常用的物理誘變劑及其處理方法

A. 誘變育種的基本原理是什麼

誘變育種的基本原理是基因突變，主要包括染色體畸變和基因突變。誘變育種是利用各種被稱為誘變劑的物理因素和化學試劑處理微生物細胞，提高基因突變頻率，再通過適當的篩選方法獲得所需要的高產優質菌種的育種方法。

誘變育種存在的主要問題是有益突變頻率仍然較低，變異的方向和性質尚難控制。因此提高誘變效率，迅速鑒定和篩選突變體以及探索定向誘變的途徑。

(1)常用的物理誘變劑及其處理方法擴展閱讀：

誘變育種是指用物理、化學因素誘導動植物的遺傳特性發生變異，再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株/個體，進而培育成新的品種或種質的育種方法。它是繼選擇育種和雜交育種之後發展起來的一項現代育種技術。

應用較多的是輻射誘變，即用α射線、β射線、γ射線、Χ射線、中子和其他粒子、紫外輻射以及微波輻射等物理因素誘發變異。當通過輻射將能量傳遞到生物體內時，生物體內各種分子便產生電離和激發，接著產生許多化學性質十分活躍的自由原子或自由基團。

它們繼續相互反應，並與其周圍物質特別是大分子核酸和蛋白質反應，引起分子結構的改變。由此又影響到細胞內的一些生化過程，如 DNA合成的中止、各種酶活性的改變等，使各部分結構進一步深刻變化，其中尤其重要的是染色體損傷。

由於染色體斷裂和重接而產生的染色體結構和數目的變異即染色體突變，而DNA分子結構中鹼基的變化則造成基因突變。那些帶有染色體突變或基因突變的細胞，經過細胞世代將變異了的遺傳物質傳至性細胞或無性繁殖器官，即可產生生物體的遺傳變異。

B. 用語言表述誘變育種的一般流程圖

誘變育種的操作要點

（一）出發菌株的選擇
用來進行誘變的菌株稱為出發菌株。誘變育種的目的在於提高微生物代謝產物的產量、改進質暈或產生新的代謝產物。因此，選擇出發菌株對誘變效果尤為重要。
1.作為出發菌株疢對誘變劑敏感，變異幅度大。
2．從自然界分離到的野生型菌株，對誘變劑敏感，易發生正向突變。由自發突變經
篩選得到的菌株也屬於野生型菌株。
3.經誘變處理獲得的高產菌株再誘變時易出現負突變，繼續提高產量較難，不易直接作出發菌株。
4.選擇易於表現出基因發生改變的單倍體細胞，酵母菌二倍體細胞很穩定，應該挑選異宗接合的單倍體菌株或用子囊孢子進行誘變。
5.選擇單核或細胞核少的細胞，在黴菌的誘變育種中，多採用分生孢子或孢子囊孢
子進行誘變處理。

(二）細胞懸液的制備

1.採用生理狀態一致的單細胞或單孢子進行誘變處理，不可能使細胞均勻地接觸誘
變劑，還可以減少分離性表型延遲現象的發生。因此，誘變處理前的細胞應盡可能達到同步培養和對數生長期狀態。
2． 一般誘變處理真菌孢子或酵母菌營養細胞，其細胞懸液濃度應為106個/ml而細菌營養細胞或放線菌孢於濃度為108個/ml，細胞懸液濃度可用平板計數法和血球計數板法測定。
3.一般情況，使用物理誘變劑處理時，用生理鹽水配製細胞懸液；而使用化學誘變劑處理時，由於pH變化易引起誘變劑性質的改變而都使用緩沖液配製細胞懸液。

(三）誘變劑和處理方法的選擇

1.誘變劑的選擇 對誘變劑的要求是使遺傳物質改變大，難於產生回復突變，這樣獲得的突變株突變性狀穩定。亞硝基胍(NTG)和甲基磺酸己酯(EMS)等烷化雖能引起高頻度的變異，但它們多是引起鹼基對轉換突變，易發生回變；而能引起染色體大損傷或移碼的紫外線、γ-射線等誘變劑，其有優越性能。

2.誘變劑量的選擇 選擇最適誘變劑量，也就是在提高突變率的基礎上，即能擴大變異幅度，又能使變異向正向突變范圍移動的劑量。研究方向正向突變多出現在偏低劑量中，形態變異多發生在偏高劑量中，而一般形態變異多趨向於降低產量。
3.誘變處理方法的選擇
（1）紫外線與光復活的交替處理 能使紫外線誘變作用得到顯著增強。多次紫外線照射後，並在每次照射後進行-次光復活，突變率將大大提高。
（2）誘變劑的復合處理有一定的協同效應，復合處理有以下幾種方式：兩種或多種
誘變因子先後使用；同—種誘變劑重復使用；兩種或兩種以上誘變劑的交替使用等。

