【西安实验室设备】微生物诱变育种的发展趋势及对育种技术的要求

  工业微生物通常是指通过工业规模培养能够获得特定产品或达到特定社会目的的微生物。其在发酵工业、生物加工、工业酶制造、有机化合物催化转化、生物能源以及环境保护等各领域均有广泛应用。

  依据获取方式的不同，西安实验室设备工业微生物菌种可以分为天然菌种、诱变菌种和重组菌种。其中，天然的工业微生物菌种是从自然界中筛选，通过对目标微生物的富集培养、分离和纯化而获得的性能优良的微生物菌种。自然选育的方法虽然简单易行，但获得优良菌种的概率较小，通常难以满足实际生产需要。诱变菌种则是通过采用物理或化学诱变剂进行人工诱变、自然筛选与分离而获得的在产量和性状方面得到改善的工业菌株。与自然选育方法相比，虽然通过使用诱变剂和定向筛选技术加速了诱变菌种的获得，但诱变所获得的工业菌株依然是类似于天然菌种的，属于非遗传修饰生物体（non-GMO）。相比前面两类菌种，重组菌种的获得则需要采用遗传重组技术，如采用杂交、原生质体融合、代谢工程、基因工程等对菌种进行定向遗传改良。通过导入外源基因使得生物体发生遗传整合和形状改变的重组菌种均属于遗传修饰生物体（GMO）。

  以发酵工业为例，由于工业微生物育种技术能够在基因层面对微生物的遗传形状进行改变，从而获得形状优良（目标产量高、目标鲁棒性强）、适合工业生产的菌株。因此，菌种的选育成为决定该菌种发酵过程成败与否和其最终的工业化价值的关键所在。长期以来，微生物育种主要依靠传统诱变手段。这些工业方法在工业微生物领域发挥了巨大的作用，但应用这些方法进行微生物育种所遇到的问题主要是工作量大、工作效率低，筛选优良菌株具有盲目性和随机性，而且所获得的突变株库容有限。西安实验室设备今年来随着现代分子生物学的发展，分子育种技术逐渐应用到微生物育种领域。通过基因工程、蛋白工程、代谢工程，有目的地改变目标生物体的形状从而达到菌种选育的目的。这些技术的应用需要专业设备，操作通常比较复杂，而且由于生物代谢系统的复杂性，结果往往无法预期。因此，目前分子育种技术尚未广泛应用于产业界，成功的案例也非常有限。

  微生物育种技术的核心是快速简便地获取高容量、多样性的突变库。随着微生物育种技术的不断发展，诱变的对象范围需要从单基因向基因组、引入的变异多样性需要从少向多不断拓展，以满足高容量和多样性突变库的需求。因此发展高通量、快速稳定、操作简便的工业微生物诱变育种方法、技术和装置对于推动现代生物技术的发展和高校获取适合工业生产的优良菌种十分必要。

  近十几年来，随着等离子体科学与技术的不断发展，特别是人们对大气压冷等离子体源研究的不断深入，大气压下冷等离子体诱变育种技术得到了迅速发展。事实上，在等离子体生物诱变育种的研究方面，早在20世纪80年代就有学者在低气压条件下采用粒子束注入的方法进行生物诱变育种的研究。近几年来，直接采用气体放电所形成的非平衡等离子体对生物体进行诱变育种处理受到了来自等离子体物理学、生物学、农业科学等领域的研究者和企业界的关注。

    不同类型的等离子体源在生物诱变育种中的应用比较如下表;

  采用裸露金属电极的等离子体发生器所产生的等离子体有时也简称为常压室温等离子体，是近些年来发展出来的新的适应于生物技术领域的大气压非平衡等离子体源。它能够在常压下产生温度25℃～40℃之间，具有高活性粒子（如处于激发态的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基）浓度的等离子体射流。西安实验室设备相比其它诱变技术，RF-APGD等离子体射流诱变育种技术的显著特点是满足操作简便、设备简单、安全性高、诱变速度快的基础上，一次诱变操作（数分钟以内）可产生2～10万个突变体，具有突变率高，突变库容大的特点。特备是，由于RF-APGD工作气源种类、流量、放电功率、处理时间等条件均可控，通过改变仪器操作条件，可以大大提高菌种突变强度和突变库容，结合筛选压力，能够成为一种新的诱变育种技术。，而且具备其它诱变育种技术不具备的优势和潜力。