離子束誘變技術(shù)研究進(jìn)展

周國(guó)麗

摘要闡述了離子束誘變的生物學(xué)效應(yīng)和特點(diǎn),介紹了其在植物、動(dòng)物及微生物育種中的應(yīng)用進(jìn)展,并展望了其研究前景。

關(guān)鍵詞離子束誘變;生物效應(yīng);應(yīng)用進(jìn)展

中圖分類號(hào)TL99文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)19-0342-01

近年來(lái)離子束誘變技術(shù)在生物誘變育種、植物轉(zhuǎn)基因、生命起源和進(jìn)化以及環(huán)境輻射與人類健康等方面的研究上取得了一些重要的階段性成果,并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。筆者從離子束誘變的作用機(jī)理、特點(diǎn)、生物學(xué)效應(yīng)、應(yīng)用進(jìn)展等方面對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了概述。

1離子束誘變技術(shù)的特點(diǎn)

以γ射線和X射線為主要輻射源的傳統(tǒng)輻射誘變育種,存在M1代存活率低、m²代突變譜窄、無(wú)方向性和育種效率低等缺點(diǎn)。而以離子束作為新的誘變方法恰好彌補(bǔ)了輻射誘變的一些不足,具有很多新特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)[2-4],如:損傷輕、突變率高、突變譜廣、能夠產(chǎn)生自然界里從未見(jiàn)過(guò)的新類型,是品種選育較理想的方法;其誘變育種技術(shù)穩(wěn)定可靠,簡(jiǎn)便易行,重復(fù)性好,可在短時(shí)間內(nèi)獲得較為穩(wěn)定的品系,大大縮短育種周期;其誘變的主要效應(yīng)是局部的、可控的、可選擇的,相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)大,氧增比小,損傷可修復(fù)性小。

2離子束誘變的生物學(xué)效應(yīng)

2.1染色體水平上的生物學(xué)效應(yīng)

各類作物經(jīng)處理后當(dāng)代不僅發(fā)現(xiàn)了染色體初級(jí)結(jié)構(gòu)的變異,還發(fā)現(xiàn)了較為復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)的變異[5]。如離子注入甜菊和水稻后引起根尖及花粉母細(xì)胞中染色體行為異常;氮離子、氬離子注入導(dǎo)致染色體落后,甚至整個(gè)基因組的落后;氫離子注入棉花和麥類易導(dǎo)致染色體橋等。

2.2生理生化效應(yīng)

離子注入可引起生物體的多種生理變化和損傷,并且隨注入劑量的升高呈現(xiàn)升-降-升的類似“馬鞍型”曲線變化。此外,從生物個(gè)體來(lái)看,離子注入還能引起葉綠體的損傷、呼吸代謝、自由基以及自由基清除酶的變化等[6]。

2.3突變效應(yīng)

離子注入可以導(dǎo)致4種堿基發(fā)生突變,突變類型主要有轉(zhuǎn)換(50%)、顛換(45%)和缺失(5%),轉(zhuǎn)換主要以C→T和A→G為主,顛換則主要以C→A和C→G為主[6]。

3離子束誘變技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

3.1離子束誘變?cè)谥参锲贩N改良中的應(yīng)用

目前,離子注入改良的范圍幾乎涉及所有的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物,選育出的優(yōu)良品種已在安徽、山東、浙江、江西、河南等省推廣,其創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的[1]。

3.2離子束誘變?cè)谖⑸锲贩N改良中的應(yīng)用

中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所先后對(duì)利福霉素、花生四烯酸、維生素C、檸檬酸生產(chǎn)菌種進(jìn)行了改良。通過(guò)誘變篩選,獲得的利福霉素發(fā)酵水平提高40%,20t化學(xué)效價(jià)達(dá)6 300IU[7];花生四烯酸產(chǎn)生菌產(chǎn)酸量最終提高至細(xì)胞干重的45%[8]。

4展望

作為一門(mén)新的交叉學(xué)科,低能離子與生物體相互作用的機(jī)理研究還不完善,離子束生物技術(shù)在生命科學(xué)中應(yīng)用的研究才剛剛起步。近年來(lái),雖然我國(guó)采用離子束輻射結(jié)合常規(guī)誘變育種技術(shù)已經(jīng)獲得了不少植物新品種,但是采用離子束輻射結(jié)合組織培養(yǎng)來(lái)創(chuàng)制植物新品種的探究,2004年才開(kāi)始起步[9]。相信隨著研究的不斷深入,離子束誘變技術(shù)會(huì)在生物的領(lǐng)域中得到廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。此外,離子束生物工程中心若能應(yīng)用離子束生物工程學(xué)原理,加強(qiáng)合作、深入開(kāi)展低能離子與生物體相互作用機(jī)理和支撐技術(shù)的研究,一定會(huì)加速農(nóng)作物和微生物定向進(jìn)化,為農(nóng)業(yè)和發(fā)酵行業(yè)提供豐富的種質(zhì)資源。

5參考文獻(xiàn)

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