直接诱变剂

化学诱变技术是指利用化学诱变剂处理植物材料，诱使其在相对较短的时间内遗传物质发生突变，从而引起形态特征的变异，然后根据育种目标，对这些变异植株进行鉴定、培育和选择，最终育成新品种。与物理诱变相比，具有相对的专一性、可控制性强、突变率高和对基因组损伤小等特点；同时与离子注入、辐射诱变育种等相比费用低，不需要经过昂贵的X光机、г射线源等的处理，只要有足够的试验材料便可以大规模进行重复试验，因而逐渐地成为运用最为广泛的突变体诱变技术1。

直接诱变剂即诱变剂直接作用于植物材料，促使分子结构发生离析、突变。

间接诱变剂即诱变剂作用于植物生长的环境，包括土壤、培养基等。

化学诱变在植物育种中的研究动态

大量的研究表明，利用诱变手段进行育种，可以有效改良诸如株高、早熟性、抗病性、耐盐碱性等遗传比较简单的性状，与常规育种方法相比，育种周期缩短，诱变育种后代性状稳定快。因此从很早开始许多国家就都进行了各种形式的诱变育种试验，并且不少试验取得了显著成果。

从20世纪初开始，人类就开始进行突变体的诱导。最初，人们大多是使用物理方法进行突变体诱导，而随着1937年秋水仙碱在诱导染色体加倍上的巨大效果被美国学者布莱克斯利（Blakeslee）等证实，1941年Auerbach与Robson第一次发现芥气可以诱发基因突变，逐渐揭开了化学诱变育种的序幕。1946年，Rapoport博士在世界率先开展化学诱变育种研究，从此化学诱变育种进入了一个崭新的阶段，该研究技术在全世界得到了广泛的推广与应用。随着人们研究不断深入，越来越多的诱变剂被发现并利用，例如甲基磺酸乙酯（EMS）、叠氮化钠、氟乐灵、胺磺灵等。

化学诱变技术是指利用化学诱变剂处理植物材料，诱使其在相对较短的时间内遗传物质发生突变，从而引起形态特征的变异，然后根据育种目标，对这些变异植株进行鉴定、培育和选择，最终育成新品种。与物理诱变相比，具有相对的专一性、可控制性强、突变率高和对基因组损伤小等特点；同时与离子注入、辐射诱变育种等相比费用低，不需要经过昂贵的X光机、г射线源等的处理，只要有足够的试验材料便可以大规模进行重复试验，因而逐渐地成为运用最为广泛的突变体诱变技术。

经过几十年时间对化学诱变技术的探索和利用，化学诱变育种研究已得到较全面的发展，涉及领域广泛，研究成果多。在农作物领域中，已有大量的诱变育种研究，例如，利用秋水仙碱进行四倍体大麦（HordeumvulgareL.）、多倍体辣椒(CapsicumannuumLinn.)、木薯(ManihotesculentaCrantz)、西瓜(Citrullus)等的诱导，获得相应的多倍体植株，不仅提高了作物的产量，还提高了多种作物的利用价值；利用甲基磺酸乙酯诱变大麦、玉米(ZeamaysL.)、草莓(Fragaria)、油菜(BrassicacampestrisL.)等得到多类型突变体的研究，有效的提高了相应物种的抗逆性和多样性等。在园林花卉领域，利用秋水仙碱诱导三色堇(ViolatricolorLinn.)多倍体、墨兰(Cymbidium)、风信子(hyacintho)等多倍体花卉，增加了花卉的观赏价值和经济价值；利用EMS和叠氮化钠为诱变剂诱导蝴蝶兰(Phalaenopsis)、文心兰突变体等研究，这些研究充分展示了化学诱变为花卉园林事业的发展提供了有利条件。在经济、用材林领域中也有大量相关的化学诱变研究，如林强等研究报道，在广西以秋水仙碱诱导、选育出品质优异的四倍体桑；张敏,杨艳等利用EMS诱变南高丛越橘(Vaccinium)及抗旱突变体；徐刚,尹春英等利用甲基磺酸乙酯(EMS)对麻疯树(JatrophaCurcasL.)的诱变等等。总之，化学诱变育种在植物上的研究已经有很多，在木本植物上的多倍体诱导研究在不断的增加，其他变异类型的植株也在不断的被培育出来。

