『壹』 生物技術育種的主要方法有哪些,技術手段有哪些
折疊一、誘變育種
誘變育種
誘變育種
誘變育種是指利用人工誘變的方法獲得生物新品種的育種方法。(這句話在中學領域來說應該是完全正確的,已經查閱相關資料。)其原理是基因突變。人工誘變的方法包括:物理方法(X射線、射線、紫外線、中子、激光、電離輻射等)、化學方法(鹼基類似物、硫酸二乙酯、亞硝酸、秋水仙素等)。所處理的生物材料必須是正在進行細胞分裂的細胞、組織、器官或生物。處理的時期是細胞分裂的間期。(這句話主要是針對中學生,為了讓學生能夠更好的理解;主要是考慮到學生從「細胞分裂知識」理解。)經處理的生物材料經選擇、培育才能獲得需要的生物新品種。該方法的優點是可以提高突變頻率,創造出人類需要的生物類型。缺點是必須處理大量的實驗材料。
優點:變異頻率高,育種技術簡單,速度快,可大幅度改良某些性狀;變異范圍廣。
局限性:誘發突變的方向難以掌握,誘變體難以集中多個理想性狀。要想克服這些局限性,可以擴大誘變後代的群體,增加選擇的機會。
折疊二、雜交育種
雜交育種
雜交育種
雜交育種是指利用具有不同基因組成的同種(或不同種)生物個體進行雜交,獲得所需要的表現型類型的育種方法。其原理是基因重組。過程為:用具有相對性狀的純合體作親本雜交獲得子一代,子一代自交(動物則用具有相同基因型的雌雄個體雜交)獲得子二代,從子二代中選擇符合要求的表現型個體。如果需要的表現型是隱性性狀育種就此結束,如果需要的表現型是顯性性狀則用子二代中選出的個體進行連續自交(動物同前),直至獲得能穩定遺傳的類型為止
優點:可定向培養需要的品種,操作簡單易懂。
不足:周期長,不能產生新性狀,工作量大。
折疊三、單倍體育種
單倍體育種是利用花葯離體培養技術獲得單倍體植株,再誘導其染色體加倍,從而獲得所需要的純系植株的育種方法。其原理是染色體變異。優點是可大大縮短育種時間;缺點是技術復雜,需要雜交育種配合。
優點:可縮短育種年限,並可得到純合子植株,保持後代性狀的穩定性,使得到人們所希望的品種.
不足:技術復雜,成本大
四、多倍體育種
原理:染色體變異(染色體加倍)
方法:秋水仙素處理萌發的種子或幼苗。
折疊五、細胞工程育種
細胞工程育種是指用細胞融合的方法獲得雜種細胞,利用細胞的全能性,用組織培養的方法培育雜種植株的方法。
物質基礎是:所有生物的DNA均由四種脫氧核苷酸組成。其結構基礎是:所有生物的DNA均為雙螺旋結構。一種生物的DNA上的基因之所以能在其他生物體內得以進行相同的表達,是因為它們共用一套遺傳密碼。在該育種方法中需兩種工具酶(限制性內切酶、DNA連接酶)和運載體(質粒),質粒上必須有相應的識別基因,便於基因檢測。如人的胰島素基因移接到大腸桿菌的DNA上後,可在大腸桿菌的細胞內指導合成人的胰島素;抗蟲棉植株的培育;將固氮菌的固氮酶基因移接到植物DNA分子上去,培育出固氮植物
『貳』 菌種選育的方法有哪些
較簡單的方法 是生產篩選育種法,較復雜的方法是誘變育種法,最復雜的方法 是雜交育種法。
1。生產篩選育種法這種方法實際上和微生物菌種復壯一 樣,只不過目的不同。
菌種復壯只要求菌種的性能恢復到原有的 水平就可以了,而生產篩選育種法要求其菌種是比原有菌種更佳 的新菌種,必須加大工作的重復性才能實現這個目的。
2。誘變育種法能顯著誘發微生物細胞變異(基因突變) 的因素稱為誘變劑。
誘變劑分為物理誘變劑及化學誘變劑。常用 的物理誘變劑有紫外線、X射線、y射線、6°CO和快中子,常用 的化學誘變劑有氮、芥子氣、亞硝酸、磷酸二乙酯、甲基磺酸乙 酯、甲基硝基亞硝基胍、5—溴尿嘧啶、2 —氨基嘌呤。
