诱变方法在微生物育种中的应用

空间环境因素主要有微重力，空间辐射，以及其它诱变因素如 交变磁场，超真空环境等，这些因素交互作用导致生物系统遗 传 物 的 损 伤 ， 使 生 物 发 生 诸 如 突 变 、染 色 体 畸 变 、细 胞 失 活 、发 育异常等。
我国在这方面取得不少进展，自 １９８７ 年以来先 后 ９ 次 利 用 返 回 式 卫 星，４ 次 利 用 高 空 气 球 搭 载 了 ７０ 多 种 植 物，５００ 多 个 品 种 的 ４０ 多 公 斤 种 子，涉 及 到 粮 食 、棉 花 、油 料 、蔬 菜 、瓜 果、花卉等作物，经国内 ２０ 多个省、市、区的 ５０ 多个研究单 位 育 种 工 作 者 的 地 面 种 植 试 验 ， 育 成 了 高 产 、稳 产 、优 质 、多 抗 的 青 椒 、番 茄 、水 稻 、小 麦 、莲 子 等 作 物 新 品 种 、新 品 系 ， 从 中 还 获 得了一些有可能对产量和品质等经济性状有突破影响的罕见 突 变［２２］。
γ－ 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具 有很高的能量，能产生电离作用，可直接或间接地改变 ＤＮＡ 结 构 。其 直 接 效 应 是 可 以 氧 化 脱 氧 核 糖 的 碱 基 ，或 者 脱 氧 核 糖 的 化学键和糖 － 磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使水或 有机分子产生自由基， 这些自由基可以与细胞中的溶质分子 发生化学变化，导致 ＤＮＡ 分缺失和损伤［２］。
第 ３５ 卷 第 ３ 期 ２００８年５月
文章编号：１００２－ ８１１０（ ２００８） ０３－ ００１６－ ０３
酿酒 ＬＩＱＵＯＲ ＭＡＫＩＮＧ
Ｖｏｌ．３５．№．３ Ｍａｙ， ２００８
诱变方法在微生物育种中的应用 ＊
韩丽丽，刘 敏
（１．中国人民解放军防化指挥工程学院三系生物防护教研室， 北京 １０２２０５）
胡卫红等１［５］采用ＣＯ２激光辐照酿酒酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｉｓｉａｅ） ＡＳ２．１１８９，筛选到乙 醇 产 量 有 较 大 提 高 的 变 异 株 。鲍 淑 兰 ［１６］以 啤 酒 酵 母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｅｓｅａ）为 材 料，用 Ｈｅ－ Ｎｅ 激 光 进 行 照 射，发现随着照射时间的延长，致死率和突变率均明显增加，同 时 在 选 择 培 养 基 上 筛 选 出 多 种 氨 基 酸 突 变 型 。 周 蓬 蓬 等 ［１７］应 用 ＹＡＧ 激 光 照 射 高 山 被 孢 霉（Ｍｏｒｔｉｅｒｅｌｌａａｌｐｉｎａ）获 得 了 花 生 四 稀酸和油脂含量分别提高 ２．４５ 倍和 １．７１ 倍的高产菌株。
收稿日期： ２００７－ １２－ ０５ ＊基金项目： 新疆维吾尔自治区高技术研究发展计划甜高粱秸秆转 化液体燃料综合技术开发（ ２００６１５１２０） 作 者 简 介：韩 丽 丽（１９８１－ ），女，山 东 高 密 人，硕 士，毕 业 于 中 国 农 业 大 学。现就职于中国人民解放军防化指挥工程学院，助教，主要从事微 生物育种及发酵研究。 通讯作者： 刘 敏
微 生 物 与 酿 造 工 业 、食 品 工 业 、生 物 制 品 工 业 等 的 关 系 非 常密切， 其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏， 甚至影响人们的日常生活质量，所以培育优质、高产的微生 物 菌株十分必要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢 途径朝人们所希望的方向加以引导， 或者促使细胞内发生基 因的重新组合优化遗传性状， 人为地使某些代谢产物过量积 累，获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为途径之一 的 诱 变 育 种 一 直 被 广 泛 应 用 。目 前 ，国 内 微 生 物 育 种 界 主 要 采 用 的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。 １ 物理诱变 １．１ 紫外照射
