离子束生物工程技术简介_生物工程专业简介

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离子束生物工程技术简介 离子束生物工程技术简介 工程中科院等离子体物理研究所从上世纪 80 年代末开创了离子束生物工程学这一交叉 学科，利用低能离子束与生物体相互作用原理，发明了离子束生物工程改良品（菌）种 的方法。离子束生物学在国家自然科学基金重点、重大项目及国家 “八五”、“九五”、“十五”“十一五”重点科技攻关项目、“863”项目、农业成果转化基金等和中国科 学院及安徽省科技项目支持下，经过多年发展，基础研究和应用研究取得了一系列创新 成果，创造了显著的社会经济效益。八十年代中，正当国内外兴起离子注入材料表面改性研究时，中国科学院等离子体 所与安徽农业科学院水稻研究所科技人员用 30keV 的氮离子注入水稻干种子后发现显著 的诱变效应，以后又陆续发现一些新现象：如注入离子在种子里长距离穿射和高速率溅 射，低能离子与生物分子相互作用只要反应体系里有氮参与都有一定的几率形成氨基 酸，以及离子注入条件下出现的生物反常辐照损伤、当代可遗传突变等等现象。这些现 象后来被国内外科学家所证实。例如，低剂量下生物体呈现的“反常辐照损伤”（hyper-radiosensitive response，HRS’）现已成为辐射生物学研究的热点之一。因 此，低能离子与生物体相互作用是一个客观存在的有重大应用背景的科学问题。这一科 学问题的提出和研究在有关论著中得到高度评价。《核技术》（科学出版社）认为：“余 增亮小组利用核物理实验方法、手段、概念探索离子注入生物体后产生的物理和生物现 象…，形成了很强的交叉领域，孕育着交叉学科”。杨垂绪（美）在《太空放射生物学》（中山大学出版社）中将此列为重离子生物学发展的一个阶段，并做了详细介绍。丘冠 英在《生物物理学》（武汉大学出版社）一书中认为：这“形成了辐射生物学的一个新 领域－低能重离子生物学，引起了国内外的关注” 离子束生物技术具有很多优点：一是诱变的变异频率高，可选择注入的离子种类多 样，而且其质量、能量、电荷可有多种组合，所以其产生的诱变结果和效应也是多种多 样的；二是变异谱宽，离子束能产生较高的电离密度，使 DNA 产生严重损伤，其作用于 植物体后可获得较高的变异频率和较广的突变谱，易于筛选出先新的突变体；三是变异 稳定快，离子注入造成的损伤不以修复，突变体稳定较快；四是技术稳定可靠，简单易1技术委员 会得，经加速后的离子具有一定的静止质量，注入生物体后可以使质量、能量、电荷共同 作用于生物体。因此离子束生物技术成为生物培

养与改良的重要手段之一，离子束生物 工程技术经过短短二十年的探索，已经从基础理论阶段进入到理论研究与实际应用相结 合达到的阶段，在农作物诱变育种、工业微生物育种、植物转基因、人类健康等方面取 得了阶段性的成果。在市场方面，过去的产业化事例说明，离子束微生物技术具有极强的竞争力。离子 束修饰的花生四烯酸（AA）产生菌，50 吨罐发酵，占总脂 50%以上，在 AA 得率达到 5.8g/L，处于国内外最好水平。1999 年成立国内第一家生产 AA 的专业化公司武汉烯王生物工程 有限公司。当时，罗氏、巴斯夫和美国惠氏公司等正在中国推出 AA 产品。AA 产品的投 产，将国外公司挤出中国市场，并出口欧洲、美国、南美和东南亚 20 多个国家和地区。再以维生素 C 为例：我国维生素 C 年出口四万吨。1995 年罗氏、武田等跨国公司掀起价 格大战，使我国 Vc 行业损失惨重。1998 年，离子束创制的高性能维生素 C 催化剂，将 糖-酸克分子转化率从 80%以下提高到 95%以上，在江山制药公司和东北制药总厂一次试 产成功。新产品（后流入威尔康，说明我国四大 Vc 企业中已有三家使用）的投产，仅 江山制药每年增加效益就达 2000 多万元，对保住和开拓我国国际市场份额起了重大作 用。2001 年，经离子束修饰的耐高温 Vc 催化剂，使我国的竞争力再次加强。到 2002 年，终于迫使罗氏出售 Vc 生产部，巴斯夫关闭武田生产线，国家出口创汇因此增加 2000 万美元。2