誘變劑

關鍵字：物理誘變、化學誘變、誘變育種

凡是能引起生物體遺傳物質發生突然或根本的改變，使其基因突變或染色體畸變達到自然水平以上的物質，統稱為誘變劑。當各種誘變劑被人為地強加於地球環境中之後，生物基因的情報系統由於誘變劑的作用受到損傷而發生紊亂，不能正確地傳遞遺傳信息，具體地說就是發生了突變。那么這類誘變劑則被認為是環境誘變劑。未經人工處理而發生的突變稱為自發突變；經過人工處理而發生的突變稱為誘發突變。

基本介紹

• 中文名：誘變劑
• 外文名：mutagen
• 組織機構：中國環境誘變劑學會（CEMS）
• 類別：物理、化學、生物
• 作用：改變生物體遺傳物質

種類

環境誘變劑的種類。一般來說環境誘變劑可以分為3 大類型：物理性環境誘變劑(例如，電離輻射、紫外線、電磁波等)、化學性環境誘變劑(主要是一些人工合成的化學品，包括藥品、農藥、食品添加劑、調味品、化妝品、洗滌劑、塑膠、著色劑、化肥、化纖等)和生物性環境誘變劑(真菌的代謝產物、病毒、寄生蟲等)。除了上面所說的外源性環境誘變劑之外，還有一些內源性的環境誘變劑。內源性的環境誘變劑是在人體健康異常的情況下產生的，如遺傳因素、內分泌紊亂等。在各種不同的環境誘變劑中，最令人不安的是人工合成的化學物質。

誘變劑

利弊

環境誘變劑的利弊。1927 年，美國遺傳學家H．J．Muller 首次利用x 射線成功地誘發了果蠅突變，開拓了誘發突變的新領域。從此以後，人們利用誘發突變進行育種工作，取得了極大的成功，並在農學、工業微生物學、生物學、醫學等領域也都取得了巨大的成績。然而，當時的人們並不明白環境誘變劑也會對人體產生“三致”(致癌、致畸、致突變)的嚴重後果，故人類也為此承受了不少的傷害。目前，在深入研究、積極監測、嚴加防護的前提下，合理利用環境誘變劑仍然可以造福於人類。例如，隨著太空科技的發展，利用太空飛行器搭載作物種子進行“太空育種”已經操作了一段時間；核能的和平利用，已為人類做出了卓著的貢獻；最近我國又計畫利用“核爆炸”實現藏水北調，將雅魯藏布江的水引到位於青藏高原東北方向的青海、新疆與甘肅，以改變我國大西北的生態環境。

潛在危害

環境誘變劑對人體健康的潛在危害。從接觸誘變劑到產生有害後果。有時需要很長時間；如果是作用於生殖細胞的話，那么要在下一代，甚至幾代以後才表現出來。例如，長期遭受日光照射的海員、漁民、牧民，在身體暴露處發生皮膚癌的幾率較大，發病期可以在10～40 年以後，平均發病年齡在70 歲以上，開始是色素沉著和角質增生，繼之發生癌變。

抗誘變劑

使自然突變率或誘發突變率降低的作用物為抗誘變劑，是誘變劑的反義詞。據報導，腺嘌呤、鳥便嘌呤可作為細菌自然突變的抗誘變劑。抗誘發突變的作用物大致有如下幾種：（1）使誘變劑作用降低的作用物（對X射線引起的突變而言，如預先加上半胱氨酸等SH化合物，會使射線產生的OH、自由基不起作用，而使突變率降低）；（2）給予促進作為突變成因的DNA損傷（前突變損傷premutational dam－age）的修復作用物，如在紫外線照射後用可見光照射會使突變率降低（光致活）；在突變劑處理後進行非營養性培養（緩衝液等）也會使突變率降低（液體保持致活liquid hilding recovery）。（3）阻礙前突變損傷向突變過渡的作用物[如在紫外線照射後，給咖啡咽（caffeine），會使哺乳類細胞突率降低]。

化學誘變劑

綜述

指引起突變的化學物質。已知的有烷化劑、鹼基類似物(base analog)、羥胺(hydroxylamine)、吖啶色素等。常用化學誘變劑的種類及作用機制

1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。 烷化劑分為以下幾類： 1. 烷基磺酸鹽和烷基硫酸鹽 代表藥劑：甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES） 2. 亞硝基烷基化合物 代表藥劑：亞硝基乙基脲（NEH）、N-亞硝基-N-乙基脲烷（NEU） 3. 次乙胺和環氧乙烷類 代表藥劑：乙烯亞胺（EI） 4. 芥子氣類 氮芥類、硫芥類 烷化劑的作用機制--烷化作用 作用重點是核酸，導致DNA斷裂、缺失或修補。

類似物

這類化合物具有與DNA鹼基類似的結構。 代表藥劑： 5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR） 為胸腺嘧啶（T）的類似物 2-氨基嘌呤（AP） 為腺嘌呤（A）的類似物 馬來醯肼（MH） 為尿嘧啶（U）的異構體 作用機制：作為DNA的成份而滲入到DNA分子中去，使DNA複製時發生配對錯誤，從而引起有機體變異。

3其它誘變劑

亞硝酸 能使嘌呤或嘧啶脫氨，改變核酸結構和性質，造成DNA複製紊亂。HNO2還能造成DNA雙鏈間的交聯而引起遺傳效應。 疊氮化鈉(NaN3) 是一種呼吸抑制劑，能引起基因突變，可獲得較高的突變頻率，而且無殘毒。

