自1929年英国细菌学家弗来明发现青霉素，1943年瓦克斯曼等发现链霉素以来，人们不断从微生物代谢产物中提取出抗生素，并开发出半合成抗生素，抗生素生产得到了空前的发展。但纵观整个抗生素市场，一些抗生素产生菌产素水平低，生产成本相对较高，从而严重削弱了其市场竞争力，影响了抗生素工业化生产进程。可见微生物的产素水平高低决定抗生素是否具有开发价值。

诱变育种技术是最早在抗生素上应用的1种育种技术，通过将物理、化学、生物因素作用于抗生菌，人为使其遗传物质发生变异，从中选育出高产菌株。由于该技术操作简便、速度快、收效大，且诱变手段多样，因此是实验室及生产上最常用的高产菌株的育种方式。目前，常见的诱变方法包括3种：物理因素、化学因素和生物因素。

1自然突变选育

    最初，菌种的选育主要是从自然界自发突变的菌群中筛选。如早在几千年前，我国劳动人民在酿酒、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。尽管这是原始的人工选择方法，但在生产中发挥了很重要的作用。微生物菌种的自然突变率一般都很低，突变幅度也不大，因此，单纯依赖微生物群体的自然突变选育高产菌株远不能满足生产需要。

2紫外线诱变育种

紫外线的光谱范围在40～390 nm，而DNA的嘌呤和嘧啶可以吸收的紫外线光谱通常为260 nm。因此能诱发生物突变的有效波长范围是200～300 nm，最有效的波长为253．7 nm，这一波长的诱变效应相当于波长260 nm的紫外线。当紫外线照射微生物时不能引起电离，其作用是使物质分子或原子中的轨道从基态跃迁到激发态，紫外光子本身作为能量被物质吸收。由于紫外线穿透性很弱，所以被广泛用作微生物诱变剂。紫外辐射使DNA分子形成嘧啶二聚体，阻碍碱基正常配对，并可能引起突变或死亡。另外嘧啶二聚体的形成，还会阻碍双链的解开，从而影响DNA的复制和转录。紫外线对各种微生物的诱变效应因菌种不同而存在很大差异。一般微生物营养体照射3～5 min即可致死，但芽孢杆菌约需10 min。另外紫外线照射微生物后还存在可见光修复的问题，通常情况下诱变后冰浴2 h或暗培养1 d可降低其对可见光的修复率。迄今，利用紫外诱变选育出了大量产量高、活性强的优良微生物菌种。王世梅利用紫外线诱变选育出数株阿扎霉素(Azalomycin)B产量较出发菌株高3倍以上的高产菌株，且传代稳定。

3微波诱变育种

微波是1种频率在300～300000MHz的电磁波，具有波动性、高频性、热特性和非热特性。其与生物组织的相互作用主要表现为热效应和非热效应。微波能够透射到生物组织内部，使偶极分子和蛋白质的极性侧链以极高的频率振荡，分子运动加快，导致产生热量。微波还能够对氢键、疏水键和范德华力产生作用，使其重新分配，从而改变蛋白质的构象与活性。微波诱变设备简单、方法易行、操作安全，诱变效果比传统的理化因子好，在工业微生物菌种选育中具有较大的推广价值。

4激光诱变育种

  与其他诱变方式相比，激光诱变具有操作简单、安全、变异率高、辐射损伤轻等优点。目前激光诱变微生物技术已在2个方面得到卓有成效的发展：一方面是基础性的规律和机理研究，为激光生物技术的应用进行了理论探讨；另一方面是应用性研究，归结为微生物的激光诱变育种，即激光辐射代替常规实验试剂或手段，培育既高产又稳定遗传的优良菌株。

激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合作用，直接或间接影响生物有机体，引起细胞DNA或RNA、质粒、染色体的畸变效应，酶的激活或钝化，以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。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，这为生物诱变育种提供了有利条件。

5空间诱变育种

空间环境包括太空环境和高空环境。太空环境主要指大气层以上的宇宙空间，其显著特点是高真空、微重力和高能核粒子辐射。微生物通过返地式科学探测卫星和航天飞机进行环地球飞行，在宇宙射线和微重力作用下诱发细胞变异。高空环境主要是指对流层以上大气层，如平流层和电离层等。高空环境的主要特点是宇宙射线、等离子辐射和强烈的紫外线。高空诱变就是利用高空探测气球搭载微生物，经过平流层或电离层的电离辐射而诱发细胞变异。空间诱变育种就是将航天高新技术与传统的物理、化学诱变及分子技术等相结合的新育种技术，利用卫星或高空气球携带和搭载微生物等生物体样品，经特殊的空间环境条件(微重力、强宇宙射线、高真空、微重力等)作用，引起生物体的染色体畸变，进而导致生物体遗传变异，经地面选育试验后，能快速而有效地育成生物新品种(系)，供生产和研究使用。

6离子束注入诱变育种

离子束生物技术是20世纪80年代初兴起的1种材料表面处理的高新技术，主要用于金属材料表面的改性。该技术是由中国科学院等离子体物理研究所余增亮研究员等创建的，通过利用离子注入生物样品进行遗传改良等生物效应研究，认为低能离子与生物相互作用既有能量沉积、质量沉积、动量传递过程，又有粒子注入和电荷交换过程，这些过程的联合作用，引起强烈的生物学效应。这是1项具有中国自主知识产权的原始创新技术，并已走向世界。

    作为1种新兴的交叉学科，离子注入育种技术集化学诱变和物理诱变于一身，突变率高、操作简单，加之离子束介导转基因的可能性，使其在微生物育种中更具有目的性和针对性，显现出巨大的优势。随着研究程度的深入和研究范围的拓宽，相信离子注入技术将在微生物育种中发挥巨大的作用。

   李  戈，李学兰，李荣英，彭建明，赵俊凌(中国医学科学院·

河北农业科学2009.5