誘變劑引 起微生物細胞變異的頻率要比自然的變異高得多,所以誘變育種 能為我們提供更多的獲得優良菌種的機會。
『叄』 生物中有幾種育種方法
生物中有幾種育種方法
1、誘變育種:(mutation breeding; selection by mutation)在人為的條件下,利用物理、化學等因素,誘發生物體產生突變,從中選擇,培育成動植物和微生物的新品種。誘變育種是指用物理、化學因素誘導動植物的遺傳特性發生變異,再從變異群體中選擇符合人們某種要求的單株/個體,進而培育成新的品種或種質的育種方法。它是繼選擇育種和雜交育種之後發展起來的一項現代育種技術。
2、雜種優勢育種:作物和家畜生產能力和強健性等一些對人類有利的性狀,通過利用提高雜種優勢,來對栽培作物和飼養動物的雜種進行育種稱為雜種優勢育種。由於雜種優勢並不是牢固的,所以一般必須通過雜交來制備雜種。因此在雜種優勢育種中,具備優良組合能力的親本品種的培育,選定它們的組合,以及有效的雜種生產方法等就成為主要的課題。在雜交中,除人工雜交外,可以有效地利用雄性不育、自交不親和性及雌性系等方法。根據親本的組合方法,可以分成品種間雜交、自交系間雜交(單雜交、三系雜交、雙雜交、多系雜交)品種和自交系之間的雜交(頂交)幾種。美國的玉米,日本的蠶等都是利用雜種優勢育種取得成果的代表性例子。
3、基因工程育種:隨著 DNA的內部結構和遺傳機制的秘密一點一點呈現在人們眼前,特別是當人們了解到遺傳密碼是由 RNA轉錄表達的以後,生物學家不再僅僅滿足於探索、提示生物遺傳的秘密,而是開始躍躍欲試,設想在分子的水平上去干預生物的遺傳特性。如果將一種生物的 DNA中的某個遺傳密碼片斷連接到另外一種生物的DNA鏈上去,將DNA重新組織一下,就可以按照人類的願望,設計出新的遺傳物質並創造出新的生物類型,這與過去培育生物繁殖後代的傳統做法完全不同。這種做法就像技術科學的工程設計,按照人類的需要把這種生物的這個「基因」與那種生物的那個「基因」重新「施工」,「組裝」成新的基因組合,創造出新的生物。這種完全按照人的意願,由重新組裝基因到新生物產生的生物科學技術,就稱為「基因工程」,或者說是「遺傳工程」。
4、單倍體育種:單倍體育種(haploid breeding)是植物育種手段之一。即利用植物組織培養技術(如花葯離體培養等)誘導產生單倍體植株,再通過某種手段使染色體組加倍(如用秋水仙素處理),從而使植物恢復正常染色體數。單倍體是具有體細胞染色體數為本物種配子染色體數的生物個體。
5、多倍體育種:多倍體(polyploid)是指由受精卵發育而來並且體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。多倍體育種(polyploid breeding)利用人工誘變或自然變異等,通過細胞染色體組加倍獲得多倍體育種材料,用以選育符合人們需要的優良品種。
6、細胞融合:細胞融合(cell fusion),細胞遺傳學名詞,是在自發或人工誘導下,兩個不同基型的細胞或原生質體融合形成一個雜種細胞。基本過程包括細胞融合形成異核體(heterokaryon)、異核體通過細胞有絲分裂進行核融合、最終形成單核的雜種細胞。細胞融合可作為一種實驗方法被廣泛適用於單克隆抗體的制備,膜蛋白的研究。
7、核移植:核移植是將供體細胞核移入去核的卵母細胞中,使後者不經精子穿透等有性過程即可被激活、分裂並發育,讓核供體的基因得到完全復制。培養一段時間後,在把發育中的卵母細胞移植到人或動物體內的方法。核移植的細胞來源主要分為:供體細胞來源和受體細胞的來源兩種。核移植主要用於細胞移植和異種器官移植,細胞移植可以治療由於細胞功能缺陷所引起的各種疾病。
