诱变剂

化学物质

种类

环境诱变剂的种类。一般来说环境诱变剂可以分为3 大类型：物理性环境诱变剂(例如，电离辐射、紫外线、电磁波等)、化学性环境诱变剂(主要是一些人工合成的化学品，包括药品、农药、食品添加剂、调味品、化妆品、洗涤剂、塑料、着色剂、化肥、化纤等)和生物性环境诱变剂(真菌的代谢产物、病毒、寄生虫等)。除了上面所说的外源性环境诱变剂之外，还有一些内源性的环境诱变剂。内源性的环境诱变剂是在人体健康异常的情况下产生的，如遗传因素、内分泌紊乱等。在各种不同的环境诱变剂中，最令人不安的是人工合成的化学物质。

利弊

环境诱变剂的利弊。1927 年，美国遗传学家H．J．Muller 首次利用x 射线成功地诱发了果蝇突变，开拓了诱发突变的新领域。从此以后，人们利用诱发突变进行育种工作，取得了极大的成功，并在农学、工业微生物学、生物学、医学等领域也都取得了巨大的成绩。然而，当时的人们并不明白环境诱变剂也会对人体产生“三致”(致癌、致畸、致突变)的严重后果，故人类也为此承受了不少的伤害。在深入研究、积极监测、严加防护的前提下，合理利用环境诱变剂仍然可以造福于人类。例如，随着太空科技的发展，利用太空飞行器搭载作物种子进行“太空育种”已经操作了一段时间；核能的和平利用，已为人类做出了卓著的贡献；最近我国又计划利用“核爆炸”实现藏水北调，将雅鲁藏布江的水引到位于青藏高原东北方向的青海、新疆与甘肃，以改变我国大西北的生态环境。

潜在危害

环境诱变剂对人体健康的潜在危害。从接触诱变剂到产生有害后果。有时需要很长时间；如果是作用于生殖细胞的话，那么要在下一代，甚至几代以后才表现出来。例如，长期遭受日光照射的海员、渔民、牧民，在身体暴露处发生皮肤癌的几率较大，发病期可以在10～40 年以后，平均发病年龄在70 岁以上，开始是色素沉着和角质增生，继之发生癌变。

抗诱变剂

使自然突变率或诱发突变率降低的作用物为抗诱变剂，是诱变剂的反义词。据报道，腺嘌呤、鸟便嘌呤可作为细菌自然突变的抗诱变剂。抗诱发突变的作用物大致有如下几种：（1）使诱变剂作用降低的作用物（对X射线引起的突变而言，如预先加上半胱氨酸等SH化合物，会使射线产生的OH、自由基不起作用，而使突变率降低）；（2）给予促进作为突变成因的DNA损伤（前突变损伤premutational dam－age）的修复作用物，如在紫外线照射后用可见光照射会使突变率降低（光致活）；在突变剂处理后进行非营养性培养（缓冲液等）也会使突变率降低（液体保持致活liquid hilding recovery）。（3）阻碍前突变损伤向突变过渡的作用物[如在紫外线照射后，给咖啡咽（caffeine），会使哺乳类细胞突率降低]。

化学诱变剂

综述

指引起突变的化学物质。已知的有烷化剂、碱基类似物(base analog)、羟胺(hydroxylamine)、吖啶色素等。常用化学诱变剂的种类及作用机制

1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磺酸盐和烷基硫酸盐代表药剂：甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES） 2. 亚硝基烷基化合物代表药剂：亚硝基乙基脲（NEH）、N-亚硝基-N-乙基脲烷（NEU） 3. 次乙胺和环氧乙烷类代表药剂：乙烯亚胺（EI） 4. 芥子气类氮芥类、硫芥类烷化剂的作用机制--烷化作用作用重点是核酸，导致DNA断裂、缺失或修补。

类似物

这类化合物具有与DNA碱基类似的结构。代表药剂： 5-溴尿嘧啶（BU）、5-溴去氧尿核苷（BudR）为胸腺嘧啶（T）的类似物 2-氨基嘌呤（AP）为腺嘌呤（A）的类似物马来酰肼（MH）为尿嘧啶（U）的异构体作用机制：作为DNA的成份而渗入到DNA分子中去，使DNA复制时发生配对错误，从而引起有机体变异。

3其它诱变剂

亚硝酸能使嘌呤或嘧啶脱氨，改变核酸结构和性质，造成DNA复制紊乱。HNO2还能造成DNA双链间的交联而引起遗传效应。叠氮化钠(NaN3) 是一种呼吸抑制剂，能引起基因突变，可获得较高的突变频率，而且无残毒。

