微生物诱变育种
Ⅰ 微生物育种的诱变育种
1.1物理诱变
1.1.1紫外照射
紫外线照射是常用的物理诱变方法之一，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm，因此在260nm 的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释，但比较确定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对，所以可能导致突变甚至死亡[2]。
紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用这种方法。
1.1.2电离辐射
γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具有很高的能量，能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA 结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基，或者脱氧核糖的化学键和糖- 磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使水或有机分子产生自由基，这些自由基可以与细胞中的溶质分子发生化学变化，导致DNA 分缺失和损伤[2]。
除γ- 射线外的电离辐射还有X- 射线、β- 射线和快中子等。电离辐射有一定的局限性，操作要求较高，且有一定的危险性，通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。
1.1.3离子注入
离子注入是20 世纪80 年代初兴起的一项高新技术，主要用于金属材料表面的改性。1986 年以来逐渐用于农作物育种，近年来在微生物育种中逐渐引入该技术[3]。
离子注入时，生物分子吸收能量，并且引起复杂的物理和化学上的变化，这些变化的中间体是各类活性自由基。这些自由基，可以引起其它正常生物分子的损伤，可使细胞中的染色体突变，DNA 链断裂，也可使质粒DNA 造成断裂。由于离子注入射程具有可控性，随着微束技术和精确定位技术的发展，定位诱变将成为可能[4]。
离子注入法进行微生物诱变育种，一般实验室条件难以达到，目前应用相对较少。
1.1.4 激光
激光是一种光量子流，又称光微粒。激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合应用，直接或间接地影响有机体，引起细胞染色体畸变效应、酶的激活或钝化，以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用，都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。不同种类的激光辐射生物有机体，所表现出的细胞学和遗传学变化也不同[5]。
激光作为一种育种方法，具有操作简单、使用安全等优点，近年来应用于微生物育种中取得不少进展。
1.1.5 微波
微波辐射属于一种低能电磁辐射，具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz，对生物体具有热效应和非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升。从而引起生理生化反应；非热效应指在微波作用下，生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下，生物体会产生一系列突变效应[6]。
因而,微波也被用于多个领域的诱变育种，如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种，并取得了一定成果。
1.1.6 航天育种
航天育种，也称空间诱变育种，是利用高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间，利用宇宙空间特殊的环境使生物基因产生变异，再返回地面进行选育，培育新品种、新材料的作物育种新技术。空间环境因素主要有微重力，空间辐射，以及其它诱变因素如交变磁场，超真空环境等，这些因素交互作用导致生物系统遗传物的损伤，使生物发生诸如突变、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。
航天育种较其它育种方法特殊，是航天技术与微生物育种技术的有机结合，技术含量高，成本高，个体研究者或一般研究单位都难以实现，只能与航天技术相结合，由国家来完成。
1.1.7 常压室温等离子体诱变育种
常压低温等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma）简称为ARTP，指能够在大气压下产生温度在25-40 °C之间的、具有高活性粒子（包括处于激发态的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子体射流。ARTP技术作为一种新型的物理方法，在微生物诱变育种领域有着广阔的应用前景。