『肆』 微生物培養的方法有哪些
微生物培養法是在人為條件下繁殖微生物的方法。根據微生物的種類以及對養料、溫度、氧氣、水分、酸鹼度等環境條件的要求不同,並聯系生產和實驗上的具體要求,可有不同的培養方法。可分好氣培養法和厭氣培養法兩類。中海生物技術的培養基一是好氣微生物培養法,常用:
①搖床培養法,即將微生物接種於盛有液體培養基的三角瓶後,放在恆溫培養室中的搖床上作有節奏的振盪,使空氣不斷進入培養液中,促其良好生長;
②淺盤培養法,又稱表面培養法,在盤內放一淺層培養基,使微生物能夠充分接觸空氣,而有利於生長繁殖,但此法所需空間大,並且容易污染雜菌;
③深層培養法,適用於好氣微生物的大規模發酵培養,在大容積的液體培養基中,通入無菌空氣,並不斷攪拌,可使微生物充分接觸空氣,迅速繁殖並積累代謝產物。二是厭氣微生物培養法,實驗室常用化學還原劑或抽氣機吸除培養基中的分子氧,也有用靜止狀態的深層培養法。在生產中常用密封式發酵罐或不通風的固體發酵法。
『伍』 六種育種方法.名稱.原理.過程.優缺點
六種育種方法包括植物的四種(雜交育種、遠緣雜交、誘變育種、分子育種)和動物的兩種(雜交育種、基因工程育種)。
一、雜交育種:
1、原理:基因重組,通過基因重組產生新的基因型,從而產生新的優良性狀。
2、過程:
2.1雜交前的准備工作首先要熟悉各種魚類的生殖習性;
2.2選擇適當的受精方法進行雜交雜交前期在臨近性成熟和生殖季節到來之時,一定要將雌雄兩種魚分池飼養,避免自群交配;
2.3記載、掛牌和管理用不同品種(或種)的魚類進行雜交;
2.4加速育種進程從雜交到新品種育成推廣;
2.5雜交後代的選擇採用個體選擇法時,選擇一般從子二代開始,因子二代變異范圍最大,可望從中選出合意的變異體。
3、優點:可以將兩個或多個優良性狀集中在一起。
4、缺點:不會產生新基因,且雜交後代會出現性狀分離,育種過程緩慢,過程復雜。
二:遠緣雜交
1、原理:基因重組,通過基因重組產生新的基因型,從而產生新的優良性狀。
2、優缺點:可以把不同種、屬的特徵、特性結合起來,突破種屬界限,擴大遺傳變異,從而創造新的變異類型或新物種。產生的後代為遠緣雜種。由於遠緣雜交往往重演物種的進化的歷程,故也是研究生物進化的重要實驗手段。遠緣雜交一般不易結實,即使結實,雜種也通常不育或夭亡,雜種後代分離幅度大,分離世代長且不易穩定。
三:誘變育種
1、原理:在人為的條件下,利用物理、化學等因素,誘發生物體產生突變,從中選擇,培育成動植物和微生物的新品種。
2、優缺點:誘變育種存在的主要問題是有益突變頻率仍然較低,變異的方向和性質尚難控制。因此提高誘變效率,迅速鑒定和篩選突變體以及探索定向誘變的途徑,是當前研究的重要課題。
四:分子育種
1、原理:將基因工程應用於育種工作中,通過基因導入,從而培育出一定要求的新品種的育種方法。
2、優缺點:傳統育種方法屬於雜交育種,品種改良主要受種原變異之限制,而不同物種(species) 間之雜交頗為困難,育種成果難有大突破,「綠色革命」(green revolution) 很難再發生。利用基因工程技術進行作物品種改良,系指以遺傳工程(genetic engineering) 技術,將特定基因或性狀導入缺乏此基因或特性之目標作物(target crop) 的育種方法;因此利用基因工程技術進行作物品種改良,可以突破種原之限制及種間雜交之瓶頸,創造新性狀或新品種,亦即未來「基因革命」(gene revolution) 很可能迅速取代「綠色革命」。
