微生物育种技术研究进展

微生物育种技术研究进展

摘要：生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等，育种技术的不断成熟，大大提高了微生物的育种效果。但是有时候微生物育种也不是单一的一种方法，有的是需要多种方法综合使用。本文将各种微生物育种技术进行总结和细致分析。

关键词：微生物育种；诱变育种；基因重组育种；基因工程育种

1.常规育种

常规育种是以不经过人工处理，利用微生物自发突变为基础，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106～1010/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。，通过常规育种提高菌种生产能力、筛选高产菌株的效率较低，效果不明显。因此在生产实践中，常规育种的主要目的是用来纯化、复壮、稳定菌种。

2. 诱变育种

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，为微生物诱变育种提供了前提条件根据育种需要，有目的地使用诱变因素，可使菌株的基因发生突变以改良其生产性状.凡能诱发基因突变，并且突变频率远远超过自发突变的物理因子或化学物质被称为诱变剂。根据诱变剂的不同可以将诱变育种的方法分为：有物理因子诱变育种和化学因子诱变育种。，前者包括激光、X-射线、"r-射线、快中子等)后者主要是烷化剂（包括EMS、EI、NMU、DES、MNNG、NTG等），天然碱基类似物，亚硝酸和氯化锂在物理诱变因素中，紫外线比较有效、适用、安全，其他几种射线都是电离性质的，具有穿透力，使用时有一定的危险性,化学诱变剂的突变率通常要比电离辐射的高，并且十分经济，但这些物质大多是致癌剂，使用时必须十分谨慎.目前，多种诱变剂的诱变效果、作用时间、方法都已基本确定，人们可以有目的、有选择地使用各种诱变剂，以达到预期的育种效果. 2.1物理因子诱变

2.1.1 UV

所有传统的物理诱变手段中，使用得最为普遍的就是紫外线辐照，它是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。对于紫外线的的作用有很多解释，但研究最清楚的是它可引起DNA结构的变化，尤其是可使DNA分子形成胸腺嘧啶二聚体，即两个相邻的嘧啶共价连接，二聚体的出现会减弱氢键的作用，引起双键结构变形，就可能影响胸腺嘧啶(T)和腺嘌呤(A)的正常配对，破坏了腺嘌呤的正常掺人，复制就在这一点上突然停止或错误地进行。如果错误地进行复制，且在新形成的链上有一个改变了的碱基次序，则在随后的复制过程中，碱基次序已改变的DNA链照常进行复制，产生了一个在两条链上碱基次序都是错误的分子而引起突变归J。利用紫外诱变的方法可选育出大量产量高，活性强的菌种，由于其设备简单，诱变效率高，操作安全而被广泛应用。白兰芳等用紫外线单因子处理、光复活处理西罗莫司产生菌Streptomyces hygro—scopicus得到了一正变株UV-8-61，效价比出发菌株提高了2—3倍。近些年来紫外线作为一种基本的诱变因子，也常常和其他一些诱变因子联合作用于微生物而提高诱变效果。胡永兰等用UV和DES(硫酸二乙酯)复合处理梧宁霉素产生菌，得到一株较高的突变株，效价比出发菌株提

高291．72％。

2.1.2 微波

2.1.2.1微波诱变育种的原理

微波作为一种高能电磁波，能刺激水、蛋白质、核酸、脂肪和碳水化合物等极性分子快速震动。在2450MHz频率作用下，水分子能在1s内180°来回震动24.5*108这种震动引起摩擦，因此可以使得单孢子悬液内DNA分子强烈摩擦，孢内DNA分子氢键和碱基堆积力受损，使得DNA结构发生变化，从而引发遗传变异。

2.1.2.2微波诱变育种的一般操作方法

微波育种现在研究的很多，成功的例子也很多。它操作方便，设备简单，一般用家用微波炉，诱变的效果很好。下面以宇佐美曲霉为例，简要介绍一下微波进行微生物育种的一般操作方法。

（1）孢子最液的制备

取恒温箱内30℃下培养4d的菌种斜面，用0．85％的生理盐水洗下孢子，置于无菌并盛有玻璃珠的三角瓶中，在210r／rnin的旋转式摇床上振荡5h，使孢子活化和分散，然后用生理盐水将孢子悬液稀释到106个／mL，得孢子悬液备用。

（2）微波诱变

吸取制得的孢子悬液，注入底部平整的平皿中，每个平皿的悬液量为10mL，调微波炉功率为700w，脉冲频率为2450比，按不通的处理时间(一般小于1m洫)，对孢子悬渡进行辐照处理。然后分别从每个平皿中取出0．1mL的菌悬液，进行适当稀释，得到不同稀释度的菌悬液。

（3）筛选

菌悬液O．3mL，涂布分离培养基平板。然后置于30℃恒温箱培养3d。话菌计数，计算致死率。以分离平板上透明圈直径和菌落直径的比值作为初筛标志，挑取比值大的菌落在斜面上传代3次，然后进行摇瓶发酵复筛。

2.1.3激光

激光激光是一种光量子流，又称光微粒。自从Mester于1968年提出小剂量辐射对生物有刺激效应的研究理论后，激光应用于生物学领域的成就备受人们的关注。激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合作用，直接或间接地影响生物有机体。引起DNA、染色体畸变效应，酶的激活和钝化以及细胞的分裂和细胞代谢活动的改变等。光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用，都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。杨素红等曾用20mWHe —Ne激光照射棉病囊霉引起突变，使不产核黄素的原始野生型菌株产生核黄素；陈有为等对酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)As2．1 189进行C02激光诱变育种，发现对酵母菌乙醇代谢的改变有刺激效应。目前激光成为微生物的常用诱变剂。不同种类的激光辐射生物有机体，所表现出的细胞学和遗传学变化也不同。赵炎生等u列比较紫外、He—Ne激光，Nd：YAG倍频脉冲激光对脱落酸产生菌的诱变效果，其中He．Ne激光诱变正变率为5.6％；Nd：YAG倍频脉冲激光诱变正变率为19．6％；Nd：YAG倍频脉冲激光诱变辐照次数400次时效果较好，所得的高产菌株效价提高率可达60％以上。

2.1.4太空射线和磁场

太空射线和磁场空间环境具有强辐射、微重力、高洁净、高真空等特点，有诱发突变的因素。

我国开展863高技术航天领域空间诱变育种的研究，取得了很好的成绩|。在空间生命科学领域中，微重力和宇宙射线的生物学效应，是最重要的，宇宙射线作用于生物体的最直接效应是引起生物体内发生电离，产生许多次高能电子和自