常用化学诱变剂的种类及作用机制
微生物育种复习题(答案)
微生物育种学复习题题型包括填空、选择、名词解释、简答题、问答题名词解释转换:嘌呤与嘌呤之间，嘧啶与嘧啶之间发生互换称为转换置换：在DNA链上的碱基序列中一个碱基被另一个碱基代替的现象称为置换颠换：一个嘌呤替换另一个嘧啶或一个嘧啶替换另一个嘌呤的现象称为颠换移码突变：碱基序列中有一个或几个碱基增加或减少而产生的变异。
转导：由噬菌体将一个细胞的基因传递给另一细胞的过程。
它是细菌之间传递遗传物质的方式之一。
其具体含义是指一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。
转染：指真核细胞由于外源DNA掺入而获得新的遗传标志的过程。
常规转染技术可分为瞬时转染和稳定转染（永久转染）两大类。
端粒：是染色体末端的一个区域，该区域含有DNA重复序列，当体细胞衰老时，重复序列的数量将逐渐减少。
异核体：两株基因型不同的菌株菌丝体在培养过程中紧密接触，接触部分细胞壁溶解、联结、融合、细胞质交流，在共同的细胞质里存在着两个细胞核。
准性生殖：两个体细胞的核融合，及同源染色体的交换，直至基因重组，完成了和有性繁殖相似的繁殖过程。
原生质体：指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。
富集：某些物质通过水、大气和生物作用而在土壤或生物体内显著积累的作用。
基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基，含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。
选择培养基（及各种类培养基概念）：根据微生物的特殊营养需求或其对某些物理、化学因素的抗性而设计的培养基，用来将某种或某类微生物群体中分离出来，具有使混合菌样中劣势菌变为优势菌的功能，广泛用于菌种筛选等领域。
完全培养基:凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。
补充培养基:凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基。
富集培养：是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特性设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适环境下迅速生长繁殖，数量增加，由自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种以利分离到所需要的菌株。
10 诱变育种
第二节物理诱变
例.果树休眠枝，高剂量照射，出现盲枝（几年内无生
长量，无法筛选）。而致死剂量为LD25-40，即存活率为 60-75%时，成活接穗中，盲枝比率低，有较多有利突变。 诱变效果决定于：剂量、剂量率和材料敏感性。 不同植物种类、不同品种、不同组织、不同发育阶段， 其生理状态不同对辐射敏感性差异很大。 不同种类耐辐射性：十字花科>禾本科>豆科；杂交种>常 规品种>自交系。 同一种或品种辐射性：根<枝；枝<种子；性细胞<体细胞； 卵细胞<花粉细胞；发芽种子<休眠种子；绿枝<休眠枝； 幼龄植株<成龄植株。
第二节物理诱变
• 急性照射：指在短时间内将要求总的照 射剂量照射完毕。通常在钴室进行。适 用于各种材料。 • 慢性照射：指在较长的时期内（甚至整 个生长期）将所要求的总剂量照射完毕。 通常在照射圃场进行。适用于植株照射。 • 重复照射：指在植物几个世代（包括有 性或营养世代）中连续照射。
第二节物理诱变
1μCi=3.7×104个核衰变/秒=3.7×104Bq
第二节物理诱变
四、适宜剂量和剂量率选择
活--后代有一定成 活率； 变--指成活个体中 有较大变异效应； 优--指变异中有较 多有利突变。
选择适宜剂量的原则"活、变、优"。 辐射育种中，当剂量增加到一定限度时，材料全部死亡， 这时的剂量叫"致死剂量"（LD100）。 适宜剂量一般选"半致死剂量"或"临界剂量"。 半致死剂量（LD50）：照射后存活率为对照的50%时的剂 量值。 临界剂量：照射后存活率为对照的40%时的剂量值。 实践中大多采用临界剂量作为适宜剂量。 注意：高剂量不仅造成大量死亡，导致选择几率降低， 而且造成染色体较大损伤，导致较大比例的有害突变。
常用化学诱变剂的种类及作用机制
常用化学诱变剂的种类及作用机制（一）烷化剂是栽培作物诱发突变的最重要的一类诱变剂。
