基本介紹
- 中文名：直接誘變劑
- 外文名：Direct mutagen
- 原理：DNA突變
- 分類：直接誘變劑和間接誘變劑
- 特點：專一性、可控制性強
- 套用：植物育種
直接誘變劑,常用化學誘變劑的特點及誘變機理,生物鹼類——秋水仙鹼的特點及誘變機理,烷化劑——甲基磺酸乙酯的特點及誘變機理,其他誘變試劑——疊氮化鈉的特點及誘變機理,
直接誘變劑
化學誘變技術是指利用化學誘變劑處理植物材料，誘使其在相對較短的時間內遺傳物質發生突變，從而引起形態特徵的變異，然後根據育種目標，對這些變異植株進行鑑定、培育和選擇，最終育成新品種。與物理誘變相比，具有相對的專一性、可控制性強、突變率高和對基因組損傷小等特點；同時與離子注入、輻射誘變育種等相比費用低，不需要經過昂貴的X光機、г射線源等的處理，只要有足夠的試驗材料便可以大規模進行重複試驗，因而逐漸地成為運用最為廣泛的突變體誘變技術。
直接誘變劑即誘變劑直接作用於植物材料，促使分子結構發生離析、突變。
間接誘變劑即誘變劑作用於植物生長的環境，包括土壤、培養基等。
化學誘變在植物育種中的研究動態
大量的研究表明，利用誘變手段進行育種，可以有效改良諸如株高、早熟性、抗病性、耐鹽鹼性等遺傳比較簡單的性狀，與常規育種方法相比，育種周期縮短，誘變育種後代性狀穩定快。因此從很早開始許多國家就都進行了各種形式的誘變育種試驗，並且不少試驗取得了顯著成果。
從20世紀初開始，人類就開始進行突變體的誘導。最初，人們大多是使用物理方法進行突變體誘導，而隨著1937年秋水仙鹼在誘導染色體加倍上的巨大效果被美國學者布萊克斯利（Blakeslee）等證實，1941年Auerbach與Robson第一次發現芥氣可以誘發基因突變，逐漸揭開了化學誘變育種的序幕。1946年，Rapoport博士在世界率先開展化學誘變育種研究，從此化學誘變育種進入了一個嶄新的階段，該研究技術在全世界得到了廣泛的推廣與套用。隨著人們研究不斷深入，越來越多的誘變劑被發現並利用，例如甲基磺酸乙酯（EMS）、疊氮化鈉、氟樂靈、胺磺靈等。
化學誘變技術是指利用化學誘變劑處理植物材料，誘使其在相對較短的時間內遺傳物質發生突變，從而引起形態特徵的變異，然後根據育種目標，對這些變異植株進行鑑定、培育和選擇，最終育成新品種。與物理誘變相比，具有相對的專一性、可控制性強、突變率高和對基因組損傷小等特點；同時與離子注入、輻射誘變育種等相比費用低，不需要經過昂貴的X光機、г射線源等的處理，只要有足夠的試驗材料便可以大規模進行重複試驗，因而逐漸地成為運用最為廣泛的突變體誘變技術。
經過幾十年時間對化學誘變技術的探索和利用，化學誘變育種研究已得到較全面的發展，涉及領域廣泛，研究成果多。在農作物領域中，已有大量的誘變育種研究，例如，利用秋水仙鹼進行四倍體大麥（HordeumvulgareL.）、多倍體辣椒(CapsicumannuumLinn.)、木薯(ManihotesculentaCrantz)、西瓜(Citrullus)等的誘導，獲得相應的多倍體植株，不僅提高了作物的產量，還提高了多種作物的利用價值；利用甲基磺酸乙酯誘變大麥、玉米(ZeamaysL.)、草莓(Fragaria)、油菜(BrassicacampestrisL.)等得到多類型突變體的研究，有效的提高了相應物種的抗逆性和多樣性等。在園林花卉領域，利用秋水仙鹼誘導三色堇(ViolatricolorLinn.)多倍體、墨蘭(Cymbidium)、風信子(hyacintho)等多倍體花卉，增加了花卉的觀賞價值和經濟價值；利用EMS和疊氮化鈉為誘變劑誘導蝴蝶蘭(Phalaenopsis)、文心蘭突變體等研究，這些研究充分展示了化學誘變為花卉園林事業的發展提供了有利條件。