诱变剂的作用机理
诱变有种的原理和优点
诱变有种的原理和优点
诱变是指通过诱发突变，使生物体的基因发生突变。
诱变有两种主要的原理：物理诱变和化学诱变。
物理诱变主要通过物理因素，如辐射、紫外线等，对生物体的基因进行诱变。
辐射诱变是最常见的物理诱变方法，通过高能辐射（如γ射线、X射线等）作用于生物体，使DNA分子发生断裂、交叉连接或碱基损伤等，从而引发基因突变。
化学诱变则是通过化学物质对生物体的基因进行诱变。
常用的化学诱变剂有EMS（乙基甲磺酸酸乙酯）和NTG（亚硝基脱氧葡萄糖）等。
这些化学物质能够与DNA分子发生反应，引发碱基改变、缺失或插入等，从而导致基因突变。
诱变的优点主要体现在以下几个方面：
1.增加基因变异的效率：诱变可以在较短时间内大量引发基因突变，从而增加了基因变异的效率。
有助于加速遗传育种的进程。
2.扩展遗传资源：通过诱变，可以产生大量新的变异体，扩展了遗传资源的丰富性。
可以从中筛选出具有理想性状的变异体，用于育种和基因改良。
3.揭示基因功能：通过诱变引发的基因突变，可以帮助研究人员揭示基因的功能和相互作用机制。
这对于遗传学研究具有重要意义。
4.探索新物种：诱变可以创造新的遗传组合，产生新的物种，有助于探索和研究新的生物多样性。
总之，诱变是一种重要的遗传育种和遗传学研究方法，在增加遗传变异、拓展遗传资源、揭示基因功能和探索新物种等方面具有重要的优点。
第四章 工业微生物育种诱变剂
（三）紫外线诱变的步骤与方法： （1）出发菌株 细菌斜面培养到对数期，霉菌或放线菌则培养到孢子 刚成熟。 （2）前培养 对细菌类以肉汤为主，适量加人核酸类物质或酵母膏 等制成营养丰富的培养基，还可加人抑制修复的物质， 如咖啡碱或异烟肼等。 （3）制备菌悬液 单细胞：细菌约108 ml-1；放线菌约107～108ml-1， 霉菌约106 ml-1。 （4）紫外线照射 3-5ml，搅拌；避光，提前20min预热紫外灯。结 束时冰浴1-2h。
2．甲基磺酸乙酯（简称EMS） 甲基磺酸乙酯是磺酸酯类中诱变效果较好的一 种烷基化合物，外观呈粉末状或无色液体，难溶于 水，不稳定，易水解成无活性物质。 EMS的诱变处理方法： ①EMS母液的配制：为了安全和防上失效，配制前将 需用的器皿，置冰箱内预冷，然后在冰浴中进行配 制。取0.5ml EMS原液，加人到10 ml pH7.2磷酸缓 冲液中，加盖，并轻轻转动试管。由于在水溶液中 易失效，故尽可能低温保藏，并要现用现配。
2、辐射引起的生物效应，根据辐射种类和微生物种 类不同有所差异。 3、同一种辐射线对不同微生物的效应不一样，这与 每种微生物修复系统的强弱有关。
二、辐射引起生物效应的影响因素
1．微生物的遗传背景 ：G+C% 2．微生物的生理状态 3．可见光 4．细胞水分 5．温度 尤其对于电离辐射，较高温度能促进氧与自由基之间的相互作 用、加速与DNA发生的化学反应。在氧气充足的条件下要比在缺 氧条件下的电离辐射的生物学效应显著。
烷化剂主要是通过烷化基团使DNA分子上的碱基及 磷酸部分烷化，DNA复制时导致碱基配对错误而引起 突变，碱基中容易发生烷化作用的是嘌呤类。其中鸟 嘌呤N7是最易起反应的位点，几乎可以和所有烷化剂 起烷化作用；此外，DNA分子中比较多的烷化位点是 鸟嘌呤O6和胸腺嘧啶O4，这些可能都是引起突变的主 要位点。其次引起烷化的位点是鸟嘌呤N3、腺嘌呤N2， 腺嘌呤N7和胞嘧啶N3。这些位点引起碱基置换的仅占 烷化作用的10％左右。因此，由这些位点改变所引起 的突变仅是少数。 烷化剂也能造成磷酸和核糖之间的共价键断裂， 而造成突变。
人工化学诱变技术
化学诱变技术是指利用一些化学物质提高生物的自然突变率，这些化学物质就叫做“化学诱变剂”。
