第七章 特殊毒性及其试验与评价方法(2)

DNA中可致死。
加入受试物后能存活的细胞表示发生基
因突变——HPRT-。
3、染色体畸变试验
制备细胞分裂中期相染色体标本，在光镜
下可直接观察染色体的数目和形态的改变。
染色体畸变试验也常称为细胞遗传学试验
(cytogenetic assay)。
染色体畸变试验可为体外试验，也可为
体内试验，包括对体细胞和生殖细胞的分析
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2009-6-30
3、基因型与表型
基因型指控制生物性状的基因组成，它是生物
体的遗传组成。基因型是性状发育的内因，是表型
形成的根据。 表型指在发育过程中由基因所控制的生物性状 的具体表现。 外界环境是基因型转变成具体表型的必要条件。
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基因组（genome）：细胞或生物体的一套 完整单体的遗传物质
General organization of the DNA sequence. Only the exons encode a functional peptide or RNA. The coding region accounts for about 3% of the total DNA in a human cell.
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4、细胞周期、有丝分裂与减数分裂
细胞周期指细胞一次分裂结束，并开始生长，到下
一次分裂终了所经历的过程。
G0 ：DNA合成前期；
G1 ：DNA合成期；
S：完成DNA复制；
G2：为有丝分裂做准备；
M：有丝分裂期
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注：A、B、C、D代表非同源染色体
三、突变的发生与修复机制
外源化学物引起基因突变和染色体突变的靶部位主要 是DNA，而导致染色体数目异常的靶部位主要是有丝 分裂和减数分裂器，如纺锤丝。
直接修复 光修复 核苷酸切除修复 碱基切除修复 切除修复 错配碱基修复 复制后修复 呼救性修复 O6甲基鸟嘌呤修复
（1）TK基因座 TK：胸苷激酶，催化胸腺嘧啶脱氧核 苷＋ATP → 胸苷酸。 存在嘧啶类似物5-溴脱氧尿苷时，产生
异常核苷酸使细胞死亡。
受试物存在时若细胞不死亡说明TK发
生突变。
（2）HPRT基因座 次黄嘌呤、鸟嘌呤转磷酸核糖基酶：催 化次黄嘌呤＋鸟嘌呤＋磷酸核糖焦磷酸 → 核苷-5’-单磷酸（NMP），补充途径。如存 在碱基类似物，生成相应的NMP，掺入到
一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，并且
这些已断裂的节段远远分开，常将无着丝粒断片简 称为断片。有着丝粒的部分称为缺失，缺失有末端 缺失和中间缺失。
③环状染色体（ring chromosome） 染色体两臂各发生一次断裂，其带有着丝 粒的节段的两断端连接形成一个环时，称为 环状染色体。
④倒位（inversion） 当某一染色体发生 两次断裂后，其中间节 段倒转180再重接，称 为 倒位。
Ames试验原理：
检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营
养缺陷型突变株(his-)回复突变成野生型(his+)
的能力。
试验菌株都有组氨酸突变(his-)，不能自行
合成组氨酸，在不含组氨酸的最低营养琼脂平 板上不能生长。
突变型试验菌株可被各种诱变因素诱导， 回复突变成野生型(his+) ，即恢复了合成组氨
DNA修复
四、致突变试验与致突变作用评价
致突变作用（mutagenesis）：是指外来因素 特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发 生改变的能力，而且此种改变可随同细胞分 裂过程而传递。 致突变物：凡能引起生物体遗传物质发生改 变的化学物质或任何环境因子，又称诱变剂。 又称为遗传毒物。
观察化学毒物致突变作用一般通过致突变 试验来进行。主要目的： ①检测外源化学物的致突变性，预测其对 哺乳动物和人的致癌性； ②检测外源化学物对哺乳动物生殖细胞的 遗传毒性，预测其对人体的遗传危害性。
染色体缺失,如果蝇的缺刻翅
染色体重复,如果蝇的棒状眼
染色体易位, 如夜来香的变异
染色体倒位
①裂隙（gap）和断裂（break）
在染色体上出现无染色质的区域，但该区域两
端的染色体仍保持线状连接者为裂隙。
指染色体上 狭窄的非染色带，
