近年化學(xué)誘變?cè)诟牧嘉⑸锞曛械膽?yīng)用

摘 要：化學(xué)誘變是一種傳統(tǒng)的微生物育種技術(shù)，不僅在高產(chǎn)工業(yè)菌株選育中得到廣泛應(yīng)用，而且近來還用于改造野生菌株代謝功能，以發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)活性產(chǎn)物?；瘜W(xué)誘變是改良和菌株品種，挖掘其高產(chǎn)潛力的重要方法和途徑。本文對(duì)常用化學(xué)誘變劑及其作用機(jī)制，以及化學(xué)誘變技術(shù)在微生物育種領(lǐng)域中的新近應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)單綜述。

關(guān)鍵詞：化學(xué)誘變;菌株選育;改良

微生物在糧食、能源、資源和環(huán)境保護(hù)等問題中表現(xiàn)出越來越重要的作用。品種的優(yōu)勝劣汰對(duì)于微生物藥物的工業(yè)化生產(chǎn)具有重大意義。但野生微生物品種往往因產(chǎn)率低、耗能高而不能直接用于工業(yè)生產(chǎn)，因此選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低耗的微生物誘變品種是微生物研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。以人工誘發(fā)基因突變?yōu)榛A(chǔ)的誘變育種是一種經(jīng)典而高效的微生物遺傳育種方法，目前大部分工業(yè)用的生產(chǎn)菌種是通過誘變育種選育出來的[1]。

化學(xué)誘變能在短時(shí)間內(nèi)獲得有價(jià)值的突變體植株，由于化學(xué)誘變具有隨機(jī)性，誘變后可獲得豐富的種質(zhì)遺傳材料，解決了育種材料缺乏的問題。突變體的利用可加快改良原有種質(zhì)資源和培育新種質(zhì)資源，現(xiàn)已成為作物改良的有效手段之一。種質(zhì)資源改良能夠提高作物產(chǎn)量與質(zhì)量、保障糧食安全具有極其重要的作用[2]?；瘜W(xué)誘變除了作用強(qiáng)度外，誘變劑向菌體的滲透也是誘變成功的關(guān)鍵;化學(xué)誘變劑由于理化性質(zhì)、毒性的不同而造成誘變方式，添加劑量也不盡相同，在化學(xué)誘變時(shí)需要選擇使菌體致死率低、毒性小、半衰期適中的變劑，一般常用誘變效應(yīng)大的化學(xué)誘變劑有烷化劑中的1-甲基-3-硝基-1-亞硝基胍（NTG）和硫酸二乙酯（DES）及堿基類似物中的5-溴尿嘧啶（5-BU）和2-氨基嘌呤（AP）。

本研究闡述了化學(xué)誘變的發(fā)展現(xiàn)狀、特點(diǎn)和主要類型，并且探討了近幾年化學(xué)誘變?cè)诜N質(zhì)資源改良上的應(yīng)用成果與前景，以期為化學(xué)誘變育種在作物種質(zhì)資源改良中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1化學(xué)誘變技術(shù)在野生菌改良中的應(yīng)用

自然篩選選育野生菌株，周期長(zhǎng)，效果不明顯，通過化學(xué)誘變能夠更快的得到理想菌株。

趙志強(qiáng)等[3]通過在蝦殼和蟹殼表面表面篩選分離到的野生菌，該菌株經(jīng)過紫外誘變以及化學(xué)誘變等技術(shù)的改良，得到高產(chǎn)幾丁質(zhì)酶的原始菌種，發(fā)酵工藝優(yōu)化可以得到優(yōu)質(zhì)的幾丁質(zhì)酶，可以應(yīng)用于水產(chǎn)飼料和降解殼聚糖的生產(chǎn)工藝中。

金城等[4]利用物理和化學(xué)誘變將野生型產(chǎn)生菌的ε-PL合成能力都比較低，選育出S-2-氨基乙基-L-半胱氨酸和甘氨酸抗性突變株。通過以上研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)誘變?cè)谝吧牧忌?，有較廣泛的應(yīng)用，可以擴(kuò)展到其他菌株的改良中。

2化學(xué)誘變?cè)诠I(yè)生產(chǎn)菌種的應(yīng)用

通過工業(yè)生產(chǎn)菌株的改良可以很大程度上提高生產(chǎn)產(chǎn)量，盡可能滿足生產(chǎn)需求。

陳計(jì)等[5]對(duì)高地芽孢桿菌YC-9進(jìn)行了NTG和LiCl誘變處理，確定了二者的最佳處理濃度分別為0.08mg/mL和0.08g/mL。經(jīng)過一輪誘變，篩選到一株酶活提高26.8%的菌株，命名為N-1-7。

呂高原等[6]以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有菌種HD1220為出發(fā)菌株，分別使用ARTP誘變、微波誘變、EMS誘變?nèi)N單因子誘變篩選出一株能夠穩(wěn)定遺傳且酶活高達(dá)1764U/mL的高腈水合酶活性菌株，誘變后菌株酶活提高了33.13%。

莊賀等[7]分離得到對(duì)碲鉍礦具有浸出效果的微生物菌株Z1，經(jīng)紫外燈、超聲波物理誘變、亞硝基胍化學(xué)誘變以及復(fù)合誘變后浸出低品位碲鉍礦，結(jié)果表明復(fù)合誘變效果最好;該復(fù)合誘變菌30d對(duì)低品位碲礦的浸出率可91.77%。

