现代工业微生物育种技术研究进展-孟甜

3生命科学仪器2009第7卷/12月刊现代生物技术特别是发酵工程技术的最终产品，一般都是经过工业微生物这一“工厂”生产得到的，已经取得了举世瞩目的经济效益和社会效益。据统计，1979年世界工业酶产量为53000吨，1985年酶制剂的总产量为10万吨，作为商品出售的酶制剂有200余种，到1990年总产值约为10亿美。就生物技术而言，1991年美国、德国、法国和英国的总销售额依次为400，200，150，6.4亿美元[1]。对工业微生物菌种的优化选育是提高产量和质量的一条有效途径。以突变和筛选为中心的传统育种技术在工业微生物发展到现在规模的过程中始终起着重要作用。70年代以来，重组DNA技术和原生质体融合技术开始用于菌种选育。各种外源基因在原核生物、真核细胞的克隆和表达研究取得了重大成果，使工业微生物育种技术进入了真正意义的分子水平育种时代。1工业微生物育种的方法1.1自然选育通过自然发生的突变和筛选法，筛选那些含有所需性状得到改良的菌种。随着富集筛选技术的不断完善和改进，自然育种技术的效率有所提高，如含有突变基因naE、mutD、mutT、mutM、mutH、mutI等的大肠杆菌突变率相对较高。酒精发酵是最早把微生物遗传学原理应用于微生物育种实践而提高发酵产物水平的一个成功实例[2]。自然选育是一种简单易行的选育方法，可以达到纯化菌种，防止菌种退化，提高产量的目的，但发生自然突变的几率特别低，一般为10-6~10-10/BP。这样低的突变率导致自然选育耗时长，工作量大，影响了育种工作效率，在这种情况下，出现了诱变育种技术[3]。现代工业微生物育种技术研究进展孟甜李玉锋*（西华大学生物工程学院，四川成都，610039）综述摘要工业微生物的育种是现代工业发展的一个关键环节。本文介绍了现代工业微生物育种技术发展，包括自然育种、诱变育种、代谢控制育种、基因工程育种等，并对育种技术的发展做了展望。关键词工业微生物；育种技术作者简介：孟甜（1985-），女，硕士，研究方向：食品技术，E-mail:mengtian85@sohu.com通讯作者：李玉锋（1965-），男，教授，研究生导师，E-mail:yf_li10@yahoo.com.cn1.2诱变育种1927年Miller发现X射线能诱发果蝇基因突变。之后人们发现其他一些因素也能诱发基因突变，并逐渐弄清了一些诱变发生的机理，为工业微生物诱变育种提供了前提条件。1941年Beadle和Tatum采用X射线和紫外线诱变红色面包霉，得到了各种代谢障碍的突变株。这之后诱变育种得到了极大发展。诱变育种是以诱变剂诱发微生物基因突变，通过筛选突变体，寻找正向突变菌株的一种诱变方法。诱变剂有物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。1.2.1物理因子诱变物理诱变剂包括紫外线、X射线、γ射线、激光、低能离子等。DNA和RNA的嘌呤和嘧啶有很强的紫外光吸收能力，最大的吸收峰在260nm，紫外辐射能作用于DNA，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂[4]。紫外辐射可以引起转换、颠换、移码突变或缺失等。紫外线是常用的物理诱变因子，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。由于紫外线的能量比X射线和γ射线低得多，在核酸中能造成比较单一的损伤，所以在DNA的损伤与修复的研究中，紫外线也具有一定的重要性。常用的电离辐射有X射线、γ射线、β射线和快中子等。如γ射线具有很高的能量，能产生电离作用，因而直接或间接地改变DNA结构；电离辐射还能引起染色体畸变，发生染色体断裂，形成染色体结构的缺失、易位和倒位等。低能离子注入育种技术是近些年发展起来的物理诱变技术。该技术既以较小的生理损伤而得到较高的突变率、较广的突变谱，而且具有设备简单、成本低廉、应运行和维修、对人体和环境无害等优点。4生命科学仪器2009第7卷/12月刊综述最近几年，低能离子用于微生物诱变育种研究也取得可喜成绩。目前利用离子注入进行微生物菌种选育时所选用的离子大多为气体单质离子，并且均为正离子，其中以N+为最多，也有报道使用其他离子的，如H+、Ar+、O6+以及C6+。辐射能量大多集中在低能量辐射区[5]。阮丽娟等（1993年）用低能离子注入糖化酶生产菌，仅仅经过l~2年时间，糖化酶生产菌活力已从平均发酵1.5万单位提高到2万单位，最高一株达2.6万单位[6]。除此之外，还有微波、双向复合磁场、红外射线和高能电子流等新诱变技术，它们与其他诱变源一起进行复合诱变，能起到很好的诱变效果，因此从某种意义上称这些诱变源为“增变剂”[7]。1.2.2化学因子诱变化学诱变剂是一类能与DNA起作用而改变其结构，并引起DNA变异的物质。其作用机制都是与DNA起化学作用，从而引起遗传物质的改变。化学诱变剂包括烷化剂如甲基磺酸乙酯、硫酸二乙酯、亚硝基胍、亚硝基乙基脲、乙烯亚胺及氮芥