无线状连接者为
断裂。带宽超过
染色单体宽度。
② 无 着 丝 粒 断 片 （ fragment ） 、 缺 失 （deletion）
2、染色质与染色体
在间期细胞的细胞核中，通
过光镜可见一种能被碱性染
料着色的物质，即染色质。
它由DNA、组蛋白、非组蛋 白及少量的RNA组成，形似 串珠状的复合体。
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在间期细胞核中，一般
没有染色体结构，只有
在细胞分裂时，染色质 才螺旋化并折叠成染色
体，故染色质与染色体
第二节 致突变作用及其试验与评价方法
一、 基本概念
二、突变类型
三、突变的发生与修复机制
四、致突变试验与致突变作用评价
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遗传学基础
1．DNA与基因
DNA由脱氧核糖、磷酸及碱 基组成，基本成分为四种核
苷酸，形成双螺旋结构。
基因（gene）：DNA分子中最小的完整功 能单位，是生物遗传信息的携带者
染色体畸变
断 片
微 小 体
无 着 丝 点 环 (minute body) 和 缺 失 (fragment) (deletion) 断 裂 (break) 裂 隙 (gap)
环 状 染 色 体
双 着 丝 点 染 色 体
倒 位
易 位
(translocation)
(inversion)
和 重 复
染色体结构变异类型
⑥易位（translocation）
两个非同源染色体断裂后，从某个染色体断下
的节段接到另一染色体上称为易位。
（2） 染色体数目异常
整倍性畸变：单、三、四、多倍体 非整倍性畸变：2倍体多一条或少一条或多 多条或少多条 2n-1,2n-2,… 2n+1,2n+2,…
染色体数目异常的基本类型
类型 整倍体 单倍体 二倍体 三倍体 四倍体
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这些损伤多因DNA受损所致，也可能因 DNA以外的靶组织受损所致。
基因突变、染色体畸变及染色体数目变化的
本质是相同的，其区别在于受损程度。
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通常以光学显微镜的分辨率 0.2µ m来区分基因突变和染色体 畸变。 基因突变是用光学显微镜观察 不到的，须通过生长发育、生 化、形态等表型改变来判断， 而染色体畸变可用光学显微镜 进行观察。
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2009-6-30
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2009-6-30
1、细菌回复突变试验
细菌回复突变试验是以营养缺陷的突变体
菌株为试验系统，观察受试物引起其回复突变
的作用。
试验菌株：
鼠伤寒沙门氏菌——Ames试验
大肠杆菌——大肠杆菌回复试验
常用的致突变试验
1、细菌回复突变试验 （Ames试验） 2、哺乳动物细胞基因突变 试验 3、果蝇伴性隐性致死试验 4、染色体畸变分析 7、显性致死试验 8、小鼠可遗传易位试验
9、细菌DNA修复试验
10、程序外DNA合成实验 11、精子畸形试验 12、小鼠特异基因座试验
5、微核试验
6、姐妹染色单体交换试验
代。这些畸变如缺失、倒位、重复及平衡易位等，多
数为染色体重排，可在机体或细胞群传递。
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2009-6-30
容易观察到的畸变有染色单体断裂、染色 体断裂、无中心粒片段、染色单体交换、 双中心粒染色体、环状染色体及某些相互 易位。
插 入
辐 射 体
(insertion) (duplication)
有丝分裂过程
有丝分裂指细胞核分 裂的过程，一个细胞 由此生成两个子细胞，
每个子细胞各具有与
亲代细胞完全相同的 染色体。
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2009-6-30
生殖细胞减数分裂过程
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2009-6-30
一、基本概念
生物物种可以通过各种繁殖方式来保证世 代间生命的延续，这个过程称为遗传。 遗传的稳定是相对的。
误配上的碱基在下一次DNA复制时却能按正常规
律配对，于是一对错误的碱基置换了原来的碱基 对，亦即最终产生碱基对置换或简称碱基置换。
②移码
