基本介紹
- 中文名：間接誘變劑
- 外文名：indirect mutagen
- 分類：直接誘變劑和間接誘變劑
- 對象：土壤、培養基等
- 套用：植物育種
- 原理：生長環境影響
化學誘變技術,激活間接誘變劑的方法,分析受污染的機體細胞,體液中介誘變作用,
化學誘變技術
化學誘變技術是指利用化學誘變劑處理植物材料，誘使其在相對較短的時間內遺傳物質發生突變，從而引起形態特徵的變異，然後根據育種目標，對這些變異植株進行鑑定、培育和選擇，最終育成新品種。與物理誘變相比，具有相對的專一性、可控制性強、突變率高和對基因組損傷小等特點；同時與離子注入、輻射誘變育種等相比費用低，不需要經過昂貴的X光機、г射線源等的處理，只要有足夠的試驗材料便可以大規模進行重複試驗，因而逐漸地成為運用最為廣泛的突變體誘變技術 。
直接誘變劑即誘變劑直接作用於植物材料，促使分子結構發生離析、突變。
間接誘變劑即誘變劑作用於植物生長的環境，包括土壤、培養基等。
化學誘變在植物育種中的研究動態
大量的研究表明，利用誘變手段進行育種，可以有效改良諸如株高、早熟性、抗病性、耐鹽鹼性等遺傳比較簡單的性狀，與常規育種方法相比，育種周期縮短，誘變育種後代性狀穩定快。因此從很早開始許多國家就都進行了各種形式的誘變育種試驗，並且不少試驗取得了顯著成果。
從20世紀初開始，人類就開始進行突變體的誘導。最初，人們大多是使用物理方法進行突變體誘導，而隨著1937年秋水仙鹼在誘導染色體加倍上的巨大效果被美國學者布萊克斯利（Blakeslee）等證實，1941年Auerbach與Robson第一次發現芥氣可以誘發基因突變，逐漸揭開了化學誘變育種的序幕。1946年，Rapoport博士在世界率先開展化學誘變育種研究，從此化學誘變育種進入了一個嶄新的階段，該研究技術在全世界得到了廣泛的推廣與套用。隨著人們研究不斷深入，越來越多的誘變劑被發現並利用，例如甲基磺酸乙酯（EMS）、疊氮化鈉、氟樂靈、胺磺靈等。
化學誘變技術是指利用化學誘變劑處理植物材料，誘使其在相對較短的時間內遺傳物質發生突變，從而引起形態特徵的變異，然後根據育種目標，對這些變異植株進行鑑定、培育和選擇，最終育成新品種。與物理誘變相比，具有相對的專一性、可控制性強、突變率高和對基因組損傷小等特點；同時與離子注入、輻射誘變育種等相比費用低，不需要經過昂貴的X光機、г射線源等的處理，只要有足夠的試驗材料便可以大規模進行重複試驗，因而逐漸地成為運用最為廣泛的突變體誘變技術。
經過幾十年時間對化學誘變技術的探索和利用，化學誘變育種研究已得到較全面的發展，涉及領域廣泛，研究成果多。在農作物領域中，已有大量的誘變育種研究，例如，利用秋水仙鹼進行四倍體大麥（HordeumvulgareL.）、多倍體辣椒(CapsicumannuumLinn.)、木薯(ManihotesculentaCrantz)、西瓜(Citrullus)等的誘導，獲得相應的多倍體植株，不僅提高了作物的產量，還提高了多種作物的利用價值；利用甲基磺酸乙酯誘變大麥、玉米(ZeamaysL.)、草莓(Fragaria)、油菜(BrassicacampestrisL.)等得到多類型突變體的研究，有效的提高了相應物種的抗逆性和多樣性等。在園林花卉領域，利用秋水仙鹼誘導三色堇(ViolatricolorLinn.)多倍體、墨蘭(Cymbidium)、風信子(hyacintho)等多倍體花卉，增加了花卉的觀賞價值和經濟價值；利用EMS和疊氮化鈉為誘變劑誘導蝴蝶蘭(Phalaenopsis)、文心蘭突變體等研究，這些研究充分展示了化學誘變為花卉園林事業的發展提供了有利條件。在經濟、用材林領域中也有大量相關的化學誘變研究，如林強等研究報導，在廣西以秋水仙鹼誘導、選育出品質優異的四倍體桑；張敏,楊艷等利用EMS誘變南高叢越橘(Vaccinium)及抗旱突變體；徐剛,尹春英等利用甲基磺酸乙酯(EMS)對麻瘋樹(JatrophaCurcasL.)的誘變等等。總之，化學誘變育種在植物上的研究已經有很多，在木本植物上的多倍體誘導研究在不斷的增加，其他變異類型的植株也在不斷的被培育出來。
