備課素材：EMS誘變育種的機理、特點和方法-高一下學(xué)期生物人教版（2019）必修2

EMS誘變育種的機理、特點和方法誘變育種是育種中的一種常見方法。某些化學(xué)藥劑有誘導(dǎo)遺傳變異的作用，早在1910年就有過少量的研究。1911年麥克頓高爾（Mcdongl），1916年鮑爾（Baur），1936年薩哈洛夫（Sacharov）等人都發(fā)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)能提高動植物的突變率，但在植物中一般認(rèn)為利用化學(xué)物質(zhì)誘發(fā)突變的工作應(yīng)從約克斯（Oehlkers）1943年用烏來糖（Urethane脲烷）誘發(fā)月見草、百合及風(fēng)鈴草染色體畸變的工作開始。EMS是甲基磺酸乙酯，是屬于烷化劑誘變最常用的一種，誘變率很高。EMS誘變是個復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，尤其是在構(gòu)建植物突變體庫中，為了獲得較好的誘變效應(yīng)，必須正確地掌握EMS誘變劑的最佳劑量。不同的物種對EMS的敏感程度不同，因此對EMS的濃度、處理溫度和處理時間的反應(yīng)效應(yīng)也不同，必須通過預(yù)試驗來確定最佳的處理劑量。通常采用預(yù)浸種至萌動露白后進行誘變處理，此時種子吸收誘變劑達(dá)到最適宜的速率和速度，且此時開始DNA合成，是最敏感的階段，可以產(chǎn)生較高的突變頻率，有望創(chuàng)制并篩選到目的突變體植株。甲基磺酸乙酯（EMS）是一種常用的化學(xué)誘變劑，能誘發(fā)產(chǎn)生高密度的系列等位基因點突變，具有效率高、負(fù)作用小、易操作等優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于植物的相關(guān)遺傳研究和誘變育種工作中。在當(dāng)前種質(zhì)資源極為匱乏，基因資源日益枯竭的狀況下，采用EMS誘發(fā)突變技術(shù)創(chuàng)造有用基因資源具有極其重要的意義。1.EMS誘變的機理EMS分子具有多個能被轉(zhuǎn)移的活性烷基(-CH1),當(dāng)這些烷基轉(zhuǎn)移到一個電子云密度較高的分子上，可置換堿基中的H原子，該過程即發(fā)生了烷化作用。DNA分子上的鳥嘌呤(G)的N7位置是主要烷基化位點之一，該位置被烷基化之后，發(fā)生兩種遺傳效應(yīng):一是發(fā)生嘌呤和嘧啶的轉(zhuǎn)化突變，即G∶C突變?yōu)锳∶T，這種類型是最主要的類型。因此，EMS能使DNA分子上的嘌呤、嘧啶分子發(fā)生烷基化來影響mRNA的轉(zhuǎn)錄，隨后使蛋白的合成過程發(fā)生紊亂，進而改變植物的性狀。物理誘變?nèi)绯暡?、γ射線、中子等對物種的損傷較大，容易引起堿基的轉(zhuǎn)換、顛換、移碼、染色體缺失、易位、倒位等，從而引起生物的突變和死亡。2.EMS誘變特點EMS誘變育種中，誘變材料不同，使誘變效率和篩選難度也有差異。種子是理想的處理材料。也可以選擇植物的器官和組織進行誘變處理。例如幼穗、花粉、芽、莖、愈傷組織等。相對于其它化學(xué)試劑誘變或者物理誘變，EMS誘變具有如下特點：（1）較高的突變頻率和較少的染色體畸變主要是EMS誘變使DNA分子上產(chǎn)生較多的點突變，對染色體損傷輕而不致于引起染色體斷裂產(chǎn)生畸變，可以針對農(nóng)作物的某一特殊性質(zhì)進行改良。（2）對處理材料損傷輕EMA誘變相對于其它物理誘變的生物損傷小，不容易引起生活力和可育性下降，尤其是無性繁殖的植物由于不經(jīng)歷減數(shù)分裂過程繁殖后代，相對于可產(chǎn)生種子的植物，這種突變更容易向后代遺傳。（3）成本低廉，操作簡便（4）EMS誘變劑對人體更具有危險性EMS具有強烈的致癌性和揮發(fā)性，常用5％硫代硫酸鈉作為解毒劑，因此在操作過程中要注意安全防護，嚴(yán)格遵守試驗規(guī)則。3.EMS處理的方法（1）浸泡法：就是把種子、芽等組織浸泡在適當(dāng)濃度的誘變劑溶液中。以EMS浸泡法構(gòu)建突變體庫最成功的例子就是擬南芥突變體庫的構(gòu)建。（2）滴液法：在植物莖上劃一道較淺的切口，然后將浸透誘變劑溶液的棉球經(jīng)過切口浸入，此法可用于完整的植株或發(fā)育中完整的花序。（3）共培養(yǎng)法：在培養(yǎng)基中用較低濃度的誘變劑處理根或者花藥共培養(yǎng)。在EMS誘變處理材料的過程中，必須保證有足夠的溶液進入細(xì)胞，因此被處理的材料必須完全被溶液浸透，如果能夠附以攪拌，會增加處理效果。由于EMS容易揮發(fā)，因此處理溫度最好在20℃左右，并且在密閉狀態(tài)下效果較好。例1、甲基磺酸乙酯（EMS）可用來創(chuàng)建突變體庫，EMS主要通過鳥嘌呤烷基化后與胸腺嘧啶配對進而引發(fā)突變。在植物組織培養(yǎng)中，利用EMS處理獲得突變體是育種的重要手段。下列敘述正確的是（）A.EMS

