賈國軍，趙鳳舞

蘭州職業(yè)技術學院，甘肅蘭州，730070

由于自然突變率較低，而人工誘發(fā)基因突變?yōu)榛A的誘變育種相較而言，具有快速、簡便、效果顯著等優(yōu)勢特點，因而成為微生物誘變育種的重要渠道和途徑，在目前國內(nèi)外的發(fā)酵工業(yè)之中使用的生產(chǎn)菌種大多是人工誘變篩選培育而成的，在對微生物誘變育種的生物技術應用之中，有各種不同的誘變方法，如：物理誘變、化學誘變、生物誘變等，其中物理誘變生物技術具有極其明顯的操作效果，為此，本文重點分析和研究新型物理誘變方法在微生物誘變育種中的實踐應用，顯現(xiàn)出新型物理誘變方法在微生物育種方面的潛能。

1. 超高壓誘變方法分析

超高壓技術和方法普遍性地應用于滅菌及加工工藝之中，以其設備簡便、成本低廉、無毒害等優(yōu)勢特點而成為一種新型的物理誘變技術而在深入的探索過程中，微生物在經(jīng)受超出100Mpa的壓力時則會產(chǎn)生變化，主要包括微生物的細胞組織形態(tài)、細胞成分、核酸構(gòu)造、基因表達等方面，并且這些變化大多呈現(xiàn)出不可逆性，引發(fā)微生物的突變現(xiàn)象。目前對于超高壓誘變的機理還處于探索的初期階段，但是已經(jīng)有部分研究表明：超高壓中的壓力、溫度、pH值、水環(huán)境等要素對于微生物的誘變會產(chǎn)生一定的影響，而影響最為強烈的壓力，其次為溫度、水環(huán)境等要素。例如：在啤酒酵母承受150Mpa的超高壓條件之下，會產(chǎn)生超高壓誘變，篩選獲得發(fā)酵度為68%的突變菌株Gy3（商啤3號）。又如：對細菌纖維素菌株提供超高壓誘變條件，也可以篩選獲得突變菌株M438，這種突變菌株的纖維素產(chǎn)量相較于之前增加將近三倍。

2. 高能電子流誘變方法分析

近年來，高能電子輻照技術引發(fā)了研究人員的關注和重視，在高能電子加速器裝置快速發(fā)展的條件下，由該裝置產(chǎn)生的高能電子流成為一種新型的誘變源，可以對微生物進行輻照，導致微生物體內(nèi)的原子或分子產(chǎn)生電離反應，較大地改變了微生物的生理及生化功能。在高能電子輻照技術應用之下，高能電子加速器裝置會產(chǎn)生可以致使微生物的染色體斷裂、倒位或易位的射線，該射線具有極強的劑量率和穿透能力，并在DNA損傷不斷增加的條件下提升微生物的突變率，引發(fā)微生物內(nèi)部染色體結(jié)構(gòu)的重組和再造，改變微生物的遺傳性，產(chǎn)生突變現(xiàn)象。這種新型物理誘變技術和方法具有環(huán)保、低能耗、自動智能化的優(yōu)勢特點，可以較為普遍地應用于微生物誘變育種工作領域。例如：可以利用高能電子輻照技術對釀酒酵母進行誘變處理，可以篩選獲得正突變酵母菌株，相較于原菌株而言提高了近百分之三十的酒精產(chǎn)量。又如：利用高能電子輻照技術對產(chǎn)黃青霉菌株進行誘變處理，可以篩選獲得新的突變菌株，其效價提升近百分之十。

3. 熱（溫度）誘變方法分析

這也是一種新型的物理誘變方法，可以應用于微生物誘變育種之中，它主要是利用恒溫或變溫的條件對微生物進行誘變處理，設備簡便可行，可以較好地進行溫度的控制，產(chǎn)生良好的熱效應性，然而該技術的作用機理還處于探索和研究之中。通常來說，熱（溫度）誘變技術和方法主要是對微生物體內(nèi)部DNA中的G－C堿基對產(chǎn)生了置換作用，而誘發(fā)微生物的突變。這一技術可以較好地提升微生物熱誘變的正突變方向，成為篩選條件的突變性前提，具有極大的利用潛能。例如：可以應用該技術對炭樣小單孢菌JXNU-1進行熱（溫度）誘變處理，可以篩選獲得抗生素高產(chǎn)突變菌株ZD－2，這種正突變菌株相較于原菌株而言更大，其直徑達到了33mm，比原菌株超出了6.6mm。又如：可以應用該技術對炭樣小單孢菌進行熱（溫度）誘變處理，可以篩選獲得變異菌株，這種變異菌株相較于原菌株而言的抗生素能力幾乎提高了一倍。

