化學誘變育種

化學誘變育種是用化學誘變劑處理植物材料，以誘發遺傳物質的突變，從而引起形態特徵的變異，然後根據育種目標，對這些變異進行鑑定、培育和選擇，最終育成新品種。

基本介紹

• 中文名：化學誘變育種
• 性質：化學誘變劑處理植物材料
• 內容：藥劑帶有一個或多個活潑的烷基
• 代表藥劑：乙烯亞胺
• 有機物：N-亞硝基-N-乙基脲烷

常用化學誘變劑的種類及作用機制

（一）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。
（二）核酸鹼基類似物
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。
（三）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。
用秋水仙素誘導多倍體。
秋水仙素是從百合科植物秋水仙的器官和種子中提取出來的一種劇毒的植物鹼。純品為無色或淡黃色針狀結晶，熔點155℃，有苦味，易溶於冷水、酒精、氯仿和甲醛。通常用水或酒精作溶媒。
（1）秋水仙素誘導多倍體的原理
秋水仙素與正在分裂的細胞接觸後，可抑制微管的聚合過程，不能形成紡錘絲，使染色體無法分向兩極，從而產生染色體加倍的核。
適宜濃度的秋水仙素溶液，能阻礙紡錘絲的形成，但對染色體結構無明顯影響。處理的細胞在一定時間內可恢復正常，重新進行分裂。
（2）秋水仙誘導多倍體應注意的問題
①注意誘變材料的選擇
選主要經濟性狀優良的品種；
選染色體組數少的品種因為倍性高的種在進化過程中已經利用了它的多倍性。
最好選能單性結實的品種因為染色體多倍化後，常會使育性降低。
儘量選多個品種處理因為不同的種、品種、類型遺傳基礎不同，多倍化後的表現也不同。
②注意處理部位的選擇
處理的組織應該是旺盛分裂的組織。如萌動的種子、正在膨大的芽、根尖、幼苗、嫩枝生長點、花蕾等。
③注意藥劑濃度和處理時間的選擇
溶液的濃度不宜過高或過低。過高，會引起傷害，以至致死；過低，又不起作用。一般採用臨界範圍內的高濃度、短時間處理。
通常，草本濃度較低，木本濃度較高。
果樹、樹木：1-1.5%蔬菜、草本花卉：0.01-0.2%
王鳴等（1960）在甘藍、白菜、南瓜、蘿蔔上試驗表明，在0.01-0.2%的範圍內，隨濃度增高，引變的百分率也顯著提高。
處理時間以細胞分裂周期為轉換。
④注意被處理植物的生長條件
處理後，用清水沖洗,除去殘留藥物，並為植株生長提供良好的條件，便於植株恢復生長。
外部條件中最重要的是溫度，一般25-30℃。

誘導方法

①浸漬法
可用溶液浸漬幼苗、新梢、插條、接穗、種子及球根類蔬菜、花卉等材料。為避免蒸發，宜加蓋，避光。
一般發芽種子處理數小時至3d或多至10d左右。秋水仙鹼能阻礙根系的發育，處理後要用清水洗淨後再播種。發芽種子的胚根，處理後往往受到抑制，髮根較慢，為利於根的生長，可在藥液中添加適當生長素。
處理插條、接穗一般1-2d。處理後也要用清水洗乾淨。
處理幼苗時，為避免根系受害，可將盆缽架起來倒置，使莖端生長點浸入秋水仙鹼溶液中。
②塗抹法
把秋水仙鹼按一定濃度配成乳劑，塗抹在幼苗或枝條的頂端，處理部位要適當遮蓋，以減少蒸發和避免雨水沖洗。
③滴液法
對較大植株的頂芽、腋芽處理時可採用此法。常用的水溶液濃度為0.1%~0.4%，每日滴一至數次，反覆處理數日，使溶液透過表皮滲入組織內部。如溶液在上面停不住時，可將小片脫脂棉包裹幼芽，再滴加溶液，浸濕棉花。
④套罩法
保留新梢的頂芽，除去頂芽下面的幾片葉，套上一個防水的膠囊，內盛有含1%秋水仙鹼的0.65%的瓊脂，經24h即可去掉膠囊。這種方法的優點是不需加甘油，可避免甘油引起藥害。
⑤毛細管法
將植株的頂芽、腋芽用脫脂棉或紗布包裹後，將脫脂棉與紗布的另一端浸在盛有秋水仙鹼溶液的小瓶中，小瓶置於植株旁，利用毛細管吸水作用逐漸把芽浸透，此法一般多用於大植株上芽的處理。
此外，還有注射法、噴霧法等。

