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
工业微生物育种诱变剂
诱变： 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(induced mutation)的发现
➢ 1927年，Muller 用X射线诱发果蝇遗传性状变异。
1.4 非电离辐射——紫外线
工业微生物育种诱变剂
136-390nm

1.4 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。
(2) 紫外线的辐射剂量 绝对剂量：单位用erg / mm2 (1 erg = 10 –7 J )，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、灯管与被照射微生物的距离及照射时 间。在灯的功率和灯管的距离固定的情况下，剂量大小则由照射 时间决定。 用紫外线的杀菌率表示时，一般认为90～99.9％效果较好。
0.006~1.4nm
非电离辐射 不产生离子
工业微生物育种诱变剂
紫外线
136~390nm
波长短于紫色 光的肉眼不可 见“光线”
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。
工业微生物育种诱变剂
1.4 非电离辐射——紫外线
–2. 紫外线诱变
(3) 紫外线照射的策略：最适剂量因微生物而异，紫外照射 剂量与杀菌率在一定范围内成正比。
① 使用15W紫外灯2支，安装于镀铬灯罩内，使2537 Å光波集中于 被处理的微生物细胞，可以提高变异率。
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。
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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:
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。
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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
1.2 物理诱变剂的生物学效应
4. 辐射作用机制
直接物理作用假说 间接化学作用
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切尔诺贝利核爆炸
工业微生物育种诱变剂
工业微生物育种诱变剂
工业微生物育种诱变剂
工业微生物育种诱变剂
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
工业微生物育种诱变剂
工业微生物育种诱变剂
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。
工业微生物育种诱变剂
1.1 物理诱变剂的种类
物理诱变剂包括：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。
辐射 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。
X射线
电离辐射
0.06~136nm
高能电磁波
产生正离子
γ 射线
物理辐射
➢ 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 物诱变剂受到了重视，取得了可喜的发展。
1. 可见光：能激活光复活酶的活性，分解紫外线引起的嘧啶二聚体 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
工业微生物育种诱变剂
工业微生物育种诱变剂
诱变剂的概念与种类
什么是诱变剂？有哪些分类？ 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
物理诱变剂
诱变剂种类
化学诱变剂
工业微生物育种诱变剂
生物诱变剂
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
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1.4 非电离辐射——紫外线
1. 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）