药剂带有一个或多个活泼的烷基。
通过烷基置换，取代其它分子的氢原子称为烷化作用所以这类物质称烷化剂。
烷化剂分为以下几类：1.烷基磺酸盐和烷基硫酸盐代表药剂：甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES）2.亚硝基烷基化合物代表药剂：亚硝基乙基脲（NEH）、N-亚硝基-N-乙基脲烷（NEU）3.次乙胺和环氧乙烷类代表药剂：乙烯亚胺（EI）4.芥子气类氮芥类、硫芥类烷化剂的作用机制--烷化作用作用重点是核酸，导致DNA断裂、缺失或修补。
（二）核酸碱基类似物这类化合物具有与DNA碱基类似的结构。
代表药剂：5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR）为胸腺嘧啶（T）的类似物2-氨基嘌呤（AP）为腺嘌呤（A）的类似物马来酰肼（MH）为尿嘧啶（U）的异构体作用机制：作为DNA的成份而渗入到DNA分子中去，使DNA复制时发生配对错误，从而引起有机体变异。
（三）其它诱变剂亚硝酸能使嘌呤或嘧啶脱氨，改变核酸结构和性质，造成DNA复制紊乱。
HNO2还能造成DNA双链间的交联而引起遗传效应。
叠氮化钠(NaN3)是一种呼吸抑制剂，能引起基因突变，可获得较高的突变频率，而且无残毒。
用秋水仙素诱导多倍体。
秋水仙素是从百合科植物秋水仙的器官和种子中提取出来的一种剧毒的植物碱。
纯品为无色或淡黄色针状结晶，熔点155℃，有苦味，易溶于冷水、酒精、氯仿和甲醛。
通常用水或酒精作溶媒。
（1）秋水仙素诱导多倍体的原理秋水仙素与正在分裂的细胞接触后，可抑制微管的聚合过程，不能形成纺锤丝，使染色体无法分向两极，从而产生染色体加倍的核。
适宜浓度的秋水仙素溶液，能阻碍纺锤丝的形成，但对染色体结构无明显影响。
处理的细胞在一定时间内可恢复正常，重新进行分裂。
（2）秋水仙诱导多倍体应注意的问题①注意诱变材料的选择选主要经济性状优良的品种；选染色体组数少的品种因为倍性高的种在进化过程中已经利用了它的多倍性。
诱变剂
亚硝酸能使嘌呤或嘧啶脱氨，改变核酸结构和性质，造成DNA复制紊乱。HNO2还能造成DNA双链间的交联而引 起遗传效应。叠氮化钠(NaN3)是一种呼吸抑制剂，能引起基因突变，可获得较高的突变频率，而且无残毒。
物理诱变
0 1
1等离子体
0 2
2紫外线
0 3
3γ-射线
0 4
4激光
0 5
5微波
0 6
6离子束
谢谢观看
潜在危害
环境诱变剂对人体健康的潜在危害。从接触诱变剂到产生有害后果。有时需要很长时间；如果是作用于生殖 细胞的话，那么要在下一代，甚至几代以后才表现出来。例如，长期遭受日光照射的海员、渔民、牧民，在身体 暴露处发生皮肤癌的几率较大，发病期可以在10～40年以后，平均发病年龄在70岁以上，开始是色素沉着和角质 增生，继之发生癌变。
微波辐射属于一种低能电磁辐射，具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz，对生物体具有热效应和 非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升，从而引起生理生化反应；非热效应指在微波作用下，生 物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下，生物体会产生一系列突变效应。因而, 微波也被用于多个领域的诱变育种，如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种，并取得了一定成果。
常压室温等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma）的简称，能够在大气压下产生温度在 25-40 °C之间的、具有高活性粒子（包括处于激发态的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子 体射流。按照热力学平衡状态，等离子体可分为三种：完全热力学平衡等离子体（也称高温等离子体，其电子温 度（Te）、离子温度（Ti）和中性粒子温度（Tn）完全一致），局部热力学平衡等离子体（也称热等离子体， Te≈Ti≈Tn=3×10~3×10），以及非热力学平衡等离子体（也称冷等离子体，其Te≥Ti，Ti≈Tn）。
诱变育种
变异广泛。
化学诱变：化学药剂与遗传物质发生生化反应， 结果多是基因的点突变。
三、化学诱变的方法
1、试材预处理 干种子预先浸泡，使细胞活泼，增加敏感性，还可
提高膜透性。