4. 磁場分析方法及應用

磁場存在于磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間，這種特殊性的物質(zhì)主要是以兩種形態(tài)而存在，即：電磁場和磁鐵石，其中：由通電的導線或線圈產(chǎn)生的即為電磁場；由永久磁體而產(chǎn)生的則為磁鐵石。通過研究發(fā)現(xiàn)，微生物的生長與磁場有不可分割的聯(lián)系，在磁場強度、種類、作用時間不同的條件下，對微生物的生長情況的影響也不盡相同。通常來說，高頻磁場主要是利用其熱效應的作用影響微生物的生長；而低頻磁場也會影響微生物的生長情況。研究學者經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)：對紫色紅曲菌株進行低頻磁場的刺激作用，可以產(chǎn)生γ-氨基丁酸（GABA），還可以增加微生物的產(chǎn)量。還有學者利用超導磁體裝置對枯草芽孢桿菌進行了誘變，篩選獲得高效拮抗突變菌株，可以較好地防治生物體采摘后的番茄灰霉病。又如：運用不同強度的脈沖磁場誘變HK-5產(chǎn)油真菌，篩選獲得突變菌株M－23，這種突變菌株比原菌株具有更高的花生四烯酸含量、生物量、油脂產(chǎn)量及油脂含量。由此可見，磁場對于微生物的誘變主要是影響生物體細胞內(nèi)的DNA變異，使生物體的染色體產(chǎn)生畸變，從而實現(xiàn)微生物的誘變育種。然而，目前對于磁場誘變微生物育種的探索還處于初期階段，尚缺乏磁場對微生物誘變育種的產(chǎn)生機理的機制認知，有待進一步深化。

5. 激光誘變方法分析及應用

這也是一種新型的物理誘變方法，可以應用于微生物誘變育種領域之中，它是通過激光作用于生物體內(nèi)部，使微生物體的內(nèi)部產(chǎn)生壓力、熱效應、電磁效應等，形成微生物內(nèi)部分子的變化，形成遺傳變異現(xiàn)象。有不同的學者對此技術進行了試驗和研究：利用CO2激光輻照釀酒酵母，可以篩選獲得突變菌株乙醇脫氫酶，它相較于原菌株而言有更大的乙醇產(chǎn)量、酶譜也有所不同，驗證了激光的誘變效能和作用。又如：利用He－Ne激光對青霉PT95進行誘變處理，可以篩選獲得突變菌株L05，它相較于原菌株而言有更高的生物量和類胡蘿卜素含量，有良好的遺傳穩(wěn)定性。利用YAG激光輻照高山被孢霉，可以篩選獲得突變菌株，相較于原菌株有更高的花生四烯酸和油脂含量。采用YAG激光對產(chǎn)植酸酶黑曲霉的孢子懸液和原生質(zhì)體進行誘變處理，可以篩選獲得成活率更高的突變菌株。

6. 離子束誘變方法分析及應用

6.1 常壓室溫等離子體

常壓室溫等離子體也稱為ARTP誘變育種儀，它具有操作便捷安全、突變快速、突變效率高、突變性狀穩(wěn)定等特點，可以應用于多種微生物的誘變育種之中，它對微生物產(chǎn)生誘變作用的因子主要是高濃度的中性活性粒子，通過高濃度的中性活性粒子對生物體內(nèi)的細胞壁和細胞膜產(chǎn)生影響和效應，然而由于它無法直接對生物體內(nèi)部細胞的大分子產(chǎn)生作用，因而難免損傷生物體內(nèi)的細胞，要尤其關注ARTP與整個細胞的作用機制研究，經(jīng)過研究表明，常壓室溫等離子體還會對生物體產(chǎn)生高于紫外的誘變方式，能夠在生物體內(nèi)部細胞DNA受到最大損傷的條件下仍舊保持活性，這就極大地提升了誘變率。如：利用常壓室溫等離子體對產(chǎn)氣腸桿菌、芽孢桿菌C2進行誘變處理，可以篩選獲得突變菌株，它相較于原菌株而言有更高的氫氣產(chǎn)量。

6.2 離子注入

這種新型物理誘變方法可以極大地提升突變率，并且突變性狀較為穩(wěn)定，它是利用離子注入設備產(chǎn)生高能離子束，將其注入微生物體內(nèi)部，進而引發(fā)微生物體內(nèi)部的遺傳變異，篩選獲取優(yōu)良的變異菌株。如：可以將N+、C4+注入核糖霉素之中，可以產(chǎn)生核糖霉素產(chǎn)生菌、卡那霉素產(chǎn)生菌的變異菌株。

6.3 重離子輻照

這是一種高效的人工電離輻射方式，具有突變率高、突變譜廣、損傷低等優(yōu)勢特點，其作用于微生物的誘變育種機理還不十分明晰，有待深入的探索和研究。有學者采用這一技術對谷氨酸棒桿菌進行中能12C6+離子束的輻照誘變處理，可以篩選獲得突變菌株，相較于原菌株而言具有更高的糖酸轉(zhuǎn)化率。

總之，隨著我國在新型物理誘變技術和方法的突破性研究的不斷深入，可以將其應用于微生物誘變育種的實踐之中，快速、準確地篩選獲取優(yōu)良菌株，更好地推動我國微生物技術的突破性發(fā)展。

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