秋水仙素誘導也與物理輻射等方法結合使用。如山川邦夫(1973)報導，將好望角苣苔屬中的一些種用秋水仙鹼處理11d，再用0.05Gy的X射線照射可提高加倍株的出現率。在單獨用秋水仙鹼處理時為30%，而兼用X射線照射時可提高到60%，並且在取得的多倍體植株中發現有兩株變成八倍體。他們認為，這是由於秋水仙鹼的處理，使多倍體混雜於二倍體性細胞群中，二倍體細胞由於先開始分裂，所以就被X射線淘汰了。
秋水仙素誘導只能產生偶數多倍體，且為同源多倍體。
有性雜交可產生奇數多倍體、異源多倍體。異源多倍體具有更高的雜合性、育性；二倍體基因滲入，創造遺傳多樣性，得到雜合多倍性群體。

化學誘變的方法

1. 藥劑配製
硫酸二乙酯（DES）不溶於水，先用少量70%酒精溶解，再加水。
有些烷化劑在水中不穩定，會發生"水合作用"，因此配好的藥劑不能貯存，應現配現用。一般都是把它們加入到一定酸鹼度(pH)的磷酸鹽緩衝液（0.01mol/L）中使用。
亞硝酸也不穩定，常在臨使用前將NaNO2加入到醋酸緩衝液（PH4.5），以生成亞硝酸。
2. 試材預處理
乾種子 預先浸泡，使細胞活潑，增加敏感性，還可提高膜透性。
細胞處於DNA合成階段（S）時，對誘變劑最敏感。誘變處理應在S階段之前進行。
需層積處理的種子，處理前可用層積代替水浸泡。
3. 誘變處理
（1）浸漬法 種子、枝條、塊莖浸入誘變劑溶液，或枝條基部插入溶液。
（2）塗抹或滴液法 藥劑溶液塗抹或緩慢滴在植株、枝條或塊莖的生長點或芽眼上。
（3）注入法 用注射器向植物材料中注入溶液，或將材料人工刻傷，用浸過誘變劑的棉團包裹切口。
（4）熏蒸法 密封容器內使誘變劑產生蒸汽，對花粉等進行熏蒸。
（5）施入法 培養基中加入低濃度誘變劑溶液。
4. 誘變後處理
處理後的材料，用清水反覆沖洗，以降低殘留，避免生理損傷。一般沖洗10-30min或更長時間。漂洗後的材料立即播種或嫁接。

影響化學誘變效應的因素

除誘變劑種類和材料的遺傳類型和生理狀態外，還有：處理濃度和處理時間
高濃度處理，生理損傷大；低溫、低濃度、長時間處理，M1存活率高，突變率也高。
對種皮滲透性差的種子，應適當延長處理時間。
溫度
溫度影響誘變劑的水解速度。低溫有利於保持化學物質的穩定性。增高溫度，可促進誘變劑在材料內的反應速度和作用能力。
適宜處理方式：低溫（0-10℃）下，在誘變劑中將種子浸泡足夠長時間，使誘變劑進入胚細胞中，然後將種子轉移到新鮮誘變劑溶液內，在40℃下處理，加快誘變反應速度。

溶液PH值及緩衝液使用
一些誘變劑在不同的PH下分解產物不同，從而產生不同誘變效應。處理前、處理中都應校正溶液PH值。
使用一定PH的磷酸緩衝液，可提高誘變劑在溶液中的穩定性。濃度不應超過0.1mol/L。