化学诱变的特点
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
不同药剂对不同植物、组织或细胞、染色体节段、基因的诱变有一定专一性。
如某一诱变剂对某一基因有高效引变作用。这是解决定向突变的一条途径。
3. 与辐射诱变的突变谱很不相同
如 辐射处理大麦,叶绿体突变谱较窄,大多为白花苗。而化学诱变,叶绿体突变谱宽,白化苗百分率下降。
4. 诱变机制与辐射育种不同
辐射诱变 诱变因高能射线造成,染色体结构变异广泛。
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。
因为化学诱变诱发"点突变",所以更为适用。
辐射诱变染色体或DNA是在辐射时发生的。化学诱变剂作用则是在较晚时发生,即"迟发突变"。
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。
化学诱变的方法
1. 药剂配制
硫酸二乙酯(DES)不溶于水,先用少量70%酒精溶解,再加水。
有些烷化剂在水中不稳定,会发生"水合作用",因此配好的药剂不能贮存,应现配现用。一般都是把它们加入到一定酸碱度(pH)的磷酸盐缓冲液(0.01mol/L)中使用。
亚硝酸也不稳定,常在临使用前将NaNO2加入到醋酸缓冲液(PH4.5),以生成亚硝酸。
2. 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。
需层积处理的种子,处理前可用层积代替水浸泡。
3. 诱变处理
(1)浸渍法 种子、枝条、块茎浸入诱变剂溶液,或枝条基部插入溶液。
(2)涂抹或滴液法 药剂溶液涂抹或缓慢滴在植株、枝条或块茎的生长点或芽眼上。
(3)注入法 用注射器向植物材料中注入溶液,或将材料人工刻伤,用浸过诱变剂的棉团包裹切口。
(4)熏蒸法 密封容器内使诱变剂产生蒸汽,对花粉等进行熏蒸。
(5)施入法 培养基中加入低浓度诱变剂溶液。
4. 诱变后处理
处理后的材料,用清水反复冲洗,以降低残留,避免生理损伤。一般冲洗10-30min或更长时间。漂洗后的材料立即播种或嫁接。
影响化学诱变效应的因素
除诱变剂种类和材料的遗传类型和生理状态外,还有:处理浓度和处理时间
高浓度处理,生理损伤大;低温、低浓度、长时间处理,M1存活率高,突变率也高。
对种皮渗透性差的种子,应适当延长处理时间。 温度
温度影响诱变剂的水解速度。低温有利于保持化学物质的稳定性。增高温度,可促进诱变剂在材料内的反应速度和作用能力。
适宜处理方式:低温(0-10℃)下,在诱变剂中将种子浸泡足够长时间,使诱变剂进入胚细胞中,然后将种子转移到新鲜诱变剂溶液内,在40℃下处理,加快诱变反应速度。 溶液PH值及缓冲液使用
一些诱变剂在不同的PH下分解产物不同,从而产生不同诱变效应。处理前、处理中都应校正溶液PH值。
使用一定PH的磷酸缓冲液,可提高诱变剂在溶液中的稳定性。浓度不应超过0.1mol/L。
安全问题
大多化学诱变剂有较强毒性或易燃易爆。
如烷化剂大多致癌;氮芥类会造成皮肤溃烂;乙烯亚胺有腐蚀作用,且易燃;亚硝基甲基脲,易爆炸。
所以操作过程中要小心。最后妥善处理残液,以避免污染环境。
突变体的鉴定和育种程序同辐射育种。