[发明专利]一种利用等离子体对微生物进行诱变育种的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物诱变育种的方法，特别涉及一种利用等离子体诱变微生物的方法。

背景技术

微生物菌种是发酵工业的基础和关键，能否提高发酵工业效率、降低产品成本，关键在于能否选育出优质的微生物菌种，因此微生物育种工作变得越来越重要。随着研究的不断进展，目前已有很多不同水平的微生物育种技术出现并逐步成熟。其中，诱变育种已经在改造微生物菌种、解决育种工作某些特殊问题及开发新产品等领域中取得了快速的进展，其不仅可以克服常规育种周期长、进程慢、难以获得高效变异品种的缺点，而且与基因工程相比，诱变育种操作简单，尤其对于改造那些具有复杂代谢网络的菌种来说，更具有效率和成本优势，因此，诱变育种一直是发酵工业中一种很重要的育种手段。

迄今为止，工业微生物诱变育种的方法主要有化学诱变、物理诱变或两者复合诱变。

化学诱变是利用化学诱变剂改变DNA的结构从而引起微生物的遗传变异。目前普遍使用的化学诱变剂包括碱基类似物、烷化剂、脱氨剂、移码诱变剂、羟化剂等。化学诱变的优点在于具有专一性，对基因的某些部位具有毒性，且用量少，操作设备简单。但是此方法的缺点也同样明显，因90％的化学诱变剂都是致癌物质或者极毒药品，对人体及环境均有危害，所以使用时必须非常谨慎；而且此方法的诱变稳定性差，不适合具有复杂代谢网络的微生物的改造。

物理诱变又称为辐射诱变，可以分为电离辐射和非电离辐射，它们都是以量子为单位的、可以发射能量的射线。电离辐射中的X射线和⁶⁰Co产生的γ射线都是高能电磁波，它们可以在照射过程中把物质分子或原子上的电子击中而产生正离子，而快中子虽不直接产生电离，但在穿过物质时能把原子核中的质子撞击出来而产生电离；电离辐射主要引起基因突变和染色体畸变。非电离辐射中的紫外线在穿过物质时可以使分子或原子中的内层电子能级提高，不产生电离；非电离辐射主要使DNA形成二聚体。其它的辐射还包括激光诱变技术、太空诱变技术等。物理诱变的后代变异率低，效果不够理想，稳定性低，不适合具有复杂代谢网络的微生物的改造，而且有些物理诱变如太空诱变等，其成本非常高，使处理品种类型和数量都受到严重的限制。

近年来等离子体应用于微生物诱变育种的研究也开始起步。等离子体是与物质的固态、液态和气态并存的物质第四态，是一种正离子和电子的密度大致相等的电离气体。等离子体具有特殊的光、热、声、电等物理性质和化学性质，已经在臭氧合成、紫外光源的制备、高功率CO₂激光器的制造等很多领域得到了广泛的应用。等离子体作为一种物理灭菌手段，具有快速、低温、操作简便、无毒性以及杀灭效果好等优点。将等离子体用于生物诱变育种还是一个崭新的技术，相关报道甚少。

由于微生物对热的敏感性，能够用于微生物突变的等离子体还限于冷等离子体。当前，在低气压条件下可以产生大面积的非平衡冷等离子体，但由于真空腔的存在，一方面使得设备的制造和维护费用大大增加，另一方面也使得处理微生物的整个过程变得复杂近来。近年兴起的一种离子束注入诱变技术就是一种在低压条件下的非平衡等离子体，其主要通过高电压将气体电离形成离子，然后通过加速电场获得带有高动能的离子，由此作用于目标生物而引起诱变效应，其最早用于农业育种，目前在微生物育种上也取得一定进展。但离子束注入技术对靶室的真空度要求非常严格，整套设备很庞大，样品的拿取非常麻烦，而且离子束温度很高(400℃)，故对微生物杀伤率很大，而且在操作过程细胞中的水分很快失去，造成微生物的死亡，从而降低了诱变效率，以上这些都严重的制约了离子束注入技术在工业微生物育种上的应用。

目前能够产生可以作用于微生物的冷等离子体的发生装置主要有介质阻挡放电等离子体发生器以及采用裸露金属电极结构的等离子体发生器等。

中国发明专利CN 1478892A报道了用等离子体改造微生物的方法，但该专利中使用的是真空高压放电等离子体，处理对象只针对酵母菌，而且处理时间较长，数小时至数百小时。中国专利CN1888063A报道用大气压冷等离子体进行微生物诱变，但该专利中使用的等离子体发生装置为常规的介质阻挡放电等离子体发生器，工作电压很高(1-100kv)，样品需要放置在电极板之间进行处理，主要作用因素为等离子体激发过程中产生的紫外线以及带电粒子，处理后必须避光培养，而且此技术主要作用为紫外线效应，因而诱变效率相对较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体诱变微生物的方法。