等离子体中适当剂量的活性粒子作用于微生物，能够使微生物细胞壁/膜的结构及通透性改变，并引起基因损伤，菌株出现遗传物质损伤后，微生物启动SOS修复机制，其诱导产生DNA聚合酶Ⅳ和V，它们不具有3ˊ核酸外切酶校正功能，于是在DNA链的损伤部位即使出现不配对碱基，复制仍能继续前进。在此情况下允许错配可增加存活的机会。ARTP对遗传物质造成的损伤，多样性较高；又SOS诱导修复本身为容错性修复，因此，ARTP多样性的损伤将可能在修复过程中包容于DNA链中，在微生物进行复制修复时，其可能带来多样性的错配可能。
ARTP应用于微生物突变育种，成本低、操作方便，没有很多物理诱变设备（如离子束注入等）所需的离子或电子加速、真空和制冷等附属设备；ARTP对遗传物质的损伤机制多样，具有较高的正突变率，突变性能多样，对于真菌、细菌、藻类等都有效果；ARTP对环境无污染，保证操作者的人身安全，无论用何种气体放电，其均无有害气体产生。
Ⅱ 微生物育种的常用方法是
诱变育种。
微生物育种的常用方法有：
诱变育种，基因重组育种，基因工程育种，代谢调控育种等。
诱变育种步骤主要包括诱变和筛选，其中诱变过程包括：出发菌株的选择、单孢子或单细胞悬浮液的制备、诱变剂及诱变剂量的选择、诱变处理等。
诱变育种（mutation breeding）在人为的条件下，利用物理、化学等因素，诱发生物体产生突变，从中选择，培育成动植物和微生物的新品种。
(3)微生物诱变育种扩展阅读：
诱变育种方法：
1、物理诱变
应用较多的是辐射诱变，即用α射线、β射线、γ射线、Χ射线、中子和其他粒子、紫外辐射以及微波辐射等物理因素诱发变异。当通过辐射将能量传递到生物体内时，生物体内各种分子便产生电离和激发，接着产生许多化学性质十分活跃的自由原子或自由基团[1]。
2、化学诱变
化学诱变除能引起基因突变外，还具有和辐射相类似的生物学效应，如引起染色体断裂等，常用于处理迟发突变，并对某特定的基因或核酸有选择性作用。化学诱变主要用于处理种子，其次为处理植株。
Ⅳ 诱变育种的基本原理是什么
诱变育种的基本原理是基因突变，主要包括染色体畸变和基因突变。诱变育种是利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。
诱变育种存在的主要问题是有益突变频率仍然较低，变异的方向和性质尚难控制。因此提高诱变效率，迅速鉴定和筛选突变体以及探索定向诱变的途径。
(4)微生物诱变育种扩展阅读：
诱变育种是指用物理、化学因素诱导动植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株/个体，进而培育成新的品种或种质的育种方法。它是继选择育种和杂交育种之后发展起来的一项现代育种技术。
应用较多的是辐射诱变，即用α射线、β射线、γ射线、Χ射线、中子和其他粒子、紫外辐射以及微波辐射等物理因素诱发变异。当通过辐射将能量传递到生物体内时，生物体内各种分子便产生电离和激发，接着产生许多化学性质十分活跃的自由原子或自由基团。
它们继续相互反应，并与其周围物质特别是大分子核酸和蛋白质反应，引起分子结构的改变。由此又影响到细胞内的一些生化过程，如 DNA合成的中止、各种酶活性的改变等，使各部分结构进一步深刻变化，其中尤其重要的是染色体损伤。
由于染色体断裂和重接而产生的染色体结构和数目的变异即染色体突变，而DNA分子结构中碱基的变化则造成基因突变。那些带有染色体突变或基因突变的细胞，经过细胞世代将变异了的遗传物质传至性细胞或无性繁殖器官，即可产生生物体的遗传变异。
Ⅳ 诱变育种常用的方法有
诱变育种：是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分子结构发生改变， 引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。
物理方法：射线（紫外线、X光线、Y射线，中子线），激光微束，离子束，微波，超声波，热力等
化学诱变常用方法：浸渍法、涂抹法、滴液法、注射法、施入法和熏蒸法。化学诱变剂（碱基类似物、烷化剂，移码诱变剂，硫酸二乙酯（DFS）、5-溴尿嘧 啶（5－BU）、氮芥（Nm）、N'广甲基N'亚硝基胍（NTG））。
生物方法：空间条件处理诱变，病原微生物诱变，转基因诱变
秋水仙素是从百合科植物秋水仙（Colchicum autumnale）的根、茎、种子等器官中提炼出来的一种药剂，分子式为C22H25O6N。积水仙素是淡黄色粉末，纯品是针状无色结晶性，性极毒，融点为155℃，易溶于水、酒料、氯仿和甲醛中，不易溶解于乙醚、苯。
