备课素材：EMS诱变育种的机理、特点和方法--高一下学期生物人教版（2019）必修2.docx

EMS诱变育种的机理、特点和方法诱变育种是育种中的一种常见方法。某些化学药剂有诱导遗传变异的作用，早在1910年就有过少量的研究。1911年麦克顿高尔（Mcdongl），1916年鲍尔（Baur），1936年萨哈洛夫（Sacharov）等人都发现化学物质能提高动植物的突变率，但在植物中一般认为利用化学物质诱发突变的工作应从约克斯（Oehlkers）1943年用乌来糖（Urethane脲烷）诱发月见草、百合及风铃草染色体畸变的工作开始。EMS是甲基磺酸乙酯，是属于烷化剂诱变最常用的一种，诱变率很高。EMS诱变是个复杂的物理和化学过程，尤其是在构建植物突变体库中，为了获得较好的诱变效应，必须正确地掌握EMS诱变剂的最佳剂量。不同的物种对EMS的敏感程度不同，因此对EMS的浓度、处理温度和处理时间的反应效应也不同，必须通过预试验来确定最佳的处理剂量。通常采用预浸种至萌动露白后进行诱变处理，此时种子吸收诱变剂达到最适宜的速率和速度，且此时开始DNA合成，是最敏感的阶段，可以产生较高的突变频率，有望创制并筛选到目的突变体植株。甲基磺酸乙酯（EMS）是一种常用的化学诱变剂，能诱发产生高密度的系列等位基因点突变，具有效率高、负作用小、易操作等优点，目前已被广泛应用于植物的相关遗传研究和诱变育种工作中。在当前种质资源极为匮乏，基因资源日益枯竭的状况下，采用EMS诱发突变技术创造有用基因资源具有极其重要的意义。1.EMS诱变的机理EMS分子具有多个能被转移的活性烷基(-CH1),当这些烷基转移到一个电子云密度较高的分子上，可置换碱基中的H原子，该过程即发生了烷化作用。DNA分子上的鸟嘌呤(G)的N7位置是主要烷基化位点之一，该位置被烷基化之后，发生两种遗传效应:一 是发生嘌呤和嘧啶的转化突变，即GC突变为AT，这种类型是最主要的类型。因此，EMS能使DNA分子上的嘌呤、嘧啶分子发生烷基化来影响mRNA的转录，随后使蛋白的合成过程发生紊乱，进而改变植物的性状。物理诱变如超声波、射线、中子等对物种的损伤较大，容易引起碱基的转换、颠换、移码、染色体缺失、易位、倒位等，从而引起生物的突变和死亡。2.EMS诱变特点EMS诱变育种中，诱变材料不同，使诱变效率和筛选难度也有差异。种子是理想的处理材料。也可以选择植物的器官和组织进行诱变处理。例如幼穗、花粉、芽、茎、愈伤组织等。相对于其它化学试剂诱变或者物理诱变，EMS诱变具有如下特点：（1）较高的突变频率和较少的染色体畸变主要是EMS诱变使DNA分子上产生较多的点突变，对染色体损伤轻而不致于引起染色体断裂产生畸变，可以针对农作物的某一特殊性质进行改良。（2）对处理材料损伤轻EMA诱变相对于其它物理诱变的生物损伤小，不容易引起生活力和可育性下降，尤其是无性繁殖的植物由于不经历减数分裂过程繁殖后代，相对于可产生种子的植物，这种突变更容易向后代遗传。（3）成本低廉，操作简便（4）EMS诱变剂对人体更具有危险性EMS具有强烈的致癌性和挥发性，常用5硫代硫酸钠作为解毒剂，因此在操作过程中要注意安全防护，严格遵守试验规则。3.EMS处理的方法（1）浸泡法：就是把种子、芽等组织浸泡在适当浓度的诱变剂溶液中。以EMS浸泡法构建突变体库最成功的例子就是拟南芥突变体库的构建。（2）滴液法：在植物茎上划一道较浅的切口，然后将浸透诱变剂溶液的棉球经过切口浸入，此法可用于完整的植株或发育中完整的花序。（3）共培养法：在培养基中用较低浓度的诱变剂处理根或者花药共培养。在EMS诱变处理材料的过程中，必须保证有足够的溶液进入细胞，因此被处理的材料必须完全被溶液浸透，如果能够附以搅拌，会增加处理效果。由于EMS容易挥发，因此处理温度最好在20左右，并且在密闭状态下效果较好。例1、甲基磺酸乙酯（EMS）可用来创建突变体库，EMS主要通过鸟嘌呤烷基化后与胸腺嘧啶配对进而引发突变。在植物组织培养中，利用EMS处理获得突变体是育种的重要手段。下列叙述正确的是（）A.EMS 处理获得的突变大多是有利突变B.EMS 诱变处理导致基因中发生碱基对缺失C.应该用 EMS 处理愈伤组织以获得较多突变体D.组织培养过程中细胞在分化时最易诱发突变解析：EMS处理获得的突变大多是有害突变，A错误；根据试题的信息，EMS诱变处理导致基因中发生碱基对替换，B错误；愈伤组织有较强的分裂分化能力，用EMS处理愈伤组织可以获得较多突变体，C正确；组织培养过程中细胞在分裂时最易诱发突变，D错误。故答案为C。例2、碱基类似物5溴尿嘧啶(5Bu)既能与碱基A配对，又可以与碱基G配对。在含有5Bu、A、G、C、T五种物质的培养基中培养大肠杆菌，得到突变体大肠杆菌。下列叙述错误的是()A.突变体大肠杆菌体内可能发生了多个基因的突变B.很多位点发生TA到CG的替换后，DNA分子中氢键数目增多C.该培养基中大肠杆菌的基因突变频率明显提高D.在此培养基上繁殖2代，可实现DNA分子某位点碱基对从TA到GC的替换解析：根据题干信息，碱基类似物5溴尿嘧啶(5Bu)既能与碱基A配对，又可以与碱基G配对，使得碱基对发生改变，则突变体大肠杆菌体内可能发生了多个基因的突变，A正确；AT之间有2个氢键，CG之间有3个氢键，则很多位点发生TA到CG的替换后，DNA分子中氢键数目增加，B正确；根据以上分析可知，DNA复制时，5Bu可与A互补配对，也可与G互补配对，则该培养基中大肠杆菌的基因突变频率明显提高，C正确；5溴尿嘧啶可以与A配对，又可以和C配对，TA对复制一次时有A5溴尿嘧啶，复制第二次时有5溴尿嘧啶C，复制第三次时出现CG，所以需要经过3次复制后，才能实现细胞中某DNA分子某位点上碱基对从TA到GC的替换，D错误。故答案为D。学科网（北京）股份有限公司