常用化学诱变剂的特点及诱变机理

一些常用化学诱变剂及其应用。常用的化学诱变剂主要有生物碱类诱变剂、烷化剂和其他诱变剂2。

生物碱类——秋水仙碱的特点及诱变机理

生物碱类诱变剂的主要代表为秋水仙碱也称秋水仙素（Colchicine），是一种被广泛应用于细胞学、遗传学的研究和植物育种的工作中的化学诱变剂。因为最初是从百合科植物秋水仙（Colchicumautumnale）中提取出来的，所以定名为秋水仙素,也称秋水仙碱，分子式C22H25O6N。纯秋水仙素呈黄色针状结晶，熔点157℃；易溶于水、乙醇和氯仿；味苦，有毒。秋水仙素是诱变多倍体效果较好的药剂之一，迄今已有大量植物多倍体诱导成功。它的作用机理是：当细胞进行分裂时，秋水仙碱一方面能使细胞的染色体着丝点延迟分裂，导致已复制的染色体两条单体分离，而其着丝点仍连在一起，形成“X”形染色体图象（秋水仙效应有丝分裂）；另一方面是能够引起细胞分裂中期的纺锤丝断裂，或者抑制纺锤体的形成，致使到分裂后期染色体不能移向两极，而重组成一个双倍性的细胞核。此时，细胞加大而不分裂，或分裂成一个有双倍性细胞核的子细胞和一个无细胞核的子细胞。经过一个时期以后，这种染色体数目加倍了的细胞再分裂增长时，就构成了双倍性的细胞和组织。

烷化剂——甲基磺酸乙酯的特点及诱变机理

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。烷化剂一般分为四大类，分别是烷基磺酸盐和烷基硫酸盐、亚硝基烷基化合物、次乙胺和环氧乙烷类和芥子气类。甲基磺酸乙酯（Ethyl methane sulfonate，简称EMS）是烷化剂的重要代表药剂之一，由于诱变操作简单，成本低，频率高，诱变效率高且多为显性突变，染色体畸变相对较少，诱变效果远远高于自发诱变和电离辐射，易于突变体的筛选，因此是构建突变体库使用的重要诱变试剂之一，应用十分广泛。EMS主要是通过诱导碱基从C到T的突变，从而引起碱基从C:G到T:A的转换突变，一般诱发产生3种类型的点突变：第一种是诱导突变发生在编码区以外或以内，但不改变氨基酸编码顺序，形成沉默突变；第二种是诱导密码子变为终止子，使翻译的蛋白质失去功能，形成无义突变；第三种是诱导突变引起氨基酸编码顺序的改变，形成错义突变。除此之外，甲基磺酸乙酯诱变也可出现其他类型的突变体。

其他诱变试剂——叠氮化钠的特点及诱变机理

叠氮化钠是化学诱变剂中的一种常用点突变剂，分子式为NaN3，无色六角结晶性粉末。叠氮化钠(NaN3)是一种呼吸抑制剂，能引起基因突变，在酸性环境中对形态突变很有效，同时具有突变率高、无毒、便宜及使用安全等优点。其作用机理是以碱基替换方式影响DNA结构，导致点突变的产生。大量的研究文献表明，叠氮化钠是一种良好的呼吸抑制剂，抑制电子传递链中细胞色素氧化酶和过氧化物酶作用，只作用于复制中的DNA，因此利用叠氮化钠诱变时，最适宜的时间是在DNA合成开始时。

参考资料