电离辐射对微生物的影响

电离辐射对微生物的影响

摘要：电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称，具有较强的辐射形式，其中，高速带

电粒子有α粒子、β粒子、质子，不带电粒子有中子以及X射线、γ射线。这些射线间接地通过引起水及其他物质的电离，形成游离基团（自由基）。再通过这些自由基与生物大分子物质反应并使之失活。

关键词：【电离辐射】、【α射线】、【β射线】、【γ射线】、【微生物】【诱变育种】【辐射灭菌】

前 言

电离辐射产生的自由基没有作用的特异性，它们能作用于一切细胞成分，微生物的死亡通常是它们对DNA作用的结果，而且没有光复活作用。

不同的微生物对电离辐射的敏感性不同。处于不同生理阶段和不同生理状态的微生物细胞对电离辐射的敏感性也不同。护性化合物的存在及其培养基中的含量也会影响微生物对电离辐射的敏感性，这种保护性化合物亦可能在抗电离辐射的微生物中大量存在。

一、电离辐射对微生物影响的机制

一般认为电离辐射有足够的能量首先使水发生电离，产生游离基2OH和H2 ，然后作用于细胞大分子。即

H2O → H2O + e

??

? ｜＿ 2OH + H

H2O + e

O2 + e

??→ H2O?→H2+ OH?

?在有氧的情况下，氧还可以生成一些具有强氧化性的基团：

→O2? O2 +2e→O2

2?这些强氧化性基团使酶蛋白的―SH基氧化，从而引起细胞各种病理的变化。因此，如培养基中氧的浓度高，则微生物对电离辐射敏感，已被辐射破坏。若用惰性气体代替氧气，或在培养基中加入含―SH基的化合物，可增强微生物对辐射的稳定性，减少辐射对细胞的损伤作用。

二、常见电离辐射对微生物影响优缺点的比较 1. X射线对微生物的影响

X射线：—高能电子兹波 0.6~1360A波长范围0.1~0.01nm，具有杀菌和诱变作用。波长越短、杀菌力越强，致死量以内的X射线可使微生物发生突变。χ射线在10~20cm照射2~30min可以杀死平板上大肠杆菌、炭疽杆菌、芽孢杆菌、白喉棒状杆菌和葡萄球菌等，但对液体培养基杀伤力不大。。 2．γ射线对微生物的影响

γ射线：辐射源是钴、銫及核反应堆。波长范围（0.01~0.001nm）。比X 射线能量更高、穿透力更强，主要用于外照射，是目前辐射育种中最常用的射线之一。

1

3．?与?射线对微生物的影响

?射线：一般的微生物对?射线很敏感，而有一种嗜极菌对?射线的抗性很强，他能够暴露于数千倍强度的辐射下扔能存活，该细菌的染色体在接受1310Gy以上的?射线后被破碎为数百个片段，却能在一天自我修复成原样。

?射线：由电子或电子束组成的射线束，由加速器产生。穿透力强，电离能力弱。

X射线的杀菌力不如紫外线，作用较慢。?与?射线的电离辐射作用较强，具有抑菌或杀菌作用；?射线的电离辐射作用弱，仅有抑菌作用和微弱的杀菌作用。但?与?射线穿透力强。在实际工作中主要是X、?和?射线，用于消毒、食品保藏和育种等方面。?射线、高能质子、中子等因缺乏穿透力而不实用。利用X 射线和?射线可以诱导微生物变异，筛选优良菌种。

4

三、不同种微生物、微生物不同生长阶段对电离辐射的敏感程度不同

1)、单细胞菌比较敏感，小球菌和链球菌抗性较强，芽孢有较强抗性。 2）、芽胞比繁殖体对辐射更有抵抗性。

革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对辐射更有抵抗性。 酵母比霉菌对辐射更有抵抗性

四、影响微生物抵抗辐射的因素

细菌的数量 细菌的类型 细菌的年龄 氧气的存在与否

五、电离辐射在微生物领域技术的应用 1. 在作物育种中的应用

电离辐射具有产生早熟、矮秆、抗病、株型和育性突变的特点，在育种中应充分运用和发挥这种特点，使之与育种目标紧密结合起来，已达到选育目的，比如在早熟性的选择上，应注重对前期营养生长和穗分化时间较长但后期籽粒灌浆快这类突变进行选择，实现早熟与高产的结合。

2. 医疗用品中辐射灭菌的研究应用

医疗用品辐射灭菌是50年代末发展起来的一种新的灭菌工艺，它相对常规加热灭菌和化学灭菌具有以下优点：1）灭菌均匀彻底，能杀死各种细菌微生物（包括病毒）；2）价格便宜，节约能源；3）可在常温下灭菌，特别适用于热敏材料；4）由于?射线穿透力很强，产品可以在包装后进行灭菌，灭菌后可长期保存，特别适用于备战和偏远地区；5）无化学残留物，不污染环境。 3. 在食品保藏中的应用

辐射耐贮杀菌：低剂量照射（抑制发芽；杀灭昆虫和寄生虫；延缓水果和蔬菜的后熟过程） 辐射巴氏杀菌：中剂量照射（杀菌、防腐；延长保藏期；改良食品的工艺品质） 辐射商业杀菌：高剂量照射（香料、调味品的商业杀菌）

