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低能N+离子·紫外线和 60Co-γ射线对黑曲霉产木聚糖酶的诱变效应

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维普资讯 http://www.cqvip.com 安徽农业科学,Journal ofAnhui A .Sci.2007,35(17):5080-5081,5116 责任编辑金琼琼责任校对王淼 低能N+离子・紫外线和60Co-2射线对黑曲霉产木聚糖酶的诱变效应 李市场..2,古绍斌L2,姚建铭z,余增亮z (1.河南科技大学食品与生物工程学院,河南洛阳471003;2.中国科学院离子束生物工程重点实验室,安徽合肥230031) 摘要以木聚糖酶产生菌黑曲霉为试验菌株,比较了低能N+离子、紫外线和 o 射线对黑曲霉的剂量存活效应和诱变效果。结果 发现:N+离子注入的存活曲线与紫外线、 0Co叫射线辐照不同,即紫外线和 ̄o--'7射线照射黑曲霉的剂量存活曲线均是指数曲线,而 N+离子注入呈复杂异常损伤的趋势,且3种辐射在诱变效应上有很大的差异。在相同死亡率条件下,紫外线诱变率低,但正变多于负 变,而 0C0 射线诱变率高,负变远远多于正变。适当剂量的N+离子注入表现出诱变率高、正变率高及正变幅度大的特点。 关键词离子注入;黑曲霉;紫外线; oc0 射线;异常损伤;木聚糖酶 中图分类号Q55 文献标识码A 文章编号O517—6611(2007)17—05080—02 Effects of Low Energy N Ion.UV and ̄0Co-,,/on Xylanase Produced by Aspergillus niger LI Shi—chang et al(Department ofFood and Bioengineering,Henan University ofScience and Technology,Luoyang,Henan 471003) Abstract Effects oflOW energy N ion,UV and ℃0. ray on the survival effect and mutation impact ofAspergillus啦 r were compared.Result showed that the survival curve of N ion implantation,which showed abnormal damage,were different with those of UV and 0 ・rays,which were both exponentia1.Comparison of mutation indexes indicated that the N irradiation was more advantageous than UV and 0 rays. Key words Ion implantation;A spergillus niger;UV; ℃0- ray;Abnormal damage;Xylanase 木聚糖酶在生物转化、食品和饲料工业方面的应用已较 析、加速系统、真空系统、靶室和测控系统等基本部分构成。 为成熟,在制浆造纸工业中的应用正在引起人们的高度重 1.3.3离子注入处理。取0.1 ml适宜浓度的单孢子悬液均匀 视。有许多关于木聚糖酶的液体和固体发酵研究的报道 。 涂布于无菌平皿上,无菌风干后进行注入。离子注入机是由 而诱变产木聚糖酶的菌株,提高产酶能力,选择有效的诱变 中国科学院离子束生物工程重点实验室研究制备的。在注入 措施,确定适当的诱变剂量是获得优良诱变效果的关键。低 机上,用不同的能量(5、10、15、20、25 keV)和不同的剂量 能离子注入作为一种新的有效的诱变手段,集能量沉积、动 『(10、20、40、60、80、100、120)xlO14 iou/cmq对黑曲霉的孢子进 量传递、质量沉积和电荷中和与交换4种作用于一体[6-7],在 行注入;注入靶室的真空密度为10 Pa。该试验把真空未接 农作物和微生物育种中都取得了显著的成绩18-1 ̄。但是,关于 受离子注入的处理作为真空对照(设置放入真空靶室,以不 离子注入的剂量与诱变效果的关系,以及离子注入与经典的 经离子注入的样品为真空对照,以同样方法涂皿风干后不置 物理诱变措施相比有哪些特点尚未见有研究报道。笔者以菌 于真空下的样品为基本对照)。 株产木聚糖酶为指标,以黑曲霉A3为出发菌株,考察并比较 1.3.4离子注入后的培养。