五、基因工程育種
1、原理:基因重組(或異源DNA重組)。
2、優缺點:不受種屬限制,可根據人類的需要,有目的地進行。可能會引起生態危機,技術難度大。
『陸』 微生物育種常見的方法是A雜交育種B誘變育種C單倍體育種D多倍體育種
B
雜交育種、單、多倍體育種比較適合於植物,A、C、D錯
誘變育種主要用於篩選人們所需要的高能力菌種,因為細菌繁殖快,容易見到效果。B對。
『柒』 微生物育種中幾種方法各有什麼優缺點
自然選育(從自然界直接分離純化)簡單易行,但獲得優良菌種幾率小。
人工育種中:
誘變育種實際上跟自然育種差不多,就是用誘發突變的方式增加了突變率,突變率高但有用突變的幾率低,相當於自然育種略微發展一下,稍微麻煩一點(其實是操作人員危險大)。
雜交育種麻煩多了,操作環境和技術要求較高,但可靠率很高,比較容易組合出想要的菌種。
基因工程或者說轉基因就更麻煩了,失敗率也高,但是只要成功結果也就更好,可以完全按照要求做出想要的形狀。
總之就是一個比一個麻煩,一個比一個容易接近要求。
『捌』 六種育種方法,名稱,原理,過程,優缺點分別是什麼
一、誘變育種:
誘變育種是指利用人工誘變的方法獲得生物新品種的育種方法
原理:基因突變
方法:輻射誘變,激光、化學物質誘變,太空(輻射、失重)誘發變異→選擇育成新品種
優點:能提高變異頻率,加速育種過程,可大幅度改良某些性狀;變異范圍廣。
缺點:有利變異少,須大量處理材料;誘變的方向和性質不能控制。改良數量性狀效果較差。
二、雜交育種:
雜交育種是指利用具有不同基因組成的同種(或不同種)生物個體進行雜交,獲得所需要的表現型類型的育種方法。其原理是基因重組。
方法:雜交→自交→選優
優點:能根據人的預見把位於兩個生物體上的優良性狀集於一身。
缺點:時間長,需及時發現優良性狀。
三、單倍體育種:
單倍體育種是利用花葯離體培養技術獲得單倍體植株,再誘導其染色體加倍,從而獲得所需要的純系植株的育種方法。(主要是考慮到結合中學課本,經查閱相關資料無誤。)其原理是染色體變異。優點是可大大縮短育種時間。
原理:染色體變異,組織培養
方法:選擇親本→有性雜交→f1產生的花粉離體培養獲得單倍體植株→誘導染色體加倍獲得可育純合子→選擇所需要的類型。
優點:明顯縮短育種年限,加速育種進程。
缺點:技術較復雜,需與雜交育種結合,多限於植物。
四、多倍體育種:
原理:染色體變異(染色體加倍)
方法:秋水仙素處理萌發的種子或幼苗。
優點:可培育出自然界中沒有的新品種,且培育出的植物器官大,產量高,營養豐富。
缺點:只適於植物,結實率低。
五、細胞工程育種:
細胞工程育種是指用細胞融合的方法獲得雜種細胞,利用細胞的全能性,用組織培養的方法培育雜種植株的方法。
原理:細胞的全能性
方法:(1)植物:去細胞壁→細胞融合→組織培養
(2)動物克隆:核移植→胚胎移植
優點:能克服遠緣雜交的不親和性,有目的地培育優良品種。動物體細胞克隆,可用於保存瀕危物種、保持優良品種、挽救瀕危動物、利用克隆動物相同的基因背景進行生物醫學研究等。
缺點:技術復雜,難度大;它將對生物多樣性提出挑戰,有性繁殖是形成生物多樣性的重要基礎,而「克隆動物」則會導致生物品系減少,個體生存能力下降。
六、基因工程育種:
