遗传毒性实验是检出直接和间接引起遗传障碍物质的实验方法。遗传毒性是指生物遗传物质DNA受阻，化学结构发生了改变，引起的遗传基因突变。DNA损伤可引起遗传基因的突然变异、染色体的广泛损伤、染色体发生重组交换和数量的变化，进而造成机体的遗传性损伤和可能引发癌性病变。突变按DNA损伤程度分为基因突变和染色体畸变。各种不同的体外和体内遗传毒性实验方法有不同的作用机制，主要有基因突变实验、染色体畸变实验、啮齿动物微核实验。基因突变实验包括微生物回复突变实验、哺乳动物培养细胞基因突变实验、果蝇伴性阴性致死实验、小鼠特异位点实验等；染色体畸变实验包括哺乳动物培养细胞染色体畸变实验、啮齿动物显性致死实验、精原细胞染色体畸变实验等；啮齿动物微核实验包括啮齿动物微核实验、SOS显色实验、程序外DNA合成（UDS）实验等。
目前多采用不同机制而又检测灵敏度高、重现性好、背景资料丰富的实验方法组合。常用的实验方法标准组合有：检测遗传基因突变的鼠伤寒沙门菌（大肠埃希菌）回复突变实验；评价细胞遗传性的哺乳动物培养细胞染色体畸变实验；检测基因突变和细胞染色体畸变的哺乳动物细胞基因突变实验和小鼠淋巴瘤细胞TK实验；动物骨髓细胞微核实验等。
一、鼠伤寒沙门菌回复突变实验（Ames实验）
（一）原理
鼠伤寒沙门菌野生型能自身合成所需的营养成分组氨酸，可在不加组氨酸的培养基中生长繁殖。用理化方法处理使野生型菌株组氨酸合成基因突变，称为变异型或突变型菌株（AT），该菌株自身不能合成组氨酸，故在无组氨酸的培养基上不能生长。利用该突变菌株在诱变物作用下可以使基因回复突变成野生型，称为回复突变。根据回复突变菌落数的多少可判定受试物是否具有回复突变作用或致突变作用。
（二）实验准备
1．实验仪器
低温高速离心机、低温冰箱（－80℃）或液氮罐、生物安全柜、恒温培养箱、恒温水浴箱、高压蒸汽消毒器、匀浆仪等。
2．实验菌株
TA1535、TA1537、TA97、TA97a、TA98、TA100、TA102，常用TA97、TA98、TA100、TA102一组标准菌株。
3．活化系统
S9，经诱导剂处理的健康成年SD或Wister大鼠，取肝组织制备匀浆，9000g离心10min后的肝匀浆上清液；S9mix（S9与辅助因子以适当比例组成S9mix）。多为市售，也可实验室制备。
诱导剂多为多氯联苯，采用腹腔注射或灌胃给药。也可用苯巴比妥钠和β－萘黄酮作为诱导剂。
辅助因子储备液，市售或取30ml灭菌蒸馏水，加入盐溶液（取含水氯化镁8．132g、氯化钾12．3008g，加蒸馏水至100ml）2ml、PBS液50ml、葡萄糖－6－磷酸（钠盐）153mg、辅酶Ⅱ（NADP）306mg，充分溶解，加灭菌蒸馏水至90ml，分装，－20℃贮存（可保存半年）。
4．阳性对照品
4－硝基喹啉－氧化物、甲基磺酸甲酯、2－氨基芴、苯并（a）芘等。
5．试液及培养基
营养肉汤培养基：市售或按《中国药典》附录无菌检查法下营养肉汤培养基方法配制。
VB液：市售或自制，置冰箱4℃保存。
底层基本培养基：市售或取VB液（10×）100ml，加蒸馏水80ml，用1mol／L氢氧化钠调pH至7．0，加琼脂12～15g，高压灭菌，冷却至80℃时，加已经灭菌的20％葡萄糖100ml，混匀使用。每皿20ml。
0．5mmol／L L－盐酸组氨酸／生物素溶液：D－生物素（分子量247．3）30．9mg，L－盐酸组氨酸（分子量191．7）24．9mg，加蒸馏水至200ml溶解，高压灭菌备用。
上层培养基：市售或D－生物素12．4mg，L－盐酸组氨酸9．5mg，氯化钠5g，琼脂7g。上述成分依次加热溶解，混匀后，加蒸馏水至1000ml，分装于2ml试管中，高压灭菌备用。
0．2mol／L磷酸盐缓冲液（PBS）：取0．2mol／L磷酸二氢钠溶液95ml，0．2mol／L磷酸氯二钠溶液405ml，混合，并以其调节pH至7．4，高压灭菌备用。
（三）实验方法
1．预实验