细胞处于DNA合成阶段（S）时，对诱变剂最敏感。
诱变处理应在S阶段之前进行。
2、药剂处理 1）浸渍法 2）涂抹法和滴液法 3）注入法 4）熏蒸法：试剂一般是沸点较低的液体或易升华的固 体，或用专门装置发生气态诱变剂（如芥子气类）。
免与皮肤接触或吸入它们的气体。进行诱变处
理时一般多在具有通风管密闭超净工作台上进
行。操作时应戴乳胶手套以免与皮肤接触。
亚硝酸：能使嘌呤或嘧啶脱氨，改变核酸结
构和性质，造成DNA复制紊乱。
二、化学诱变的优点
1、使用经济方便
只需少量的药剂和简单的设备。 2、有一定专一性 特定的化学药剂，仅对某个碱基或几个碱基有作用， 因此可改变某品种单一不良性状，而保持其他优良性状不 变。
3、破坏性较小，多引起基因的点突变 辐射诱变：诱变因高能射线造成，染色体结构
20世纪70年代后期，植物辐射诱变育种开始应用于蔬菜、
糖料、瓜果、饲料、药用和观赏植物育种。 9个品种获国家发明奖，包括：水稻原丰早、棉花鲁棉1号、
大豆铁丰18和黑农26等
第二节
辐射诱变
一、辐射诱变因素及特性
辐射诱变：是指利 用各种辐射因素诱导生 物体遗传特性发生变异 的方法。也称物理诱变 因素，分为电磁辐射和 粒子辐射。 常用的辐射诱变因 素：X射线，中子，离 子束，电子束，同步辐 射，紫外线，激光，质 子等
份“冒名顶替”进入DNA结构中充当碱基，从而形
成异种DNA，进而导致碱基配对的差错，引起点突
变。
第四章诱变剂
挑单菌落 筛选
平板涂布培养 使之诱变
加入5-BrU，混匀 (终浓度：25-40ug/ml)
2物学上的烷化剂是指在正常的生理条件下， 能将其烷基转移给重要的生物大分子的一类化合物。 最早发现的烷化剂是氮芥子气。
2.烷化剂的种类：根据分子中烷基的数目多寡，可将烷 化剂分为单功能和双功能的烷化剂两大类。
五、 羟化剂（羟胺） 性质：白色晶体，溶于水，不稳定易分解，易吸潮。 1. 诱变机制：具有特异性，专一地诱发G:C 换。 A:T的转
2. 诱变处理方法：将羟胺加入培养基中，使浓度为0.1～ 0.5％ ，然后接入菌体，适温下培养1～2h。
六、金属盐类
主要有氯化锂、硫酸锰等。一般作为助诱变剂与其它诱 变剂复合处理。 七、其它
3、紫外线诱变的步骤与方法 ⑴ 出发菌株 细菌：培养到对数期；霉菌、放线菌：孢子刚成熟。 ⑵ 前培养 ①制备营养丰富培养基 ②将菌体培养到最佳生理状态 ⑶ 制备菌悬液 方法： 离心 生理盐水悬浮，玻璃珠分散 过滤
要求：分散度：90％-95％ 菌体浓度：细菌：1×108ml-1;放线菌107～108ml-1 霉菌： 106～107ml-1
需能量。
吸收剂量（符号为D）和吸收剂量率 适合于γ射线、β射线、中子等任何电离辐射。 吸收剂量：指被照射物某一点上单位质量中所吸收的能 量值。 国际单位：戈瑞（Gy） 1kg被照射物吸收电离辐射的能量为1J（焦耳）时称为 1Gy。即：1Gy=1J/kg。 原专用单位：rad（拉德） 1rad=10-2J/kg=10-2Gy 即： 1Gy=100rad 吸收剂量率：是指单位时间内的吸收剂量。 单位：Gy/h Gy/min Gy/s rad/h rad/min rad/s
4.高能电子流：是较强的电离辐射。
园艺植物育种学：第十章 诱变育种
注量率
是指单位时间内进入单位截面积的中子 数。 单位为n/cm2·min（中子数/平方厘米·分）。
放射性强度单位
放射性同位素引入植物体内照射时，常以引入体 内的放射性同位素的强度表示剂量的大小。 放射性强度是指放射性物质在单位时间内发生的 核衰变（原子蜕变）数。单位时间内发生的核衰 变数目愈多，放射强度就愈大。 国际单位是Bq（贝克雷尔），定义是放射性核衰 变每秒衰变一次为1Bq。 暂时并用单位是Ci（居里，Curie）。定义是任何 放射性同位素每秒钟有3.7×1010核衰变。单位太大 ，常用mCi（毫居里）和μCi（微居里）。
意义和成就
将构成非生物的基础和核心的原子核，与构成生物的 基础和核心的细胞核或核物质（核酸），联系起来。
即把由原子核中释放出来的巨大能量，作用于生物细 胞核或核酸，它孕育着惊人的变异潜能，可大大加速人 工进化的进程，丰富生物的变异类型，给育种工作开创 了新的局面。
新中国成立以来，我国育成了很多的水稻、小麦、棉 花、玉米、大豆、油菜、绿肥、花卉、蔬菜、果树等作 物的辐射新品种。
缩短育种年限
园艺作物多年生营养系品种，用辐射育种 处理营养器官，可省去杂交育种时的杂交、 播种等程序，不需经历杂种实生苗的童期。