移码是DNA中增加或减少了一对或几对不等于3 的倍数的碱基对所造成的突变。
③整码突变
指在DNA中增加或减少的碱基对为一
个或几个密码子。
④片断突变
指基因中某些小片断核苷酸序列发生
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1.基因突变
基因突变指基因中DNA序列的变化。 因基因突变限制在一特定的部位，故称为点突变。
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①碱基置换 碱基置换指DNA序列上的某个碱基被其他碱基
取代。首先在DNA复制时会使互补链的相应位点
配上一个错误的碱基，即发生错误配对。这一错
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遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突 变。
自发突变的发生率极低，物种的进化与自发 突变有密切关系 诱发突变是指人为地造成突变，它已被农、 林、牧、渔业和园艺学家利用来培育和选择 新种或良种。
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二、突变类型
遗传毒理学家主要关注两类遗传学损伤： 基因突变 染色体畸变
⑤插入（insertion）和重复（duplication）
当一个染色体发生三处断裂，带有两断端的断 片插入到另一臂的断裂处或另一染色体的断裂处重 接起来，称为插入。 如果此时有缺失的染色体和插入的染色体是同 源染色体，且分别有一处断裂发生于同一位点，则 插入将使该染色体连续出现两段完全相同的节段， 此时称为重复。
在亲子之间或子代个体之间出现不同程度 的差异，这种差异称为变异。
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造成生物变异的原因有：
①亲代个体杂交产生子体，由于重组而发生； ②由于基因突变而发生，它是新基因产生的根本 来源； ③由于生物的染色体组成或细胞质发生变化而产
生。
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酸的能力，可在此平板上生长成可见菌落。
如果受试物处理组回变菌落数显著超过阴
性对照组；并有剂量反应关Βιβλιοθήκη Baidu，即可判定受试
物为鼠伤寒沙门菌的致突变物。
正向突变
鼠伤寒沙门氏菌 原养型(his+) 组氨酸营养缺陷型 突变株(his )
回复突变
代谢活化系统
受试物
有点试验和掺入试验两种。应分别进行不加及加代谢活化系统的试验，常用为S9混合液， 即用多氯联苯诱导的大鼠肝匀浆经9000g离心得到的上清液，再加上NADP及葡萄糖-6磷酸等辅助因子。
是由相同物质组成的；
染色体存在于细胞中，
通常只有在细胞分裂时 经过特殊染色才能清楚 地看到。
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染色体与基因有着平行的关系
①染色体可以在显微镜下看到。
②染色体成对存在，基因也成 对存在。 ③个体中成对的基因一个来自 母本，另一个来自父本。 ④不同对基因形成配子时的分 离与不同对染色体在减数分裂 期的分离，都是独立分配的。
非整倍体 单体 三体 四体 双三体 缺体
公式
n (ABCD)
染色体组
2n 3n 4n
2n-1 2n+1 2n+2 2n+1+1 2n-2
(ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD)
(ABCD) (ABC) (ABCD) (ABCD) (A) (ABCD) (ABCD) (AA) (ABCD) (ABCD) (AB) (ABC) (ABC)
改变。这种损伤有时可跨越两个或数个基
因。片断突变包括缺失、重复、重组、重
排。
2.染色体畸变
指染色体的结构异常和数目异常，它是 指遗传物质大的改变，一般可用光学显 微镜检查适当细胞有丝分裂中期的染色 体来发现。
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（1）染色体结构异常
有些畸变是稳定的，可通过重复细胞分裂传给子
2. 哺乳动物细胞基因突变试验(mammalian
cell gene mutation assay)
哺乳动物细胞基因突变试验是利用啮齿类和人体
外培养细胞的基因正向突变试验。 常用细胞株
小鼠淋巴瘤细胞L5178Y 中国仓鼠卵巢组织细胞CHO 中国仓鼠肺组织细胞V79 人淋巴细胞
选用的基因座
TK、HPRT HPRT HPRT HPRT