物理诱变技术在食品工业微生物育种上的应用进展.pdf

熊? 俐, 杨跃寰, 胡? 洋. 物理诱变技术在食品工业微生物育种上的应用进展 J. 江苏农业科学, 2010( 5): 457- 459. 物理诱变技术在食品工业微生物育种上的应用进展 熊 ? 俐, 杨跃寰, 胡? 洋 (四川理工学院生物工程学院, 四川自贡 643000) ? ? 摘要: 微生物与食品工业的关系非常密切, 菌株的优良与否直接关系到产品的质量和产量, 培育优质的菌株十分 必要。本文综述了传统的紫外线诱变技术及新型的空间诱变、 离子注入诱变、 激光诱变等物理诱变育种技术的生物学 效应及其在食品工业微生物育种上的应用新进展。 ? ? 关键词: 食品工业微生物; 育种; 物理诱变; 研究进展 ? ? 中图分类号: Q93- 33? ? 文献标志码: A? ? 文章编号: 1002- 1302( 2010) 05- 0457- 02 收稿日期: 2009- 12- 22 基金项目: 酿酒生物技术及应用四川省重点实验室重点项目 (编号: N J2009- 02);四川理工学院 2007? 2008大学生创新基金项目。 作者简介: 熊? 俐 ( 1976?), 女, 四川自贡人, 实验师, 主要从事食品 科学方面的研究。E- mai:l guihuazhen 126. com。 1? 概述 微生物与食品工业的关系非常密切,微生物在食品工业中 的应用方式主要有 3种: ( 1)菌体的直接应用,如食用菌、 乳酸 菌的食用等; ( 2)微生物代谢产物的应用, 如酒类、 食醋、 氨基 酸、 有机酸等都是微生物发酵作用的代谢产物; ( 3)微生物酶 的应用, 如豆腐乳和酱油的制作 1- 2。微生物菌株的优良与否 直接关系到工业产品的产量和质量, 培育优质、 高产的微生物 菌株十分必要。早在几千年前,人们在酿酒、 制醋时就已经注 意种曲的质量,并在生产实践中不断从自然界选择良曲。但微 生物菌种的自然突变率很低,单纯依赖自然突变选育高产菌株 远不能满足生产需要。相对而言,诱变育种操作简便、 速度快、 收效大。常用的诱变方法包括物理诱变和化学诱变。 传统的物理诱变是利用各种射线 (包括紫外线、 X射线、 ? 射线、 快中子、 微波、 超声波、 电磁波和宇宙射线等 )为诱变 源, 对生物靶进行诱变 3。近年来, 又兴起一些新型高效的 诱变方法,如空间诱变、 离子注入诱变、 激光诱变等, 它们不仅 操作简单、 安全, 而且具有突变谱宽和在一定程度上能克服菌 种对传统诱变源的抗性饱和等优点 4- 5, 逐渐在食品微生物 育种中得到广泛应用。 2? 物理诱变在食品微生物育种中的运用 2. 1? 紫外线诱变 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 260 nm。紫外线可使 DNA分子形成嘧啶二 聚体, 阻碍碱基正常配对, 引起突变或死亡。嘧啶二聚体的形 成还会妨碍 DNA双链的解开,影响其复制和转录 6- 7。紫外 线诱变是食品微生物育种中最常用的技术, 因为它操作简单 且效果明显。李阳等以谷氨酸棒杆菌 FC22为出发菌株, 经过 紫外线诱变 ( 15W 紫外灯, 照射距离为 30 c m, 时间为 20 s), 定 向选育出具有磺胺胍抗性的突变株,其 L- 色氨酸产量比原菌 株产量提高了约 110 % 8;李凤林等对产曲酸的米曲霉菌株进 行紫外线诱变选育 9;李亚蕾等对抗噬菌体保加利亚乳杆菌进 行紫外线诱变选育 10; 刁小琴等对浓香型枸杞酒酿造酵母进 行紫外线诱变选育 11, 均取得了较理想的成果。同时, 很多研 究者将紫外诱变结合其他诱变方式配合使用,更是产生了突出 的效果。赵铭钦等将紫外线与硫酸二乙酯结合使用进行复合 诱变,筛选到了巨大芽孢杆菌突变株 B8, 其 ?- 淀粉酶和蛋白 酶活性较出发菌株分别提高 96 . 41 %和 126 . 58%, 突变株经 5 次传代后,性能保持稳定 12 。邹建忠交叉采用紫外线照射和 光复活法对酒精酵母进行诱变, 获得 1株耐高温型酒精酵母 UT1, 在 40 下,其产酒率比出发菌提高了 11 . 1 %,且对温度、 酸度和盐度变化的耐受力也更好 13 。张雯等以出芽短梗霉 AS3. 0933为出发菌株,采用紫外线照射结合亚硝酸处理和硫 酸二乙脂处理,得到多糖产量达到 20. 22 g /L的突变菌株, 多 糖产量是出发菌株的 2 . 77倍 14 。卢燕云等通过紫外线 - 氯化 锂 - 硫酸二乙脂复合诱变,筛选出酸性蛋白酶高产突变株, 其 酶活力比出发菌提高了 129 . 3% 15。 2. 2? 空间诱变育种 空间诱变育种是指利用返回式卫星、 飞船或高空气球将 生物材料搭载到太空,利用太空特殊的环境对生物材料进行 诱变, 再返回地面选育新种质、 培育新品种的生物育种新技 术。高空条件下的微重力水平、 真空度、 质子与电子辐射强度 均较高, 其大气结构、 气温、 空气密度、 压力、 地磁强度、 辐射流 均与地面有很大差异,另外,还有强烈的紫外线照射等。这些 空间条件都有可能引起微生物发生遗传性变异。一般认为太 空辐射和微重力是空间育种的主要诱变因素 16。空间突变 的最大特点是突变频率高、 突变谱广、 变异幅度大、 变异性状 稳定快, 可获得传统诱变难以得到的有益突变, 从而明显改良 微生物某些特性。