如法国的德考提亚（L.Decourtye，1970） 用 辐 射 诱 变 育 成 的 苹 果 品 种 Lysgolden ， 从 处理树苗到定为商品品种仅8年，而用杂交 育种法育成一个苹果品种一般需15—20年。
其他特点和用途（2）
⑹创造不育性，获得无籽果实新类型。日本用染色体易 位法，诱发染色体结构变异，获得了无籽西瓜。 ⑺创改伴性遗传。创造具有伴性标志性状（伴随性别出 现的性状）的品种。例如在家蚕养殖中，日本根据雄蚕 高产优质，用电离辐射使雌蚕带有伴性标志性状，而淘 汰雌蚕，使蚕丝产量、质量提高。 ⑻产生平衡致死效应(balanced lethal)。即导致同质基因 结合的合子个体死亡，异质基因结合的合子个体生存。 诱发染色体易位，使其后代成为“永久杂合体”，以固 定杂种优势，获得稳定的杂种。 ⑼诱发非整倍性染色体数目变异。以获得单体、缺体、 三体等材料，在遗传育种研究上具有特殊用途。 ⑽创造无性繁殖作物新品种。即诱发体细胞突变。
常用化学诱变剂的种类及作用机制
常用化学诱变剂的种类及作用机制(1)碱基类似物原理：通过异构体互变代替碱基进行复制，造成复制的错误。
(2)烷化剂原理：主要通过烷化基团使DNA分子上的碱基或磷酸部分被烷化，引起碱基结构的改变，导致碱基配对错误而引起突变。
(3)脱氨剂原理：亚硝酸的诱变机制主要是使碱基氧化脱去氨基。
(4)移码诱变剂原理：叩嚏类化合物是一种平面型的三环分子，与喋吟』密嚏碱基对的结构十分相似，因而能够插入DNA双链上两个相邻的碱基对之间，使DNA链拉长，两碱基间距离拉宽，使碱基插入或缺失，在DNA复制时造成点突变，以后的所有碱基都往后或往前移动，导致全体三联体密码转录、翻译错误而引起突变。
(5)羟化剂原理：羟胺只与C发生反应，可将C的氨基变为羟基，并与A 配对，能专一地诱发G：C碱基对到A：T碱基的转换第五章工业微生物代谢调控育种。
1.什么是代谢调控育种？它建立在什么基础上？答：微生物代谢控制育种是指以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节的机制，选择巧妙的技术路线，通过遗传育种技术获得解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使用有用产物选择性地大量合成积累。
建立在诱变育种的基础之上。
2.次级代谢受哪些遗传物质的控制？次级代谢产物有哪些？答：次级代谢除受核内DNA控制，还受核外DNA(质粒)的控制。
产物有抗生素、毒素、激素、色素、生物碱等。
3.反馈阻遏与反馈抑制的含义。
答：反馈抑制：是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用。
是一种负反馈机制，其中酶促反应的末端产物可抑制在此产物合成过程中起作用的酶。
这种抑制具有协同性、积累性和序贯性。
反馈阻遏：即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的一系列酶的量调节,所引起的阻遏作用。
反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢。
4.乳糖操纵子的组成成分有哪些？答：组成成分：启动基因、操纵基因、结构基因5.乳糖操纵子与色氨酸操纵子的区别？（有乳糖时，乳糖操纵子如何？有色氨酸时，色氨酸操纵子如何？）答：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列o 处，______处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，______被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。
第09章 诱变育种
常用方法浸泡法，另外有注射涂抹、熏蒸法 等。可处理种子、茎、叶或花序部分，但根系对 药剂敏感，不能从根系吸收诱变剂。
不同诱变剂诱发的突变类型和频率是不同的。 注意诱变剂的浓度，处理持续时间。
化学诱变剂特点：
1. 诱发突变率较高（点突变），而染色体畸变 较少
2.具有一定专一性，对处理材料损伤轻，有的 诱变剂只限于DNA的某些特定部位发生变异 3.需要渗透组织内部具有局限性(腊质化角质化） 4.方便成本低，但具有致癌的危险性
• 思考题 • 1、主要物理诱变剂的种类、辐射源和主要特征是什么？ • 2、试述辐射诱处理的材料与相应的处理方法？ • 3、什么是照射强度和剂量强度？其单位是什么？如何进行新旧单位
的换算？
• 4、如何确定最适宜的辐射剂量？ • 5、主要化学诱变剂的种类、性质和诱变原理是什么？使用中应注意