航 天 育 种 ，也 称 空 间 诱 变 育 种 ，是 利 用 高 空 气 球 、返 回 式 卫 星、飞 船 等 航 天 器 将 作 物 种 子 、组 织 、器 官 或 生 命 个 体 搭 载 到 宇宙空间， 利用宇宙空间特殊的环境使生物基因产生变异，再 返 回 地 面 进 行 选 育，培 育 新 品 种 、新 材 料 的 作 物 育 种 新 技 术 。
紫外线照射是常用的物理诱变方法之一， 是诱发微生物 突变的一种非常有用的工具。ＤＮＡ 和 ＲＮＡ 的 嘌 呤 和 嘧 啶 最 大的吸收峰在 ２６０ｎｍ， 因此在 ２６０ｎｍ 的紫外辐射是最有效的 致 死 剂 。紫 外 辐 射 的 作 用 已 有 多 种 解 释 ，但 比 较 确 定 的 作 用 是 使 ＤＮＡ 分子形成嘧啶二聚体［１］。二聚体的形成会阻碍碱基间 正 常 配 对 ，所 以 可 能 导 致 突 变 甚 至 死 亡 ［２］。
马 晓 燕［３］等 以 紫 外 诱 变 原 生 质 选 育 法 筛 选 发 酵 乳 清 高 产 酒精菌株马克斯克鲁维酵母菌株 ＺＲ－ ２０， 比优化 前 的 酒 精 产 率提高 １０．５％，较出发菌株提高了 ６８％．顾蕾［４］等通过紫外诱变 红酵母 ｎｓ－ １ 原生质体，获得类胡萝卜 素 产 量 明 显 提 高 的 突 变 株，其 生 物 量 、色 素 产 量 分 别 为 ６．１５ｇ／Ｌ、６．４１ｍｇ／Ｌ，分 别 比 原 始
ＨＡＮ Ｌｉ－ ｌｉ，ＬＩＵ Ｍｉｎ
（１． Ｄｅｐｔ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ ａｎｄ Ｃｏｍｍａｎｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓｏｍｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｂｏｕｔ ｐｈｙｓｉｏｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｕｔａｇｅｎｉｃｉｔｙ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ． Ａｎｄ ｉｔ ａｌｓｏ ａｎａ ｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｓｏ ｔｈａｔ， ｉｔ ｓｕｐｐｌｙｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ｂｒｅｅｄｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｍｕｔａｇｅｎｉｃｉｔｙ， Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ Ｂｒｅｅｄｉｎｇ
离子注入法进行微生物诱变育种， 一般实验室条件难以 达到，目前应用相对较少。 １．４ 激光
激 光 是 一 种 光 量 子 流 ，又 称 光 微 粒 。激 光 辐 射 可 以 通 过 产 生 光 、热 、压 力 和 电 磁 场 效 应 的 综 合 应 用，直 接 或 间 接 地 影 响 有 机 体，引 起 细 胞 染 色 体 畸 变 效 应 、酶 的 激 活 或 钝 化 ， 以 及 细 胞 分裂和细胞代谢活动的改变。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 。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 ［１５］。
激 光 作 为 一 种 育 种 方 法 ，具 有 操 作 简 单 、使 用 安 全 等 优 点 ， 近年来应用于微生物育种中取得不少进展。 １．５ 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 。 ［１８，１９］ 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 。这 方 面 的 工 作 贾 红 华 等 ［２０］和 雷 肇 祖 等 ［２１］有 所 报 道，在此不再赘述。 １．６ 航天育种
摘 要： 分析了近几年来我国常用的几种物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等，为微生
