紫外线诱变育种综述

紫外线诱变育种

摘要：紫外线诱变操作简单、对实验设备要求低，是目前被广泛运用的一种物理诱变剂，人们利用紫外线诱变得到了大量的优秀菌种。本文论述了紫外线诱变的原理、操作流程、其适用范围及研究进展。

关键词：紫外线诱变育种微生物

目前微生物发酵技术被广泛的应用到许多生产行业，如生产啤酒、白酒、乳制品、酶制剂、抗生素等行业，同时微生物在解决人类的粮食能源、健康、资源和环境保护等问题中正显露出越来越重要且不可替代的独特作用[1]。但就目前被投入工业化使用的工业菌大多在生长周期、培养基、产率等方面不能满足工业生产的需求。理想的工业菌种必须具备: 遗传性状稳定、纯净无污染、能产生许多繁殖单位、生长迅速、能于短时间内生产所要的产物、可以长期保存等特性。诱变是最早在抗生素上应用的一种育种技术, 它通过物理、化学、生物因素作用于抗生菌, 人为的使其遗传物质发生变异, 从中选育高产菌株[2]。紫外线诱变属于一种物理诱变剂，它是在微生物发酵技术育种中最早使用的一种诱变方法。紫外线诱变可以用于大量不同的菌种育种中，如芽孢杆菌、链霉菌、镰刀菌等，通过紫外线对微生物进行诱变，得到了大量比较优秀的工业菌种。由于紫外线诱变育种简便易行、对条件和设备要求较低并能较好地提高代谢产物的产量，故在微生物育种中仍广泛应用［3］。本文对紫外线诱变的原理、操作流程、其适用范围、研究进展进行了概述。

一、紫外线诱变的原理

紫外线属于一种物理诱变剂，它能使被照射的物质的分子或原子中的内层电子提高能级。主要生化反应：1.DNA链和氢键的断裂 2.DNA分子间（内）的交联 3.嘧啶的水合作用 4.形成胸腺嘧啶二聚体 5.造成碱基对转换 6.修复后造成差错和缺失。

紫外线诱变处理的有效波长为200 - 300×10nm，最适为254nm(此为核酸的吸收高峰)。DNA和 RNA的嘌呤和嘧啶吸收紫外光后，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[4]，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，即是所谓的诱变[5]，从而引起上述的生化反应。

二、紫外线诱变的操作流程

1、测定菌种的生长曲线

首先对需要进行诱变的实验菌种进行纯化，然后将菌种接到培养基中培养。在不同的时间取适量的培养液，用分光光度计检测其中菌体浓度的OD值，通常是每两个小时检测一次[6]。根据不同时间的OD值绘制实验菌种的生长曲线，找到其对数生长期。

2、对处于对数期的菌种进行诱变

将实验菌种接到培养基中，根据其生长曲线培养到对数期的中期。然后离心分离得到菌体，用生理盐水把菌体制成菌悬液，调节菌悬液使菌体浓度在108个/ml左右。各取5mL 菌悬液移入18 个无菌培养皿中，置于距30W 紫外灯30cm 处

的磁力搅拌器上照射1min，然后打开皿盖并开启磁力搅拌器，分别照射0s( 对照用) 、50s、60s、70s、80s 、90s、100s、110s、120s( 各做2 组) [7]。诱变完成后马上盖上盖，并取出，用黑布包上。将所有需要诱变的培养皿都用黑布抱起来，然后放入4℃冰箱，静置1.5h。然后取出培养皿，在暗光条件下，分别取经紫外线诱变的菌悬液0. 1mL 涂布于18 个固体鉴别培养基上，倒置于37℃恒温培养箱中避光培养36h [7]。待培养皿长出菌落后计数。每组以3 个平皿菌落数的平均值为该组的菌落数,以照射时间为横坐标、存活率为纵坐标,绘制诱变效应曲线, 找出致死率分别为50 %、60 %、70 %、80 %、90 %时的诱变时间[6]。一般认为，进行紫外诱变时，致死率为70% 左右时突变效果最好［3］。

然后再选择实验菌种的对数生长期培养物，制成菌悬液，分别取菌悬液5 mL 置于5 个培养皿中。在如下条件下进行诱变：紫外灯照射距离30 cm 。照射时间分别为致死率50 %、60 %、70 %、80 %、90 %的时间[6]。然后对诱变过的5个梯

度的菌液进行筛选，用合适的筛选方法筛选得到满意的菌种。

三、紫外线诱变的适用范围

紫外线适用于多种微生物的诱变，包括芽孢杆菌、酵母菌、放线菌等。近几年人们利用紫外线对大量的不同种微生物进行了诱变，并且取得了令人满意的成果。严可以[8]等对灰色链霉菌进行了紫外线诱变，得到了高产阿维菌素的菌株。肖湘政[9]等以胶质芽孢杆菌HM8841 作为出发菌株,通过紫外线诱变和突变菌株

性能测定,选育出3 株适合生产发酵的优良菌种。与出发菌株相比,突变株具有缩短发酵周期,提高发酵水平,增强芽孢抗逆性能等特点。陈立梅[10]等用紫外线诱变方法，以土霉素产生菌龟裂链霉菌Lf-2 为出发菌株经过紫外线诱变后，筛选的菌株于出发菌株相比发酵效价提高了17.4%，发酵指数提高了23.9%。所以紫外线

诱变基本上适应与目前已我们所掌握的所有微生物。

四、紫外线诱变的研究进展及未来的展望

紫外线诱变技术作为最早被人们使用的一种诱变育种技术，发展到现在，人们基本上已经掌握了它的诱变原理，同时也形成了一套比较完整、规范的实验流程。人们只要根据自己实验的需要，对紫外线的照射时间和照射距离做出适当的调整，就可以进行紫外线诱变。

但是由于紫外线诱变被大量使用，也造成了现在多数菌种对紫外线产生了诱变剂疲劳效应。某一菌株长期使用诱变剂之后,除产生诱变剂疲劳效应外, 还会引起菌种生长周期延长、孢子量减少、代谢减慢等, 这对发酵工艺的控制不利, 在实际生产中多采用几种诱变剂复合处理、交叉使用的方法进行菌株诱变。这是由于不同诱变方法对同一菌株的诱变效果不同, 如诱变剂A 能加快菌株孢子量

生长速度, 诱变剂B 能提高菌株产活性物质产量, 诱变剂C能缩短菌株发酵周期。因此, 根据诱变剂对菌种的诱变机制选择几种诱变剂进行交替诱变, 效果可能

会比使用单一诱变剂更好[2]。

目前人们对紫外线的复合诱变运用还不是很了解，在大多数实验中学者都

是通过经验来选取其他诱变剂来和紫外线进行复合诱变，没有形成选择其他诱变剂与紫外线共同进行复合诱变的具体实验理论体系或方法。应该选择哪些诱变剂和紫外线进行复合诱变、其他诱变剂和紫外线的相对剂量应该是多少，将是以后人们研究紫外线诱变运用的重点之一。

参考文献：

[1]季宇彬,朱兴杰,徐农儒,李文兰. 微生物诱变育种方法的研究进展