微生物遗传育种研究进展

题目：微生物遗传育种研究进展

姓名：毛德昌学号：

专业：微生物学方向：微生物生态学任课教师：翠新（副教授）

2017年12月29日

微生物遗传育种研究进展

摘要：微生物育种是现代工业、医药、食品等行业生产中重要的一个环节，本文中介绍了几种微生物育种的方法，包括诱变育种、杂交育种、代调控育种等育种方法，其中主要介绍微生物遗传育种一种新的育种技术——低能离子注入育种技术和原生质体育种技术。低能离子注入育种技术为我国科学家所创建的一种技术，为微生物的育种工作提供了新的方法。

关键词：微生物育种，离子注入，原生质体融合

目录

1前言 (1)

2自然选育 (1)

3诱变育种 (2)

3.1物理诱变 (2)

3.2化学诱变因子 (3)

3.3生物诱变因子 (4)

3.4复合因子诱变与新型诱变剂 (4)

4杂交育种 (4)

4.1有性杂交 (4)

4.2准性杂交 (5)

4.3原生质体融合育种 (5)

4.3.1 原生质体融合的促融方法 (6)

4.3.2原生质体融合育种的应用 (6)

4.4 代控制育种 (7)

5基因重组 (7)

6小结 (8)

参考文献 (8)

1前言

微生物是自然界中广泛存在的生物群体，在工业、医药、食品、科研等行业中具有广泛的应用，在工业上是某些工业产物的产生个体，医药行业将的很多种药物是来源于微生物个体的初级或次生代产物，方方面面都有微生物的影子，对于微生物育种最早是来源于什么时候，这个也许应该可以追溯到人类对微生物的应用。生活中到处都存在着微生物的影子，人类为了能够更加充分的利用微生物，就会将个体形状优良的微生物保留下来，以便将其更好的利用，这边开始了微生物的育种，儿这种育种似乎是对微生物的育种工作已经开展，只是仍然停留在一个比较初步的阶段。

上世纪五十年以前对微生物的育种是在个体宏观表现上的对人类有用的形状上的育种工作，上世纪五十年代以后，DNA分子结构的确立，微生物的各个基因结构逐步得到阐释，微生物的各种代途径调控机制也逐步得到解释，对微生物进行遗传育种的方法也逐步开始出现多样化。微生物遗传育种的主要方法可以大概分为物理方法、化学方法和生物方法，或者将微生物的育种工作分为传统育种和现代生物技术育种，二者的区别在于是否有现代生物技术方法参与育种工作。

2自然选育

不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。这类突变没有人工参与并非是没有原因的，一般认为自然突变有两种原因引起，即多因素低剂量效应和互变异构效应。所谓多因素低剂量效应，是指在自然环境中存在着低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量的诱变物质和微生物自身代产生的诱变物质等作用引起的突变。互变异构效应是指四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配[1]。自然突变可能会产生两种截然不同的结果，一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降；另一种是对生产有益的突变。为了保证生产水平的稳定和提高，应经常地进行生产菌种自然选育，以淘汰退化的，选出优良的菌种。

在工业生产上，由于各种条件因素的影响，自然突变是经常发生的，也造成了生产水平的波动，所以技术人员很注意从高生产水平的批次中，分离高生产能力的菌种再用于生产。同时也可利用自发突变而出现的菌种性状的变化，去选育优良的菌株，如在味精发酵被噬菌体污染过程中，所选出的抗噬菌体菌株。自然选育是一种简单易行的选育方法，可以达到纯化菌种，防止菌种退化，稳定生产，提高产量的目的。但是自然选育的效率低，因此经常要与诱变育种交替使用，以提高育种效率。

3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发基因突变，并逐渐弄清了一些诱变发生的机理，为工业微生物诱变育种提供了前提条件。1941年Beadle和Tatum采用X射线和紫外线诱变红色面包霉，得到了各种代障碍的突变株。这之后诱变育种得到了极大发展。诱变育种是以诱变剂诱发微生物基因突变，通过筛选突变体，寻找正向突变菌株的一种诱变方法。诱变剂有物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。

3.1物理诱变

物理诱变剂包括紫外线、X射线、γ射线、激光、低能离子等。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，紫外辐射能作用于DNA，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂[2]。紫外辐射可以引起转换、颠换、移码突变或缺失等。紫外线是常用的物理诱变因子，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。由于紫外线的能量比X射线和γ射线低得多，在核酸中能造成比较单一的损伤，所以在DNA的损伤与修复的研究中，紫外线也具有一定的重要性。

常用的电离辐射有X射线、γ射线、β射线和快中子等。如γ射线具有很高的能量，能产生电离作用，因而直接或间接地改变DNA结构；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。

低能离子注入育种技术是近些年发展起来的物理诱变技术。该技术既以较小的生理损伤而得到较高的突变率、较广的突变谱，而且具有设备简单、成本低廉、应运行和维修、对人体和环境无害等优点。

最近几年，低能离子用于微生物诱变育种研究也取得可喜成绩。目前利用离子注入进行微生物菌种选育时所选用的离子大多为气体单质离子，并且均为正离子，其中以N+为最多，也有报道使用其他离子的，如H+、Ar+、C6+。辐射能量大多集中在低能量辐射区[3]。阮丽娟等（1993年）用低能离子注入糖化酶生产菌，仅仅经过l-2年时间，糖化酶生产菌活力已从平均发酵1.5万单位提高到2万单位，最高一株达2.6万单位[4]。

氮离子注入法在近年来的生物育种上得到广泛应用，取得较好的效果[5-9]。菌种孢子经过离子束轰击，将氮离子注入菌种孢子，经过生化反应，氮离子取代了ＤＮＡ和RＮＡ碱基中的离子，形成了新的分子，改变了碱基的分子基团，从而改变了部分基因，达到基因突变的目的[5-8]。袁成凌等[10]（2003）研究表明，在离子注人（10KeV，