宋芳等[8]從實(shí)驗(yàn)室已保藏的3株微生物菌種資源中篩選獲得了一株可好氧降解DPAA的菌株，分別通過外加碳源進(jìn)行共代謝降解和采用化學(xué)誘變劑亞硝基胍（NTG）對(duì)菌株進(jìn)行化學(xué)誘變，進(jìn)一步提高了降解菌對(duì)DPAA的降解效率。

陳瑞龍等[9]以植物乳桿菌JL-A65為出發(fā)菌株，對(duì)其進(jìn)行常溫等離子（ARTP）誘變、甲基硝基亞硝基胍（MNNG）誘變與基因組改組，獲得細(xì)菌素高產(chǎn)菌株，細(xì)菌素與雙乙酸鈉復(fù)配后可以使肉丸保質(zhì)期較對(duì)照延長(zhǎng)5d。

宋芳等[10]以紫金牛葉桿菌RC6b為出發(fā)菌株，分別以蔗糖、葡萄糖和乙酸鈉為外加碳源，優(yōu)化共代謝降解條件;采用亞硝基胍（N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine，NTG）對(duì)出發(fā)菌株進(jìn)行化學(xué)誘變，NTG化學(xué)誘變可進(jìn)一步提高RC6b菌株對(duì)DPAA的降解效果，代謝產(chǎn)物為單羥基化DPAA。

李金鑫等[11]為了獲得腺苷高產(chǎn)菌株，以肌苷產(chǎn)生菌枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）HSD1206（Ade-、Thi-、SGr）為出發(fā)菌株，通過硫酸二乙酯（DES）處理、N離子束注入進(jìn)行單因子和復(fù)合誘變，阻斷枯草芽孢桿菌營養(yǎng)缺陷型菌株產(chǎn)肌苷途徑，打通合成腺苷途徑的誘變思路在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下是可行的。

李曉宇等[12]對(duì)篩選鑒定得到的解淀粉芽孢桿菌LXY-6通過紫外、硫酸二乙酯（DES）、亞硝酸（HNO2）三種方法誘變得到4株弱溶血性菌株LXY-6-1～LXY-6-4。

朱志春等[13]以類球紅細(xì)菌NM-FZ-47為出發(fā)菌株，采用紫外線和NTG2種誘變，利用疊氮鈉、對(duì)羥基苯甲酸、羅紅霉素及卡那霉素等抗性篩選因子，實(shí)現(xiàn)快速推理選育輔酶Q10高產(chǎn)菌株。

黃曉梅等[14]文章分別利用紫外線（UV）、硫酸二乙酯（DES）和亞硝酸鈉（NaNO2）誘變及UV和DES，UV和NaNO2復(fù)合誘變方法處理綠色木霉（Trichoderma viride）菌株，經(jīng)液體發(fā)酵篩選，研究選育獲得產(chǎn)纖維素酶能力較穩(wěn)定菌株M213，可為后續(xù)大規(guī)模培養(yǎng)與應(yīng)用提供重要依據(jù)。

吳雙雙等[15]以不產(chǎn)桔霉素的叢毛紅曲菌（Monascus pilosus）MS-1為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外誘變、氯化鋰化學(xué)誘變及紫外--氯化鋰復(fù)合誘變分別得到紅曲菌11株、2株和3株，進(jìn)行復(fù)篩和遺傳穩(wěn)定性試驗(yàn)研究，得到4株產(chǎn)MPs或MK能力提高且遺傳穩(wěn)定性較好的誘變菌株。

李慧玲等[16]以BacillussubtilisD為出發(fā)菌株，經(jīng)2%濃度的甲基磺酸乙酯誘變，經(jīng)過透明圈初篩和DNS復(fù)篩，獲得酶活力提高的誘變菌株BacillussubtilisD12，酶活提高了13.28%。

韓龍等[17]以脫氮假單胞菌為出發(fā)菌株，利用化學(xué)誘變劑--亞硝基胍（NTG）結(jié)合抗生素抗性篩選到的突變株RE-24最高產(chǎn)量達(dá)到243.3μg/mL，比原始菌株提高了33.5%。

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)誘變和復(fù)合誘變?cè)诠I(yè)生產(chǎn)方面有著廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)菌株的改良上有著重要影響，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著深遠(yuǎn)的影響。

3結(jié)論與展望

要從自然界篩選到理想的菌株，需要很長(zhǎng)的時(shí)間，花費(fèi)很大的人力財(cái)力，在科技飛速發(fā)展的今天已經(jīng)滿足不了需要?；瘜W(xué)誘變育種補(bǔ)充了自然選育的不足，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，通過改變微生物的遺傳特性，獲得能夠滿足需要的理想菌株。隨著生物技術(shù)的高速發(fā)展，微生物誘變方式日趨繁多，新技術(shù)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合化學(xué)誘變劑，也能夠取得很不錯(cuò)的突變效果。今后發(fā)展新的技術(shù)運(yùn)用到微生物誘變中，會(huì)有很不錯(cuò)的發(fā)展前景。

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作者簡(jiǎn)介：

施敏，學(xué)歷：碩士研究生，新疆大學(xué)理化測(cè)試中心助理工程師，主要研究方向生物分離工程，天然產(chǎn)物分離技術(shù)。