物诱变育种提供了依据。
关键词： 诱变； 微生物育种
中图分类号： ＴＳ２６１．１５
文献标识码： Ｂ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｔａｇｅｎｉｃｉｔｙ ｉｎ Ｍｉｃｒ ｏｏｒ ｇａｎｉｓｍ Ｂｒ ｅｅｄｉｎｇ
除 γ－ 射线外的电离辐射还有 Ｘ－ 射线、β－ 射线和快中 子 等 。电 离 辐 射 有 一 定 的 局 限 性 ，操 作 要 求 较 高 ，且 有 一 定 的 危 险性，通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。 １．３ 离子注入
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 ［７］。
菌 株 提 高 了 ６７．６％、５４．１％．陈 春 涛［５］等 将 红 酵 母 Ｙ－ ３５ 原 生 质 体经紫外诱变后获得 ２ 株类胡萝卜素产量明显提高的变异菌 株 ＲＹ－ １０ 和 ＲＹ－ １９， 其 产 量 分 别 比 出 发 菌 株 提 高 ４９％ 和 ５４％．
紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可 以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用 这种方法。 １．２ 电离辐射
离子注入时，生物分子吸收能量，并且引起复杂的物理和 化 学 上 的 变 化 ，这 些 变 化 的 中 间 体 是 各 类 活 性 自 由 基 。这 些 自
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第三期
韩丽丽， 等： 诱变方法在微生物育种中的应用
２００８
由基，可以引起其它正常生物分子的损伤，可使细胞中的染色 体突变，ＤＮＡ 链断裂，也可使质粒 ＤＮＡ 造成断裂［８，９，１０］。
航天育种较其它育种方法特殊， 是航天技术与微生物育 种技术的有机结合，技术含量高，成本高，个体研究者或一般研 究单位都难以实现，只能与航天技术相结合，由国家来完成。 ２ 化学诱变
与物理诱变相比， 化学诱变在某种程度上应用更为广泛， 是指利用一些化学物质提高生物的自然突变率， 这些化学物 质 就 叫 做 化 学 诱 变 剂 。化 学 诱 变 可 操 作 性 Leabharlann Baidu ，简 单 易 行 ；特 异 性 较 强，能 诱 变 定 位 到 ＤＮＡ 上 的 某 些 碱 基；后 代 较 易 稳 定 遗 传， 一般到 Ｆ３ 代就可稳定；应用于遗传标记，是细胞融合技术的基 础。
由于离子注入射程具有可控性， 随着微束技术和精确定 位 技 术 的 发 展 ，定 位 诱 变 将 成 为 可 能 ［８］。
我 国 １９９４ 报 道 了 离 子 注 入 链 霉 菌 的 诱 变 效 应 ， 获 得 ２６．７３％的 正 突 变 率 ，１９９５ 年 又 有 报 道 指 出 ， 采 用 Ｎ＋，Ｃ４＋ 注 入 核 糖 霉 素 产 生 菌 、卡 那 霉 素 产 生 菌 时 ， 其 中 以 Ｎ＋ 诱 变 效 果 最 显 著 ［１１］。 向 砥 ［１２］ 等 用 １０ｋｅＶＮ＋ 诱 变 产 壮 观 霉 素 菌 株 Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｓｐｅｃｔａｂｉｌｉｓｂ， 使 产 量 提 高 １０２．３％ 。 于 广 成 等 用 １０ｋｅＶＮ＋ 诱 变 产 灰 黄 霉 素 菌 株 Ｐｅｎｉｃｅｌｌｌｉｕｎｐａｔｕｌｕｍ， 使 产 量 提 高 ２６．８％［１３］。除 此 之 外，糖 化 酶 生 产 菌 、不 饱 和 脂 肪 酸 生 产 菌 、 维生素生产菌的离子束诱变效果也得到充分肯定。这些表 明，离子辐照处理是一种极有潜力的微生物药物的诱变育种 新 方 法［１４］。
张伟［６］等将较高产酒精酵母制备成原生质体，经 Ｃｏ６０ 诱变 后，采 用 四 级 筛 选，得 到 高 产 酒 精 酵 母 菌 株 Ｃｏ－ １５８，其 遗 传 性 状稳定，其成熟醪酒精体积分数比出发菌株提高了 １６．３４％，比 ＡＤＹ 提 高 了 ２４．４８％， 残 还 原 糖 含 量 亦 远 远 低 于 出 发 菌 株 和 ＡＤＹ。