。
据报道，中科院遗传所利用激光微束把外源Gus基因导入水稻细胞，并得到瞬时表达。
王兰岚等利用激光微束切割染色体，成功地把蚕豆、小麦、玉米、大麦等的一条染色体切割成2~12个片段。
这一实验结果创建了激光显微切割高等植物染色体的技术，为进一步应用于植物染色体工程、基因定位及植物染色体片段DNA微克隆提供了可能。
可以预见，激光生物工程的崛起与发展，将有力推动植物基因工程的育种应用，使植物育种工作提高到一个新的阶段。
1.7.2离子注入诱变育种
离子注入是80年代初广泛应用于金属材料表面改性的一项高新技术。
1986年中科院等离子体研究所等单位在我国率先将此项技术应用于植物育种。
能量为几十至几百keV的核能离子通过发生器注入生物体内，在其到达终位前，将同靶材料中的分子、原子发生一系列的碰撞。
通过碰撞、级联和反冲碰撞，导致靶原子移位，留下断链或缺陷。
目前，离子注入植物品种改良已涉及几乎所有主要的粮食和经济作物。
据悉，育成的两个水稻新品种晚粳D9905和S9042米质优、抗性好，至1994年累计推广3万多公顷。
由于离子注入具有刻蚀作用，可以引起细胞膜透性和跨膜电场的改变，因此离子束介导的植物转基因技术一经建立，便初获成功。
安徽农科院等单位利用该法已Gus基因导入水稻和棉花带壁细胞，并将外源潮霉素抗性基因（hph）导入水稻种胚细胞，获得了转基因植株。
低能离子束介导外源基因转移直接利用种胚做外植体，省去了原生质体制备和再生植株的麻烦，便于大量操作和取材，为植物，尤其是农作物基因工程注入了新的活力。
1.7.3空间诱变育种
空间环境的显著特点是高真空、微重力和强辐射。
研究表明，植物种子由卫星、高空气球搭载经空间飞行后会发生遗传性变异，而且这种诱变作用具有普遍性。
我国自1987年以来7次利用返回式卫星搭载植物种子，从中获得了大量的变异类型，涉及到主要粮食及蔬菜作物，并已培育出一些新的突变类型和具有优良农艺性状的新品系。
利用高空气球搭载植物种子在海拔30~40千米高空滞留，同样可以获得优良的种质。
以上这几种新的诱变手段的研究与应用的时间不长，因此能否最终成为新的诱变因素或诱变源，不仅需要进一步验证其所依赖的理论机制，而且更需要从植物育种实践中进行鉴定，尤其是看能否高效率诱变出使用传统因素难以获得的突变体，或者迄今自然界罕见的种质材料。
物理诱变剂应用最广泛的是X射线、射线、β射线和中子等。
研究证明，果树方面按突变频率的大小，其顺序为中子＞射线（或X射线）＞β射线（Bender，1970）。
如改良苹果杂种时中子处理比X射线产生更大比例的二叉枝，用中子处理科兰特苹果得到全红突变体，X射线处理只能得到扇形变异。
据统计国际上育成的果树新品种中，射线育成的占67.6%，X射线育成的占14.8%，中子育成的占5.9%，其他物理诱变剂育成的占2.9%。
1．化学诱变剂
化学诱变剂在染色体中通过直接的化学作用发挥它们的功能。
2.1秋水仙碱
是由百合科的秋水仙的营养器官和种子中提取出来的一种药剂。
它的作用在于细胞分裂时可以抑制微管的聚合过程，阻止纺锤丝的形成，使染色体不能分向两极，从而产生染色体数目加倍的细胞。
主要用于诱变多倍体。
秋水仙碱处理草莓和杏曾诱发了多倍体、非整倍体和形态变异。
2.2烷化剂：
烷化剂是诱发突变最重要的一类突变剂。
它具有一个或多个活性烷基，这些烷基能置换DNA分子内的氢原子，在鸟嘌呤上最容易发生于N7位上置换，腺嘌呤则在N3位上置换，从而引起突变。
但也可能通过丢失嘌呤或更厂的断片，这样在DNA模板上就留下一个缺位，在复制时可能错误地选择一个碱基而产生异构型，导致性状突变。
法国L.Decourtye等用0.1%EMS处理苹果生长的枝条，获得早熟、果大、颜色好的新品种Belrene。
