淺談離子束生物工程技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)在狀況及發(fā)展前景,生物工程論文內(nèi)容摘要：離子束生物工程技術(shù)作為一門起源于我們國(guó)家的穿插學(xué)科,與其它傳統(tǒng)的輻射誘變方式方法相比,具有更高層次的生物效應(yīng),為生物遺傳改進(jìn)和基因工程開拓了新途徑。近年來(lái),我們國(guó)家離子束生物工程技術(shù)得到迅速發(fā)展,在相關(guān)領(lǐng)域獲得了階段性成果,將有助于加深人們對(duì)離子束生物工程技術(shù)的了解和關(guān)注。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：離子束;生物工程技術(shù);遺傳改進(jìn);離子束是指將元素的離子經(jīng)過高能加速器作用后所獲得的放射線。離子束與生命物質(zhì)之間建立的關(guān)系可追溯到上世紀(jì)80年代,中科院余增亮研究員將超低能N+離子注入水稻干種子中,在短時(shí)間內(nèi)育成幾個(gè)新品種,讓人們開場(chǎng)認(rèn)識(shí)到離子束在生物學(xué)領(lǐng)域的宏大前景。與傳統(tǒng)誘變?cè)聪啾?離子束具有高傳能線密度、尖銳的電離峰和低氧增比,可精到準(zhǔn)確控制入射深度和部位,產(chǎn)生能量沉積、動(dòng)量傳遞、質(zhì)量沉積和電荷交換等生物效應(yīng),進(jìn)而引起基因突變。作為一門穿插學(xué)科,離子束生物工程技術(shù)已越來(lái)越遭到國(guó)內(nèi)外專家關(guān)注,我們國(guó)家作為其自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)擁有國(guó),也在相關(guān)領(lǐng)域獲得了重要的階段性成果。本文將就離子束生物工程技術(shù)在我們國(guó)家的應(yīng)用與研究進(jìn)展進(jìn)行回首與瞻望,以期為今后的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。1在植物遺傳育種方面作為離子束生物技術(shù)應(yīng)用的最早領(lǐng)域,相較于傳統(tǒng)誘變方式方法,利用離子注入方式方法進(jìn)行植物誘變育種,在質(zhì)量、能量、電荷三因子協(xié)同作用影響下,可產(chǎn)生豐富的基因突變,且變異幅度大、頻率高、良性多,已成為我們國(guó)家植物品種改進(jìn)有效手段之一。從上世紀(jì)80年代起,安徽省農(nóng)科院水稻所、浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)即先后開展這方面的研究,并先后成功選育S9042、早秈14、D9055、早秈903等多個(gè)水稻新品種,經(jīng)大規(guī)模推廣應(yīng)用,效果顯著。用16O8+輻照春小麥風(fēng)干種子,成功育成我們國(guó)家第一例重離子束輻照小麥新品種隴輻2號(hào)[1]。將經(jīng)低能Ar+和N+注入的番茄種子進(jìn)行培育,其果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)明顯提高[2]。利用12C6+輻照大蔥種子,其M1代結(jié)果期的株高、白長(zhǎng)、花序直徑和種子產(chǎn)量明顯增加[3]。將N+誘變后的茶樹為原料進(jìn)行選育繁衍,成功選育茶農(nóng)8號(hào)、茶農(nóng)1號(hào)新品種[4]。對(duì)雞冠花離子注入處理,其M1代生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期有效提早,株高、冠幅、葉形、分枝等均有顯著差異[5]。用離子輻照永19玉米自交系,其后代植株株高、穗位高與對(duì)照相比變異極顯著[6]。隨著研究技術(shù)的不斷提高,誘變的植物品種越來(lái)越多,其方式方法也越來(lái)越成熟。2在微生物品種改進(jìn)方面自1994年發(fā)現(xiàn)離子注入鏈霉菌產(chǎn)生誘變效應(yīng)以來(lái),我們國(guó)家在微生物品種改進(jìn)領(lǐng)域獲得了豐富成果,在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到廣泛應(yīng)用。運(yùn)用離子注入技術(shù)進(jìn)行微生物誘變育種,可表現(xiàn)出較高的突變率和誘變效率。利用低能N+注入擬威克酵母,成功選育出突變菌株,其槐糖脂含量提高84.71%,有效解決了槐糖脂在藥物方面的需求[7]。利用N+對(duì)紅曲霉M14進(jìn)行誘變后,其誘變菌株發(fā)酵產(chǎn)物中洛伐他汀含量相對(duì)出發(fā)菌株提高70%,具有一定的應(yīng)用價(jià)值[8]。采用N+注入對(duì)出發(fā)菌株米根霉PW352進(jìn)行誘變改進(jìn),得到突變米根霉菌株RLC41-6,其L(+)-乳酸生產(chǎn)能力和速率均大幅提高[9]。利用低能N+注入誘變深黃被孢霉As3.3410菌株,挑選得到突變株F312,其-亞麻酸產(chǎn)量比原菌株提高了157.5%[10]。利用12C6+輻照酵母,選育出高產(chǎn)突變菌株C03A,發(fā)酵速率、發(fā)酵產(chǎn)酒率大幅提高[11]。利用N+注入誘變,挑選出高產(chǎn)瓊膠酶菌株WL-15,其產(chǎn)酶活力顯著提高[12]。隨著離子束注入技術(shù)在微生物品種改進(jìn)方面的不斷發(fā)展,為我們國(guó)家食品加工、藥物、能源等行業(yè)提供了越來(lái)越多的新菌種,并順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,創(chuàng)始了我們國(guó)家微生物育種應(yīng)用的嶄新局面。