离子注入后立即在超净工作台上 了N+离子注入与紫外线诱变、 射线诱变的效果,并确定了 用新鲜无菌生理盐水洗脱孢子,进行适当的稀释,并涂布分 N+7葛子注入黑曲霉A3的适宜诱变剂量范围。 离平皿上,在28℃培养数小时,等长出单菌落,计数并计算出 1材料与方法 相对存活率。存活率=各处理计量的单菌落数/真空对照单菌 1.1菌株黑曲霉A3 spergillusnigerA3),由合肥学院提供。 落数。各剂量处理下的存活情况为3次以上重复的平均值。 1.2培养工艺 1.3.5筛选。挑选单菌落转接斜面,根据上述培养条件,进 1.2.1斜面培养基。马铃薯浸出液20%,琼脂2.0%,葡萄 行摇瓶培养。 糖2.0%。0.1 Pa灭菌15~20min。 1.3.6筛选标准。突变株酶活力大于对照5%的为正突变, 1.2.2 营养盐液。3.0 g/L KH2PO4;2.0 g/L(NH4)2SO4;4.0 g/L 小于5%的为负突变,在正负5%之间的为未突变。 NaNO3;0.5 g/L MgS04"7 H2O;0.5 g/L CaC12;7.5 mg/L FeSO4"H20; 1.4 60Co-T射线辐照 FJX-432型60Co 射线装置由安徽 2.5mg/LMnSO4"H20;3.0mg/LCoC12;pH值5.5 ̄6.0。 1.2.3发酵液培养基。玉米芯6%、麸皮1.5%和营养盐等。 省农业科学院原子能研究所提供。分别吸取1.5 ml单孢子悬液 250 ml三角烧瓶30 ml装液量,0.1 Pa灭菌20 min。摇瓶发 加入5 ml离心管中接受辐射。照射剂量分别为0、0.05、0.10、 酵时间为3 d,培养温度28℃。 0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20kGy.剂量率为900 rad/min。 1.3离子注入 1.5 Uv处理将单孢子悬液稀释至l0s个/ml,吸取10 In1 1.3.1单孢子悬液的制备。将产孢子斜面上的孢子用适量的 孢子悬液放置于平皿中,用磁力搅拌器搅动。在距15 w紫 无菌生理盐水洗脱,置于预先灭菌的带玻璃珠的三角瓶中,在 外灯下约20 cm处照射0~25 min。然后将照射过的孢子悬 摇床上振荡10 min后,直到成为分散的孢子为止,然后用灭菌 液均匀涂布于含脱氧胆酸钠的分离平板上,并在28℃暗培 的脱脂棉纱滤去菌丝,并配成适宜浓度的孢子悬液。 养36~48 h,计数统计,每个剂量做3个重复。 1.3.2离子束辐照装置。离子束辐照装置是由中国科学院等 1.6木聚糖酶活力的测定采用DNS法,参照文献『5】。以木 离子所自行研制开发的。该装置由离子源、聚焦系统、质量分 糖为标准,1 min形成1 Ixmol还原糖为1个酶活力单位(IUhn1)。 2结果与分析 基金项目 国家“十五”攻关项目资助(20olBA3o2Bo4)。 2.1 60Co-T射线辐照和紫外线照射对黑曲霉存活率和诱变 作者简介 李市场(1976-),男,河南沈丘人,在读博士,副教授,从事利 用离子束生物工程技术进行微生物育种的研究。 效果的影响由图I、2可见,紫外线和60Co 射线辐照的 收稿日期 20o7一O2—26 存活曲线都呈现单方向下降趋势。紫外线照射的存活曲线, 维普资讯 http://www.cqvip.com 35卷17期 李市场等低能N+离子・紫外线和  ̄Co- ̄/射线对黑曲霉产木聚糖酶的诱变效应 5081 随着照射时间的增加迅速下降,在照射3 min后,存活率降 低较慢;而60Co 射线辐照时,低剂量下菌体死亡较少,但 见图3。从图3可以看出,它的存活曲线呈现出特异的双峰反常 存活曲线;这种特异的存活曲线与紫外线和 射线等其他射 线辐照生物有机体后呈现“肩型”或“直线型”的存活曲线相比 有明显不同。但是它的确能够反映离子束这种特异的诱变源 所具有的独特的诱变效果,说明离子束独特的诱变效应具有 普遍性,即出现反常损伤;这也进一步证实离子束在诱变机 用高剂量的射线进行照射时,存活率迅速下降,其存活曲线 与抛物线相近。 理上与其他的辐射诱变源相比确有差异,因为离子注入除了 具有能量沉积效应外,还有动量传递、质量沉积和电荷中和 与交换等效应存在[11】。 辞 地 烛 紫外线照射时间//min 图1 紫外线照射黑曲霉存活曲线 讣 地 烛 射线照射剂量//kGy 图2 射线辐照黑曲霉存活曲线 表1表明,黑曲霉随着 射线处理剂量的增大,存活率 下降而菌株的总突变率却显著增加;与此同时,正突变率大 幅度降低,而负突变率却大幅度上升。紫外线照射4 min 和用0.6 kGy的 射线处理的存活率和总突变率相当;但是 射线处理的正突变效应小于负突变效应,而紫外处理的 正突变效应却大于负突变效应。