D-核糖，是一种极为重要的戊糖。它是生物遗传物质mRNA、rRNA、5sRNA等各种RNA及许多辅酶和维生素的构成成分，在生物体内通常与磷酸共同转运，具有十分重要的生理、生化作用，并且在制药行业、临床医学、食品行业、化妆品和饲料行业等相关行业具有广泛应用，目前D-核糖的工业生产通常采用微生物发酵法。国内目前生产采用的发酵菌种为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）转酮醇酶变异株，它对发酵产物的耐受性较差，发酵转化率较低，从其发酵液中提取高纯度发酵产物也比较困难，尽管采用了多种理化方法进行诱变，但国内该菌株对D-核糖的耐受性没有明显改善，因而其发酵水平一直没有明显提高。作为一种具有独特的诱变机理和生物效应的诱变源，离子束在诱变育种方面的应用极为迅速。离子注入是集物理诱变和化学诱变特性于一体的综合诱变方法，能够在低剂量注入、细胞损伤较轻的情况下，强烈地影响生物细胞的生理、生化性能，造成遗传物质的基本单位——碱基的改变，诱发染色体结构变异。该技术能以较小的生理损伤得到较高的突变率、较广的突变谱，并且具有设备简单、使用方便、成本低廉、对人体和环境无害等优点。在微生物诱变育种的研究中，利用离子注入进行菌种改良已经取得令人瞩目的研究成果。本论文旨在研究低能氮离子注入D-核糖产生菌的诱变效应及其作用机理，并筛选出高产菌株。本论文分四部分对该内容进行了研究，具体如下：第一部分：考察出发菌株的生物转化性能对现有的生产D-核糖的菌株——枯草芽孢杆菌（BacillussubtilisW-1）的生物转化性能进行了考察，结论如下：活化出的该出发菌株的生长速率较快，菌体状况良好，遗传性能稳定，经摇瓶发酵培养72h，其产糖量可稳定在65.3g/L左右，能够用于后续的离子注入诱变。第二部分：研究低能氮离子注入D-核糖产生菌的诱变效应利用离子注入技术诱变D-核糖产生菌——枯草芽孢杆菌转酮醇酶变异株，结果显示，诱变菌种存活率与N+离子注入剂量的关系呈现典型的马鞍型曲线，突变率随剂量的增加而提高，到达一定程度后，再提高剂量，突变率下降，正突变较多出现在偏低剂量中，而负变较多出现在偏高剂量中。根据诱变菌种存活率和正突变率的计算确定离子注入能量10keV，诱变注入最佳剂量为12×10¹⁴ion/cm²。在最佳诱变剂量下筛选获得一株高产稳定的突变菌株。本实验结果与现代育种理论相一致，表明离子注入诱变技术应用于D-核糖产生菌菌种的选育可以获得较为理想的突变株。第三部分：研究低能离子对D-核糖产生菌株的作用机理研究了采用不同剂量低能氮离子辐照后的D-核糖生产菌株的蛋白质表达水平的变化，探索了离子注入对菌体蛋白分子表达层面的影响。对离子注入诱变后的菌体总蛋白进行SDS-PAGE电泳实验，蛋白电泳结果显示，在不同诱变剂量作用下的各菌株蛋白，在许多条带上发生了有无和明暗的变化，表明离子注入对菌体的损伤是可遗传的和多位点广谱型的，从而为进一步定向改造菌株奠定了基础。第四部分：优化高产菌株的发酵条件确定了经过氮（N⁺）离子注入诱变筛选得到的高产菌株BacillussubtilisW-N-23的最佳发酵培养及发酵条件，最大限度的发挥了高产菌株的生物转化性能，提高了D-核糖的产量。根据正交试验结果，最佳发酵培养基的组成是：葡萄糖21.0%、玉米浆2.8%、（NH₄）SO₄0.9%、CaCO₃2.0%、MnSO₄·4H₂O0.005%。确定的最适发酵培养条件为：温度37℃，起始pH7.0，接种量12%，装液量25ml/250ml，摇床转速230rpm。在最佳的发酵培养基和最适宜培养条件下，经摇瓶发酵72h，BacillussubtilisW-N-23产D-核糖可平均达98.2g/L，与出发菌株相比生产性能提高了50.38%。可以考虑将此菌种用于放大发酵试验，更进一步发掘该菌株的生产能力，以期早日应用于工业化，获得经济效益。