农作物化学诱变育种是人为地利用化学诱变剂，诱发作物发生突变，再通过多世代对突变体进行选择和鉴定，直接或间接地培育成生产上能利用的作物新品种。

化学诱变具有成本低廉、使用方便、诱变作用专一等特点，是一种迅速发展的农作物育种手段。

目前，在众多的化学诱变剂中，甲基磺酸乙酯（EMS ）被认为是应用最好的诱变剂[1～6]。

EM S 诱变技术在国内外已成为一种成熟的技术，在玉米诱变育种中得到广泛的应用。

1ＥＭＳ诱变技术EMS ,即甲基磺酸乙酯，是一种烷化剂，烷化剂EM S 所诱发的突变主要通过以下步骤来完成。

烷基化位点主要在G （鸟嘌呤）的N-7位上[6]，由于G 上N-7的烷基化，使之成为带一个正电荷的季铵基团。

这个季铵基团产生两个效应：一是促进第一位氨基上氢解离，使G 不再与C 配对而与T 配对，从而造成G:C-A:T 转换（图1）。

二是N-7成为季铵基团后，减弱了N-9位上的N-糖苷键，而产生了去嘌呤作用。

大部分的无嘌呤位点都可以被无嘌呤内切酶系统所修复，但是有时复制在修复之前进行，则在无碱基位置上可以通过插入任何一个碱基，在第二轮复制以后，则原来的G ∶C 对可以变为任何碱基对G ∶C 、C ∶G 、A ∶T 、T ∶A ，既有转换,又有颠换（图2）。

此外，它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[6]（图3）。

EMS 诱变技术及其在创造玉米新种质中的应用安伟，樊智翔，马海林，米小红，王计虎（山西农业科学院玉米研究所，山西忻州034000）摘要：综述了EMS 的作用机制、作用特点及EMS 在创造玉米新种质中的应用等方面的内容，并对EM S 在玉米遗传育种研究中的利用前景进行了论述。

关键词：EM S ；诱变技术；玉米；新种质中图分类号：S513.032文献标识码：A文章编号：1002-2481(2008)12-0037-03Induced Mutation Technique and Application of EMS toCreate New Corn GermplasmAN Wei ，FAN Zhi-xiang ，MA Hai-lin ，MI Xiao-hong ，WANG Ji-hu(Maize Research Institute ，Shanxi Academy of Agricultural Sciences ，Xinzhou Shanxi ，034000，China)Abstract:The mechanism 、property and application of EMS for creation of new corn germplasm etc.was reviewed in the paper.The prospect of EMS utilization in research of corn genetic and breeding was also pointed out.Key words:EMS ；Induced Mutation Technique ；Corn ；New germplasm*收稿日期：2008-11-13作者简介：安伟（1975-），男，山西代县人，助研，主要从事玉米遗传育种工作。

Journal of Shanxi Agricultural Sciences山西农业科学2008，36（12）：37～39图1N-7烷基化鸟嘌呤由于N-1位上H 的电离而与胸腺嘧啶配对,从而导致G:C-A:T 转换图2N-7烷基化鸟嘌呤通过去嘌呤作用导致转换和颠换37图3烷化剂诱导染色体缺失模式Hake等人采用分子遗传学手段，验证了EM S 诱导的8个稳定玉米乙醇脱氢酶adh突变体均为点突变[9]。

Burns等报道在EM S诱导的184个大肠杆菌突变都是单个碱基对改变，其中183个G∶C变为A∶T[7]。

Lebkowski研究表明EM S诱导的人类54个突变中有53个也是由G∶C变为A∶T[8]。

这表明EMS诱导的突变主要是点突变。

2ＥＭＳ诱变的特点2.1诱变效率高EMS化学诱变产生的点突变的频率相对较高，而染色体畸变相对较少，生理损伤小。

因而可被用来对玉米的某一特殊性状进行改良，并且容易出现高产、质优的突变体[3]。

若引起染色体的损伤，主要是染色单体断裂，且断裂后不再连接起来[6]。

2.2诱变频率高Bird报道用EMS处理玉米花粉，突变频率可高达78%。

并且与其它诱变剂相比，EMS诱变后产生的显性突变体相对较多[1]，因而易于进行突变体筛选。

2.3诱变范围广诱变范围广，出现的突变体类型较多。

虽然烷化作用主要引进的是G∶C、A∶T碱基对之间的转换，但是同时也可出现其它各种类型的突变体，因而具有多效性。

3ＥＭＳ在创造玉米新种质中的应用在众多的化学诱变剂中，EMS作为作物最有效的化学诱变剂之一，早在60年代EM S就被用于玉米诱变育种[10]。

当时是用EMS水溶液处理玉米种子, Cornu,et al.用EMS处理感染小斑病的法国自交系种子,而后把M3代正在发芽的种子放在小斑病菌液上生长,或用小斑病菌液喷洒幼苗,两个处理均筛选出了抗性个体[1]。

一般来说,EMS水溶液处理玉米种子效果较差。

这是因为:（1）EMS与水起作用产生不起诱变作用但有毒的化合物:甲磺酸和乙醇（CH3SO2OC2H5+H2O-CH3SO2OH+C2H5OH），甲磺酸显著的引起植物损伤和不育；（2）胚细胞在成熟的种子中被许多有生命的细胞包围，再加上细胞膜的双透性就阻碍了EMS进入胚细胞；（3）产生的突变基因难固定致终，种子的胚细胞在分化出配子体以后,要经过无数次的细胞分裂和分化,一些突变因子在染色体无数次的复制过程中不易表达而丢失[11]。