物質基礎是:所有生物的dna均由四種脫氧核苷酸組成。其結構基礎是:所有生物的dna均為雙螺旋結構。一種生物的dna上的基因之所以能在其他生物體內得以進行相同的表達,是因為它們共用一套遺傳密碼。在該育種方法中需兩種工具酶(限制性內切酶、dna連接酶)和運載體(質粒),質粒上必須有相應的識別基因,便於基因檢測。如人的胰島素基因移接到大腸桿菌的dna上後,可在大腸桿菌的細胞內指導合成人的胰島素;抗蟲棉植株的培育;將固氮菌的固氮酶基因移接到植物dna分子上去,培育出固氮植物。固氮基因的表達方式為:
原理:基因重組(或異源dna重組)。
方法:提取目的基因→裝入載體→導入受體細胞→基因表達→篩選出符合要求的新品種。
優點:不受種屬限制,可根據人類的需要,有目的地進行。
缺點:可能會引起生態危機,技術難度大。
『玖』 微生物育種技術有哪些
其方法通常為自然選育和人工選育兩類,可單獨使用,也可交叉進行。
DNA Shuffling技術
編輯
隨著PCR技術的發展和應用,1994年美國的stemmer提出了一個全新的人工分子進化技術——DNA Shuffling(又稱洗牌技術),該技術能模擬生物在數百年間發生的分子進化過程,並可在短的實驗循環中定向篩選出特定基因編碼的酶蛋白活性提高幾百倍甚至上萬倍的功能性突變基因。其基本原理是將來源不同但功能相同的一組同源基因,用DNA核酸酶I進行消化 產生隨機小片段,由這些小片段組成一個文庫,使之互為引物和模板,進行PCR擴增,當一個基因拷貝片段作為另一個基因拷貝的引物時,引起模板轉換,重組因而發生,導入體內後,選擇正突變體作新一輪的體外重組。一般通過2-3次循環,課獲得產物大幅度提高的重組突變體。
2自然選育
編輯
對自然界中的微生物,在未經人工誘變或雜交處理的情況下進行分離和純化(見微生物的分離和純化),然後進行純培養和測定(見微生物測定法),擇優選取微生物的菌種。這種方法簡單易行,但獲得優良菌種的幾率小,一般難以滿足生產的需要。
3人工選育
編輯
分誘變育種和雜交育種兩種。
誘變育種
以誘發基因突變為手段的微生物育種技術。1927年,H.J. 馬勒發現X射線有增加突變率的效果;1944年,C.奧爾巴克首次發現氮芥子氣的誘變效應;隨後,人們陸續發現許多物理的(如紫外線、γ射線、快中子等)和化學的誘變因素。化學誘變因素分為3種:①誘變劑與一個或多個核酸鹼基發生化學變化,使DNA復制時鹼基置換而引起變異,如羥胺亞硝酸、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯、硝基胍、亞硝基甲基脲等;②誘變劑是天然鹼基的結構類似物,在復制時參入DNA分子中引起變異,如5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘧啶、8-氮鳥嘌呤和2-氨基嘌呤等;③誘變劑在DNA分子上減少或增加1~2個鹼基,使鹼基突變點以下全部遺傳密碼的轉錄和翻譯發生錯誤,從而導致碼組移動突變體的出現,如吖啶類物質和一些氮芥衍生物(ICR)等。誘變育種操作簡便,突變率高,突變譜廣,它不僅能提高產量,改進質量,還可擴大產品品種和簡化工藝條件。如1943年從自然界分離到的青黴素產生菌的效價只有20單位/毫升,經過一系列的誘變育種後,效價已達40000單位/毫升;金黴素產生菌經誘變後,發酵液中又積累了去甲基金黴素;谷氨酸棒桿菌1299經紫外線誘變後,有的能產賴氨酸,有的能產纈氨酸,增加了產品的種類;土黴素產生菌經誘變後,選到了能減少泡沫的突變菌株,從而提高了發酵罐的利用率。誘變育種的不足是缺乏定向性。
雜交育種