物理诱变

物理诱变剂主要有紫外线，ARTP,X—射线，γ-射线，快中子，激光，微波，离子束等。

1等离子体

常压室温等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma）的简称，能够在大气压下产生温度在25-40 °C之间的、具有高活性粒子（包括处于激发态的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子体射流。按照热力学平衡状态，等离子体可分为三种：完全热力学平衡等离子体（也称高温等离子体，其电子温度（Te）、离子温度（Ti）和中性粒子温度（Tn）完全一致），局部热力学平衡等离子体（也称热等离子体，Te≈Ti≈Tn=3×10~3×10），以及非热力学平衡等离子体（也称冷等离子体，其Te≥Ti，Ti≈Tn）。

大气压辉光放电（Atmospheric Pressure Glow Discharge，APGD）是一个被广泛使用的、用来描述大气压条件下各种气体放电冷等离子体的总称。在各种大气压非平衡放电等离子体源中，采用裸露金属电极结构的大气压射频辉光放电（Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharge，RF APGD）等离子体源是近几年提出的一种新的大气压辉光放电冷等离子体源。为了从生物技术应用的角度突出这种等离子体源的特点，采用常压室温等离子体即ARTP来代表这种RF APGD等离子体源。

科学研究表明，等离子体中的活性粒子作用于微生物，能够使微生物细胞壁/ 膜的结构及通透性改变，并引起基因损伤，进而使微生物基因序列及其代谢网络显著变化，最终导致微生物产生突变。与传统诱变方法相比，采用ARTP能够有效造成DNA多样性的损伤，突变率高，并易获得遗传稳定性良好的突变株；

2紫外线

我们知道，DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很强的紫外光吸收能力，最大的吸收峰在260nm，因此波长260nm的紫外辐射是最有效的诱变剂.对于紫外线的作用已有多种解释，但研究的比较清楚的一个作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体，即两个相邻的嘧啶共价连接，二聚体出现会减弱双键间氢键的作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡.另外二聚体的形成，会妨碍双链的解开，因而影响DNA的复制和转录.总之紫外辐射可以引起碱基转换、颠换、移码突变或缺失等。

3γ-射线

γ-射线属于电离辐射，是电磁波.一般具有很高的能量，能产生电离作用，因而能直接或间接地改变DNA结构.其直接效应是，脱氧核糖的碱基发生氧化，或脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键断裂，使得DNA的单链或双链键断裂.其间接效应是电离辐射使水或有机分子产生自由基，这些自由基与细胞中的溶质分子起作用，发生化学变化，作用于DNA分子而引起缺失和损伤.此外，电离辐射还能引起染色体畸变，发生染色体断裂，形成染色体结构的缺失、易位和倒位等。

4激光

激光在微生物诱变育种方面的研究与开发应用比较晚。激光诱变育种技术研究始于20世纪60年代，经过世界各国40多年的开发应用研究，不仅证明激光和普通光在本质上都是电磁波，它们发光的微观机制都与组成发光物质的原子、分子能量状态和变化密切相关。激光是一种与自然光不同的辐射光，它具有能量高度集中、颜色单一、方向性好、定向性强等特性。激光通过光效应、热效应和电磁效应的综合作用，能使生物的染色体断裂或形成片断，甚至易位和基因重组。

5微波

微波辐射属于一种低能电磁辐射，具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz，对生物体具有热效应和非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升，从而引起生理生化反应；非热效应指在微波作用下，生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下，生物体会产生一系列突变效应。因而,微波也被用于多个领域的诱变育种，如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种，并取得了一定成果。

6离子束

离子注入是20世纪80年代初兴起的一项高新技术，主要用于金属材料表面的改性。1986年以来逐渐用于农作物育种，近年来在微生物育种中逐渐引入该技术。离子注入诱变是利用离子注入设备产生高能离子束（40~60keV）并注入生物体引起遗传物质的永久改变，然后从变异菌株中选育优良菌株的方法。离子束对生物体有能量沉积（即注入的离子与生物体大分子发生一系列碰撞并逐步失去能量，而生物大分子逐步获得能量进而发生键断裂、原子被击出位、生物大分子留下断键或缺陷的过程）和质量沉积（即注入的离子与生物大分子形成新的分子）双重作用，从而使生物体产生死亡、自由基间接损伤、染色体重复、易位、倒位或使DNA分子断裂、碱基缺失等多种生物学效应。因此，离子注入诱变可得到较高的突变率，且突变谱广，死亡率低，正突变率高，性状稳定。

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