其特点有：可操作性强，简单易行；特异性较强，能诱变定位到DNA上的某些碱基；后代较易稳定遗传，一般到F3代就可稳定；应用于遗传标记，是细胞融合技术的基础。
诱变剂主要包括5类，他们的特点、机理和应用如下：1、烷化剂：能使一些碱基烷基化，比如使鸟苷酸甲基化，影响mRNA的转录，从而使蛋白质的表达紊乱，使得蛋白质重组，而改变了性状。
临床上应用此类物质作为抗癌药物，具有强烈杀伤癌细胞的作用，所以在应用在于植物上时，也要注意他的强烈杀伤性。
主要有：甲基磺酸乙酯（EMS），是最常用的诱变剂，我们曾用作真菌的遗传标记，诱变率很高。
常用浓度0.05-0.5mol/L，作用时间5-60min。
该物质具有强烈致癌性和挥发性，可用5%硫代硫酸钠作为终止剂和解毒剂。
SIGMA公司价格：80元/25ml。
硫酸二乙酯（DMS），也很常用，但由于毒性太强，目前很少使用，作用机理和使用方法和EMS基本相同。
属于剧毒品，受公安局管治。
乙烯亚胺，生产的较少，很难买到。
只要用于大量诱变育种用，使用浓度：%，高度致癌性！使用时需要使用缓冲液配置。
盐酸氮芥，用于抗癌药物，可以从药店买到，但有些地方必须有主任医师的处方。
一般是针剂，稍加稀释即可使用，作用时间5-10min，可用甘氨酸作为终止剂和解毒剂。
环磷酰胺、亚硝基胍等物质也可作为诱变剂使用，但较少使用。
2、碱基类似物：分子结构类似碱基，导致DNA复制时产生错配，mRNA转录紊乱，功能蛋白重组，表型改变。
该类物质毒性相对较小，但负诱变率很高，往往不易得到好的突变体。
主要有：6-溴尿嘧啶、6-BudR、马来酰肼、2-氨基嘌呤等，同样属于抗癌药物，可到药店买到，稍加稀释即可使用。
3、嵌入剂：是分子生物学比较常用的一类，诱导率较高。
原理是这类分子的大小正好可以嵌入碱基分子中，导致错配。
最常用的：溴化乙锭（EB），高致癌性！价格较贵，但诱变率很高，是实验室常用试剂，可以到生化实际商店买到，1500元/100mg.4、无机化合物：比较容易得到，效果一般，危险性较小。
诱变育种的原理
诱变育种的原理
诱变育种是一种通过人为手段引发植物或动物的遗传突变，从而产生新的品种或性状的方法。
其原理是通过诱变剂（如辐射物质或化学物质）作用于生物体的遗传物质，导致其基因组发生变异。
这些变异可能包括基因重组、染色体畸变、基因突变等。
诱变剂能够改变生物体的遗传物质是因为其具有一定的致突性，即能够在生物体的细胞中引发DNA序列的改变。
辐射物质
（如X射线、γ射线）具有高能量，能够直接或间接破坏
DNA分子的结构，引发基因突变。
化学物质则通过与DNA分子发生化学反应，导致DNA的碱基序列发生改变。
当生物体的遗传物质发生突变后，突变基因可能会影响生物体的性状、形态、生理功能等。
在诱变育种中，育种者会对大量的生物体进行诱变处理，从中筛选出具有理想性状或新颖特征的个体，而这些个体通常是在自然界中难以发现的。
随后，经过多代选择和交配，逐渐固定这些突变基因，形成新的品种。
诱变育种的原理是通过引发遗传物质的突变，从而产生新的遗传变异，为选育新品种提供变异基础。
它不依赖于自然材料或野生种的变异，而是通过人为手段创造变异，并通过长期的选育过程繁殖这些变异。
因此，诱变育种是一种高效且可控的遗传改良方法。
常用化学诱变剂的种类及作用机制
常用化学诱变剂的种类及作用机制(1)碱基类似物原理：通过异构体互变代替碱基进行复制，造成复制的错误。
(2)烷化剂原理：主要通过烷化基团使DNA分子上的碱基或磷酸部分被烷化，引起碱基结构的改变，导致碱基配对错误而引起突变。
(3)脱氨剂原理：亚硝酸的诱变机制主要是使碱基氧化脱去氨基。
(4)移码诱变剂原理：叩嚏类化合物是一种平面型的三环分子，与喋吟』密嚏碱基对的结构十分相似，因而能够插入DNA双链上两个相邻的碱基对之间，使DNA链拉长，两碱基间距离拉宽，使碱基插入或缺失，在DNA复制时造成点突变，以后的所有碱基都往后或往前移动，导致全体三联体密码转录、翻译错误而引起突变。