在經濟、用材林領域中也有大量相關的化學誘變研究，如林強等研究報導，在廣西以秋水仙鹼誘導、選育出品質優異的四倍體桑；張敏,楊艷等利用EMS誘變南高叢越橘(Vaccinium)及抗旱突變體；徐剛,尹春英等利用甲基磺酸乙酯(EMS)對麻瘋樹(JatrophaCurcasL.)的誘變等等。總之，化學誘變育種在植物上的研究已經有很多，在木本植物上的多倍體誘導研究在不斷的增加，其他變異類型的植株也在不斷的被培育出來。
常用化學誘變劑的特點及誘變機理
一些常用化學誘變劑及其套用。常用的化學誘變劑主要有生物鹼類誘變劑、烷化劑和其他誘變劑。
生物鹼類——秋水仙鹼的特點及誘變機理
生物鹼類誘變劑的主要代表為秋水仙鹼也稱秋水仙素（Colchicine），是一種被廣泛套用於細胞學、遺傳學的研究和植物育種的工作中的化學誘變劑。因為最初是從百合科植物秋水仙（Colchicumautumnale）中提取出來的，所以定名為秋水仙素,也稱秋水仙鹼，分子式C22H25O6N。純秋水仙素呈黃色針狀結晶，熔點157℃；易溶於水、乙醇和氯仿；味苦，有毒。秋水仙素是誘變多倍體效果較好的藥劑之一，迄今已有大量植物多倍體誘導成功。它的作用機理是：當細胞進行分裂時，秋水仙鹼一方面能使細胞的染色體著絲點延遲分裂，導致已複製的染色體兩條單體分離，而其著絲點仍連在一起，形成“X”形染色體圖象（秋水仙效應有絲分裂）；另一方面是能夠引起細胞分裂中期的紡錘絲斷裂，或者抑制紡錘體的形成，致使到分裂後期染色體不能移向兩極，而重組成一個雙倍性的細胞核。此時，細胞加大而不分裂，或分裂成一個有雙倍性細胞核的子細胞和一個無細胞核的子細胞。經過一個時期以後，這種染色體數目加倍了的細胞再分裂增長時，就構成了雙倍性的細胞和組織。
烷化劑——甲基磺酸乙酯的特點及誘變機理
烷化劑是栽培作物誘發突變的最重要的一類誘變劑。藥劑帶有一個或多個活潑的烷基。通過烷基置換，取代其它分子的氫原子稱為"烷化作用"所以這類物質稱烷化劑。烷化劑一般分為四大類，分別是烷基磺酸鹽和烷基硫酸鹽、亞硝基烷基化合物、次乙胺和環氧乙烷類和芥子氣類。甲基磺酸乙酯（Ethyl methane sulfonate，簡稱EMS）是烷化劑的重要代表藥劑之一，由於誘變操作簡單，成本低，頻率高，誘變效率高且多為顯性突變，染色體畸變相對較少，誘變效果遠遠高於自發誘變和電離輻射，易於突變體的篩選，因此是構建突變體庫使用的重要誘變試劑之一，套用十分廣泛。EMS主要是通過誘導鹼基從C到T的突變，從而引起鹼基從C:G到T:A的轉換突變，一般誘發產生3種類型的點突變：第一種是誘導突變發生在編碼區以外或以內，但不改變胺基酸編碼順序，形成沉默突變；第二種是誘導密碼子變為終止子，使翻譯的蛋白質失去功能，形成無義突變；第三種是誘導突變引起胺基酸編碼順序的改變，形成錯義突變。除此之外，甲基磺酸乙酯誘變也可出現其他類型的突變體。
其他誘變試劑——疊氮化鈉的特點及誘變機理
疊氮化鈉是化學誘變劑中的一種常用點突變劑，分子式為NaN3，無色六角結晶性粉末。疊氮化鈉(NaN3)是一種呼吸抑制劑，能引起基因突變，在酸性環境中對形態突變很有效，同時具有突變率高、無毒、便宜及使用安全等優點。其作用機理是以鹼基替換方式影響DNA結構，導致點突變的產生。大量的研究文獻表明，疊氮化鈉是一種良好的呼吸抑制劑，抑制電子傳遞鏈中細胞色素氧化酶和過氧化物酶作用，只作用於複製中的DNA，因此利用疊氮化鈉誘變時，最適宜的時間是在DNA合成開始時。
