周国丽

摘要阐述了离子束诱变的生物学效应和特点,介绍了其在植物、动物及微生物育种中的应用进展,并展望了其研究前景。

关键词离子束诱变;生物效应;应用进展

中图分类号TL99文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)19-0342-01

近年来离子束诱变技术在生物诱变育种、植物转基因、生命起源和进化以及环境辐射与人类健康等方面的研究上取得了一些重要的阶段性成果,并产生了巨大的经济效益[1]。笔者从离子束诱变的作用机理、特点、生物学效应、应用进展等方面对该技术进行了概述。

1离子束诱变技术的特点

以γ射线和X射线为主要辐射源的传统辐射诱变育种,存在M1代存活率低、m²代突变谱窄、无方向性和育种效率低等缺点。而以离子束作为新的诱变方法恰好弥补了辐射诱变的一些不足,具有很多新特点及优点[2-4],如:损伤轻、突变率高、突变谱广、能够产生自然界里从未见过的新类型,是品种选育较理想的方法;其诱变育种技术稳定可靠,简便易行,重复性好,可在短时间内获得较为稳定的品系,大大缩短育种周期;其诱变的主要效应是局部的、可控的、可选择的,相对生物学效应大,氧增比小,损伤可修复性小。

2离子束诱变的生物学效应

2.1染色体水平上的生物学效应

各类作物经处理后当代不仅发现了染色体初级结构的变异,还发现了较为复杂的高级结构的变异[5]。如离子注入甜菊和水稻后引起根尖及花粉母细胞中染色体行为异常;氮离子、氩离子注入导致染色体落后,甚至整个基因组的落后;氢离子注入棉花和麦类易导致染色体桥等。

2.2生理生化效应

离子注入可引起生物体的多种生理变化和损伤,并且随注入剂量的升高呈现升-降-升的类似“马鞍型”曲线变化。此外,从生物个体来看,离子注入还能引起叶绿体的损伤、呼吸代谢、自由基以及自由基清除酶的变化等[6]。

2.3突变效应

离子注入可以导致4种碱基发生突变,突变类型主要有转换(50%)、颠换(45%)和缺失(5%),转换主要以C→T和A→G为主,颠换则主要以C→A和C→G为主[6]。

3离子束诱变技术应用进展

3.1离子束诱变在植物品种改良中的应用

目前,离子注入改良的范围几乎涉及所有的粮食作物和经济作物,选育出的优良品种已在安徽、山东、浙江、江西、河南等省推广,其创造的直接经济效益和社会效益是巨大的[1]。

3.2离子束诱变在微生物品种改良中的应用

中国科学院等离子体物理研究所先后对利福霉素、花生四烯酸、维生素C、柠檬酸生产菌种进行了改良。通过诱变筛选,获得的利福霉素发酵水平提高40%,20t化学效价达6 300IU[7];花生四烯酸产生菌产酸量最终提高至细胞干重的45%[8]。

4展望

作为一门新的交叉学科,低能离子与生物体相互作用的机理研究还不完善,离子束生物技术在生命科学中应用的研究才刚刚起步。近年来,虽然我国采用离子束辐射结合常规诱变育种技术已经获得了不少植物新品种,但是采用离子束辐射结合组织培养来创制植物新品种的探究,2004年才开始起步[9]。相信随着研究的不断深入,离子束诱变技术会在生物的领域中得到广泛地应用和发展。此外,离子束生物工程中心若能应用离子束生物工程学原理,加强合作、深入开展低能离子与生物体相互作用机理和支撑技术的研究,一定会加速农作物和微生物定向进化,为农业和发酵行业提供丰富的种质资源。

5参考文献

[1] 吴丽芳,李红,余增亮.离子束生物工程与植物改良[J].安徽科技,1999(3):27-28.

[2] 曾宪贤,武宝山,吕杰.离子束生物技术在生命科学中的应用[J].核技术,2006,29(2):112-115.

[3] 崔海瑞,吴兰佩,余增亮,等.离子注入对小麦远缘杂交结实率的影响[J].安徽农业大学学报,1994,21(3):303-305.

[4] 宋道军,姚建铭,邵春林,等.离子注入微生物产生“马鞍型”存活曲线的可能作用机制[J].核技术,1999,22(3):129-132.

[5] 杜兰芳,王立新,赵艳玲.低能离子生物学[J].常熟高专学报,2001,15(4):66-69.

[6] 李珂,张东正,赵瑾,等.离子束注入与生物体的相互作用及遗传诱变的分子机制[J].原子核物理评论,2007,24(2):117-122.

[7] 姚建铭,朱宛懿,王纪,等.离子注入利福霉素产生菌诱变选育研究[J].激光生物学报,1999,8(3):214-220.

[8] 姚建铭,王纪,王相勤,等.离子注入花生四烯酸-产生菌诱变育种[J].生物工程学报,2000,4(16):47-48.

[9] 周利斌,李文建,曲颖,等.离子束辐照结合组织培养在植物诱变中的研究进展[J].辐射研究与辐射工艺学报,2007,25(4):232-236.