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第八章 化学诱变育种 一、化学诱变育种的概念、特点 二、诱变剂的种类及其机制 三、化学诱变剂的使用方法 四、剂量的选择及其影响化学诱变效应的因素 一、概念和特点 1、概念： 化学诱变育种（ chemical induced mutation breeding ）：利用化学诱变剂诱发植物产生遗传变异，以选育新品种的技术。 化学诱变剂：某些特殊的化学药剂能和生物体的遗传物质发生作用，改变其结构，使后代产生变异。这些具有诱变能力的药剂称为化学诱变剂。 1942年奥尔巴赫用芥子气处理果蝇，产生了与X射线处理相类似的各种突变。 在药用植物上，吉林农业大学1987年用化学诱变剂DES处理红花、薏苡等发芽的种子，在体细胞分裂中观察到染色体桥、片段、落后染色体的畸变类型 2、化学诱变育种的特点 1）化学诱变较为经济方便 2）化学诱变剂有专一性 如，马来酰肼对蚕豆第Ⅲ染色体的第十四段特别起作用，而乙醇对第Ⅳ染色体的第19段有作用。在同一条件下，不同基因的突变频率有时相差几百倍。 3）诱变机制及突变谱与辐射诱变不同 4）化学诱变剂通常有剧毒。 烷化剂多属于致癌物质，氮芥类易造成皮肤溃烂，乙烯亚胺有强烈的腐蚀作用，且易燃，亚硝基甲基脲则易于爆炸。 二、化学诱变剂的种类及其机制 1 ．烷化剂类 （目前在化学诱变育种中主要使用的一类诱变剂。） 烷化剂的诱变机理：这些烷化剂带有一个或多个活性烷基，它们能置换 DNA 分子的 H 原子（烷化作用），改变基因的分子结构，导致突变。 1）芥子气类 硫芥： -S-CH2 -CH2Cl ；氮芥： NCH2 -CH2Cl 2）乙烯亚胺（ -NCH2 CH2 ）和环氧乙烷类（ -CH O CH2 ） 乙烯亚胺（ EI ）： CH2 － CH2 ； 环氧乙烷（EO）： CH2 － CH2 O 环氧丙烷： CH3CH CH2 O 3）烷基磺酸盐类（ -SO2OR ）和烷基硫酸盐类（ -SO4R ） 甲基磺酸乙酯（ EMS ）： CH3SO2OC2H5 ； 乙基磺酸乙酯（ EES ）： C2H5SO2OC2H5 甲基磺酸甲酯（ MMS ）： CH3SO2OCH3 ； 硫酸二乙酯（ DES ）： SO2(OC2H5 )2 ； 硫酸二甲酯（ MES ）： SO2(OCH3 )2 4）亚硝基烷基化合物（ R 1 -NR 2 NO ）： 亚硝基乙基脲（ NEH ）： OH C2H5 N-CONH2 亚硝基乙基脲烷（ NEU ）： ON C2H5 N-COOC2H5 2 ．核酸碱基类似物 是一类与DNA碱基（A、G、C、T）十分接近的类似物，它们在不妨碍DNA复制的情况下，代替DNA的成分参入到DNA分子中去，从而引起DNA复制时碱基配对的差错，而引起突变。 5- 溴尿嘧啶 (5-BU) ：取代 DNA 中的嘧啶，可以同 A 和 G 配对 2- 氨基嘌呤 (AP) ：取代 DNA 中的嘌呤，可以同 C 和 T 配对 3 ．诱发移码突变的诱变剂 吖啶类（嵌入剂） 嵌入 DNA 分子双链中心的碱基之间，引起单一核苷的缺失或插入 遗传密码编组的移动（移码突变） 转录和翻译的错误 , 产生突变。 吖啶黄 (acridine yellow) ，吖啶橙，原黄素 (proflavin) ，5-氨基吖啶 4 ．其它诱变剂 1）亚硝酸（HNO2）能使核酸、核苷酸和核苷中的嘌呤和嘧啶上的氨基转变为羟基，造成DNA复制的紊乱，从而改变遗传密码。 2）叠氮化钠（NaN3）是一种具有诱变作用的无机盐，在酸性条件下，特别是在PH=3时有显著作用。 主要对复制中的DNA发生碱基替换作用，而染色体畸变的几率甚低。 3）羟胺（ HA ）：作用于 C ，使其氨基变成羟基，与 A 配对，G-C A-T 4）抗生素（丝裂霉素 C 、链霉素）、重氮丝氨酸等引起染色体的断裂 　　抗生素的诱变作用：破坏基因分子结构 造成染色体的断裂而引起突变。　　Perov等用链霉素首先诱导出玉米细胞质雄性不育(CMS)。　　Burton和Hanna（1982）以及Jan和Rutger（1988）分别在珍珠粟和向日葵上使用链霉素和丝裂霉素诱导出CMS。　　说明链霉素和丝裂霉素在诱导产生CMS方面具有较好效果，不同作物间重演性好。 5）无机类化合物： HNO2 、 H2O2 、 CuSO4 等 6）中草药 长春花碱能阻止细胞纺锤体的形成，使分裂中期停止，抑制核糖体RNA的产生。 石蒜碱对染色体畸变有一定作用。 喜树碱对肿瘤细胞也有一定的作用。