工业微生物育种诱变剂

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1、第五章工业微生物育种诱变剂5.1物理诱变剂5.2化学诱变剂5.3生物诱变剂通过人为的方法，利用物理、化学因素处理微生物以引起突变，这一过程称为诱发突变。诱发突变(inducedmutation)的发现1927年，Muller用X射线诱发果蝇遗传性状变异。在第二次世界大战中，又发现化学物质氮芥也能导致细菌性状变异，其效应与X射线相类似。陆续发现许多物理因子与化学物质都具有诱发基因突变的作用。近年来，随着基因工程技术的不断发展，蛋白质工程中点突变的重要技术——基因诱变在菌种选育中得以应用，使生物诱变

2、剂受到了重视，取得了可喜的发展。诱变：诱变剂种类物理诱变剂化学诱变剂生物诱变剂诱变剂：凡能诱发生物基因突变，并且突变频率远远超过自发突变率的物理因子或化学物质诱变剂的概念与种类什么是诱变剂？有哪些分类？第一节物理诱变剂1.物理诱变剂种类2.物理诱变剂的生物学效应3.辐射引起生物效应的因素4.非电离辐射——紫外线5.电离辐射6.近年来发展的新型诱变剂1.1物理诱变剂的种类物理辐射电离辐射产生正离子非电离辐射不产生离子X射线0.06~136nmγ射线0.006~1.4nm紫外线136~390nm物理

3、诱变剂包括：紫外线，X射线，γ射线，快中子，α射线，β射线，微波，超声波，电磁波，激光射线和宇宙射线等。指的是能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。高能电磁波波长短于紫色光的肉眼不可见“光线”辐射1.2物理诱变剂的生物学效应1.辐射作用的时相阶段：物理诱变剂对微生物的诱变作用主要是由高能辐射导致生物系统损伤，继而发生遗传变异的一系列复杂的连锁反应过程，通常可分为物理、物理－化学、化学和生物学四个阶段。2.分子结构变化:由辐射引起DNA分子结构变化中最常发生的是DNA单链或

4、双链断裂：单链断裂：多于双链断裂，易被修复系统修复。双链断裂：一部分也可以通过修复系统修复，但双链断裂易使染色体发生畸变或者使微生物死亡。1.2物理诱变剂的生物学效应3.生物学效应与辐射类型的关系电离辐射：主要引起DNA上的基因突变和染色体的畸变。非电离辐射：主要导致形成嘧啶二聚体。与辐射剂量的关系引起微生物的变异或死亡与辐射剂量成正比在相同的总辐射剂量的条件下，不论是一次连续照射还是分次累加照射，也不论是高剂量短时间照射还是低剂量长时间照射，其诱变效应基本上是相等的。1.2物理诱变剂的生物学效

5、应4.辐射作用机制直接物理作用假说间接化学作用切尔诺贝利核爆炸2011年3月11日爆发的9.0级特大地震影响，日本福岛核电站反应堆发生氢气爆炸1.3辐射引起生物效应的因素辐射引起生物学效应的强弱既决定于微生物内在遗传因素，也受外界环境条件的影响。微生物因素:1.微生物的遗传背景:不同菌种由于遗传性状各异，对辐射的敏感性亦各不相同。如：A和T比例高，对紫外线越敏感，对电离辐射则相反。2.微生物的生理状态：微生物细胞壁结构、修复系统的强弱环境因素:1.可见光：能激活光复活酶的活性，分解紫外线引起的嘧

6、啶二聚体2.水分：含水量影响细胞对辐射的敏感性，如：含水酵母比干酵母敏感3.温度：较高的温度能促进氧气与自由基之间的作用,使射线与DNA接触过程所引起的化学反应加速4.空气或氧气：有氧比缺氧时的电离辐射效应更好1.4非电离辐射——紫外线136-390nm1.4非电离辐射——紫外线紫外线可由紫外灯管产生。要求的设备简单、操作方便、价格低廉。紫外线诱变效果显著。诱变频率高，而且不易发生回复突变。因此紫外线是一种使用最早也是沿用最久的应用效果最明显的物理诱变剂。DNA分子能吸收紫外线光谱。其中嘧啶碱基

7、比嘌呤碱基敏感上百倍。紫外线使DNA分子发生如下几种变化：①DNA与蛋白质交联；②胞嘧啶和尿嘧啶之间的水合作用；③DNA链的断裂；④形成嘧啶二聚体。这是紫外线引起的主要变化。1.4非电离辐射——紫外线紫外线的诱变机制和DNA损伤修复单链上的二聚体会影响到复制时的碱基正常配对。双链上的二聚体会阻碍双链的分开，复制到这一点就无法继续进行，造成DNA链的异常。紫外线的诱变机制形成嘧啶二聚体DNA损伤修复光修复,切补修复（暗修复）1.4非电离辐射——紫外线2.紫外线诱变(1)紫外线的有效光谱DNA吸收的

8、紫外线光谱通常为260nm，因此能诱发微生物突变的紫外线的有效波长范围是200～300nm，最有效的波长为253.7nm(2537Å)。一般用来灭菌消毒的30W紫外灯管，光谱分布范围广，诱变效率较差；而15W紫外灯管产生的紫外线大约有80％波长集中在2537Å，因此诱变效应比30W的好。(2)紫外线的辐射剂量绝对剂量：单位用erg/mm2(1erg=10–7J)，需要用一种剂量仪来测定，由于操作比较困难，实际工作中应用较少。相对剂量：单位用照射时间或杀菌率表示剂量决定于紫外灯的功率、灯管与被照射