不同基因型的品系或種屬間,通過交配或體細胞融合等手段形成雜種,或者是通過轉化和轉導形成重組體,再從這些雜種或重組體或是它們的後代中篩選優良菌種。通過這種方法可以分離到具有新的基因組合的重組體,也可以選出由於具有雜種優勢而生長旺盛、生物量多、適應性強以及某些酶活性提高的新品系。雜交育種的方式因實驗菌株的生殖方式不同而異,如有性雜交、准性重組、原生質體融合、轉化、轉導、雜種質粒的轉化等;但是,選擇親株、分離群體後代的培養、擇優去劣和雜種遺傳分析的過程基本是相同的。雜交法一般指有交配反應的菌株進行交配或接合而形成雜種。這種方法適用范圍很廣,在酒類、麵包、葯用和飼料酵母的育種,鏈黴菌和青黴菌抗生素產量的提高,麴黴的酶活性增強等方面均已獲得成功。
體細胞融合是在不具性反應的品系或種屬間細胞融合和染色體重組,先用酶溶解細胞壁,再用氯化鈣-聚乙二醇處理原生質體,促使融合,獲得雜種。此法在工業微生物的菌種改良中有積極作用。
轉化和轉導首先應用於細菌,現已廣泛用於鏈黴菌和酵母菌等。隨著重組DNA技術的發展,重組質粒的構建和轉化系統的確立,已可將目的基因轉移到受體細胞內,得到能產生具有重要經濟價值的生物活性物質(如疫苗、酶等)的株系。
微生物與釀造工業、食品工業、生物製品工業等的關系非常密切,其菌株的優良與否直接關繫到多種工業產品的好壞,甚至影響人們的日常生活質量,所以培育優質、高產的微生物菌株十分必要。微生物育種的目的就是要把生物合成的代謝途徑朝人們所希望的方向加以引導,或者促使細胞內發生基因的重新組合優化遺傳性狀,人為地使某些代謝產物過量積累,獲得所需要的高產、優質和低耗的菌種。作為途徑之一的誘變育種一直被廣泛應用。目前,國內微生物育種界主要採用的仍是常規的物理及化學因子等誘變方法。此外,原生質體誘變技術已廣泛地應用於酶制劑、抗生素、氨基酸、維生素等的菌種選育中,並且取得了許多有重大應用意義的成果。
4誘變育種
編輯
1.1物理誘變
1.1.1紫外照射
紫外線照射是常用的物理誘變方法之一,是誘發微生物突變的一種非常有用的工具。DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm,因此在260nm 的紫外輻射是最有效的致死劑。紫外輻射的作用已有多種解釋,但比較確定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚體[1]。二聚體的形成會阻礙鹼基間正常配對,所以可能導致突變甚至死亡[2]。
紫外照射誘變操作簡單,經濟實惠,一般實驗室條件都可以達到,且出現正突變的幾率較高,酵母菌株的誘變大多採用這種方法。
1.1.2電離輻射
γ- 射線是電離生物學上應用最廣泛的電離射線之一,具有很高的能量,能產生電離作用,可直接或間接地改變DNA 結構。其直接效應是可以氧化脫氧核糖的鹼基,或者脫氧核糖的化學鍵和糖- 磷酸相連接的化學鍵。其間接效應是能使水或有機分子產生自由基,這些自由基可以與細胞中的溶質分子發生化學變化,導致DNA 分缺失和損傷[2]。
除γ- 射線外的電離輻射還有X- 射線、β- 射線和快中子等。電離輻射有一定的局限性,操作要求較高,且有一定的危險性,通常用於不能使用其他誘變劑的誘變育種過程。
1.1.3離子注入
離子注入是20 世紀80 年代初興起的一項高新技術,主要用於金屬材料表面的改性。1986 年以來逐漸用於農作物育種,近年來在微生物育種中逐漸引入該技術[3]。
離子注入時,生物分子吸收能量,並且引起復雜的物理和化學上的變化,這些變化的中間體是各類活性自由基。這些自由基,可以引起其它正常生物分子的損傷,可使細胞中的染色體突變,DNA 鏈斷裂,也可使質粒DNA 造成斷裂。由於離子注入射程具有可控性,隨著微束技術和精確定位技術的發展,定位誘變將成為可能[4]。