（1）药物溶解度测试称取适量受试物3～5份，分别测试其在水、DMSO以及其他溶剂中的溶解度，为实验设计提供最佳溶剂。
（2）实验用菌株适用性测试根据受试物性质，设5个以上剂量组，对实验所用菌株进行初步毒性实验，以检测其适用性，每个剂量组可设平行实验，摸索受试物最低毒性剂量，为实验设计提供合理剂量。
2．正式实验
常采用直接平板掺入法。取融化并保温在45℃水浴中的上层培养基加入设计好的各组（阳性对照组、阴性对照组、溶剂对照组、5个剂量的受试物组）试管中，每组3个平皿，每管2ml，并依次加入菌液0．1ml、受试物0．1ml，需活化时加入0．5ml S9混合液，否则加入0．5ml缓冲液，充分混匀，迅速（20min内）倒入已制备好的底层培养基平皿，使分布均匀。凝固后将平皿翻转置于37℃培养箱中培养48h，取出培养皿，进行菌落计数，统计每皿回变菌落数。
也可采用预培养平板参入法。取苗液0．1ml、受试物0．1ml，需活化时加入0．5ml S9混合液，否则加入0．5ml缓冲液，混匀后在37℃水浴中振荡培养20min，以利于诱发突变结果的观察。将2ml融化并保温在45℃水浴中的上层培养基加入预培养液中，充分混匀，迅速倒入（20min内）已制备好的底层培养基平皿，使分布均匀。凝固后将平皿翻转置于37℃培养箱中培养48h，取出培养皿，进行菌落计数，统计每皿回变菌落数。
（四）结果判定
（1）受试物所诱发的回变菌落数超过对照组2倍，并有剂量反应关系时，判为阳性。
（2）某测试点回变菌落数超过对照组2倍以上，且呈重复性，并有统计意义时，也可判为阳性。
（五）附注
（1）实验用菌株应临用前制备成每1ml含10（上标9）的菌悬液。
（2）正式实验前应对实验用菌株进行自发回变数测定（按正式实验方法只加入实验用菌株0．1ml，培养，计算结果），必要时应在正式实验结果中扣除自发回变数。若实验用菌株进行自发回变数超常增多，应考虑菌株污染或生物特性已发生改变等情况。
（3）每种实验应分别独立平行进行2次。
（4）对于活性较弱或有抑菌作用的受试物，可将培养时间延长至72h，同时相应延长对照组培养时间。
（5）实验剂量设计一般应根据受试物特性确定，对水溶性较好且毒性较小的可以5mg／皿进行设计；对水溶性较差且易析出沉淀物的可以析出沉淀物的最低浓度进行设计；对毒性较大的可以受试物最低毒性剂量进行设计。
（6）遗传毒性实验阳性的物质，经实验证明，部分化合物对人体有致癌的可能，因此，遗传毒性实验主要用于预测化合物（药物）的致癌性并用于解释致癌实验的结果。同时，遗传毒性阳性的物质也有可能引起遗传性疾病，虽然两者的相关性有待深入研究，但生殖细胞的突然变异与人体遗传性疾病间的关系是明确的，因此，有遗传毒性的物质应考虑结合生殖毒性实验判断对人体是否具有遗传障碍的可能。
二、哺乳动物细胞染色体畸变实验
（一）原理
染色体是遗传物质基因的载体，每一物种均有其特定的染色体形态结构和数目，并保持相对稳定。各种有害物质（理化、生物等因素）可使染色体断裂而至数目和形态结构的异常。这种现象称为染色体畸变，能引起染色体断裂的物质叫染色体断裂原、诱裂剂（clastogen）。一般认为诱变剂作用于细胞分裂周期G3期细胞，此时染色体尚未复制而导致染色体损伤产生畸变。
（二）实验准备
1．实验仪器
生物显微镜、倒置显微镜、低温冰箱（－80℃）或液氮罐、生物安全柜、二氧化碳培养箱、恒温水浴、高压蒸汽消毒器、电热干燥箱、抽滤装置、离心机等。
2．实验材料
细胞：常用的细胞株一般有中国仓鼠肺细胞（CHL）、中国仓鼠卵巢细胞（CHO），实验证明，CHL为本实验有效和敏感的细胞。
培养液：市售或用MEM培养液加入10％胎牛血清和适量抗生素（青霉素、链霉素）。
阳性对照物：常用甲磺酸甲酯（MMS）、甲磺酸乙酯（EMS）、丝裂霉素C（MMC）、甲基硝基亚硝基胍（MNNG）、苯并（a）芘（BP）、环磷酰胺等。
活化系统：S9、S9mix，按AMES实验准备。
（三）实验方法
1．剂量设计