越南育种学家佣.02~0.04的MNH处理种子，获得2个枣子的变异种Daotien和Mahong。
常用的烷化剂有硫酸二乙脂（DES）、甲基磺酸乙酯（EMS）、甲基磺酸甲酯（MMS）、异丙基甲烷磺酸酯（iPMS）、芥子气类。
另外，亚硝基乙基脲烷（NEU）、亚硝基乙基脲（NEH）、亚硝基甲基脲烷（NMU）、乙烯亚胺（EI）、1,4-双重氮乙酰丁烷，也是有效的诱变剂，但是有毒，应用危险，是潜在致癌物质。
2.3核酸碱基类似物：
这一类化学物质具有与DNA碱基类似的结构，它们可以在不妨碍DNA复制的情况下，作为组成DNA的成分渗入到DNA分子中去，使DNA复制时发生偶然的配对上的错误，从而引起有机体的变异。
常用的有5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BUdR）、2-氨基嘌呤（AP）马来酰肼（MH）等。
2.4其它诱变剂：
报道过的药剂种类很多，如亚硝酸在pH5以下的缓冲液中，能使DNA分子的嘌呤和嘧啶基脱去氨基，使核酸碱基发生结构和性质改变，造成DNA复制紊乱。
此外尚有报道羟胺（NH2OH）、氮蒽、叠氮化钠（NaN3）等物质，均能引起染色体畸变和基因突变。
尤其是叠氮化物在一定条件下可获得较高的突变频率，而且相当安全，无残毒。
化学诱变剂与辐射的作用不同。
辐射可以产生较大的染色体突变，而化学诱变剂引起的染色体断裂局限于某些部位，较高的断裂出现在异染色质位置上。
某些化学诱变剂能产生更多的可见突变。
如用乙烯亚胺和环氧乙烷处理后，有价值的突变比射线处理出现的多，对一般作物其诱变效果有时甚至高于电离射线，因此有“辐射类似物”或超诱变剂之称。
但化学诱变剂的效应比较迟缓，诱发的断裂有时保持一个较长的潜伏期，特别是应用到植物的营养部分作用不明显。
其原因可能是药剂处理不是在分生细胞发育的最适合的时期，且突变体中大多是由染色体畸变引起的，从而使化学诱变剂在果树上的应用远不如物理诱变剂广泛。
近年来，随着离体培养技术的发展，化学诱变剂的应用逐渐受到重视，尤其在培养基中加入化学诱变剂能增加遗传变异这一特点，引起育种学家的关注。
3.诱变剂的选择
在选择诱变剂时，要考虑下列标准：
（1）诱变剂的有效性---诱变剂的每个处理单位的突变频率；
（2）效率---突变频率与不需要的效应，例如染色体畸变、不育性和致死现象的比例；
（3）专一性---专性突变的诱发或被一专化诱变剂引起的染色体断裂。
在营养繁殖植物上比较不同诱变剂作用的经验很少。
诱发苹果突变，热中子比X射线更有效（Bishop,1959）。
诱变剂的效率值得最大的注意。
诱变剂引起较高比例的从小的突变至激烈变化是通常愿意的。
在营养繁殖植物中，许多有害的染色体畸变会活着，而在有性繁殖中，他们将在配子形成和竞争中被除去。
因此应避免大的突变。
但是，在基因传递计划中，大突变是有用的，特别是他们在背景中有一很好适应的品种。
已知化学诱变剂有利于小突变，化学剂是比X或射线更有效的诱变剂。
如果用物理诱变剂，宁可用X或射线低密度而不用高密度中子照射，以把总体的染色体畸变和随后的不育性减到最少。
在辐射的苹果材料，一个普遍问题是难于把改进的生长型和满意的果实特性结合起来。
用低密度辐射适度处理被看作对问题的部分补救。
可以用选择诱变剂和改变预处理、处理及后处理的条件来达到诱变剂的专一性。
在DNA中最初的化学过程和看得到的突变之间的许多阶梯能受胞内的和胞外的环境（氧气、水分和温度）变更的影响。
用这些方法，DNA的重复和矫正过程能受影响并达到某种程度的专一性（Konzak等，1972；
Nilan，1972；
Smith，1972）
单一因素如单纯用射线、中子或某种化学诱变剂，虽能引起某些性状的突变，但诱变效果不够理想，诱变谱也较单纯。
