誘變是指用物理、化學因素誘導植物的遺傳特性發生變異的方法，通常用於選育菌種、得到高產量植物種子等。 誘變操作其實很簡單，即用誘變劑直接或間接地處理生殖細胞。對細菌等生物而言，沒有體細胞與生殖細胞的區別，處理起來就更容易了。
基本介紹
物理誘變,誘變因素,
物理誘變
物理誘變劑主要有紫外線，X—射線，γ-射線，快中子，雷射，微波，離子束等。
誘變因素
1紫外線我們知道，DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很強的紫外光吸收能力,最大的吸收峰在260nm，因此波長260nm的紫外輻射是最有效的誘變劑.對於紫外線的作用已有多種解釋,但研究的比較清楚的一個作用是使DNA分子形成嘧啶二聚體,即兩個相鄰的嘧啶共價連線，二聚體出現會減弱雙鍵間氫鍵的作用,並引起雙鏈結構扭曲變形,阻礙鹼基間的正常配對,從而有可能引起突變或死亡.另外二聚體的形成,會妨礙雙鏈的解開,因而影響DNA的複製和轉錄.總之紫外輻射可以引起鹼基轉換、顛換、移碼突變或缺失等[1]。
2γ-射線
γ-射線屬於電離輻射,是電磁波.一般具有很高的能量,能產生電離作用,因而能直接或間接地改變DNA結構.其直接效應是,脫氧核糖的鹼基發生氧化,或脫氧核糖的化學鍵和糖-磷酸相連線的化學鍵斷裂,使得DNA的單鏈或雙鏈鍵斷裂.其間接效應是電離輻射使水或有機分子產生自由基,這些自由基與細胞中的溶質分子起作用,發生化學變化,作用於DNA分子而引起缺失和損傷.此外,電離輻射還能引起染色體畸變,發生染色體斷裂,形成染色體結構的缺失、易位和倒位等[2].
3雷射
雷射在微生物誘變育種方面的研究與開發套用比較晚。雷射誘變育種技術研究始於20世紀60年代,經過世界各國40多年的開發套用研究,不僅證明雷射和普通光在本質上都是電磁波,它們發光的微觀機制都與組成發光物質的原子、分子能量狀態和變化密切相關。雷射是一種與自然光不同的輻射光,它具有能量高度集中、顏色單一、方向性好、定向性強等特性。雷射通過光效應、熱效應和電磁效應的綜合作用,能使生物的染色體斷裂或形成片斷,甚至易位和基因重組[3]。
4微波
微波輻射屬於一種低能電磁輻射,具有較強生物效應的頻率範圍在300MHz~300GHz,對生物體具有熱效應和非熱效應。其熱效應是指它能引起生物體局部溫度上升,從而引起生理生化反應;非熱效應指在微波作用下,生物體會產生非溫度關聯的各種生理生化反應。在這兩種效應的綜合作用下,生物體會產生一系列突變效應。因而,微波也被用於多個領域的誘變育種,如農作物育種、禽獸育種和工業微生物育種,並取得了一定成果[4]。
5離子束
離子注入是20世紀80年代初興起的一項高新技術,主要用於金屬材料表面的改性。1986年以來逐漸用於農作物育種,近年來在微生物育種中逐漸引入該技術。離子注入誘變是利用離子注入設備產生高能離子束(40~60keV)並注入生物體引起遺傳物質的永久改變,然後從變異菌株中選育優良菌株的方法。離子束對生物體有能量沉積(即注入的離子與生物體大分子發生一系列碰撞並逐步失去能量,而生物大分子逐步獲得能量進而發生鍵斷裂、原子被擊出位、生物大分子留下斷鍵或缺陷的過程)和質量沉積(即注入的離子與生物大分子形成新的分子)雙重作用,從而使生物體產生死亡、自由基間接損傷、染色體重複、易位、倒位或使DNA分子斷裂、鹼基缺失等多種生物學效應。因此,離子注入誘變可得到較高的突變率,且突變譜廣,死亡率低,正突變率高,性狀穩定[5]。
2γ-射線
γ-射線屬於電離輻射,是電磁波.一般具有很高的能量,能產生電離作用,因而能直接或間接地改變DNA結構.其直接效應是,脫氧核糖的鹼基發生氧化,或脫氧核糖的化學鍵和糖-磷酸相連線的化學鍵斷裂,使得DNA的單鏈或雙鏈鍵斷裂.其間接效應是電離輻射使水或有機分子產生自由基,這些自由基與細胞中的溶質分子起作用,發生化學變化,作用於DNA分子而引起缺失和損傷.此外,電離輻射還能引起染色體畸變,發生染色體斷裂,形成染色體結構的缺失、易位和倒位等[2].
3雷射
雷射在微生物誘變育種方面的研究與開發套用比較晚。雷射誘變育種技術研究始於20世紀60年代,經過世界各國40多年的開發套用研究,不僅證明雷射和普通光在本質上都是電磁波,它們發光的微觀機制都與組成發光物質的原子、分子能量狀態和變化密切相關。雷射是一種與自然光不同的輻射光,它具有能量高度集中、顏色單一、方向性好、定向性強等特性。雷射通過光效應、熱效應和電磁效應的綜合作用,能使生物的染色體斷裂或形成片斷,甚至易位和基因重組[3]。
4微波
微波輻射屬於一種低能電磁輻射,具有較強生物效應的頻率範圍在300MHz~300GHz,對生物體具有熱效應和非熱效應。其熱效應是指它能引起生物體局部溫度上升,從而引起生理生化反應;非熱效應指在微波作用下,生物體會產生非溫度關聯的各種生理生化反應。在這兩種效應的綜合作用下,生物體會產生一系列突變效應。因而,微波也被用於多個領域的誘變育種,如農作物育種、禽獸育種和工業微生物育種,並取得了一定成果[4]。
5離子束
離子注入是20世紀80年代初興起的一項高新技術,主要用於金屬材料表面的改性。1986年以來逐漸用於農作物育種,近年來在微生物育種中逐漸引入該技術。離子注入誘變是利用離子注入設備產生高能離子束(40~60keV)並注入生物體引起遺傳物質的永久改變,然後從變異菌株中選育優良菌株的方法。離子束對生物體有能量沉積(即注入的離子與生物體大分子發生一系列碰撞並逐步失去能量,而生物大分子逐步獲得能量進而發生鍵斷裂、原子被擊出位、生物大分子留下斷鍵或缺陷的過程)和質量沉積(即注入的離子與生物大分子形成新的分子)雙重作用,從而使生物體產生死亡、自由基間接損傷、染色體重複、易位、倒位或使DNA分子斷裂、鹼基缺失等多種生物學效應。因此,離子注入誘變可得到較高的突變率,且突變譜廣,死亡率低,正突變率高,性狀穩定[5]。