此外,种子处理易产生嵌合体,要筛选的诱变后代群体大,显性突变在M2代表现,隐性突变在M3代才能表现出来,得到稳定突变体所需的时间长。

Coe于1966年发现玉米花粉可以在石蜡油中悬浮几个小时仍保持生命力,把它们涂到花丝上,仍能正常授精结实。

后来Neuffer将此发现加以引伸,进一步把化学诱变剂悬浮于石蜡油中,而后与玉米花粉混合进行诱变,获得成功。

经过以后不断改进和完善,现在这项技术已经成为玉米诱变育种的主要手段。

1986年,美国ICI种子公司Greaves等用EM S的石蜡油溶液处理玉米自交系的成熟花粉40min,在M2代用除草剂进行筛选,获得9株抗除草剂普杀特（Pursuit）突变体，其中反应最佳的植株可以忍受10倍除草剂致死剂量。

该基因为抗除草剂显性基因,命名为IT（Imazethapyr Tolerant），并申请专利保护。

1991年ICI公司首次推出含IT抗除草剂基因的玉米杂交种。

因它不属于转基因玉米,不存在转基因产品的安全性问题，所以市场反应良好。

当年该种子销售额达250万美元，1992年突破1000万美元。

1987年该公司用此方法获得糯质突变3个、甜质突变3个，突变率均为0.12%[5]。

1991年张铭堂利用EM S处理玉米花粉,发现糯质基因wx的诱变频率为0.12%。

1992年Allen Wright（依阿华大学）用EM S处理B73的花粉从M3后代中选出10个高赖氨酸、8个高蛋白、7个高油、4个高亚油酸、3个高油酸和9个低棕榈酸材料。

Victor Roboy（蒙坦拿大学）从EM S花粉诱变后代中选出两个高油突变体[5]。

Neuffer采用该方法获得大量突变体,仅经过仔细研究并进行基因定位的就有760个。

这些表明EMS花粉化学诱变技术已获得成功,并且已在国外得到应用。

国内一些育种单位目前已经认识到EM S花粉诱变技术的重要性,相继开展了这方面的工作。

郭丽娟等人（1987）用EM S处理玉米八趟白单倍体胚性细胞无性系,以玉米小斑病菌毒素为选择剂获得了抗玉米小斑病突变体。

刘治先（1998）用EMS花粉诱变技术筛选出两类高油酸玉米突变体,10个高赖氨酸、8个高蛋白、7个高油、4个高亚油酸突变体,为特用玉米育种和遗传研究提供了可贵的材料。

赵永亮（1998）对花粉诱变快速创造特用玉米新种质这一现山西农业科学2008年第36卷第12期38代生物学技术进行了研究。

结果表明，化学诱变在两个世代就可创造迄今为止所积累的所有特用玉米类型，包括白玉米、甜玉米、糯玉米、超甜玉米和高直链淀粉玉米。

薛守旺（1998）采用同样方法处理了6个稳定玉米自交系的成熟花粉，结果得到浅黄粒突变体、母株穗发芽突变体、显性核不育突变体和sulsul 甜玉米。

EMS化学诱变可诱发每一个基因位点发生突变，这样不仅可创造出在育种中有用的新的突变种质资源，而且有可能产生生物学上有用的突变体，它们虽然不能产生直接的经济效益，但是可以利用它们对生物进化过程中曾经出现过的遗传变异进行全面检索和研究，为玉米生长发育等基础性研究提供一些合适的素材。

Hoisingto和Neuffer在EM S玉米花粉处理后代中都发现了病斑突变体，这类突变体在不受病原菌侵染的条件下出现病斑，它们似乎是将控制抗体产生的遗传机制打开，导致基因开始起作用。

通过研究,使人们对病症表达过程中寄主作物所起的作用有新的认识。

1988年，Shozo Fujioka利用5种单基因矮化玉米突变体，研究了赤霉素的合成途径，为后人认识激素的作用机理，尤其是从分子角度来理解激素的反应途径提供了重要依据。

M iles 等人通过对EM S诱导的hcf突变体的研究，从而使人们加深了对光反应过程中电子传递的遗传控制的理解。

此外，EM S诱导的突变体在淀粉和蛋白质合成、光合作用过程、植物发育过程[的研究过程中，都起了很大的作用。

4ＥＭＳ的应用前景4.1对诱变后代进行分子生物学研究近年来,随着分子遗传学研究的深入,为EM S在作物遗传育种上的应用研究开辟了一条新的途径。

运用DNA分子标记对EMS诱变后代进行分析,不但能鉴定出肉眼鉴别或仪器分析无法鉴别的突变,而且使对突变性状的遗传研究和定位变得更加方便和有效,同时可据此绘制相应的基因图谱,并在分子水平上对突变热点与突变机理进行分析。

目前,这方面的研究报道还很少。

因此,在我国开展DNA分子标记技术与诱变技术相结合的研究,将具有重大的理论价值和现实意义。

4.2对诱变后代进行抗除草剂的筛选由于突变几乎影响到玉米形态的每一个方面,所以采用化学诱变可以诱发各种突变。

虽然化学诱变是不定向的,但是只要对诱变后代群体加以适当的选择条件,就可能获得所需的有经济价值的新突变。

随着分子生物学研究的发展,抗除草剂作物已引起人们的广泛关注。

当前,玉米上应用的除草剂如阿特拉津、乙阿合剂等均为选择性除草剂,它们的除草谱较窄,对有些杂草杀灭效果差;对喷药时期要求严格,一旦错过喷药的适宜时期则除草效果锐减;药剂施用成本高。