微生物诱变育种技术概述

 

摘要：概述了微生物诱变育种中常用的方法极其可能诱变机制

关键词：微生物 诱变育种 机制

 

前言：

微生物常规育种是以自然突变为基础,从中筛选出具有优良性状菌株的一种育种方法。一般情况下,由于DNA的半保留复制以及校正酶系的校正作用和光修复、切除修复、重组修复、诱导修复等作用,发生自然突变的几率特别低,一般为10-6~10-10/BP,而且用于工业生产的菌株的性状往往由单一或少数基因控制,所以常规育种时间较长,工作量较大。

 

自从1927年Miller发现X-射线能诱发果蝇基因突变之后，人们发现其他一些因素也能诱导基因突变并逐渐弄清了一些诱变因素的机理,为工业微生物诱变育种提供了前提条件.根据育种需要,有目的利用诱变因素,可使菌株的基因发生突变以改良其生产性状。

 

正文：

目前,人们用于诱变育种的诱变方法有物理诱变，化学诱变,空间技术诱变和复合诱变四种方法，下面分别对各种诱变方法做一下概述：

 

一．物理诱变

物理诱变剂主要有紫外线，X—射线，γ-射线，快中子，激光，微波，离子束等。

 

1紫外线  

我们知道，DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很强的紫外光吸收能力,最大的吸收峰在260nm，因此波长260nm的紫外辐射是最有效的诱变剂.对于紫外线的作用已有多种解释,但研究的比较清楚的一个作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体,即两个相邻的嘧啶共价连接，二聚体出现会减弱双键间氢键的作用,并引起双链结构扭曲变形,阻碍碱基间的正常配对,从而有可能引起突变或死亡.另外二聚体的形成,会妨碍双链的解开,因而影响DNA的复制和转录.总之紫外辐射可以引起碱基转换、颠换、移码突变或缺失等。

 

2γ-射线

γ-射线属于电离辐射,是电磁波.一般具有很高的能量,能产生电离作用,因而能直接或间接地改变DNA结构.其直接效应是,脱氧核糖的碱基发生氧化,或脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键断裂,使得DNA的单链或双链键断裂.其间接效应是电离辐射使水或有机分子产生自由基,这些自由基与细胞中的溶质分子起作用,发生化学变化,作用于DNA分子而引起缺失和损伤.此外,电离辐射还能引起染色体畸变,发生染色体断裂,形成染色体结构的缺失、易位和倒位等[2].  

 

3激光

激光在微生物诱变育种方面的研究与开发应用比较晚。激光诱变育种技术研究始于20世纪60年代,经过世界各国40多年的开发应用研究,不仅证明激光和普通光在本质上都是电磁波,它们发光的微观机制都与组成发光物质的原子、分子能量状态和变化密切相关。激光是一种与自然光不同的辐射光,它具有能量高度集中、颜色单一、方向性好、定向性强等特性。激光通过光效应、热效应和电磁效应的综合作用,能使生物的染色体断裂或形成片断,甚至易位和基因重组[3]。

 

4微波

微波辐射属于一种低能电磁辐射,具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz,对生物体具有热效应和非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升,从而引起生理生化反应;非热效应指在微波作用下,生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下,生物体会产生一系列突变效应。因而,微波也被用于多个领域的诱变育种,如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种,并取得了一定成果[4]。

 

5离子束

离子注入是20世纪80年代初兴起的一项高新技术,主要用于金属材料表面的改性。1986年以来逐渐用于农作物育种,近年来在微生物育种中逐渐引入该技术。离子注入诱变是利用离子注入设备产生高能离子束(40~60keV)并注入生物体引起遗传物质的永久改变,然后从变异菌株中选育优良菌株的方法。离子束对生物体有能量沉积(即注入的离子与生物体大分子发生一系列碰撞并逐步失去能量,而生物大分子逐步获得能量进而发生键断裂、原子被击出位、生物大分子留下断键或缺陷的过程)和质量沉积(即注入的离子与生物大分子形成新的分子)双重作用,从而使生物体产生死亡、自由基间接损伤、染色体重复、易位、倒位或使DNA分子断裂、碱基缺失等多种生物学效应。因此,离子注入诱变可得到较高的突变率,且突变谱广,死亡率低,正突变率高,性状稳定[5]。