激活間接誘變劑的方法
檢查化合物代謝的誘變試驗中,有許多不同的系統可供利用。除細胞類型和遺傳終點外,這些方法的特點是使用激活系統。人體代謝檢查系統最為重要。在誘變檢查方法中有兩種人體代謝的方法:(1)分析暴露於化學物質的人體細胞染色體的損傷,(2)在細胞培養中檢查暴露個體的體液(尿、血掖)。
關於動物活體內代謝,除這些試驗之外,可以採用宿主中介測定(HMA)。HMA即是把待查細胞放入經化學物質處理的哺乳動物活體內進行培養。經動物體內培養後,回收待查細胞並分析其誘發突變。
對於體外代謝,下列系統可供採用:
(1)完整器官(器官灌注)或部分器官(切片、粗勻漿)。
(2)細胞碎片,如S一9碎片或微粒體碎片。
(3)培養的細胞保持有代謝外源性化合物(細胞中介誘變)的能力。
(4)化學物質系統的非酶性激活,可部分刺激代謝的轉化(如:Udenfriod系統)。
分析受污染的機體細胞
對接觸過化學物質的人、動物細胞進行染色體分析,是對於包含代謝轉變在內的一種理想的試驗系統。外周血淋巴細胞被廣泛地用來作人體內的活體分析。將淋巴細胞快速接觸於肝臟形成的高濃度代謝物中。人體淋巴細胞試驗系統是一種監測受污染的人的可行系統。將新採到的血液置於培養液中(培養基、胎牛血清、植物血凝素)在37℃下孵育兩天或三天,這取決於是分析染色體畸變還是分析姊妹染色單體互換(SCE)。
人體淋巴細胞試驗系統有其缺點:由於供血者往往接觸過各種外源性化合物,所以極難找到與之進行對比的適當對照者。這樣,在解釋結果時,特別是出現弱效應時,就會發生困難。
用動物外周血淋巴細胞進行細胞遺傳學分析時,很容易控制處理條件和避免不必要的污染。而且,對於動物還可使用高濃度的化學物質,同時也能試驗那些人類環境中還沒有的化學物質。在人體,除淋巴細胞外,還可對骨髓細胞進行細胞遺傳學分析。
在人體中,只有男性生殖細胞才能用下列方法進行細胞遺傳學分析:分析精子的形態學改變(精子形態異常檢查);研究精液中之終變期;用與金黃色倉鼠卵融合方法再激活精子,並分析染色體畸變。對於研究哺乳類生殖細胞的染色體損傷有許多不同的方法,精原細胞可用作染色體畸變和SCE分析。在雄性和雌性的兩次減數分裂中期都可分析染色體畸變。
顯性致死檢查,用試驗物質處理雄性小鼠後和未經處理的雌性小鼠交配,然後對雌性小鼠進行有關死胎的研究。對受試動物的胚胎早期卵裂階段可進行細胞遺傳學分析。此法表明,多數顯性致死是由於染色體畸變所致。用特異位點法,可對小鼠生殖細胞的點突變和微小缺失進行分析。因為肝臟具有高的代謝活性,所以分析哺乳動物肝細胞中的染色體損傷就具有特殊的重要性。為了誘導肝臟里的有絲分裂活性,必須施行肝部分切除術。Boobis等(1977年)證明,再生肝臟仍保持高的代謝活性。有人在此體系對SCE和微核進行了分析。在精原細胞、脾細胞、腸細胞、激活的淋巴細胞和唾液腺細胞中能測出SCE頻率。最近又發現一種在小鼠胚胎組織中分析SCE的簡便方法。Kram等(1979年)用環磷院胺、絲裂黴素C和亞得利亞黴素處理懷孕小鼠時,發現胚胎組織里SCE頻率增高。BaS-ler等(1979)曾報導用白消胺在成年小鼠骨髓中誘導的染色體畸變率比在胚胎組織中誘導的高,根據作者的看法,這很可能是一種減少胎盤藥物轉移的結果。
體液中介誘變作用
體液內含有外源性化合物所形成的多種代謝物,用體外激活系統,只能部分了解活體內代謝作用。通過體液(如受化學物質污染的人或動物的尿或血液)處理細胞培養物可測出具有間接染色體損傷效應的化學物質。體外的不同類型的試驗細胞和果蠅都曾被用來檢測尿和血液中介的遺傳學損傷。Connor等(1977)曾分析過甲硝唑處理過的人尿,並鑑別出一種在沙門氏菌體內具有誘變性的代謝物。作者認為可以這樣解釋這些結果:假定這種化合物是由試驗動物的腸道細菌所激活。已設計出從體液中濃縮各種代謝物的方法,從而使得試驗系統更加敏感。在誘變性試驗中使用血液和尿液的缺點是只能檢測存在時間長和能溶於水的代謝物,但不能檢查中間代謝物。