虽然通过降低 射线的辐 照剂量可提高正突变率,但是仍然不能改变用 射线辐照 产生的正突变小于负突变这个事实。 表1 紫外线照射和日C0一Y辐照对黑曲霉 存活率和突变率的影响 % 紫外线+LiC1的复合诱变处理效果明显好于单一紫外 线处理。复合诱变不仅提高了黑曲霉的总突变率,而且还提 高了正突变率和正突变幅度。从表1还可以看出,随着紫外 线照射时间的延长,虽然菌体存活率下降,但是总突变率提 高,且正突变率大于负突变率。 2.2离子注入对黑曲霉突变率和存活率的影响 以N+为 注入离子,在10kev注入能量和2.6x1014ion/cm2中等注入剂 量率下,对注入剂量和各个剂量下的存活率进行了考察,结果 讣 地 烛 注入剂量(x2,6xlO )//ion/cm 图3在10 keV能量不同剂量下的存活率 用(10~120)x2.6X1014ion/cm2等几组不同剂量,对黑曲 霉A3进行注入,并对它们的突变率情况进行了统计,结果 见图4。由图4可见,在(10、20、60)x2.6x10“的注入剂量下, 正突变率要比负突变率高;在40 ̄2.6x10“的剂量下负突变 率稍微比正突变率高一些;而在(80、100、120) ̄2.6x10“的 剂量下,负突变率要远远高于正突变率。因此在选用注入剂 量时,既要考虑突变菌株的存活率,也要考虑正突变率。笔 者选用(10、20、40、60)x2.6x10“这4个剂量作为常用的诱 变注入剂量。 100 80 60 许40 20 0 20 4J0 60 80 100 120 离子注入剂量(x2 6xlO )//iorgcm 注:①各个剂量突变率是以随机挑取的100~200个的单菌落来统 计;②计算正负突变时以高出和低于对照组5%为标准。 图4 N+注入剂量与A3突变率间的关系 3小结与讨论 (1)紫外线诱变黑曲霉存活曲线呈单方向下降趋势,且 随着照射时间的增加,菌体致死加剧,紫外线诱变后产生的 突变体容易产生回复突变,这可能与紫外线诱变的机制有关。 在实际诱变工作中,要采用某些措施避免以上的修复作用, 如加入某些物质(LiC1),以提高突变率。 (2)60C。叫射线穿过物质,使物质产生较大的电离度,能 (下转第5116页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 安徽农业科学 2007生 此外,降雨量、湿度和台风等因素也会不同程度地影响 水稻后期的籽粒灌浆,从而影响稻米品质。 3农艺措施 味品级高,口感好。 稀土肥对水稻品质也有一定的影响,铁、钴、钒、镍能明 显降低垩白率和垩白度,提高稻米外观品质。 3.3灌溉水稻生育后期,长期淹灌与脱水过早,都不利 于稻米品质的提高。多数学者研究认为,在土壤含水量低或 3.1播种期、移栽期与密度罗明研究认为[31,早播可降低 整精米率,提高精米率、糊化温度、粗蛋白含量,并使胶稠度 变硬。播种过早,灌浆期易遇高温,降低了加工、外观、蒸煮 食用品质,提高了营养品质,而晚播则相反。在优质米生产 中,应根据对稻米的需求类型确定适宜播期,以取得事半功 倍的效果。栽培密度对稻米品质也有较大影响,基本苗过多 干旱条件下,糙米中的蛋白质含量较高,这就是干旱年份稻 米口感差的原因之一。 3.4收获期及收获方法适时收获能提高稻米的品质,过 早或过晚收获都会降低稻米的加工品质。从蜡熟期起整精 会导致糙米率、精米率和整精米率下降,垩白粒率和垩白度 增加,直链淀粉含量和胶稠度升高,蛋白质含量下降,米质 米率和蛋白质含量随收获时间的推迟而提高,至完熟末期 达到最大值,之后又呈下降趋势;直链淀粉含量是随着收获 变差。稀植则有利于提高稻米的糙米率、精米率、整精米率 时间的推迟而渐增;米粒长度则相反,随着收获时间的推迟 和透明度 。 而降低。一般水稻适宜收获期在齐穗后:早籼稻25~30 d,中 3.2肥料肥料对品质的影响分2个方面,一是不同的肥 籼稻30~35 d,晚籼稻35~40 d,晚粳稻40 ̄45 。收获方法 料,二是施肥时间。肥料的三大要素氮、磷、钾对稻米品质的 对稻米的加工品质有明显的影响,机械收割会使加工品质 影响依次是氮>钾>磷。 明显变劣。 氮肥是影响稻米品质的重要因素,适当施用氮肥除提 3.5贮藏技术在温度和稻谷水分含量较高(16%以上) 高产量外,还可以改善稻米的外观、营养和加工品质,提高 的情况下[31,散仓贮存,谷堆将局部发热并霉变,若不及时翻 整精米率,减少垩白度,增加蛋白质含量,促进GC变硬。而 仓暴晒或通风降温、降湿,将使稻米品质严重下降。 且不同的施肥方式对稻米的影响也不同,一次性施氮比生育 参考文献 期均匀施氮能提高AC含量,降低蛋白质含量;分期施氮, [1]环爱华.浅谈稻米品质及其影响因素【JJ.中国稻米,2001(4):8-10. 