主题：【分享】【金秋计划】微生物诱变育种技术原理

一、概念

1.诱变：

通过人为的措施诱导遗传物质产生突变的方法。简单来说，诱变就是一种使遗传物质改变的手段。

目前，主要有三种方法：紫外诱变、化学诱变和等离子体诱变。

2.育种：

通过创造遗传变异、改良遗传特性，以培育优良新品种的技术。育种的目的就是改良新品种，挑选优良品种，让其朝着有利人类的方向发展。

3.微生物诱变育种：

以人工诱变手段诱发微生物遗传物质发生突变，并从突变群体中筛选出所需要的突变株，进而培育成新品种的育种方法。

在这里，作用对象为各类微生物，包括细菌、放线菌、酵母和霉菌等。

二、诱变菌悬液的标准

1.菌悬液将菌种接种至合适的培养基中，培养至对数生长期，离心收集菌体，用无菌生理盐水洗涤两次，再用适量生理盐水重悬使菌体浓度调整到1×10⁶CFU/mL-1×10⁸CFU/mL。(1)诱变育种使用对数期菌种的原因在对数期阶段，细菌生理状态最佳，生长迅速、代谢活跃、对诱变剂的反应敏感，使得细菌在诱变处理时更容易产生遗传变异，诱变效率高，从而增加选育出优良菌株的机会。(2)对数期的确定试验前，绘制生长曲线，确定对数期范围。
试验时，控制培养条件（培养基、温度、pH值等），尽量与制作生长曲线条件一致。

如果没有做生长曲线，怎么办？试验时，定期测定菌悬液中的活菌数即可判断细菌是否处于对数生长期。比如说采用血球计数板计数。
2.孢子悬浮液

对于产孢子微生物，将菌种接种至固体平板或斜面上培养至产生大量孢子，用生理盐水洗脱并离心收集。用生理盐水洗涤两次，再用适量生理盐水重悬并通过机械振荡使其充分分散，过滤除掉菌丝体。最后用生理盐水悬浮得到均匀的孢子悬浮液，并将其浓度调整到1×10⁶CFU/mL-1×10⁸CFU/mL。

三、诱变育种方法

1.紫外诱变原理：通过紫外线照射使DNA分子内形成嘧啶二聚体，造成DNA复制错误或阻碍碱基间的正常配对，从而引起基因突变。紫外诱变使用安全，但已发生突变的细胞遇见可见光会复活，且存活率较高。


(1)紫外诱变波长

紫外诱变的波长λ一般设定为260nm，实际上波长是253.7nm，在此波长下DNA有最大吸收峰，能够最大程度地诱发DNA结构变化，从而导致基因突变。而同时，蛋白质的吸收峰位于280nm，又不影响蛋白质，这样可以减少对蛋白分子的干扰。

(2)紫外照射距离和功率

在诱变前，需检查紫外灯，并提前预热，保证照射过程中频率稳定，诱变效果稳定。

诱变时，要摇动培养皿中菌种，提高菌种诱变效率，也要控制紫外照射距离和照射时间。


紫外线灯的强度随着照射距离的减小而增大。当距离过近时，紫外线强度过高，可能导致微生物细胞在短时间内受到大量紫外线的照射，引起过度的DNA损伤。

（3)致死率不同的菌种，紫外诱变致死率不同，确定致死率，可以确定诱变条件是否合适。紫外照射时间太短，突变率低，达不到预期效果；而照射时间太长，菌体有可能全部死亡。因此，要想保证高的突变率，确定致死率至关重要。研究发现，当致死率在85%左右时，诱变效果最好，正突变率最高。

(4)注意事项

紫外诱变时，一定要注意个人安全，规范佩戴好防护眼镜、防护手套和防护服等。

诱变完成，要注意避光，避免光复活。

2.化学诱变原理：利用化学诱变剂直接改变DNA的结构，造成DNA复制时的碱基配对错误，进而引起基因突变。

(1)常用化学诱变剂

(2)化学诱变效率

突变率较高，以点突变为主，具有专一性，而对其余部位无影响。但诱变剂毒性较大，需要严格控制化学诱变剂的浓度和作用时间。
(3)注意事项一定要注意个人安全，规范佩戴好防护眼镜、防护手套和防护服等。

化学诱变通常不具有光复活现象，无需避光。

3.常压室温等离子体诱变（ARTP）

原理：一种新型高效的生物育种诱变方法，能够在大气压下产生温度在25-40°C之间具有高活性粒子浓度的等离子体射流。这些高活性粒子（如激发态的氦原子、氧原子、OH自由基等）可以对微生物细胞产生多重作用，如造成遗传物质的损伤、引起细胞膜通透性和蛋白结构的改变等。

(1)常压室温等离子(ARTP)诱变育种仪

(2)致死率(3)优势与劣势
优势：突变率高，诱变速度快；
ARTP设备简单、操作简易、运行成本低廉；ARTP本身对环境无污染和危害。劣势：

设备成本较高；

需要专业的维护和保养。

(4)注意事项


严格遵守“先开电再开气，先关气再关电”的操作顺序。

需要经过培训后操作。