離子注入法進行微生物誘變育種,一般實驗室條件難以達到,目前應用相對較少。
1.1.4 激光
激光是一種光量子流,又稱光微粒。激光輻射可以通過產生光、熱、壓力和電磁場效應的綜合應用,直接或間接地影響有機體,引起細胞染色體畸變效應、酶的激活或鈍化,以及細胞分裂和細胞代謝活動的改變。光量子對細胞內含物中的任何物質一旦發生作用,都可能導致生物有機體在細胞學和遺傳學特性上發生變異。不同種類的激光輻射生物有機體,所表現出的細胞學和遺傳學變化也不同[5]。
激光作為一種育種方法,具有操作簡單、使用安全等優點,近年來應用於微生物育種中取得不少進展。
1.1.5 微波
微波輻射屬於一種低能電磁輻射,具有較強生物效應的頻率范圍在300MHz~300GHz,對生物體具有熱效應和非熱效應。其熱效應是指它能引起生物體局部溫度上升。從而引起生理生化反應;非熱效應指在微波作用下,生物體會產生非溫度關聯的各種生理生化反應。在這兩種效應的綜合作用下,生物體會產生一系列突變效應[6]。
因而,微波也被用於多個領域的誘變育種,如農作物育種、禽獸育種和工業微生物育種,並取得了一定成果。
1.1.6 航天育種
航天育種,也稱空間誘變育種,是利用高空氣球、返回式衛星、飛船等航天器將作物種子、組織、器官或生命個體搭載到宇宙空間,利用宇宙空間特殊的環境使生物基因產生變異,再返回地面進行選育,培育新品種、新材料的作物育種新技術。空間環境因素主要有微重力,空間輻射,以及其它誘變因素如交變磁場,超真空環境等,這些因素交互作用導致生物系統遺傳物的損傷,使生物發生諸如突變、染色體畸變、細胞失活、發育異常等。
航天育種較其它育種方法特殊,是航天技術與微生物育種技術的有機結合,技術含量高,成本高,個體研究者或一般研究單位都難以實現,只能與航天技術相結合,由國家來完成。
1.1.7 常壓室溫等離子體誘變育種
常壓低溫等離子體(Atmospheric and Room Temperature Plasma)簡稱為ARTP,指能夠在大氣壓下產生溫度在25-40 °C之間的、具有高活性粒子(包括處於激發態的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等)濃度的等離子體射流。ARTP技術作為一種新型的物理方法,在微生物誘變育種領域有著廣闊的應用前景。
等離子體中適當劑量的活性粒子作用於微生物,能夠使微生物細胞壁/膜的結構及通透性改變,並引起基因損傷,菌株出現遺傳物質損傷後,微生物啟動SOS修復機制,其誘導產生DNA聚合酶Ⅳ和V,它們不具有3ˊ核酸外切酶校正功能,於是在DNA鏈的損傷部位即使出現不配對鹼基,復制仍能繼續前進。在此情況下允許錯配可增加存活的機會。ARTP對遺傳物質造成的損傷,多樣性較高;又SOS誘導修復本身為容錯性修復,因此,ARTP多樣性的損傷將可能在修復過程中包容於DNA鏈中,在微生物進行復制修復時,其可能帶來多樣性的錯配可能。
ARTP應用於微生物突變育種,成本低、操作方便,沒有很多物理誘變設備(如離子束注入等)所需的離子或電子加速、真空和製冷等附屬設備;ARTP對遺傳物質的損傷機制多樣,具有較高的正突變率,突變性能多樣,對於真菌、細菌、藻類等都有效果;ARTP對環境無污染,保證操作者的人身安全,無論用何種氣體放電,其均無有害氣體產生。[1]
5化學誘變
編輯
2.1.1 烷化劑
烷化劑能與一個或幾個核酸鹼基反應,引起DNA 復制時鹼基配對的轉換而發生遺傳變異,常用的烷化劑有甲基磺酸乙酯、亞硝基胍、乙烯亞胺、硫酸二乙酯等。