秋水仙素能抑制细胞分裂时纺锤丝的形成，使已正常分离的染色体不能拉向两极，同时秋水仙素又抑制细胞板的形成，使细胞有丝分裂停顿在分裂中期。由于它并不影响染色体的复制，因而造成加倍后的染色体仍处于一个细胞中，导致形成多倍体。处理过后，如用清水洗净秋水仙素的残液，细胞分裂仍可恢复正常。
人工诱导多倍体常用秋水仙素的水溶液。配制方法为，将秋水仙素直接溶于冷水中，或先将其溶于少量酒精中，再加冷水。配制好的溶液应放入棕色玻璃瓶内保存，且保存时应置于暗处，避免阳光直射，此外瓶盖应拧紧，以减少与空气的接触，避免造成药效损失。
3．秋水仙素的浓度与处理时间
秋水仙素溶液的浓度及处理时间的长短是诱导多倍体成功的关键因素。一般秋水仙素处理的有效浓度有0.0006%～1.6%，比较适宜的浓度为0.2%～0.4%。处理时间长短与所用秋水仙素的浓度有密切关系，一般浓度俞大，处理时间则要愈短，相反则可适当延长。多数实验表明，浓度大，处理时间短的效果比浓度小，处理时间长要好。但处理时间一般不应小于24小时或以处理细胞分裂的1～2个周期为原则。
由于不同植物，不同器官或组织在一定条件下对秋水仙素的反应不同，因此，须根据不同情况来掌握处理的浓度和时间。例如，东北林业大学张敩方等人用白花类型金鱼草种子进行多倍体诱变，采用浓度0.3%～0.5%的秋水仙素处理24小时诱变效果较好。另有实验表明，处理矮牵牛种子的适宜浓度为0.01%～0.1%，以0.05%处理时间24小时效果最佳。在不同器官方面，处理种子的浓度可稍高些，持续时间可稍长（一般为24～48小时）；处理幼苗时，浓度应低些，处理时间可稍短点；植物幼根对秋水仙素比较敏感，极易受损害，因此，对根处理时应采用秋水仙素溶液与清水交替间歇的方法较好。
秋水仙素溶液只是影响正在分裂的细胞，对于处于其他状态的细胞不起作用。因此，对植物材料处理的适宜时期是种子（干种子或萌动种子）、幼苗、幼根与茎的生长点、球茎与球根的萌动芽等。如果处理材料的发育阶段较晚，被诱导的植株易出现嵌合体。
4．秋水仙素处理的方法
（1）浸渍法
此法适合于处理种子，枝条盆栽小苗的茎段生长点。
一般，选干种子或萌动种子，将它们放于培养器内，再倒入一定浓度的秋水仙素溶液，溶液量为淹没种子的2/3为宜。处理时间多为24小时，浓度0.2%～1.6%。浸渍时间不能太长，一般不超过6天，以免影响根的生长。最好是在发根以前处理完毕。处理完后应及时用清水洗净残液，再将种子播种或沙培。对于百合类植物，常采二倍体鳞片浸于0.05%～0.1%的秋水仙素溶液，处理1～3小时后洗净扦插。唐菖蒲实生小球也可用浸渍法促使染色体加倍。
盆栽幼苗，处理时将盆倒置，使幼苗顶端生长点浸入秋水仙素溶液内，以生长点全部浸没为度。对于组织培养试管苗也可采用浸渍法处理，只是处理时须用纱布或湿滤纸覆盖根部，处理时间因材料可从几个小到几天。对插条，一般处理1～2天。
（2）滴定法
用滴管将秋水仙素水溶液滴在子叶、幼苗的生长点上（即顶芽或侧芽部位）。一般6～8小时滴一次，若气候干燥，蒸发快，中间可加滴溜馏水一次，如此反复处理一至数日，使溶液透过表皮渗入组织内起作用。若水滴难以停留在芽处，则可用棉球包裹幼芽，再滴芽液处理。此法与浸种法相比，可避免植株根系受到伤害，也比较节省药液。
（3）毛细管法
将植株的顶芽、腋芽用脱脂棉或纱布包裹后，将脱脂棉与纱布的另一端浸在盛有秋水仙素溶液的小瓶中，小瓶置于植株近旁，利用毛细管吸水作用逐渐把芽浸透，此法一般多用于大植株上芽的处理。
（4）涂抹法
将秋水仙素乳剂涂抹在牙上或梢端，隔一段时间再将乳剂洗去。
（5）套罩法
保留新梢顶芽，除去牙下数叶，套上一个胶囊。内盛0.65%的琼脂加适量秋水仙素，经24小时即可除去胶囊。
（6）注射法
采用微量注射器将一定浓度的秋水仙素溶液注入植株顶芽或侧芽中。
（7）复合处理法
据日本山川邦夫（1973年）报道，将好望角苣苔属（Streptocarpus，属苦苣苔科植物）中的一些种用秋水仙素处理11天，又用 0.04～0.05Gy（4～5rad）的X射线照射，可提高染色体加倍植株的出现率达到60%。而单独用秋水仙素处理时为30%。采用复合处理法还获得了两株八倍体。
5．秋水仙素诱导多倍体需注意的事项
（1）幼苗生长点的处理愈早愈好，获得全株四倍性细胞的数目就愈多，处理时间愈晚，则大多是混杂的嵌合体。
（2）植物组织经秋水仙素处理后，在生长上会受到一定影响，如果外界条件对它生长不适宜，也会使试验失败，要注意培育、管理。对形成嵌合体的可采用摘顶、分离繁殖、细胞培养等方法。
（3）处理期间，注意处理时的室温，当温度较高时，处理浓度应低一些，处理时间要短些；相反，当室温较低时，处理浓度应高些，处理时间应长点。
（4）诱导多倍体时，处理的植物材料应选二倍体类型，且生长发育处理幼苗期，材料数量上应尽量多数，以便选择有利变异。
（5）处理完后，须用清水冲洗干净，以避免残留药液继续使染色体加倍，从而对植株造成伤害。
（6）秋水仙素属剧毒物质，配制和使用时，一定要注意安全，避免秋水仙素粉末在空中飞扬，以免误入呼吸道内；也不可触及皮肤。可先配成较高浓度溶液，保存于棕色瓶中，盖紧盖子，放于黑暗处，用时再稀释。