Q i等提取经太空飞行的 4株 Ganoderma lucidum菌株的 DNA,用 AFLP法分析遗传性状的改变情况, 结果发现 4株菌均出现正突变 17 。Takahashi等分析了太空 环境中微重力对大肠杆菌和酿酒酵母的作用效果, 结果发现 经太空飞行后,菌种 DNA 均出现不同程度的突变,暗示微重 力在菌种 DNA 复制或修复过程中诱发了菌株变异的产 生 18 。侯艳梅等对经历了太空飞行的利用木糖产 L - 乳酸 的野生菌株进行筛选后, 得到 1株正向突变菌株 Lt- s , 其 L- 乳酸产量较出发菌株提高约 12. 0% 19。马旭 光等 对经 航天诱变的啤酒酵母菌进行复壮和筛选,得到了 1株发酵力、 生长速度都好于出发菌株的突变体 20 。刘红芝等对从 SF8 ?457?江苏农业科学?2010年第 5期 卫星搭载的 4个酿酒酵母样品中筛选到的酵母突变株进行研 究, 发现与原始菌株相比, 突变株 2. 0016- M 各项指标增加 均达极显著水平 (P 放线菌 真菌, 而且细菌是微生物的主体; 根际效应明显, 根际效应的影响程 度也是细菌 放线菌 真菌。不同生长期的白三叶草对根际细菌、 真菌及微生物总数的影响相似, 分布数量与根际效 应均随植株生长的盛衰而增减, 但对根际放线菌则随植株生长的盛衰而减增。 ? ? 关键词: 白三叶草; 不同生长期; 根际微生物; 数量变化 ? ? 中图分类号: Q935? 文献标志码: A? ? 文章编号: 1002- 1302( 2010) 05- 0459- 02 (上接第 458页 ) 12赵铭钦, 李晓强, 王豹祥, 等. ?- 淀粉酶和蛋白酶高产菌株的诱 变选育 J. 烟草科技, 2008( 8): 53- 57 . 13邹建忠. 耐高温酵母的选育及其生长特性的研究 J. 酿酒科 技, 2009( 6): 52- 56 . 14张? 雯, 张盛贵. 复合诱变选育出芽短梗霉高产菌株 J. 中国 酿造, 2008( 9): 47- 50. 15林建国, 李? 明, 邱雁临, 等. 复合诱变选育酸性蛋白酶高产菌 株 J. 中国酿造, 2009( 1): 49- 51 . 16温贤芳, 张? 龙, 戴维序, 等. 天地结合开展我国空间诱变育种 研究 J. 核农学报, 2004 , 18( 4): 241- 246 . 17 Q i J J , M aR C , Chen X D, et a. l Analysia ofgenetic variation inGa? noder ma lucidum after space flight J. 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N+和 T i + 离子注入番茄红素生产菌的诱变选 育 J. 中国酿造, 2009( 3): 76- 78. 27向? 洋. 激光诱变及生物学作用机制研究 J. 光电子 激光, 1994 , 5( 2): 87- 90. 28Quero J M O, V illa mandos R G, M illanM M.Sister chromatid ex? change induction in sheep peripheralbloodmononuclear cells byhelio - neon laser radiation J. M utation Research , 1997 , 377 : 69- 75 . 29K ohliR, BoseB, GuptaPK. Induction ofphr gene expression inE. coli strainKY 706/pPL- 1 byH e- Ne laser( 6 328 n m) irradiation J.J Photochem PhotobiolB: B io, l 2001 , 60: 136- 142 . 30崔国艳, 陈五岭. H e- N e激光诱变选育高温乳酸菌 J. 中外 医疗, 2009( 11): 15- 16. 31王爱峰, 张智维, 曹忙选. 果胶酶高产菌株的激光诱变选育研究 J. 西北农业学报, 2009 , 18( 2): 265- 268 . 32刘? 艳, 薛正莲, 胡刘秀, 等. 激光复合诱变选育叶酸高产菌 J. 激光生物学报, 2009 , 18( 1): 79- 82. ? ? 根际微生物是聚居在根际土壤、 以根际分泌物为主要营 养的微生物类群。它们对于土壤肥力的形成、 植物营养的转 化以及控制植物病害等都有重要作用 1 。由于不同植物的 根系分泌物不同,并且同种植物不同生长期的根系分泌物也 有变化, 故根际微生物的数量、 群落结构及其变化与植物品种 及生长发育有密切的关系。白三叶草 (Trifolum repnes L inn) 是重要的牧草和冷季型草坪草, 因它能与根瘤菌共生固氮,故 收稿日期: 2009- 12- 10 作者简介: 范玉贞 ( 1952?), 女, 河北景县人, 教授, 从事微生物学的 教学研究。Te: l ( 0318) 8825536; E- mai: l fanyuzhen195110 163 . com。 也是重要的绿肥植物, 并广泛应用于果园生草栽培。研究该 植物不同生长期根际微生物