近年化学诱变在改良微生物菌株中的应用

摘 要：化学诱变是一种传统的微生物育种技术，不仅在高产工业菌株选育中得到广泛应用，而且近来还用于改造野生菌株代谢功能，以发现新产活性产物。化学诱变是改良和菌株品种，挖掘其高产潜力的重要方法和途径。本文对常用化学诱变剂及其作用机制，以及化学诱变技术在微生物育种领域中的新近应用研究进展进行简单综述。

关键词：化学诱变;菌株选育;改良

微生物在粮食、能源、资源和环境保护等问题中表现出越来越重要的作用。品种的优胜劣汰对于微生物药物的工业化生产具有重大意义。但野生微生物品种往往因产率低、耗能高而不能直接用于工业生产，因此选育高产、稳产、低耗的微生物诱变品种是微生物研究的重点领域。以人工诱发基因突变为基础的诱变育种是一种经典而高效的微生物遗传育种方法，目前大部分工业用的生产菌种是通过诱变育种选育出来的[1]。

化学诱变能在短时间内获得有价值的突变体植株，由于化学诱变具有随机性，诱变后可获得丰富的种质遗传材料，解决了育种材料缺乏的问题。突变体的利用可加快改良原有种质资源和培育新种质资源，现已成为作物改良的有效手段之一。种质资源改良能够提高作物产量与质量、保障粮食安全具有极其重要的作用[2]。化学诱变除了作用强度外，诱变剂向菌体的渗透也是诱变成功的关键;化学诱变剂由于理化性质、毒性的不同而造成诱变方式，添加剂量也不尽相同，在化学诱变时需要选择使菌体致死率低、毒性小、半衰期适中的变剂，一般常用诱变效应大的化学诱变剂有烷化剂中的1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍（NTG）和硫酸二乙酯（DES）及碱基类似物中的5-溴尿嘧啶（5-BU）和2-氨基嘌呤（AP）。

本研究阐述了化学诱变的发展现状、特点和主要类型，并且探讨了近几年化学诱变在种质资源改良上的应用成果与前景，以期为化学诱变育种在作物种质资源改良中的应用提供理论依据。

1化学诱变技术在野生菌改良中的应用

自然筛选选育野生菌株，周期长，效果不明显，通过化学诱变能够更快的得到理想菌株。

赵志强等[3]通过在虾壳和蟹壳表面表面筛选分离到的野生菌，该菌株经过紫外诱变以及化学诱变等技术的改良，得到高产几丁质酶的原始菌种，发酵工艺优化可以得到优质的几丁质酶，可以应用于水产饲料和降解壳聚糖的生产工艺中。

金城等[4]利用物理和化学诱变将野生型产生菌的ε-PL合成能力都比较低，选育出S-2-氨基乙基-L-半胱氨酸和甘氨酸抗性突变株。通过以上研究发现，化学诱变在野生菌改良上，有较广泛的应用，可以扩展到其他菌株的改良中。

2化学诱变在工业生产菌种的应用

通过工业生产菌株的改良可以很大程度上提高生产产量，尽可能满足生产需求。

陈计等[5]对高地芽孢杆菌YC-9进行了NTG和LiCl诱变处理，确定了二者的最佳处理浓度分别为0.08mg/mL和0.08g/mL。经过一轮诱变，筛选到一株酶活提高26.8%的菌株，命名为N-1-7。

吕高原等[6]以实验室现有菌种HD1220为出发菌株，分别使用ARTP诱变、微波诱变、EMS诱变三种单因子诱变筛选出一株能够稳定遗传且酶活高达1764U/mL的高腈水合酶活性菌株，诱变后菌株酶活提高了33.13%。

庄贺等[7]分离得到对碲铋矿具有浸出效果的微生物菌株Z1，经紫外灯、超声波物理诱变、亚硝基胍化学诱变以及复合诱变后浸出低品位碲铋矿，结果表明复合诱变效果最好;该复合诱变菌30d对低品位碲矿的浸出率可91.77%。

宋芳等[8]从实验室已保藏的3株微生物菌种资源中筛选获得了一株可好氧降解DPAA的菌株，分别通过外加碳源进行共代谢降解和采用化学诱变剂亚硝基胍（NTG）对菌株进行化学诱变，进一步提高了降解菌对DPAA的降解效率。

陈瑞龙等[9]以植物乳杆菌JL-A65为出发菌株，对其进行常温等离子（ARTP）诱变、甲基硝基亚硝基胍（MNNG）诱变与基因组改组，获得细菌素高产菌株，細菌素与双乙酸钠复配后可以使肉丸保质期较对照延长5d。

宋芳等[10]以紫金牛叶杆菌RC6b为出发菌株，分别以蔗糖、葡萄糖和乙酸钠为外加碳源，优化共代谢降解条件;采用亚硝基胍（N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine，NTG）对出发菌株进行化学诱变，NTG化学诱变可进一步提高RC6b菌株对DPAA的降解效果，代谢产物为单羟基化DPAA。

李金鑫等[11]为了获得腺苷高产菌株，以肌苷产生菌枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）HSD1206（Ade-、Thi-、SGr）为出发菌株，通过硫酸二乙酯（DES）处理、N离子束注入进行单因子和复合诱变，阻断枯草芽孢杆菌营养缺陷型菌株产肌苷途径，打通合成腺苷途径的诱变思路在实验室环境下是可行的。