(5)羟化剂原理：羟胺只与C发生反应，可将C的氨基变为羟基，并与A 配对，能专一地诱发G：C碱基对到A：T碱基的转换第五章工业微生物代谢调控育种。
1.什么是代谢调控育种？它建立在什么基础上？答：微生物代谢控制育种是指以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节的机制，选择巧妙的技术路线，通过遗传育种技术获得解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使用有用产物选择性地大量合成积累。
建立在诱变育种的基础之上。
2.次级代谢受哪些遗传物质的控制？次级代谢产物有哪些？答：次级代谢除受核内DNA控制，还受核外DNA(质粒)的控制。
产物有抗生素、毒素、激素、色素、生物碱等。
3.反馈阻遏与反馈抑制的含义。
答：反馈抑制：是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用。
是一种负反馈机制，其中酶促反应的末端产物可抑制在此产物合成过程中起作用的酶。
这种抑制具有协同性、积累性和序贯性。
反馈阻遏：即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的一系列酶的量调节,所引起的阻遏作用。
反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢。
4.乳糖操纵子的组成成分有哪些？答：组成成分：启动基因、操纵基因、结构基因5.乳糖操纵子与色氨酸操纵子的区别？（有乳糖时，乳糖操纵子如何？有色氨酸时，色氨酸操纵子如何？）答：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列o 处，______处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，______被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。
食用菌生产技术 食用菌育种的诱变剂1
诱变剂的种类
• 物理诱变剂 • 化学诱变剂：为主要的诱变剂 • 生物诱变剂
（一）物理诱变剂
• 主要为紫外线：低剂量的紫外线处理起诱 变作用．（高剂量的起杀菌作用）
（二）化学诱变剂
• 为主要的诱变剂：种类很多，下面分别介 绍．
（三）生物诱变剂
• 有些生物（因子）侵入机体后可诱发突 变．如有些病毒等，
• 谢谢大家，再见！
食用菌的诱变育种
诱变剂及其作用
• 诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率的 任何理化因子，就称为诱变剂 • 种类：诱变剂的种类很多，作用方式多 样。即使是同一种诱变剂，也常有几种 作用方式。
诱变剂的作用
• ①提高突变的频率 • • ②扩大产量变异的幅度
• ③使产量变异朝着正突变或负突变移
动
一
（2）移码突变
frame-shift mutation 或 phase-shift mutation，指诱变剂使 DNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸， 从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误 的一类突变。 由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株（frame-shift mutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是 DNA分子的微小损伤。 丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和α-氨基丫啶等， 以及一系列称为ICR类的化合物，都是移码突变的有效诱 变剂。