2

六、电离辐射对微生物影响的研究示例

示例一：X射线对酵母菌繁殖的作用研究

中国科学院微生物研究所的薛禹谷、尹光琳等证明在一定的γ射线剂量范围内，对对数期生长曲线式中的K值无影响，各种剂量处理后，酵母菌的生长曲线主要取决于存活的细胞数；酵母经γ射线照射后存活下来的菌数一旦进入对数期后，则其分裂能力基本不受影响。 一、 材料和方法

菌种：中国学院微生物研究 所保藏的saccharomyce cerevisiae，菌系R，菌号：2.576 菌悬液制备和干重测定：将培养在1.0Bcix麦芽汁斜面上48 小时的菌种速擅移种两次后接种到含1.0Bcix 麦芽汁洋菜培养基的克氏瓶内 ，28°C培养48 小时后， 将菌体用无菌自来水洗下， 离心清洗3次， 再经抽滤后， 按菌体湿重配成2% 的悬液 ，袖胞浓度在6310和1310 之间。 射源：X射线

照射方法：将摇匀的菌悬液13毫升 ,放在预先灭菌上包以玻璃概的培养皿( 内径5.7 厘米, 高度1.6 厘米),直接放在射源下在空气中照射，各种剂量处理用时间长短进行调节。 二、实验结果

1. 不同生长时期的酵母菌对X 射线的敏感性

将不同生长时期（5小时，17小时，48小时）的2%酵母菌悬液，经15krX射线照射，稀释到10

?578 后取出0.05ml加在略为晾干的10Brix麦芽汁洋菜培养基上，涂匀，在28°C

存 活 率 % 差异显著性 t=2.91 p＜0.05 t=3.67 p＜0.05 % 19.1±0.8 11.9±0.6 4.2±0.1 出 芽 率 差异显著性 t=4.24 p＜0.05 t=6.42 p＜0.05 培养48小时后，计算生长菌落数，以平衡进行的对照菌数为100%，计算其存活百分数。 培养时间（小时） 5 17 48 85.6±8.1 79.2±5.1 93.3±4.2 结论：不同生长时期的酵母菌对X 射线的敏感性有显著性差异，酵母菌在培养17 小时，即在对数分裂时期对X 射线最敏感，而在培养5小时，即延迟期末次之，以培养48小时 ，即停滞期最不敏感，故通常照射时大多采用培养16—24小时的菌体较多。 2. 射技对酵母菌存活率的影响

将受不同剂量X射线（5kr、15kr、20kr、25kr、75kr、150kr）照射过的2%菌悬液进行稀释，如前进行平板测定，重复五次，如图：

结论：酵母菌存活细菌数的对数随剂量增加而下降，在我们所用剂量范围内，二者近似于S形关系。 3. X射线对酵母菌细胞繁殖的影响

酵母细胞增长曲线中对数期的线段方程式

n=neoe

log neo随X射线剂量增加而减少，并和log neo有一定线性关系。

3

kt示例二：β射线（P

32）对微生物的发育及其生理活动性的作用

中国科学院林业土壤研究所的戴祥鹏、段俊英、张宪武利用低剂量的射线对微生物的发育及其生理活动性的作用进行如下研究

β射线源：放射性元素P

32（KH2P

32O4）

实验菌种：大豆根瘤菌E203号，固氮菌230号和矿化有机磷细菌169号

实验操作：大豆根瘤菌培养在酵母甘露蜜醇液体培养基中，固氮菌培养在无氮的Ashby培养基中，矿化有机磷细菌培养在蒙基娜液体培养基中。将上述培养基20ml装于125ml的三角瓶中，加入不同剂量的同位素P，灭菌后每瓶接入1ml细菌悬浮液。种菌培养在28°C培养箱中，一周后用直接计数法计数。用奈氏法测定固氮菌和大豆根瘤菌的固氮力，用组蓝法测定矿化有机磷细菌的矿化力。

实验结果：加入低剂量的放射性同位素P不仅对三种细菌的发育有良好的作用，而且提高了他们的生理活动性。

示例三：γ射线辐照对水产品中微生物的致死效应研究

中国农业科学院原子能利用研究所的王传耀、高美须等用不同剂量的钴60γ射线辐照处理淡水鱼和贝壳类海产品扇贝肉的生冷制品，可以明显杀死其中的微生物。

材料：鳄鱼为从鱼肠购买的鲜活品，毛蛤肉为沿海水产加工部购买的新鲜冷制品。 方法：（1）材料处理 把肉打碎，称取20g放入试管待用；

（2）辐射剂量：0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0kgy （3）样品微生物分离测定，采用琼脂培养基和平板稀释分离法，培养温度35°C，

培养时间36—42h

结果：实验证明，4.0kGy辐照可以全部杀死鳄鱼肉中的微生物，5.0kGy辐照可以杀死蛤肉中99.97%的微生物。经对辐照鳄鱼的保存试验观察，4.0kGy辐照处理的鳄鱼，在0°C左右条件下贮存150d，仍保持良好的新鲜度。

参考文献：

1. 周群英、王士芬，《环境工程微生物》第三版，高等教育出版社； 2. 杨汝德，《现代工业微生物》，华南理工大学出版社； 3. 诸葛健，《微生物学》第二版，科学出版社；

4. http://www.tech-food.com/kndata/1008/0017889_4.htm 5. http://baike.http://www.china-audit.com//view/584591.html

4