离子束诱变

类型
示例
活性离子
N+、C+、O+、H+、P+
惰性离子
Ar+、Ne+
金属离子
Fe+、Zn2+
生物学效应
• 离子与遗传物质直接作用。
• 离子影响DNA的修复机制。 • 离子诱导自由基产生
• 低能离子可以引起DNA双链或单链断裂 和转化活性变化。 • 低能离子还能使染色体的3级和4级连 续易位等高级结构发生变异。
40
40 3.60 4.56 4.17 1.20 1.52 1.39 0.32 0.32
7
9 3.90 4.32 4.11 1.30 1.44 1.37 0.14 0.14
0
500 3.67 4.12 4.54 1.22 1.37 1.51 0.29 0.29
1.29
1.42
R
表4
酚浓度 （mg/L） 3h C K 500 1000 KE2 CK 6h KE2 CK 9h KE2 CK 降酚率（%） 12h KE2 CK 24h KE2 CK 48h KE2
66 82 39 71
72 42
95.1 85
84 45
100 96
87 52
100 100
87 53
100 100
90 53
100 100
1500
7
60
12
72
19
85
19
87
21
90
21
94
结论
• • • • 最佳剂量为18.4×1014N+／cm2 降酚效果最好的为诱变菌KE2 KE2在传代时性状稳定 KE2菌降酚的影响大小关系是：
–染色体变异机理为： 质量沉积产物与DNA生物 大分子争夺OH，使DNA的G、T碱基变成G+、T-， 导致DNA链断裂，而注入离子的电荷可吸收G+、 T-间传递的电子，使其成为中性，减少DNA断裂 现象。另外，吸收δ 电子，δ 电子能吸收因辐 射产生的OH和H，减少DNA的辐射损伤
生物学效应
• 离子与遗传物质直接作用。
温度>葡萄糖浓度>pH，各因素最优水平组合为葡 萄糖浓度1000 mg／L，pH值为7，温度30℃。
展望
• 尽管离子诱变存在一些约束如离子种类、 诱变材料和生物学效应难以解释，但待一 些理论得到更好解决，将可利用离子束选 择性破坏一部分细胞，切断基因、观察损 伤和修复，并通过消除染色体或染色体的 某些片段达到融合的目的，可大大减少突 变菌株筛选的工作量，与此同时可获得更 多表型的突变菌株，极大的丰富动植物界 和提高工业产量。
示例：N+离子诱 变高 效降酚菌及其含 酚废水模拟处理的研究
表1
辐射剂量 （X1014N+/cm2） 存活率 % 致死率 % 正交突 %变率
最佳处理 剂量
0 4.6 9.2 13.8 18.4 23 27.6 100 90 18 15 19 9 3 0 10 82 85 81 91 97 0 11 14 17 22 22 15 9
• 离子影响DNA的修复机制。 • 离子诱导自由基产生
• 如低能离子注入大肠杆菌后能诱发大量碱 基替代与DNA的错配修复，使dam(DNA腺嘌 呤甲基化酶)、dam(DNA胞嘧啶甲基化酶)双 缺陷与错配修复复合体无法形成，失去了 全部甲基化介导的错配修复功能，使菌株
的突变率分别比未用低能离子处理的高400
表3
No. 1 2 T(℃) 20 20 PH 5 7 葡萄糖浓度 (mg/L) 0 500 OD 1.01 1.27
3
4 5 6 7
20
30 30 30 40
9
5 7 9 5
1000
500 1000 0 1000
1.32
1.43 1.76 1.37 1.46
8
9 K1 K2 K3 K1 K2 K3
表2
菌株
300mg/L
酚降解率（%） 移种6代
稳定
500mg/L 1000mg/L 1500mg/L
KE1
87.76
77.45
69.20
45.00
KE2 KE2
100
100
96.31（94.67%） 93.24
KE15
75.19
57.76
31.43
0
KE19
78.06
59.78
34.89
12.07
倍和500倍。
பைடு நூலகம் 生物学效应
• 离子与遗传物质直接作用。
• 离子影响DNA的修复机制。 • 离子诱导自由基产生
• 如自由基强度随注入N+剂量的增加而呈“马
鞍型”曲线变化。自由基在细胞内积聚可 损伤细胞，高活性自由基很容易与细胞内 靶分子发生加成、抽氢和电子转移等反应， 使靶分子的损伤特别是遗传物质的损伤加 重，损伤修复难度加大，进而导致生物体 突变。
离子注入结构示意图
离子诱变机理
• 活性离子：离子与靶分子或自由基直接反应，参 与其分子结构而沉积下来，使原物质发生变异、 分子重排，使蛋白质、遗传物质改性，直接影响 生物体的当代效应。 • 惰性离子：通过低能离子参杂在生物靶内或引起 分子内部原子的移位和重组。 • 金属离子：除以各种无机盐的形式沉积外，还可 通过与靶分子或自由基结合成络和物的形式沉积， 使原物质的性质发生变化。
题目
离子诱变技术
第九组：许露 吴珊珊 陈佳楠 詹伊婧
目录
1 2 3
4
离子诱变概念 离子诱变机理及生物学效应 具体实例 展望
什么是离子诱变和离子注入机？
• 离子注入诱变是利用离子注入设备产生离 子束(40~60keV)并注入生物体引起遗传物 质的永久改变,然后从变异菌株中选育优良 菌株的方法。
• 离子注入机：离子源、质量分析器、加速 器、四级透镜、扫描系统和靶室组成。