• 生物诱变剂的作用机理也比较复杂，主要 与寄主DNA进行基因整合重组等，从而诱 发突变．在此就不再多将了．
（三）化学诱变剂的作用机理
• 化学诱变剂的作用机理比较复杂，请看下 面的介绍．
（1）碱基置换（substitution）诱变剂
定 义 ： 对 DNA 来 说 ， 碱 基 的 置 换 属 于 一 种 染 色 体 的 微 小 损 伤 （microlesion），一般也称点突变（point mutation）。它只涉及一 对碱基被另一对碱基所置换。 分类：转换（transition），即DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一 个嘧啶被另一个嘧啶所置换； 颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶 被一个嘌呤所置换。
常用化学诱变剂的种类及作用机制
常用化学诱变剂的种类及作用机制化学诱变剂是一类可以改变生物体遗传物质DNA序列的化学物质。
它们可以引起单个碱基改变，或者引起整个染色体片段的改变。
因此，化学诱变剂是一种有用的工具，用于研究基因表达、基因功能和癌症发生机制。
本文将介绍常用的化学诱变剂的种类及其作用机制。
1. 碱基类化学诱变剂碱基类化学诱变剂是最常用的化学诱变剂之一。
它们可以与DNA的碱基化学结合并产生突变，例如氮基烷和硝基乙烷。
这些化学物质在体内转化为亲电性化合物，再与DNA碱基上的负电荷结合，从而导致身体细胞的DNA发生突变。
这些突变会影响基因表达和蛋白质结构，导致细胞功能的改变。
2. 烷基化剂烷基化剂可以与DNA中的氨基基团结合，并添加烷基。
烷基可以与氨基结合并形成甲基化DNA，这种甲基化形式可能引起基因表达失调、染色体结构异常等突变事件。
其中，较常用的烷基化剂是甲基磺酰氯、甲基亚硝基脲等。
3. 交联剂交联剂可以使DNA链上的双链结构产生交联或或与蛋白质发生结合，从而导致突变发生。
交联剂在农业和工业上已广泛应用。
常见的交联剂有广泛应用的亚硝基尿素、异氰酸酯等。
4. DNA搒伤剂DNA损伤剂是一类可以直接作用于DNA分子的化学物质，如亚硝基化合物、多环芳香烃等。
它们可以引起DNA的单一或双链断裂，并导致基因突变和细胞死亡。
由于DNA损伤剂可以对DNA产生多种不同的化学反应，因此在生物体中有非常广泛的应用，例如检测DNA修复机制或者DNA分解机制等。
5. 熔剂至氯甲烷、三氧化硫等熔剂是一类可以直接引起DNA序列改变的化学物质。
这些化学物质会引发化学反应，干扰DNA的复制和修复，最终导致DNA的突变和基因变异。
总之，常用的化学诱变剂种类多样，如碱基类化学诱变剂、烷基化剂、交联剂、DNA搒伤剂以及熔剂等。
这些化学诱变剂各有其独特的作用机制，可被广泛应用于基因修复、癌症治疗以及其他生物医学应用领域。
然而，化学诱变剂在使用中需特别注意，其可能会对生物细胞造成不可逆的损伤和影响，因此需要仔细考虑使用使用方法和条件。
ems突变原理
ems突变原理
EMS（Ethylmethanesulfonate，乙基甲磺酸酯）突变是一种常用的化学诱变剂，其主要作用是通过烷基化DNA分子上的嘌呤和嘧啶碱基，影响mRNA的转录过程，从而导致蛋白质合成紊乱，进而改变植物的性状。
具体来说，EMS突变原理主要包括以下几个方面：
1. 烷基化作用：EMS作为一种诱变剂，能与DNA分子上的嘌呤和嘧啶碱基发生烷基化反应，形成烷基化的DNA分子。
这种烷基化作用主要发生在DNA链的鸟嘌呤和腺嘌呤碱基上，使DNA分子的结构发生变化。