采用理化因素复合处理，可产生累加效应或超累加效应，可能是辐射处理改变了细胞膜的完整性，促进了化学诱变剂的吸收。
在农作物的诱变育种中，已推荐使用射线+EMS、射线+SA和SA+EMS复合处理。
果树育种学家们也在理化因素复合处理方面做了大量摸索，但尚未获得商品品种。
第三节诱变的方法
1.植物材料的选择
在一个典型的品种改良计划中，诱变处理的植物材料一般是一个较好的品种，但需要改进一个特定的特性。
单倍体是一个突变研究的适用材料，因为隐性和显性突变两者都能加以鉴别。
随后染色体加倍结果成为纯合的基因型。
应用无病毒材料是很重要的。
病毒常常显示新的症状，因此掩盖或模仿某些突变的表现。
分布不匀的病毒症状可能给予是突变的嵌合分布的印象。
突变发源于单细胞。
为了使突变能在整个植物中显示出来，用于诱变处理的目标物必须是分生组织的组织或细胞。
虽然几乎所有的植株部分都能诱发发育分生组织的组织，叶芽或播种苗的茎尖分生组织是典型的处理目标；
胚珠、花粉和小孢子也有应用。
种子能用化学诱变剂方便地处理。
对于高度杂合的果树后代，在种子和花粉处理中，突变体和遗传重组体之间难以区别。
例外的是绝对无融合生殖体。
因此无融合生殖的种子是用于诱变研究的方便材料。
处理合子或原胚比处理种子好一些，因为产生嵌合体的机会减至最小。
体细胞组织中的突变，通常是用诱变剂处理叶芽。
嫁接树上的芽能耐受0.5—1.0千伦琴的照射，照射量较高于照射后再嫁接的接穗上的芽。
由于在诱变处理后立即活跃生长有利于突变体的恢复，所以用嫁接树进行照射较好。
叶芽的顶端分生组织或种子是由许多细胞组成的极为复杂的结构。
如果在其中的一个细胞中诱发突变，它在分裂中会和其他未受影响的细胞竞争。
如果突变细胞分裂并形成细胞线，则形成的茎尖分生组织成为嵌合体。
显然，分生组织由少数细胞组成则更好些。
一个叶芽中的细胞数可以用高剂量的处理来减少，目的是杀死大部分分生组织细胞。
靠近茎尖新发育的芽比休眠芽细胞数少，但这种类型的芽在苹果上不实用。
因为用于嫁接的苹果叶芽已经发育相当数量细胞，而且在从8月照射与嫁接到芽次春活动发育之间的休眠期，已消失大部分潜在突变。
另外，位于节上邻近主芽的副芽，比主芽的细胞少，我们可以去掉主芽迫使副芽发育成枝条，例如甜樱桃和葡萄。
2.辐射诱变的方法
2.1外照射
指放射性元素不进入植物体内，而是利用其射线（X射线、射线、中子）照射植物整个器官。
这种方法简便，在诱变育种中比较常用。
2.1.1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。
慢性照射即田间辐射场，用低剂量率在植物的某一个生长期内进行长时间连续照射。
慢照射比急照射对材料的损伤轻，形态畸变少，而且诱变效果稳定。
2.1.2根据照射植物的器官组织不同可分为：
种子照射、花粉照射、营养器官照射、子房照射等等。
2.1.2.1种子照射
可采用干种子、湿种子或萌动的种子进行照射。
照射种子操作简单，体积小，处理数量多，并易于贮存和运输。
但从播种到开花结果时间长，植株占地面积大。
供照射的种子材料应预先经过精选，要求有较高的纯度，不含夹杂物。
照射后应及时播种，过早进行种子照射处理，容易产生贮存效应。
（如用干燥种子照射，并在干燥有氧条件下贮存，可使损伤加剧）。
2.1.2.2花粉照射
花粉照射的方法有两种，一种先将花粉收集于容器内，经照射后立即授粉，这种方法适于那些花粉生活力强，寿命长和花粉量大的果树；
另一种是直接照射植株上的花粉，可以用手提式的辐射装置或在田间辐射圃进行田间照射。
花粉照射的最大优点是很少产生嵌合体，经辐射的花粉一旦产生突变，与卵细胞结合所产生的植株即是异质结合体。
照射前使花粉水合或照射未成熟的花粉，能增加诱变剂的效率。
为了避免嵌合现象，Devreux和deNettancourt（1974）建议用单核小孢子。