3在介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因方面相比電激法、基因槍法等傳統(tǒng)方式方法,使用離子束注入進(jìn)行介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)移,取材方便,可直接利用種胚和愈傷組織等作為外植體進(jìn)行操作;由于刻蝕作用產(chǎn)生的微孔,可為外源基因進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部提供便利;由于電荷交換作用,可使本身帶有的正電荷在微孔內(nèi)大量積累,對(duì)帶負(fù)電荷的外源基因產(chǎn)生吸引;離子束注入時(shí)造成的微孔內(nèi)部分染色體損傷,可為外源基因進(jìn)入受體細(xì)胞后進(jìn)行整合重組提供便利。我們國(guó)家自1989年初次證實(shí)離子束可用于基因工程以來(lái),已先后在水稻、小麥以及棉花多種高等植物及部分微生物上獲得成功。將經(jīng)N+注入的小麥種子浸泡在小黑麥全基因組DNA中進(jìn)行選育,構(gòu)成的變異材料蛋白含量及品質(zhì)均明顯提高[13]。利用Ar+處理,將白棉全DNA導(dǎo)入彩棉墾綠一號(hào)中,使受體后代變異頻率有效增加,受體彩棉抗病性顯著加強(qiáng)[14]。通過低能Ar+和N+注入介導(dǎo),成功獲得多株遺傳穩(wěn)定、高含量的生物合成甘草酸(GA)、甘草次酸(GAs)重組酵母菌[15]。利用Ar+、N+介導(dǎo)技術(shù),將藍(lán)麻黃基因組DNA成功轉(zhuǎn)移到釀酒酵母、漢遜酵母中,其重組菌株胞外麻黃堿、偽麻黃堿含量大大提高[16]。利用N+注入介導(dǎo),成功獲得多株遺傳性狀穩(wěn)定的產(chǎn)麻黃堿、偽黃堿重組酵母工程菌株[17]。作為近年來(lái)發(fā)展的生物工程技術(shù),離子束介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因法的應(yīng)用對(duì)我們國(guó)家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。4在其它研究領(lǐng)域方面由于離子束注入時(shí)需要短暫真空、低溫環(huán)境,使大多數(shù)動(dòng)物受體無(wú)法耐受,所以相比擬在植物、微生物改進(jìn)方面的快速發(fā)展,離子注入在動(dòng)物方面的研究一直進(jìn)展緩慢,當(dāng)前只集中在家蠶與果蠅等動(dòng)物。在環(huán)境保衛(wèi)和治理領(lǐng)域應(yīng)用則逐步增加,當(dāng)前主要應(yīng)用在污水處理、土地荒漠化治理等方面。通過離子束注入誘變,對(duì)活性污泥進(jìn)行輻照,可有效降解污水中的有機(jī)廢物;利用離子束改進(jìn),可促使植物根系產(chǎn)生有機(jī)酸以供土壤微生物生長(zhǎng),有利于土壤微生物在沙地中固氮、解磷、解鉀,為植物提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),該技術(shù)經(jīng)國(guó)家863課題離子束植被改進(jìn)與新材料聯(lián)用固沙技術(shù)實(shí)際應(yīng)用,效果良好。除此之外,在生命起源和人類健康領(lǐng)域也有一定研究,作為當(dāng)前最先進(jìn)的癌癥治療手段,離子束技術(shù)具有正常組織損傷小、靶區(qū)腫瘤細(xì)胞殺滅徹底、定位精到準(zhǔn)確、毒副作用小等特點(diǎn),在臨床醫(yī)學(xué)十分是深部腫瘤治療方面已得到廣泛應(yīng)用。我們國(guó)家也成為繼美、日、德之后,第四個(gè)將重離子束技術(shù)應(yīng)用于腫瘤治療的國(guó)家。5結(jié)束語(yǔ)離子束生物工程技術(shù)作為一門起源于我們國(guó)家的穿插學(xué)科,以其誘變變異頻率高、生理?yè)p傷輕、突變譜廣、存活率高、技術(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),已逐步成為生物培養(yǎng)與改進(jìn)的重要手段之一,為生物遺傳改進(jìn)和基因工程開拓了新途徑。本文分別就近年來(lái)離子束生物工程技術(shù)在植物遺傳育種、微生物品種改進(jìn)、介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因以及環(huán)境治理、生命起源和人類健康等方面的應(yīng)用進(jìn)展和一些階段性成果進(jìn)行了闡述,并對(duì)其將來(lái)的應(yīng)用前景進(jìn)行了瞻望,將有助于加深人們對(duì)離子束生物工程技術(shù)的了解和關(guān)注。以下為參考文獻(xiàn)[1]趙連芝,王浩瀚.重離子輻照選育春小麥新品種初探[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2006,15(03):1719.[2]段紅英,李新偉,等.低能離子束對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2020,42(08):168171.[3]李姝汶,王曉軍.12C6+高能重離子輻照大蔥損傷及其分子生物學(xué)效應(yīng)[J].原子核物理評(píng)論,2018,27(03):328334.[4]王朝霞,李葉云.N+離子注入對(duì)茶樹生化成