2. 转录异常：烷基化后的DNA分子在转录过程中，会影响RNA聚合酶的活性，导致mRNA的合成异常。
由于RNA聚合酶在阅读DNA模板时，对烷基化引起的碱基改变较为敏感，因此容易产生突变。
3. 蛋白质合成紊乱：突变后的mRNA进入核糖体翻译过程，由于基因密码子的改变，可能导致蛋白质氨基酸序列的改变。
这种改变可能影响到蛋白质的结构和功能，从而表现出植物性状的变异。
4. 遗传变异：EMS突变是一种随机突变过程，突变频率较高。
在植物育种中，这种突变可以为培育新品种提供丰富的遗传资源。
由于EMS突变对染色体损伤较轻，不易引起染色体畸变，因此具有较高的应用价值。
综上所述，EMS突变原理主要涉及烷基化作用、转录异常、蛋白质合成紊乱和遗传变异等方面。
通过这些作用，EMS突变可以产生大量的遗传变异，为植物育种和遗传研究提供丰富的材料。
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3．1甲基磺酸乙酯( EMS)
EMS分子式CH3SO2OC2H5,中文名为甲基磺酸乙酯,无色液体,分子量124,水中溶解度为8%。
pH7条件下在水中半衰期20℃时是93 h, 30℃时26 h。
EMS是烷化剂的一种。
烷化剂通常带有1个或多个活性烷基,此基团能够转移到其它电子密度高的分子上去,使碱基许多位置上增加了烷基,从而在多方面改变氢键的能力。
EMS被证明是最为有效而且负面影响小的诱变剂。
与其他烷化诱变剂类似,是通过与核苷酸中的磷酸、嘌呤和嘧啶等分子直接反应来诱发突变。
EMS诱发的突变主要通过两个步骤来完成,首先鸟嘌呤的O6位置被烷基化,成为一个带正电荷的季铵基团,从而发生两种遗传效应:一是烷化的鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对,代替胞嘧啶,发生转换型的突变;二是由于鸟嘌呤的N27烷基活化,糖苷键断裂造成脱嘌而后在DNA复制过程中,烷基化鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对,导致碱基替换,即G∶C变为A∶T。
当然,化学诱变存在着染色体结构和数量方面的诱导变异,但这种单一碱基对改变而形成的点突变仍是化学诱变的主要形式。
这样的点突变将是品种改良和退化特性恢复的希望所在。
诱变剂也可与核苷结构的磷酸反应,形成酯类而将核苷酸从磷酸与糖分子之间切断,产生染色体的缺失。
这些DNA结构上的变化都可能促使不表达的基因或区段被激活,而表现出被掩盖的性状。
EMS化学诱变产生点突变的频率较高,而染色体畸变相对较少,可以对作物的某一种特殊性状进行改良。
与其它诱变剂相比,EMS诱变后产生的突变频率高,且多为显性突变体,易于突变体的筛选。
EMS是目前运用最广泛也是公认最为有效的诱变剂。
3.2叠氮化钠( NaN3)
NaN3等电点是pH=4. 18,在pH=3时NaN3溶液中主要产生呈中性的分子HN3,易透过膜进入细胞内,以碱基替换方式影响DNA的正常合成,从而导致点突变的产生。
由于NaN3只作用于复制中的DNA,所以处理种子时把种子预浸到种胚中,有利于提高处理效果。
NaN3具有高效、无毒、便宜及使用安全等优点。
在酸性溶液中对大麦叶绿素缺失和形态突变诱发非常有效。
3.3平阳霉素(PYM)
PYM是一种抗生素,属于博莱霉素的一类,是博莱霉素的A5组分。
目前主要作为抗肿瘤药应用于临床,对多种癌症具有较好的疗效。
抗生素具有高度选择性,能抑制细胞的生长,其中的大多数对维持生命有重要意义。
作为一种新的诱变剂, PYM在许多实验中均被证明具有安全、高效、诱变频率高、范围大等特点。
与EMS的诱变特点相近,在某些方面优于EMS,很具有开发和应用前景。