哪些问题？
图7－1嵌合体的形成方式
诱变育种的实例
瑞典由Bonus经X射线处理育成的矮秆抗倒 的Pallus，中国育成的盐辐矮早三。 大麦对白粉病抗性是用诱变方法获得了抗 性基因ml-o， ml-o基因对白粉病免疫的， 该基因与坏死斑点性状紧密连锁。 各种作物经常诱发早熟突变体，如早熟大 麦突变体Mari品种的熟期提早8d。
4.敏感部位
二、诱变剂量的选择
一般在改良个别性状时，处理剂量要求稍 低些(早熟性)，若期望产生较多类型的突变体， 则采取较高的剂量(降低株高)。 三、处理群体的大小
突变率是很低的，可能只要万分之一到百 万分之一。
四、种植和选择
通常M1不进行选择。 M2 大群体，选择单株， 但无益突变较多，注意株高、早熟性、抗性。 M2优良株系选择单株。
第三节 理化诱变剂的复合处理
化学诱变提高植物抗逆性的研究进展
核农学报2024，38（2）：0274~0281Journal of Nuclear Agricultural Sciences化学诱变提高植物抗逆性的研究进展吴正景 *职钤华刘素娟张昊安冰洁武静静龙圆李辰方（河南科技大学园艺与植物保护学院，河南洛阳471003）摘要：化学诱变是农业上一种传统的育种技术，在植物抗逆育种方面受到育种家的青睐，用于改善植物的抗寒、抗旱、耐盐碱性等育种方面的研究。
植物组织培养技术是实现细胞或个体快速繁殖的有效途径。
以上两种技术的结合，可有效提高突变的频率，人为扩大植物遗传变异范围。
近年来，化学诱变与生物技术结合在植物抗逆诱变育种方面展现出了积极的发展前景，对于植物新品种选育具有重要的实践意义。
本研究综述了化学诱变的特点、常用化学诱变剂［主要是甲基磺酸乙酯（EMS）和叠氮化钠（NaN3）］的诱变机制、使用方法、诱变效果以及影响化学诱变的因素等，并介绍了化学诱变在植物抗逆育种领域中的新近研究进展。
关键词：化学诱变；抗逆育种；甲基磺酸乙酯（EMS）；叠氮化钠（NaN3）；植物诱变育种DOI：10.11869/j.issn.1000‑8551.2024.02.0274化学诱变是通过化学诱变剂诱导植物DNA序列随机突变，在植物抗逆育种方面受到很多育种家的青睐。
随着组培技术的成熟，近年来利用化学诱变和植物组培技术相结合，获得了大批抗逆突变体；结合分子育种策略，为植物品种选育提供新途径。
化学药剂诱变植物始于20世纪初，Ochlkers在1943年用脲烷处理月见草取得了良好的诱变效果，此后化学诱变育种得以广泛应用［1］。
通过离体培养方法筛选出抗性突变体，最早为Dix等［2］在1976年用诱变剂甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate，EMS）处理林烟草和辣椒的耐低温研究。
长期以来，利用化学诱变及逆境选择压筛选抗逆突变体在许多植物育种上得到了实现，如小麦［3-4］、绿豆［5］、水稻［6］、辣椒［7］、白菜［8］、马铃薯［9］、大豆［10］、甘薯［11］、棉花［12-13］、玉米［14-15］、拟南芥［16］、旱柳［17］等利用化学诱变，分别获得了抗旱、抗倒伏、耐涝、耐热、抗寒、耐盐、抗虫、耐密植、耐铵盐的高抗改良植物品种。
诱变育种
（二）常用化学诱变剂
常用的化学诱变剂有烷化剂、碱基 类似物、抗生素、叠氮化物、亚硝 酸、羟胺和吖啶等。
按其诱变机制则可分为 ：
1 直接诱变 DNA 结构的变异
如各种烷化剂( 甲基磺酸乙酯( EMS）、乙基磺酸 乙酯( EES) 、硫酸二乙酯( DES) 、硫酸二酯( DM S) ) 、亚硝酸等, 这类诱变剂是化学诱变剂 中应用最广的一类化合物。
1 外照射：指被照射的种子或植株所受的辐射来自外部某 一辐射源。 2 慢照射：低剂量长时间（几天至整个生育期）的照射 3 急照射：高剂量短时间内完成 处理对象：植株，种子，组织，器官，愈伤组织，花粉
（4）β 射线：带电粒子，质量小速度快，可 以穿透几毫米的组织。育种上常用的β 射 线由放射性同位素32P、35S产生。 32P、 35S必须进入植物组织和细胞后作为内照射 才能产生诱变作用。 （5）中子: 不带电粒子，穿透力强，可直接 进入细胞核内，适于处理种子、植株的外 照射。 （6）其它物理诱变因素 激光、电子束、等
物理诱变：利用辐射，诱发基因突变和染色体变异
化学诱变：应用化学物质诱发基因和染色体变异
特点
（一）优点： 1.提高突变率，变异范围广。 突变率可达3%，比自然突变高100-1000倍。突 变类型多，还可能产生新基因。 2.对单一性状改良有效。如早熟性、株高。 3.多为点突变和隐性突变，易稳定，育种年限短。 热中子，极早熟大豆哈75-222，比原品种早32天