處理獲得的突變大多是有利突變B.EMS

誘變處理導(dǎo)致基因中發(fā)生堿基對缺失C.應(yīng)該用

EMS

處理愈傷組織以獲得較多突變體D.組織培養(yǎng)過程中細(xì)胞在分化時最易誘發(fā)突變解析：EMS處理獲得的突變大多是有害突變，A錯誤；根據(jù)試題的信息，EMS誘變處理導(dǎo)致基因中發(fā)生堿基對替換，B錯誤；愈傷組織有較強的分裂分化能力，用EMS處理愈傷組織可以獲得較多突變體，C正確；組織培養(yǎng)過程中細(xì)胞在分裂時最易誘發(fā)突變，D錯誤。故答案為C。例2、堿基類似物5－溴尿嘧啶(5－Bu)既能與堿基A配對，又可以與堿基G配對。在含有5－Bu、A、G、C、T五種物質(zhì)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌，得到突變體大腸桿菌。下列敘述錯誤的是()A.突變體大腸桿菌體內(nèi)可能發(fā)生了多個基因的突變B.很多位點發(fā)生T—A到C—G的替換后，DNA分子中氫鍵數(shù)目增多C.該培養(yǎng)基中大腸桿菌的基因突變頻率明顯提高D.在此培養(yǎng)基上繁殖2代，可實現(xiàn)DNA分子某位點堿基對從T—A到G—C的替換解析：根據(jù)題干信息，堿基類似物5－溴尿嘧啶(5－Bu)既能與堿基A配對，又可以與堿基G配對，使得堿基對發(fā)生改變，則突變體大腸桿菌體內(nèi)可能發(fā)生了多個基因的突變，A正確；A－T之間有2個氫鍵，C－G之間有3個氫鍵，則很多位點發(fā)生T－A到C－G的替換后，DNA分子中氫鍵數(shù)目增加，B正確；根據(jù)以上分析可知，DNA復(fù)制時，5－Bu可與A互補配對，也可與G互補配對，則該培養(yǎng)基中大腸桿菌的基因突變頻率明顯提高，C正確；5－