最敏感的时期是单核小孢子DNA周期的G2，那时细胞含有4CDNA（含有四倍体DNA）。
保加利亚的A.Angelor（1981）用射线照射后的桃子Duphishka的花粉和Halle杂交，获得高产、大果、质优的Plovdiv6新品种。
Donini认为辐射后的花粉用于杂交可以提高后代的变异率，且辐射处理后的花粉和未经处理的卵细胞结合，常可获得非嵌合体的同质突变体植株。
2.1.2.3营养器官照射
用枝条、块茎或嫁接苗等进行照射处理，是果树辐射诱变常用的方法，可以提高突变频率，并且比照射花粉和种子具有结果早、鉴定快等特点。
照射的枝芽应选择组织充实、生长健壮、芽眼饱满的芽条，照射后嫁接易于成活。
Bauer,L.D.sparnay和C.broerjes等进行辐射处理时，把接穗或插条的基部屏蔽，可减少辐射损伤，提高接穗或插条繁殖成功的机会。
同时这种方法还可以提高剂量，获得更高的变异频率。
英国Campbell和Lacey（1973）用射线照射浸在水深1cm处苹果Bramely实生的接穗，发现这种处理比大气中照射具有更高的嫁接成活率。
重复和累进照射可以提高突变频率，法国Lantin和Dcourtye（1971）报道对苹果的无性系变异1代（VM1）进行重复照射比单照射1次获得更高的变异频率，后代中有15%的突变体。
他们用重复照射的方法，获得了5个商品品种。
通常，冬季完全休眠的接穗或插条在将要嫁接或种植前照射。
经验表明，照射膨大芽的接穗或插条比处理休眠芽更成功（Lapins等1969;
Broertjes和VanHarten1978）。
此外，在芽膨大的不同阶段照射可以得到不同的突变谱。
从解剖学的研究和分析指出，受处理的芽原基所包含的细胞越少越好，照射后可得到最多的突变体。
2.1.2.4子房照射
照射子房也具有不易产生嵌合体的优点，辐射处理子房不仅有可能诱发卵细胞突变而且可能影响受精作用，诱发孤雌生殖。
对自花授粉植物应先去雄，辐射后用正常花粉授粉。
2.1.2.5其它器官照射
由于离体培养技术的发展，采用愈伤组织、单细胞、原生质体以及单倍体等材料进行辐射处理，可以避免或减少嵌合体的形成，已日益受到重视。
2.2内照射
将放射性元素引入植物体内，由它放射出的射线在体内进行照射。
内照射具有剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等优点。
放射性元素引入植物体内的方式有浸泡法、注射或涂抹法、施肥法／饲喂法等。
2.2.1浸泡法
将放射性同位素32P、35S等配成一定比例浓度的溶液，浸泡种子或枝芽，使放射性物质渗入组织内部进行照射。
2.2.2注射或涂抹法
用放射性同位素溶液注射枝条和芽，或涂抹于叶面、芽或枝上，或枝条刻伤处，以便内吸照射。
2.2.3施肥法
将放射性同位素施入土壤中（或加入培养基中），利用植物根部吸收作用，吸入体内照射。
在辐射过程中，应注意安全防护工作，严格遵守放射性物质处理操作规程。
特别是内照射处理材料带有放射性物质，对人体会引起放射性损伤，要严禁食用和做饲料。
其后代果品经过检验，确定无放射性物质存在，方可作为商品销售。
其使用的器具以及受污染的土壤、枯枝、落叶等，须经严格处理，避免放射性物质扩散。
2.3适宜剂量和剂量率的选择
选择适宜的剂量和剂量率是比较复杂的问题。
如果照射量过低，不易获得理想的诱变效果；
若照射剂量过高，又易使被照射植物大量死亡，也同样得不到好结果。
对剂量和剂量率选择的原则，可根据“活、变、优”三方面要求灵活加以掌握。
活——后代要有一定的成活植株；
变——在一定的成活植株中，有较大的变异效应；
优——产生的变异有较多的有利突变。
一般认为，照射种子或枝条最好的照射剂量应选择在临界剂量附近，即被照射的种子或芽成活率为40%；