剂量率：单位时间内被照射植物所受的剂量 R/h、R/min或R/S 辐射诱变效果与剂量大小有关，也与“剂 量率”有关。一般情况下，剂量率过高， 会显著影响幼苗成活率和生长速度。通常 干种子剂量率为60-100R/min，花粉 10R/min左右。
常用化学诱变剂的种类及作用机制
常用化学诱变剂的种类及作用机制化学诱变剂是一类可以改变生物体遗传物质DNA序列的化学物质。
它们可以引起单个碱基改变，或者引起整个染色体片段的改变。
因此，化学诱变剂是一种有用的工具，用于研究基因表达、基因功能和癌症发生机制。
本文将介绍常用的化学诱变剂的种类及其作用机制。
1. 碱基类化学诱变剂碱基类化学诱变剂是最常用的化学诱变剂之一。
它们可以与DNA的碱基化学结合并产生突变，例如氮基烷和硝基乙烷。
这些化学物质在体内转化为亲电性化合物，再与DNA碱基上的负电荷结合，从而导致身体细胞的DNA发生突变。
这些突变会影响基因表达和蛋白质结构，导致细胞功能的改变。
2. 烷基化剂烷基化剂可以与DNA中的氨基基团结合，并添加烷基。
烷基可以与氨基结合并形成甲基化DNA，这种甲基化形式可能引起基因表达失调、染色体结构异常等突变事件。
其中，较常用的烷基化剂是甲基磺酰氯、甲基亚硝基脲等。
3. 交联剂交联剂可以使DNA链上的双链结构产生交联或或与蛋白质发生结合，从而导致突变发生。
交联剂在农业和工业上已广泛应用。
常见的交联剂有广泛应用的亚硝基尿素、异氰酸酯等。
4. DNA搒伤剂DNA损伤剂是一类可以直接作用于DNA分子的化学物质，如亚硝基化合物、多环芳香烃等。
它们可以引起DNA的单一或双链断裂，并导致基因突变和细胞死亡。
由于DNA损伤剂可以对DNA产生多种不同的化学反应，因此在生物体中有非常广泛的应用，例如检测DNA修复机制或者DNA分解机制等。
5. 熔剂至氯甲烷、三氧化硫等熔剂是一类可以直接引起DNA序列改变的化学物质。
这些化学物质会引发化学反应，干扰DNA的复制和修复，最终导致DNA的突变和基因变异。
总之，常用的化学诱变剂种类多样，如碱基类化学诱变剂、烷基化剂、交联剂、DNA搒伤剂以及熔剂等。
这些化学诱变剂各有其独特的作用机制，可被广泛应用于基因修复、癌症治疗以及其他生物医学应用领域。
然而，化学诱变剂在使用中需特别注意，其可能会对生物细胞造成不可逆的损伤和影响，因此需要仔细考虑使用使用方法和条件。
工业微生物育种学5
介绍几种烷化剂 及其诱变处理方法
Ⅰ亚硝基胍
亚硝基胍的结构式
亚硝基胍的性质
亚硝基胍是1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍的简称， 简写成NTG、NG或MNNG。
亚硝基胍为黄色结晶状物质，性质稳定，遇光易 分解，放出NO，颜色由黄变绿，诱变效应降低。 NTG不溶于水，须加助溶剂（甲酰胺或丙酮）
碱基类似物诱变的具体机制
正常的碱基存在着同分异构体，碱基类似物也 一样有同分异构现象，它是由电子结构改变引 起的。在嘧啶分子中异构现象以酮式和烯醇式 两种形式存在，在嘌呤分子中异构现象以氨基 和亚氨基两种形式存在。 一般互变异构现象在碱基类似物中比正常DNA 四种碱基中出现的频率高。而不同的异构体对 应的互补碱基是不同，由此造成基因的突变。
①取新鲜、年轻的斜面，用pH值一定的磷酸 缓冲液或tris缓冲液洗下细菌做成菌悬液。如 果细菌细胞或丝状菌孢子需进行前培养的，可 用有关培养基代替缓冲液，培养结束后离心洗 净，用同一种缓冲液做成菌悬液，浓度约控制 在106~107个/mL。 这一步的主要目的是使材料处于生长代谢的旺 盛期，有利于诱变。
脱氨基作用
脱氨基作用主要有三种变化： 腺嘌呤（A）变为次黄嘌呤（H）； 胞嘧啶（C）变为尿嘧啶（U）； 鸟嘌呤（G）变为黄嘌呤（X）。
腺嘌呤→次黄嘌呤
A→H时，第一次DNA 复制后次黄嘌呤不与 胸腺嘧啶（T）配对， 而与胞嘧啶配对，第 二次复制后，A：T就 变成了G：C。 脱氨基后碱基转换。
本节主要内容
介绍几种主要的化学诱变剂
二、化学诱变剂的种类
化学诱变剂种类
碱基类似物 烷化剂 脱氨剂 移码诱变剂 羟化剂 金属盐类 其他诱变剂
（一）碱基类似物
第五章工业微生物育种诱变剂
C G
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三、移码诱变剂
由美国的肿瘤研究所合成，故名。这是一些由 烷化剂与吖啶类化合物相结合的化合物。
5-BU掺入后的复制错误
A:T
G ≡ BUe G≡ C
G≡ C
A: BUk