物理誘變

物理誘變劑主要有紫外線，ARTP,X—射線，γ-射線，快中子，雷射，微波，離子束等。

1電漿

常壓室溫電漿（Atmospheric and Room Temperature Plasma）的簡稱，能夠在大氣壓下產生溫度在25-40 °C之間的、具有高活性粒子（包括處於激發態的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）濃度的電漿射流。按照熱力學平衡狀態，電漿可分為三種：完全熱力學平衡電漿（也稱高溫電漿，其電子溫度（Te）、離子溫度（Ti）和中性粒子溫度（Tn）完全一致），局部熱力學平衡電漿（也稱熱電漿，Te≈Ti≈Tn=3×10~3×10），以及非熱力學平衡電漿（也稱冷電漿，其Te≥Ti，Ti≈Tn）。

大氣壓輝光放電（Atmospheric Pressure Glow Discharge，APGD）是一個被廣泛使用的、用來描述大氣壓條件下各種氣體放電冷電漿的總稱。在各種大氣壓非平衡放電電漿源中，採用裸露金屬電極結構的大氣壓射頻輝光放電（Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharge，RF APGD）電漿源是近幾年提出的一種新的大氣壓輝光放電冷電漿源。為了從生物技術套用的角度突出這種電漿源的特點，採用常壓室溫電漿即ARTP來代表這種RF APGD電漿源。

科學研究表明，電漿中的活性粒子作用於微生物，能夠使微生物細胞壁/ 膜的結構及通透性改變，並引起基因損傷，進而使微生物基因序列及其代謝網路顯著變化，最終導致微生物產生突變。與傳統誘變方法相比，採用ARTP能夠有效造成DNA多樣性的損傷，突變率高，並易獲得遺傳穩定性良好的突變株；

2紫外線

我們知道，DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很強的紫外光吸收能力，最大的吸收峰在260nm，因此波長260nm的紫外輻射是最有效的誘變劑.對於紫外線的作用已有多種解釋，但研究的比較清楚的一個作用是使DNA分子形成嘧啶二聚體，即兩個相鄰的嘧啶共價連線，二聚體出現會減弱雙鍵間氫鍵的作用，並引起雙鏈結構扭曲變形，阻礙鹼基間的正常配對，從而有可能引起突變或死亡.另外二聚體的形成，會妨礙雙鏈的解開，因而影響DNA的複製和轉錄.總之紫外輻射可以引起鹼基轉換、顛換、移碼突變或缺失等。

3γ-射線

γ-射線屬於電離輻射，是電磁波.一般具有很高的能量，能產生電離作用，因而能直接或間接地改變DNA結構.其直接效應是，脫氧核糖的鹼基發生氧化，或脫氧核糖的化學鍵和糖-磷酸相連線的化學鍵斷裂，使得DNA的單鏈或雙鏈鍵斷裂.其間接效應是電離輻射使水或有機分子產生自由基，這些自由基與細胞中的溶質分子起作用，發生化學變化，作用於DNA分子而引起缺失和損傷.此外，電離輻射還能引起染色體畸變，發生染色體斷裂，形成染色體結構的缺失、易位和倒位等。

4雷射

雷射在微生物誘變育種方面的研究與開發套用比較晚。雷射誘變育種技術研究始於20世紀60年代，經過世界各國40多年的開發套用研究，不僅證明雷射和普通光在本質上都是電磁波，它們發光的微觀機制都與組成發光物質的原子、分子能量狀態和變化密切相關。雷射是一種與自然光不同的輻射光，它具有能量高度集中、顏色單一、方向性好、定向性強等特性。雷射通過光效應、熱效應和電磁效應的綜合作用，能使生物的染色體斷裂或形成片斷，甚至易位和基因重組。

5微波

微波輻射屬於一種低能電磁輻射，具有較強生物效應的頻率範圍在300MHz~300GHz，對生物體具有熱效應和非熱效應。其熱效應是指它能引起生物體局部溫度上升，從而引起生理生化反應；非熱效應指在微波作用下，生物體會產生非溫度關聯的各種生理生化反應。在這兩種效應的綜合作用下，生物體會產生一系列突變效應。因而,微波也被用於多個領域的誘變育種，如農作物育種、禽獸育種和工業微生物育種，並取得了一定成果。

6離子束

離子注入是20世紀80年代初興起的一項高新技術，主要用於金屬材料表面的改性。1986年以來逐漸用於農作物育種，近年來在微生物育種中逐漸引入該技術。離子注入誘變是利用離子注入設備產生高能離子束（40~60keV）並注入生物體引起遺傳物質的永久改變，然後從變異菌株中選育優良菌株的方法。離子束對生物體有能量沉積（即注入的離子與生物體大分子發生一系列碰撞並逐步失去能量，而生物大分子逐步獲得能量進而發生鍵斷裂、原子被擊出位、生物大分子留下斷鍵或缺陷的過程）和質量沉積（即注入的離子與生物大分子形成新的分子）雙重作用，從而使生物體產生死亡、自由基間接損傷、染色體重複、易位、倒位或使DNA分子斷裂、鹼基缺失等多種生物學效應。因此，離子注入誘變可得到較高的突變率，且突變譜廣，死亡率低，正突變率高，性狀穩定。