甲基磺酸乙酯(ethylmethane sulphonate,EMS) 是最常用的烷化劑,誘變率很高。它誘導的突變株大多數是點突變,該物質具有強烈致癌性和揮發性,可用5%硫代硫酸鈉作為終止劑和解毒劑。
N- 甲基- N'- 硝基- N- 亞硝基胍(NTG) 是一種超誘變劑,應用廣泛,但有一定毒性,操作時應該注意。在鹼性條件下,NTG 會形成重氮甲烷(CH2N2),它是引起致死和突變的主要原因。它的效應很可能是CH2N2 對DNA 的烷化作用引起的[2]。
硫酸二乙酯(DMS) 也很常用,但由於毒性太強,目前很少使用。乙烯亞胺,生產的較少,很難買到。使用濃度0.0001%~0.1%,高度致癌性,使用時需要使用緩沖液配置。
2.1.2 鹼基類似物
鹼基類似物分子結構類似天然鹼基,可以摻入到DNA 分子中導致DNA 復制時產生錯配,mRNA 轉錄紊亂,功能蛋白重組,表型改變。該類物質毒性相對較小,但負誘變率很高,往往不易得到好的突變體。主要有5- 氟尿嘧啶(5- FU) 、5- 溴尿嘧啶(5- BU) 、6- 氯嘌呤等。程世清等[25]用5- BU 對產色素菌(分枝桿菌T17- 2- 39) 細胞進行誘變,生物量平均提高22.5%.
2.1.3 無機化合物
誘變效果一般,危險性較小。常用的有氯化鋰,白色結晶,使用時配成0.1%~0.5%的溶液,或者可以直接加到誘變固體培養基中,作用時間為30min~2d。亞硝酸易分解,所以現配現用。常用亞硝酸鈉和鹽酸製取,將亞硝酸鈉配成0.01~0.1mol/L 的濃度,使用時加入等濃度等體積的鹽酸即可。
2.1.4 其他
鹽酸羥胺,一種還原劑,作用於C 上,使G- C 變為A- T。也較常用,使用濃度為0.1%~0.5%,作用時間60min~2h。
此外,誘變時將兩種或多種誘變因子復合使用,或者重復使用同一種誘變因子,效果更佳。顧正華等[7]以谷氨酸棒桿菌ATCC- 13761 為出發菌株,經DMS 和NTG 多次誘變處理,獲得一株L- 組氨酸產生菌。
2、誘變劑
2.1 誘變劑的選擇
在選擇誘變劑時,需要注意誘變劑的專一性,即某一誘變劑或誘變處理優先使基因組的某些部分發生突變而別的部分即使有也很少發生突變。對誘變劑專一性的分子基礎不十分了解萬盡管有關的修復途徑必定對此有影響,但它們的關系並不那麼簡單,其它各種因素,包括誘變處理的環境條件也能影響突變類型。
工業遺傳學家很難正確地預言改良某一菌種時需要何種類型的分子水平的突變。因此,為了產生類型盡可能多的突變體,最適當的方法是採用幾種互補類型的誘變處理。遠紫外無疑是所有誘變劑中最為合適的,似乎可以誘導所有已知的損傷類型。採取有效、安全的預防方法也很容易。在化學誘變劑中,液體試劑比粉末試劑更易進行安全操作。的另一個不利因素是它有產生緊密連鎖的突變叢的趨勢,盡管這種效應在某些體系中能成為有利條件。最後,必須認識到可能某些特異菌系用某些誘變劑是不能被誘變的。當然這一點通過測定易檢出的突變體,如抗葯性突變體或原養型回復突變體的誘變動力學可以相當容易地得到驗證。[8]
2.2 誘變劑的劑量
從隨機篩選的最佳效果看,誘變劑的最適劑量就是在用於篩選的存活群體中得到最高比例的所需要的突變體,因為這會使在測定效價的階段更省力。
因此在菌株改良以前,為了決定所用誘變劑的最適劑量,並為突變性的增強技術打下基礎,聰明的做法通常是測定不同誘變劑處理不同菌種時的突變動力學。用高單位突變本身來測定最適劑量有時是不可能的,因為這種突變的檢測很困難。但如使用容易檢出的標記如耐葯標記,只要估計到方法的局限性,還是可以提供一些有價值的資料的。