A:T
A:T
G ≡ BUe
A=BUk
A=T
G ≡ C→A=T
G ≡ BUe
G ≡C A: T → G ≡ C
G ≡ BUe
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•由于5-BU的诱变作用是在DNA复制过程中实现的，因
此，处在静止或休眠状态的细胞是不适合的。
•细菌采用对数期的细菌，霉菌、放线菌采用孢子，
此外，DNA分子中比较多的烷化位点是鸟嘌呤O6、 胸腺嘧啶O4，这些可能都是引起突变的主要位点。
其次引起烷化的位点是鸟嘌呤N3、腺嘌呤N2、腺嘌 呤N7和胞嘧啶N3。这些位点引起碱基置换的仅占烷化 作用的10%左右。因此，由这些位点改变所引起的突变
仅是少数。
如果鸟嘌呤N7等位点被烷化后，它和核糖结合键发生水解
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亚硝酸诱发的突变
HNO2 A T H C G C G C HNO2 A U A T
A:T
G┆C
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亚硝酸的处理方法
1. 试剂的配制
（1）1mol/LpH4.5醋酸缓冲液
（2）0.1mol/L亚硝酸钠溶液 （3）0.07mol/LpH8.6磷酸氢二钠溶液
2.处理方法（以处理浓度0.025mol/L为例）
烷化剂的某些性质
理化特性
烷化剂名称 状态 水溶性 溶点或沸点 20℃ 30℃ 37℃
pH7水中半衰期/h
分子 量
甲基磺酸乙酯(EMS)
化学诱变
化学诱变•能使突变率提高到自发突变水平以上的物理、化学和生物因子称为诱变剂•所谓诱发突变并非是用诱变剂产生新的突变，而是通过不同的方式提高突变率剂量：温度恒定，由浓度和处理时间决定。
化学诱变剂具有毒性。
化学诱变剂的种类：1 碱基类似物(Base analog)例如：5-溴尿嘧啶(5-BU) (胸腺嘧啶结构类似物)和2-氨基嘌呤(腺嘌呤结构类似物)，在DNA复制过程中能够整合进DNA分子，但由于它们比正常碱基产生异构体的频率高，因此出现的碱基错配的机率也高，从而提高突变频率。
称取5-BU，加入无菌生理盐水微热溶解，使浓度为2mg/ml。
将细胞培养至对数期并重悬浮于缓冲液或生理盐水中过夜，使其尽量消耗自身营养物质。
将5-BU加入培养基内，使其终浓度一般为10～20μg/mL，混匀后倒平板，涂布菌液，使其在生长过程中诱变，然后挑单菌落进行测定。
处理孢子悬浮液时，可采用较高浓度的5-BU(100～1000μg/ml)与孢子悬浮液混合后振荡培养，经一定时间后适当稀涂平板。
2烷化剂甲磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)和亚硝基胍(nitrosoguanidine, NTG)都属于烷基化试剂，其烷基化位点主要在鸟嘌呤的N-7位和腺嘌呤N-3位上。
但这两个碱基的其它位置以及其它碱基的许多位置也能被烷化，烷化后的碱基也像碱基结构类似物一样能引起碱基配对的错误。
亚硝基胍是一种诱变作用特别强的诱变剂，因而有超诱变剂之称，它可以使一个群体中任何一个基因的突变率高达1%，而且能引起多位点突点，主要集中在复制叉附近，随复制叉的移动其作用位置也移动。
此外，硫酸二乙酯(diethyl sulfate,DES)、乙基磺酸乙酯(ethyl ethane sulfonate,EES)以及二乙基亚硝酸胺(diethyl nitrosamine,DEN)等也都是常用的诱变烷化剂。
3脱氨剂亚硝酸能引起含NH基的碱基(A.G.C)产生氧化脱氨反应，使氨基变为酮基，2从而改变配对性质造成碱基置换突变。
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常用化学诱变剂的种类及作用机制
（一）烷化剂
是栽培作物诱发突变的最重要的一类诱变剂。
药剂带有一个或多个活泼的烷基。
通过烷基置换，取代其它分子的氢原子称为"烷化作用"所以这类物质称烷化剂。
烷化剂分为以下几类：
1.烷基磺酸盐和烷基硫酸盐
代表药剂：甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES）
2.亚硝基烷基化合物
代表药剂：亚硝基乙基脲（NEH）、N-亚硝基-N-乙基脲烷（NEU）
3.次乙胺和环氧乙烷类
代表药剂：乙烯亚胺（EI）
4.芥子气类
氮芥类、硫芥类
烷化剂的作用机制--烷化作用作用重点是核酸，导致DNA断裂、缺失或修补。