特别是抽穗期或齐穗期追施氮肥对提高稻米蛋白质含量和 [2]倪善君.影响稻米品质的因素与对策【JJ.垦殖与稻作,2ooo(1):47-49. [3]罗明.稻米品质及其影响因素的分析【J].吉林农业科学,2005,30(1): 降低AC含量效果明显。 l8-20. 增施钾肥能提高整精米率和蛋白质含量,降低垩白率 耿立清.植株农艺性状与稻米品质关系的研究进展fJ].中国稻米, 和垩白度,尤其当钾肥和氮肥配合施用时,改善稻米品质的 2005(1):12—13. f5]刘喜珍.影响稻米品质的因素fJ】.北京农业科学,2ooo(18):20—23. 效果会更佳。适当增施有机肥,稻米的氨基酸含量增加,食 -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ (上接第5081页) 酵条件研究 .工业微生物,2o02,32(2):30—33. 更有效地导致基因突变和染色体畸变。一般常用的剂量掌 【4J刘明启,孙建义,翁晓燕,等.重组毕赤酵母产木聚糖酶条件的优化 .握在菌体死亡率为90.0%~99.9%为宜,但它引起的突变一 浙江大学学报,2006,32(2):222—226. f5】MIN WU,SHI CHANG U,JJAN MING YAP,et a1.Mutant of a 般为正突变小于负突变。 xylanase-producing strain of Aspergi//us n/ger in solid state (3)离子注入技术是一种新型的诱变技术。它与生物体 fermentation by low energy ion implantation【JJ.W0dd Journal of Microbiology&Biotechnology,2005,21(5):1045—1049. 作用,不仅有能量沉积,而且同时有质量沉积,即注入的离子 [6]zENG-uANG Yu.Ion beam application in genetic modiifcation fJ]. 与生物大分子结合成新的分子。它的致死曲线与紫外照射和 IEEE Tmnsaction on Plasma Science,20o0,28(1):l28-132. 鲫Co 射线辐照都不同,另外它还具有损伤低、突变频率高、 [7]ZENGLINANG YU.Theprogress of ion beam bioengineering in ChinaIJ].Solid State Phenomena。2005,107:25—30. 突变谱广、性状稳定等特点,这些都表明它与其他常规诱变 f8】U SHICHAN G’WU MIN,YAO JIANMING,et a1.Mutation screening 及化学诱变过程有明显的差异。可以根据需要通过可控制离 in xylanase-producting strains by ion implantation【JJ.Plasma Science & chnology,2005,7(1):2697—2700. 子的种类、注入参数、注入离子的能量、动量及电荷进行组 [9]LIU J,LIU M,WANG J,et a1.Enhancement of the gibberella zeae 合,为生物体的诱变提供了新的途径。 growth inhibitory lipopeptides from a bacillus subtilis mutant by 参考文献 ion beam implantation叨.Appl MicrobioI BiotechnoI,2o05,I69:223— 228. [1]彭园花,卢红梅,曾祥钦.高产木聚糖酶菌株的诱变筛选及其产酶性 『l0】WU YUE JIN,ZHANG YING,WU JING DE,et a1.Study on the 质Ⅲ.酿酒科技,20O6(10):34—36. variation of the distant crossing rice by ion beam implantationfJ]. 【2]孔健,马贵荣,高培基.黑曲霉固态发酵淀粉渣生产木聚糖酶 食 Plasma Science&Technology。2o05,7(2):2785—2788. 品与发酵工业,1992(3):13—16. 『l l1 YU ZENGLIANG.Introduction to ion beam biotechnology[M].New [3]李蕤,程海燕,张洁,等.产碱性木聚糖酶芽孢杆菌Hs I的筛选及发 York:Springer Press,2006. 

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