微生物誘變育種技術概述

 

摘要：概述了微生物誘變育種中常用的方法極其可能誘變機製

關鍵詞：微生物 誘變育種 機製

 

前言：

微生物常規育種是以自然突變為基礎,從中篩選出具有優良性狀菌株的一種育種方法。一般情況下,由於DNA的半保留複製以及校正酶係的校正作用和光修複、切除修複、重組修複、誘導修複等作用,發生自然突變的幾率特別低,一般為10-6~10-10/BP,而且用於工業生產的菌株的性狀往往由單一或少數基因控製,所以常規育種時間較長,工作量較大。

 

自從1927年Miller發現X-射線能誘發果蠅基因突變之後，人們發現其他一些因素也能誘導基因突變並逐漸弄清了一些誘變因素的機理,為工業微生物誘變育種提供了前提條件.根據育種需要,有目的利用誘變因素,可使菌株的基因發生突變以改良其生產性狀。

 

正文：

目前,人們用於誘變育種的誘變方法有物理誘變，化學誘變,空間技術誘變和複合誘變四種方法，下麵分別對各種誘變方法做一下概述：

 

一．物理誘變

物理誘變劑主要有紫外線，X—射線，γ-射線，快中子，激光，微波，離子束等。

 

1紫外線  

我們知道，DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很強的紫外光吸收能力,最大的吸收峰在260nm，因此波長260nm的紫外輻射是最有效的誘變劑.對於紫外線的作用已有多種解釋,但研究的比較清楚的一個作用是使DNA分子形成嘧啶二聚體,即兩個相鄰的嘧啶共價連接，二聚體出現會減弱雙鍵間氫鍵的作用,並引起雙鏈結構扭曲變形,阻礙堿基間的正常配對,從而有可能引起突變或死亡.另外二聚體的形成,會妨礙雙鏈的解開,因而影響DNA的複製和轉錄.總之紫外輻射可以引起堿基轉換、顛換、移碼突變或缺失等。

 

2γ-射線

γ-射線屬於電離輻射,是電磁波.一般具有很高的能量,能產生電離作用,因而能直接或間接地改變DNA結構.其直接效應是,脫氧核糖的堿基發生氧化,或脫氧核糖的化學鍵和糖-磷酸相連接的化學鍵斷裂,使得DNA的單鏈或雙鏈鍵斷裂.其間接效應是電離輻射使水或有機分子產生自由基,這些自由基與細胞中的溶質分子起作用,發生化學變化,作用於DNA分子而引起缺失和損傷.此外,電離輻射還能引起染色體畸變,發生染色體斷裂,形成染色體結構的缺失、易位和倒位等[2].  

 

3激光

激光在微生物誘變育種方麵的研究與開發應用比較晚。激光誘變育種技術研究始於20世紀60年代,經過世界各國40多年的開發應用研究,不僅證明激光和普通光在本質上都是電磁波,它們發光的微觀機製都與組成發光物質的原子、分子能量狀態和變化密切相關。激光是一種與自然光不同的輻射光,它具有能量高度集中、顏色單一、方向性好、定向性強等特性。激光通過光效應、熱效應和電磁效應的綜合作用,能使生物的染色體斷裂或形成片斷,甚至易位和基因重組[3]。

 

4微波

微波輻射屬於一種低能電磁輻射,具有較強生物效應的頻率範圍在300MHz~300GHz,對生物體具有熱效應和非熱效應。其熱效應是指它能引起生物體局部溫度上升,從而引起生理生化反應;非熱效應指在微波作用下,生物體會產生非溫度關聯的各種生理生化反應。在這兩種效應的綜合作用下,生物體會產生一係列突變效應。因而,微波也被用於多個領域的誘變育種,如農作物育種、禽獸育種和工業微生物育種,並取得了一定成果[4]。

 

5離子束

離子注入是20世紀80年代初興起的一項高新技術,主要用於金屬材料表麵的改性。1986年以來逐漸用於農作物育種,近年來在微生物育種中逐漸引入該技術。離子注入誘變是利用離子注入設備產生高能離子束(40~60keV)並注入生物體引起遺傳物質的永久改變,然後從變異菌株中選育優良菌株的方法。離子束對生物體有能量沉積(即注入的離子與生物體大分子發生一係列碰撞並逐步失去能量,而生物大分子逐步獲得能量進而發生鍵斷裂、原子被擊出位、生物大分子留下斷鍵或缺陷的過程)和質量沉積(即注入的離子與生物大分子形成新的分子)雙重作用,從而使生物體產生死亡、自由基間接損傷、染色體重複、易位、倒位或使DNA分子斷裂、堿基缺失等多種生物學效應。因此,離子注入誘變可得到較高的突變率,且突變譜廣,死亡率低,正突變率高,性狀穩定[5]。