（二）核酸碱基类似物
这类化合物具有与DNA碱基类似的结构。
代表药剂：
5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR）为胸腺嘧啶（T）的类似物
2-氨基嘌呤（AP）为腺嘌呤（A）的类似物
马来酰肼（MH）为尿嘧啶（U）的异构体
作用机制：作为DNA的成份而渗入到DNA分子中去，使DNA复制时发生配对错误，从而引起有机体变异。
（三）其它诱变剂
亚硝酸能使嘌呤或嘧啶脱氨，改变核酸结构和性质，造成DNA复制紊乱。
HNO2还能造成DNA双链间的交联而引起遗传效应。
叠氮化钠(NaN3)是一种呼吸抑制剂，能引起基因突变，可获得较高的突变频率，而且无残毒。
用秋水仙素诱导多倍体。
秋水仙素是从百合科植物秋水仙的器官和种子中提取出来的一种剧毒的植物碱。
纯品为无色或淡黄色针状结晶，熔点155℃，有苦味，易溶于冷水、酒精、氯仿和甲醛。
通常用水或酒精作溶媒。
（1）秋水仙素诱导多倍体的原理
秋水仙素与正在分裂的细胞接触后，可抑制微管的聚合过程，不能形成纺锤丝，使染色体无法分向两极，从而产生染色体加倍的核。
适宜浓度的秋水仙素溶液，能阻碍纺锤丝的形成，但对染色体结构无明显影响。
处理的细胞在一定时间内可恢复正常，重新进行分裂。
（2）秋水仙诱导多倍体应注意的问题
①注意诱变材料的选择
选主要经济性状优良的品种；
选染色体组数少的品种因为倍性高的种在进化过程中已经利用了它的多倍性。
选能单性结实的品种因为染色体多倍化后，常会使育性降低。
尽量选多个品种处理因为不同的种、品种、类型遗传基础不同，多倍化后的表现也不同。
②注意处理部位的选择
处理的组织应该是旺盛分裂的组织。
如萌动的种子、正在膨大的芽、根尖、幼苗、嫩枝生长点、花蕾等。
③注意药剂浓度和处理时间的选择
溶液的浓度不宜过高或过低。
过高，会引起伤害，以至致死；过低，又不起作用。
一般采用临界范围内的高浓度、短时间处理。
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通常，草本浓度较低，木本浓度较高。
果树、树木：1-1.5%蔬菜、草本花卉：0.01-0.2%
王鸣等（）在甘蓝、白菜、南瓜、萝卜上试验表明，在0.01-0.2%的范围内，随浓度增高，引变的百分率也显著提高。
处理时间以细胞分裂周期为转换。
④注意被处理植物的生长条件
处理后，用清水冲洗,除去残留药物，并为植株生长提供良好的条件，便于植株恢复生长。
外部条件中最重要的是温度，一般25-30℃。
（3）诱导方法
①浸渍法
可用溶液浸渍幼苗、新梢、插条、接穗、种子及球根类蔬菜、花卉等材料。
为避免蒸发，宜加盖，避光。
一般发芽种子处理数小时至3d或多至10d左右。
秋水仙碱能阻碍根系的发育，处理后要用清水洗净后再播种。
发芽种子的胚根，处理后往往受到抑制，发根较慢，为利于根的生长，可在药液中添加适当生长素。
处理插条、接穗一般1-2d。
处理后也要用清水洗干净。
处理幼苗时，为避免根系受害，可将盆钵架起来倒置，使茎端生长点浸入秋水仙碱溶液中。
②涂抹法
把秋水仙碱按一定浓度配成乳剂，涂抹在幼苗或枝条的顶端，处理部位要适当遮盖，以减少蒸发和避免雨水冲洗。
③滴液法
对较大植株的顶芽、腋芽处理时可采用此法。
常用的水溶液浓度为0.1%~0.4%，每日滴一至数次，反复处理数日，使溶液透过表皮渗入组织内部。
如溶液在上面停不住时，可将小片脱脂棉包裹幼芽，再滴加溶液，浸湿棉花。
④套罩法
保留新梢的顶芽，除去顶芽下面的几片叶，套上一个防水的胶囊，内盛有含1%秋水仙碱的0.65%的琼脂，经24h即可去掉胶囊。
这种方法的优点是不需加甘油，可避免甘油引起药害。
⑤毛细管法
将植株的顶芽、腋芽用脱脂棉或纱布包裹后，将脱脂棉与纱布的另一端浸在盛有秋水仙碱溶液的小瓶中，小瓶置于植株旁，利用毛细管吸水作用逐渐把芽浸透，此法一般多用于大植株上芽的处理。
此外，还有注射法、喷雾法等。
秋水仙素诱导也与物理辐射等方法结合使用。
如山川邦夫()报道，将好望角苣苔属中的一些种用秋水仙碱处理11d，再用0.05Gy的X射线照射可提高加倍株的出现率。
在单独用秋水仙碱处理时为30%，而兼用X射线照射时可提高到60%，并且在取得的多倍体植株中发现有两株变成八倍体。
他们认为，这是由于秋水仙碱的处理，使多倍体混杂于二倍体性细胞群中，二倍体细胞由于先开始分裂，所以就被X射线淘汰了。
秋水仙素诱导只能产生偶数多倍体，且为同源多倍体。
有性杂交可产生奇数多倍体、异源多倍体。
异源多倍体具有更高的杂合性、育性；二倍体基因渗入，创造遗传多样性，得到杂合多倍性群体。