摘要：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。
关键词：抗生素；微生物育种
一、 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。[1]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。
二、 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260nm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。[2]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2h或暗培养1d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。
三、 微波诱变育种
微波是1种频率在300～300000 MHz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。[3]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。
四、 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。[4]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]
五、 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。[6]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。[7]
六、 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 强烈的生物学效应引。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。[8]
七、 其他
近年来，随着新的诱变源的出现，原生质体诱变技术的应用也会有新的进展。离子束作为一种新的诱变源，有其特有的作用机理，使得离子束诱变具有诱变谱广、变异幅度大、突变率高等优点，其应用也取得了很多重要的成果，特别是运用离子注入选育Vc菌株的成功，为中国的VC 行业增添了活力。[9]离子束注入也存在一些先天性的缺点：首先为了获得高能量的离子束，操作必须在在真空腔中完成，而抽真空的过程对微生物有很大的破坏作用；高能离子束的温度很高，需要制冷设备进行制冷，但制冷后的离子束温度也常达到600 K以上，同样会对微生物的生存造成很大的危害；真空设备和制冷设备以及离子束发生设备等一系列设备均很庞大，不仅成本高，而且既不便于操作，也不便于运输。[10]上述缺点，在一定程度上限制了离子束注入的实际应用。航天搭载的微生物菌种，能借助微重力、空间辐射、超真空等综合空间环境因素的转换，在较短时间里创造目前其它育种方法难以获得的罕见基因突变，以此来进行微生物育种是空间技术育种的一个重要的应用领域，利用空间技术对某些抗生素的产量提高及酶制剂研究曾有些可喜的结果。但是由于航天搭载成本高且空间有限，因此应用受到限制。常压室温等离子（ARTP）诱变技术与其他诱变育种方法相比，呈现出突变率高、突变株多样、可操作性强、方便快捷、安全性高等特点，显示出ARTP在微生物
诱变育种领域中良好的应用前景。目前，ARTP已成功用于真菌、放线菌、细菌、酵母、微藻等多种微生物的诱变，取得了良好的突变效果。鉴于ARTP的优势，未来将在微生物诱变育种方面得到越来越广泛地应用。
结论：随着遗传学和分子生物学领域的飞速发展，许多新型复杂的技术被应用于菌种选育，如原生质体融合育种技术和基因工程育种技术等，但是诱变育种技术仍是提供菌株生产能力的重要有效手段。它获得的正突变率相对较高，可以得到多种优良突变体和新的有益基因类型。另一方面，诱变育种存在一定的盲目性和随机性,在实际应用中，研究者应根据出发菌株及实验室条件等具体情况来选择合适的诱变方法。以后的实验中可将物理因子和化学因子结合起来对多种酵母菌株进行复合诱变，来得到了理想菌株。此外，还可尝试反复采用几种诱变因子进行多次诱变，以期得到更为理想的菌株。
参考文献
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