(四）中間培養

突變基因的出現並不意味著突變表型的出現，表型的改變落後於基因型改變的現象，稱為表型延遲。其原因是分離性延遲和生理性延遲造成的。為此，必須將誘變處理的菌液進行中間培養，即將菌液接入完全液體培養基中培養過夜。

（五）突變株的分離
1.營養缺陷性菌株的分離

（1）淘汰野生型、濃縮缺陷型
（2）缺陷菌株的檢出
（3）營養缺陷型的鑒定

2.抗性突變菌株的分離
（1）抗葯性突變株的分離
（2）抗代謝結構類似物突變菌株的分離

3.產量性狀突變的分離

C. 誘變育種的方法

物理、化學誘變的方法及其機理如下述。 應用較多的是輻射誘變，即用α射線、β射線、γ射線、Χ射線、中子和其他粒子、紫外輻射以及微波輻射等物理因素誘發變異。當通過輻射將能量傳遞到生物體內時，生物體內各種分子便產生電離和激發，接著產生許多化學性質十分活躍的自由原子或自由基團 。它們繼續相互反應，並與其周圍物質特別是大分子核酸和蛋白質反應，引起分子結構的改變。由此又影響到細胞內的一些生化過程，如 DNA合成的中止、各種酶活性的改變等，使各部分結構進一步深刻變化，其中尤其重要的是染色體損傷。由於染色體斷裂和重接而產生的染色體結構和數目的變異即染色體突變，而DNA分子結構中鹼基的變化則造成基因突變。那些帶有染色體突變或基因突變的細胞，經過細胞世代將變異了的遺傳物質傳至性細胞或無性繁殖器官，即可產生生物體的遺傳變異。
誘變處理的材料宜選用綜合性狀優良而只有個別缺點的品種、品系或雜種。由於材料的遺傳背景和對誘變因素的反應不同，出現有益突變的難易各異，因此進行誘變處理的材料要適當多樣化。由於不同科、屬、種及不同品種植物的輻射敏感性不同，其對誘變因素反應的強弱和快慢也各異。如十字花科白菜的敏感性小於禾本科的水稻、大麥，而水稻、大麥的敏感性又小於豆科的大豆。另外，輻射敏感性的大小還同植物的倍數性、發育階段、生理狀態和不同的器官組織等有關。如二倍體植物大於多倍體植物，大粒種子大於小粒種子，幼齡植株大於老齡植株，萌動種子大於休眠種子，性細胞大於體細胞等。根據誘變因素的特點和作物對誘變因素敏感性的大小，在正確選用處理材料的基礎上，選擇適宜的誘變劑量是誘變育種取得成效的關鍵（表 1）。適宜誘變劑量是指能夠最有效地誘發作物產生有益突變的劑量，一般用半致死劑量（LD50）表示。不同誘變因素採用不同的劑量單位。Χ、γ射線線吸收劑量以拉德(rad）或戈瑞（GY）為單位，照射劑量以倫琴（R）為單位，中子用注量表示。同時要注意單位時間的照射劑量（劑量率、注量率）以及處理的時間和條件。
輻照方法分外照射和內照射兩種，前者指被照射的植物接受來自外部的γ射線源、Χ射線源或中子源等輻射源輻照，這種方法簡便安全，可進行大量處理。後者指將放射性物質(如32P、35S等）引入植物體內進行輻照，此法容易造成污染，需要防護條件，而且被吸收的劑量也難以精確測定。干種子因便於大量處理和便於運輸、貯藏，用於輻照最為簡便。 化學誘變除能引起基因突變外，還具有和輻射相類似的生物學效應，如引起染色體斷裂等，常用於處理遲發突變，並對某特定的基因或核酸有選擇性作用。化學誘變劑主要有：①烷化劑。這類物質含有1個或多個活躍的烷基，能轉移到電子密度較高的分子中去，置換其他分子中的氫原子而使鹼基改變。常用的有甲基磺酸乙酯(EMS）、乙烯亞胺（EI）、亞硝基乙基脲烷（NEU）、亞硝基甲基脲烷（NMU）、硫酸二乙酯（DES）等。②核酸鹼基類似物。為一類與DNA鹼基相類似的化合物。滲入DNA後，可使DNA復制發生配對上的錯誤。常用的有5-溴尿嘧啶(BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR）等。③抗生素。如重氮絲氨酸、絲裂毒素C等，具有破壞DNA和核酸的能力，從而可造成染色體斷裂。
化學誘變主要用於處理種子，其次為處理植株。種子處理時，先在水中浸泡一定時間，或以干種子直接浸在一定濃度的誘變劑溶液中處理一定時間，水洗後立即播種，或先將種子乾燥、貯藏，以後播種。植株處理時，簡單的方法是在莖稈上切一淺口，用脫脂棉把誘變劑溶液引入植物體，也可對需要處理的器官進行注射或塗抹。應用的化學誘變劑濃度要適當（表 2）。處理時間以使受處理的器官、組織完成水合作用和能被誘變劑所浸透為度。化學誘變劑大都是潛在的致癌物質，使用時必須謹慎。