李晓宇等[12]对筛选鉴定得到的解淀粉芽孢杆菌LXY-6通过紫外、硫酸二乙酯（DES）、亚硝酸（HNO2）三种方法诱变得到4株弱溶血性菌株LXY-6-1～LXY-6-4。

朱志春等[13]以类球红细菌NM-FZ-47为出发菌株，采用紫外线和NTG2种诱变，利用叠氮钠、对羟基苯甲酸、罗红霉素及卡那霉素等抗性筛选因子，实现快速推理选育辅酶Q10高产菌株。

黄晓梅等[14]文章分别利用紫外线（UV）、硫酸二乙酯（DES）和亚硝酸钠（NaNO2）诱变及UV和DES，UV和NaNO2复合诱变方法处理绿色木霉（Trichoderma viride）菌株，经液体发酵筛选，研究选育获得产纤维素酶能力较稳定菌株M213，可为后续大规模培养与应用提供重要依据。

吴双双等[15]以不产桔霉素的丛毛红曲菌（Monascus pilosus）MS-1为出发菌株，经紫外诱变、氯化锂化学诱变及紫外--氯化锂复合诱变分别得到红曲菌11株、2株和3株，进行复筛和遗传稳定性试验研究，得到4株产MPs或MK能力提高且遗传稳定性较好的诱变菌株。

李慧玲等[16]以BacillussubtilisD为出发菌株，经2%浓度的甲基磺酸乙酯诱变，经过透明圈初筛和DNS复筛，获得酶活力提高的诱变菌株BacillussubtilisD12，酶活提高了13.28%。

韩龙等[17]以脱氮假单胞菌为出发菌株，利用化学诱变剂--亚硝基胍（NTG）结合抗生素抗性筛选到的突变株RE-24最高产量达到243.3μg/mL，比原始菌株提高了33.5%。

通过以上研究发现，化学诱变和复合诱变在工业生产方面有着广泛的应用，在工业菌株的改良上有着重要影响，对工业生产有着深远的影响。

3结论与展望

要从自然界筛选到理想的菌株，需要很长的时间，花费很大的人力财力，在科技飞速发展的今天已经满足不了需要。化学诱变育种补充了自然选育的不足，能够在较短的时间内，通过改变微生物的遗传特性，获得能够满足需要的理想菌株。随着生物技术的高速发展，微生物诱变方式日趋繁多，新技术适当的结合化学诱变剂，也能够取得很不错的突变效果。今后发展新的技术运用到微生物诱变中，会有很不错的发展前景。

参考文献：

[1]高宏正，李国强，邓素贞.微生物诱变育种概况及激光在微生物诱变中的应用[J].黑龙江畜牧兽医，2015（05）：53-56.

[2]马少丽，刘欣.常用诱变育种技术在我国真菌育种上的应用[J].青海畜牧兽医杂志，2014，44（1）：42-44.

[3]赵志强.一种微生物生产普脂肪酶的方法，CN104694516A

[P].2015.

[4]金城.ε-聚赖氨酸高产菌株的选育[J].微生物学通报，2016 （12）：2743-2743.

[5]陈计，高鹏，陆兆新.β-1，3-1，4-葡聚糖酶高产菌诱变选育及基因克隆表达[J].食品科学，36（1）.

[6]吕高原.微生物法烟酰胺生产菌的筛选及其催化条件的优化[D].开封：河南大学，2015.

[7]莊贺.氧化亚铁硫杆菌的诱变育种及对碲矿强化浸出研究[D].成都：成都理工大学，2014.

[8]宋芳.二苯砷酸高效降解菌的筛选、强化及其对污染土壤的修复作用[D].北京：中国科学院大学，2017.

[9]陈瑞龙，庄莹，贺彬彬.植物乳杆菌细菌素高产菌株的诱变选育及其对肉丸的防腐保鲜作用[J].食品工业科技， 2018，39（22）：127-133.

[10]宋芳，涂晨，朱濛.紫金牛叶杆菌RC6b及其诱变菌株对二苯砷酸的降解特征[J].微生物学通报，2017（11）：53-62.

[11]刘国生，李金鑫，刘磊.N离子束注入与DES复合诱变选育腺苷高产菌株[J].河南农业科学，2017（4）.

[12]李晓宇.解淀粉芽孢杆菌LXY-6-2筛选、鉴定、诱变与发酵条件优化及其对辣椒根腐病的生物防治研究[D].咸阳：西北农林科技大学，018.

[13]朱志春，郑毅.诱变育种推理选育类球红细菌Co Q10高产菌株正突变库的研究[J].安徽农学通报，2018，v.24;No.344（10）：24-25+38.

[14]黄晓梅，赵红晓，范金霞.一株高产纤维素酶绿色木霉菌株诱变选育与发酵研究[J].东北农业大学学报，2018（6）.

[15]吴双双，刘文龙，邓雪菲.紫外-化学诱变筛选高产莫纳可林K或色素的红曲菌株[J].中国酿造，2018，37（11）：122-127.

[16]李慧玲，程玉鹏，刘祖艳.压裂液增稠剂降解菌的化学诱变育种研究[J].化学工程师，2018（7）：80-82.

[17]韩龙，阮国祥，马杰希.维生素B12生产菌的化学诱变和抗生素抗性筛选[J].精细与专用化学品，2019，27（01）：40-43.

作者简介：

施敏，学历：硕士研究生，新疆大学理化测试中心助理工程师，主要研究方向生物分离工程，天然产物分离技术。