化学诱变育种mutation breeding bychemicals

利用化学药剂， 诱发果树遗传物质发生变异，从中选择培育新品种的方法。这种化学药剂称为化学诱变剂。
化学诱变剂种类及其作用 化学诱变剂的种类繁多， 其中主要的有烷化剂、碱基类似物、抗生素和中草药等。烷化剂在诱变育种中的应用最为广泛， 这一类物质带有一个或多个活泼的烷基， 其诱变作用是通过烷基置换其它分子的氢原子， 即烷化作用。碱基类似物是一些与DNA碱基相类似的化合物， 偶然被渗入到DNA分子中， 导制DNA复制时发生配对上的错误。此外，还有些化合物如N-甲基化羟基嘌呤等，使染色体产生断裂。抗生素也具有破坏DNA及核酸的能力， 而造成染色体断裂。中草药如长春花碱能阻止细胞纺锤体的形成， 使分裂中期停止， 抑制核糖体DNA的产生。
化学诱变剂对染色体的损伤较小， 引起的染色体断裂局限于某些部位，多数出现在异染色质位置上。某些化学诱变剂能产生大量的可见突变， 如用乙烯亚胺和环氧乙烷处理，比辐射诱变出现有价值的突变多，因此有“超诱变剂”之称。但化学诱变剂的效应比较迟缓，诱发的断裂保持较长的潜伏期，染色体的断片较多，而不同染色体间重组较少。但有的认为化学诱变效果不如电离辐射， 尤其对植物的营养体部分， 诱变作用不明显。其原因可能是化学诱变剂不易渗入分生组织，或者药剂处理的细胞发育期不适，未能达到预期效果。但随着化学诱变处理在植物组织和细胞培养中的应用，其诱变效果将会大大提高。
诱变处理的方法 通常用诱变剂浸泡种子或枝芽，使诱变剂吸入组织内部产生诱变作用。在浸泡前要使大部分细胞进入水合阶段， 这时对烷化剂的处理最敏感， 其染色体的畸变率最高。药剂处理一般宜在低温下进行。药液pH值大小会影响诱变效果，如烷基磺酸水解后产生强酸， 显著提高生理损伤， 因此要使用缓冲液。用生长素溶液浸泡材料可以提高化学诱变剂的效应。处理时加入二甲亚矾或增大2～5个大气压， 可提高诱变剂的穿透作用。
诱变剂使用的剂量和处理的持续时间， 与处理的温度关系密切。一些烷化剂对苹果接穗、桃和甜樱桃的发芽种子，最适浓度为0.5%左右，处理时间24小时；香蕉小苗，最适浓度为0.01～1%, 处理时间0.5～3小时。药剂处理后的材料必须用清水漂洗， 使诱变剂残留量降低到不显著的水平， 并立即种植为宜， 以免继续增加损伤。
突变体的培育和选择 在诱变育种中如何发现突变体， 使扇形突变体（见嵌合体）扩大并得到表现是诱变育种的关键。通常采用分离繁殖法、修剪法或组织培养法， 促进内部变异体组织的暴露。突变体后代的选择，根据多年生果树的特点，一般着重M₁代的选择，并进行后代鉴定和系统比较试验。

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化学诱变育种chemical induced mutation breeding

