微波诱变育种

同时，因为家用微波炉不具备温控系统，所 以不能直接消除辐照产生的热效应。因此在
众多研究中采取了冷却措施并发展了一系列
消除热效应的实验方法。

例如，辐照一定时间后间隔一段停火冷却时
间再行辐照的自然冷却法；辐照一定时间后
用冰或冰水冷却一段时间再行辐照的低温冷
却法等。

这些方法均属于微波间歇辐照实验方法，可 通过多次间歇辐照累积微波辐照的非热效应。 在间歇辐照实验中，通常可通过多次间歇辐 照使累积辐照时间达到所需微波辐照时间的 总量要求。 例如，戴剑漉等采用每辐照5 s 后冰上快速 冷却20 s 再辐照的低温冷却法，使最长累积 辐照时间达120 s。
微波诱变育种
微波诱变的定义
微波诱变机制
微波诱变育种的基本步骤 影响诱变效果的因素
微波诱变技术在菌种选育中的应用
微波诱变的定义

微波诱变是在广泛开展微波对生物，尤其是对人体
的潜在危害评估研究过程中，发展起来的一种新兴 非电离电磁辐射物理诱变育种技术。 现已应用于农作物、植物以及微生物育种研究中。 与航天诱变、离子束诱变、激光诱变等新的物理诱 变技术相比， 微波诱变具有可利用设备相对简单， 易于操作，安全高效等突出优势。
了遗传特性稳定的高产突变株，其脂抑素产能较可产约531
μ g/ml的出发菌提高了71.6%，产量达911 μ g/ml。黄娟等 则经紫外和微波依次复合诱变筛选获得了脂抑素产能较出发
菌提高了3.25 倍的高产菌株。
擦，这种强烈的摩擦使被辐照微生物
DNA 分子的氢键和碱基堆集化学力受损，
造成DNA 立体结构发生变化，从而导致
变异的发生。同时这种摩擦作用又是微
波辐照产热的根本原因。（也就是说这
种诱变是由微波的热效应引起的）

此外，在后来的研究中发现，在严格控制升 温的实验条件下（生物体不产生明显的温升, 或产生的温升是在生物体自身温度自然起伏 的范围内, 可以忽略其变化），也会使被辐照
子悬液或菌悬液置于专用设备内置容器
中或装在平皿、试管等适宜容器中置于
微波炉中进行辐照。
微波辐照会产生热效应，致使孢子悬液
温度迅速升高，使得微生物在未接受到
足够损伤造成突变的照射量之前，由于
蛋白质变性，酶失活，导致孢子死亡，
致死率增大。
因此，在实际操作过程中应严格控制辐
照时间和辐照温度。
专业设备 常用设备—家用微波炉
所在。

因此，微波辐照的作用机理是场力和转化能
的协同作用, 场力即非热效应, 转化能即热
效应。
微波诱变育种的基本步骤
单孢子悬液或菌悬液的制备 微波辐照 突变株分离
目标突变株的筛选
微波辐照过程
微波辐照是微波诱变中最重要的一个实
验环节，具体操作虽然因所采用的设备
不同而不同，但共同点在于将受试单孢


影响诱变效果的因素

孢子种类（休眠孢子对微波的耐受性比发芽 孢子强，致死率小，突变率高） 辐照功率（辐照功率的大小与所产生热效应 的大小和快慢直接相关） 辐照时间（最主要因素，可控） 热效应的消除（热效应是使菌株致死的主要 原因）


微波诱变技术在菌种选育中的应 用
单一微波诱变
复合微波诱变

微波诱变的机制

微波是指频率在300 MHz～300 GHz 范围内的电磁 波，对生物具有热效应和非热效应。目前最常用的 是频率为2450 MHz 的微波。

生物热效应：微波辐照引起被辐照生物迅速升温并 由此导致各种生物功能产生变化的现象称为生物热 效应。(灭菌) 生物非热效应：微波辐照在并没有产生明显升温的 情况下导致被辐照生物发生各种生理、生化和功能 变化的现象称为微波生物非热效应。
微波诱变法筛选木聚糖酶高产球毛壳霉菌 株

姚笛等用微波诱变法筛选遗传稳定的木聚糖酶高产球毛壳霉
菌株。将制备的孢子悬液，在不同功率条件下辐照处理60 s，
选择致死率在80％左右的辐照功率，在此功率条件下对其进 行不同时间的微波诱变，经初筛和复筛后，采用DNS 法测定
木聚糖酶活性，筛选木聚糖酶高产菌株，并分析其传代稳定
微波结合紫外

由于紫外诱变研究工作开展较早，方法原理研究较为透彻， 因此紫外与微波相结合的微生物菌株诱变育种研究开展得最 多，其涉及的活性代谢产物也最丰富，如抗生素、减肥药物 前体、细胞凋亡诱导剂等，各种活性物质的产能提高研究均 有报道。在脂抑素（lipstatin）高产菌株筛选研究中，韩 俊茹等经紫外和微波依次复合诱变处理，并基于脂抑素的生 物合成，结合使用含豆油平板进行耐豆油突变株筛选，获得


微波作为交变高频电磁波，可使水、蛋白质、核苷 酸、脂肪、碳水化合物等极性分子随着微波频率产 生快速振动或转动，被固定的大分子将产生高速受 迫振动，而游离的自由分子将会高速转动。以水为 例，在2450 MHz 微波作用下，水分子能在每秒钟 之内发生180°来回转动24.5×108 次（如图）。
这种高速振动或转动造成分子间强烈摩
微生物DNA 分子的氢键和碱基堆集化学力受
损或减弱，造成DNA 立体结构发生变化，导
致抗诱变能力减弱，甚而影响DNA 的正确复
制或损伤修复过程。

其非热效应作用机制尚不明了，但微波作为 外加交变电磁场，其与被辐照微生物细胞组
织及其ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ含各类极性物质间的分子水平作用，
可以说是微波辐照产生诱变作用的根本机制
性。结果显示，在微波辐射时间80 s，功率240 W 条件下处 理的球毛壳霉孢子，致死率为89. 5％；经诱变及菌种筛选， 获得1 株木聚糖酶高产菌株W80-8，其酶活力为7 520 U ／ ml，比出发菌株提高了124％；经6 次传代培养，W80-8 株 木聚糖酶活力未见明显降低，未发生原位回复突变。
专业设备
可精确选定微波的输出功率和频率，也
可以设定辐照实验所需温度并通过自动
化温控系统进行严密调控，或严密监控
温度并在所需温度以下完成辐照实验，
适于在严格实验条件下获得微波生物非
热效应相关实验数据。
常用设备

在微生物育种研究中，微波辐照大多直接用 家用微波炉进行，也有将家用微波炉改造成 微波反应器进行的。家用微波炉比较便捷， 可用于在普通实验室进行辐照实验， 但通常 只有一种固定频率（一般为2450 MHz） 和为 数有限的几个固定功率档位，因此不能按需 选择微波频率和功率，输出功率和频率也不 如专业设备稳定和精确。