或半致死剂量，即辐射后成活率为50%；
若处理材料为整株苗木，可选半致矮剂量，即辐射后生长量减少至对照的50%左右。
国外研究指出，采用存活率为60%~75%的中等剂量照射果树接穗效果较好；
或者用几种剂量比较稳妥。
另外，照射剂量相同，而剂量率不同，其效果也不一样。
因此在注意剂量选择的同时，亦不可忽视剂量率的影响。
剂量率通常以50~200伦琴/分钟为宜。
由于对果树辐射诱变适宜剂量的研究还不够深入，所以应在前人试验的基础上进行预备实试验。
3. 化学诱变的方法
3.1操作步骤和处理方法
3.1.1药剂配制：
诱变处理时通常先将药剂配成一定浓度的溶液。
有些药剂在水中不溶解，如硫酸二乙酯溶于70%的酒精，可先用少量酒精溶解后再加水配成所需浓度。
有些药剂如烷化剂类在水中很不稳定，能与水起“水合作用“，产生不具诱变作用的有毒化合物，因此诱变时应使用新配制的溶液。
最好将它们加入到磷酸缓冲液中使用，几种诱变剂所需0.01mol/L磷酸缓冲液的pH分别为：
EMS和DES为7，NEH为8。
氮芥在使用时，先配成一定浓度的氮芥盐水溶液和碳酸氢钠水溶液，然后将二者混合置于密闭瓶中，二者即发生反应而放出芥子气。
3.1.2试材预处理：
在化学诱变剂处理前，将干种子预先用水浸泡，可以提高其对诱变的敏感性。
试验证明，浸泡能提高细胞膜透性，加速诱变剂的吸收，同时使细胞代谢活跃起来，并促进DNA的合成，这个现象称为水合作用。
试验表明，当细胞处于DNA合成阶段（S阶段）时，对诱变剂最敏感。
一般诱变剂处理应在S阶段之前进行。
浸泡时温度不宜过高，通常用低温把种子浸入流动的无离子水或蒸馏水中。
此外，将材料浸泡在生长素溶液中，有提高化学诱变的效应，这显然是因为植物组织在生长调节剂影响下，大部分细胞进入水合阶段，因而对诱变剂特别敏感。
对一些需层积处理以打破休眠的植物种子，药剂处理前可用正常层积处理代替用水浸泡。
3.1.3药剂处理：
当种子进入水合阶段后便可进行药剂处理，根据诱变材料的特点和药剂的性质，处理方法有以下几种：
3.1.3.1浸渍法：
将种子、枝条、块茎等浸入一定浓度的诱变剂溶液中，或将枝条基部插入溶液，通过吸收使药剂进入体内。
3.1.3.2涂抹或滴液法：
将药剂溶液涂抹或缓慢滴在植株、枝条或块茎等处理材料的生长点或芽眼上。
3.1.3.3注入法：
用注射器将药液注入材料内，或先将材料人工刻伤成切口，再用浸有诱变剂溶液的棉团包裹切口，使药液通过切口进入材料内部。
3.1.3.4熏蒸法：
在密封的容器内使诱变剂产生蒸汽，对花粉等材料进行熏蒸处理。
3.1.3.5施入法：
在培养基中加入低浓度诱变剂溶液，通过根部吸收进入植物体。
3.1.4药剂处理后的漂洗：
经药剂处理后的材料必须用清水进行反复冲洗，使药剂残留量尽可能地降低以终止药剂处理作用，避免增加生理损伤。
一般约需冲洗10~30分钟甚至更长时间。
有试验报道在处理后使用化学“清除剂”，能显著降低种子重新干燥所引起的损伤。
常用的清除剂有硫代硫酸钠等。
经漂洗后的材料应立即播种或嫁接，有些不能立即播种而需暂时贮藏的种子，应经适当干燥后贮藏在0℃左右低温条件下。
3.2影响化学诱变效应的因素
影响化学诱变效应的因素很多，除不同诱变剂本身的理化特性和被处理材料的遗传类型及生理状态外，还有以下几点：
3.2.1浓度和处理时间：
通常是高浓度处理时生理损伤相对增大，而在低温下以低浓度长时间处理，则M1植株存活率高，产生的突变频率也高。
适宜的处理时间，应是使被处理材料完全被诱变剂所浸透，并有足够药量进入生长点细胞。
对于种皮渗透性差的某些果树种子，则应适当延长处理时间。
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