利用化学药剂诱发生物产生遗传变异，以选育新品种的技术。所用的这种化学药剂，称为化学诱变剂。
简史 早在20世纪初，摩尔根(T. H. Morgan,1910)、麦克顿高尔(Mcdongal,1991)、鲍尔(Baur,1916)和萨哈洛夫(Sharov,1936)等人就相继发现某些化学物质能提高动植物的突变率。1942年，奥尔巴赫(Auerbach)发现芥子气和X射线一样能诱发突变。1943年，约克斯(Oehlkers)用氨基甲酸乙酯(urethane-脲烷)诱发月见草、百合及风铃草产生染色体畸变。自此，开始了用化学物质诱发植物突变的新时期。1948年古斯塔夫(Gustafsson,A.)用芥子气对大麦进行诱变，获得了突变体。1957年，绥贝(Schei-be)利用乙基脲烷诱变，育成了缺少苦味素的野木樨品系。1967年尼兰(Nilan)利用硫磺二乙脂为诱变剂，育成产量高、茎秆矮、抗倒伏的‘柳贻尔’大麦品系，已得到推广。在观赏植物中，有人用化学诱变育种培育出大花、多花、矮杆的金鱼草新品种。
特点 化学诱变育种具有下列特点：❶操作方法简便易行，而且较辐射诱变价格低廉。只要有足够的供试材料，便可大规模进行，并可重复试验。
❷专一性强。特定的化学药剂仅对某个碱基或某几个碱基有作用，因此具可能改变品种单一不良性状而保持其他优良性状不变的特点。
❸化学诱变剂可提高突变频率，扩大突变范围。往往出现自然界没有或很少出现的新类型，这就为人工选育新品种提供了丰富的原始材料。
❹由化学诱变剂诱发的突变为迟发性突变，在诱变当代往往由于化学药品作用使生活力下降，但不表现变异，只是在被诱导植物体的后代才表现出性状上的改变。因此至少需要经过两代的培育、选择，才能获得性状稳定的新品种。
❺诱变后代的稳定过程较短，可缩短育种年限。经过化学诱变剂处理后，用种子繁殖的一二年生草花一般F3就可稳定，经3至6代可培育出新品种。但对天然异花授粉或常异交植物，应注意防止种间或品种间天然杂交引起的后代分离。对木本及宿根花卉，可在新品种出现后一次种植到位，或采用营养繁殖方法以保持品种特性。
❻化学诱变剂所诱发的变异和自发突变与由辐射诱发的变异具有共同的特征，即随机性。至今尚未发现有哪种化学诱变剂能使生物体定向地产生更适于某因素的突变。
方法 用化学诱变剂进行人工诱变时，应考虑如下几方面：
诱变材料的选择应考虑下面几个问题：❶在花卉中选用那些综合性状良好的品种，才有可能改变品种的某些缺点；
❷宜选用适应性好的品种，健壮的单株或饱满的种子进行处理；
❸选用杂交材料可以增加变异类型，提高诱变效果；
❹化学诱变多选用种子作处理材料，而较少使用营养器官。
常用的化学诱变剂有以下几类：❶烷化剂。这类化学药品能通过烷基置换其他的氢分子而改变DNA的分子结构甲基磺酸乙酯，主要有芥子气、甲基磺酸乙酯(EMS)、硫酸二乙脂(DES)、乙烯亚胺(EI)、亚硝基乙基脲烷(NEU)等，大部分是潜在的致癌剂。其中EMS毒性较小，是最好的诱变剂之一。
❷核酸碱基类似物。有5-溴尿嘧啶〔5-bromouracil,B(U)〕和2-氨基嘌呤(2-aminopurine)等。这类化学物质的分子结构与DNA分子中的碱基类似，能使碱基发生替换，从而造成遗传密码的改变，引起生物体性状变异。
❸吖啶类。这类化合物能结合到DNA分子上，使碱基发生移码突变。吖啶类染料毒性极强，且可诱变和致癌。
❹一些无机类化学药品也能诱变，如亚硝酸(HNO2)为一种DNA结构诱变剂，诱变率很高。
❺有机类物质如抗性素、中性红、甲醛、乳酸等。
❻一些生物碱也能诱发变异，如石蒜碱、秋水仙碱、喜树碱、长春花碱等。已知能诱变的化学药品约300多种，其诱变效果和机理，尚待深入研究。但对所有诱变剂在使用时都应注意采取防护措施，以免危及人体和污染环境。
诱变处理方法 常用的化学诱变处理为浸渍法，用此法可处理种子、枝条、鳞茎、块茎、块根等。用浸渍法处理，一般按如下步骤进行：❶预处理。在诱变处理前，先用水浸泡种子，使其敏感性提高，如能在水中加入适量生长素，更可提高诱变效果。
❷药液处理。药液浓度、pH值以及处理时的温度等，都会影响诱变效果。一般宜在0～10℃低温下进行，其作用在延缓诱变剂的水解速度，使药液保持相对稳定的浓度，并抑制代谢变化。随后再用短时间高温、高浓度处理。通常用磷酸缓冲溶液将pH值控制在7～9范围，防止产生强酸而破坏正常的生理生化反应。不同植物材料对不同诱变剂的敏感性不同，因此药液浓度和处理的持续时间因植物材料而异。通常用药液浓度和处理持续时间的乘积来计算化学诱变剂量。可设计一药液浓度梯度进行幼苗生长试验。一般认为处理苗高度与对照相比下降50%～60%时，能获得适宜的突变量。
❸后处理。在处理后，植物材料应马上漂洗，防止残留药效和进一步的生理损伤。经处理的种子应马上播种。如不能马上播种，应在0～4℃下短期储藏。但不宜在干燥条件下储藏，以防因干燥而提高诱变剂的有效浓度，从而造成损伤。
除上述浸渍法外，还可用类似多倍体诱导的方法，如涂抹法、滴定法、注射法等。
选择 ❶M₁的选择。经诱变处理的当代长成的植株，称为诱变第一代(M₁)。M₁由于有生理损伤，往往表现出一些形态和生理上的畸变，但一般不遗传。且带有突变的M₁代植株大多数呈隐性，只有经过自交得到纯合隐性个体，性状才能表现出来，因此M₁代不宜进行选择；但应精心地种植养护，尽可能多地保留变异植株。也可能产生有观赏价值的嵌合体，如杂色花、金边、银边、金丝、金心等叶片。可用营养繁殖育成无性系新品种。
❷M₂的选择。M₁植株自交种子长成的植株为M₂代。一般M₂代植株出现分离现象，分离范围最大。因此，M2是选择的重点世代。为增加有益突变出现的机率，M₂代群体宜大，选择的单株应尽可能多些。将M2代选择到的植株种植成M3系统。对于M3及其以后的各代，可进一步进行单株选择。但一般M₃已基本稳定，经鉴定后可繁殖推广，或作为进一步培育的原始材料。
营养繁殖植物诱变处理后的选择：用化学诱变剂处理营养繁殖植物的器官M₂，获得芽变机率大，如菊等。但一般获得突变体较少。一旦用此法诱变获得新品种，即可用营养繁殖方法迅速推广。
鉴定与繁殖 如发现有可供利用的优良突变体，就需要加速繁殖，以供广泛的田间试验。对种子繁殖植物应制定适宜的制种措施。对可进行营养繁殖的植株应迅速进行营养繁殖。当鉴定出某一突变体为优良变异株后，还需在大量繁殖的基础上进行品种比较试验、生产试验、多点试验及区域试验等一系列试验后，才可作为优良品种加以推广应用。