近年化學誘變在改良微生物菌株中的應用

摘 要：化學誘變是一種傳統(tǒng)的微生物育種技術，不僅在高產(chǎn)工業(yè)菌株選育中得到廣泛應用，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。化學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。本文對常用化學誘變劑及其作用機制，以及化學誘變技術在微生物育種領域中的新近應用研究進展進行簡單綜述。

關鍵詞：化學誘變;菌株選育;改良

微生物在糧食、能源、資源和環(huán)境保護等問題中表現(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領域。以人工誘發(fā)基因突變?yōu)榛A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]。

化學誘變能在短時間內(nèi)獲得有價值的突變體植株，由于化學誘變具有隨機性，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]。化學誘變除了作用強度外，誘變劑向菌體的滲透也是誘變成功的關鍵;化學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，在化學誘變時需要選擇使菌體致死率低、毒性小、半衰期適中的變劑，一般常用誘變效應大的化學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）。

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

1化學誘變技術在野生菌改良中的應用

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

趙志強等[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誘變等技術的改良，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)，化學誘變在野生菌改良上，有較廣泛的應用，可以擴展到其他菌株的改良中。

2化學誘變在工業(yè)生產(chǎn)菌種的應用

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。

陳計等[5]對高地芽孢桿菌YC-9進行了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]以實驗室現(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、亞硝基胍化學誘變以及復合誘變后浸出低品位碲鉍礦，結(jié)果表明復合誘變效果最好;該復合誘變菌30d對低品位碲礦的浸出率可91.77%。

宋芳等[8]從實驗室已保藏的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行共代謝降解和采用化學誘變劑亞硝基胍（NTG）對菌株進行化學誘變，進一步提高了降解菌對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，對其進行常溫等離子（ARTP）誘變、甲基硝基亞硝基胍（MNNG）誘變與基因組改組，獲得細菌素高產(chǎn)菌株，細菌素與雙乙酸鈉復配后可以使肉丸保質(zhì)期較對照延長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）對出發(fā)菌株進行化學誘變，NTG化學誘變可進一步提高RC6b菌株對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離子束注入進行單因子和復合誘變，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驗室環(huán)境下是可行的。

李曉宇等[12]對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、對羥基苯甲酸、羅紅霉素及卡那霉素等抗性篩選因子，實現(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、氯化鋰化學誘變及紫外--氯化鋰復合誘變分別得到紅曲菌11株、2株和3株，進行復篩和遺傳穩(wěn)定性試驗研究，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)，化學誘變和復合誘變在工業(yè)生產(chǎn)方面有著廣泛的應用，在工業(yè)菌株的改良上有著重要影響，對工業(yè)生產(chǎn)有著深遠的影響。

3結(jié)論與展望

要從自然界篩選到理想的菌株，需要很長的時間，花費很大的人力財力，在科技飛速發(fā)展的今天已經(jīng)滿足不了需要。化學誘變育種補充了自然選育的不足，能夠在較短的時間內(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。隨著生物技術的高速發(fā)展，微生物誘變方式日趨繁多，新技術適當?shù)慕Y(jié)合化學誘變劑，也能夠取得很不錯的突變效果。今后發(fā)展新的技術運用到微生物誘變中，會有很不錯的發(fā)展前景。

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作者簡介：

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