工业微生物育种学1
0710009_微生物育种学课后习题答案
0710009_微⽣物育种学课后习题答案《微⽣物遗传育种》复习思考题01 绪论1、⼯业微⽣物菌种应具有哪些基本特征？①纯种；②遗传稳定；③易⽣长发育繁殖；④抗杂菌能⼒强；⑤对诱变剂敏感；⑥⽣产产物品质好、产量⾼、产出快。
02 第四章⼯业微⽣物育种诱变剂1.紫外线诱变育种的作⽤机制及步骤。
紫外线的光谱范围为40~390nm，其中有效的诱变波长为200~300nm，DNA 吸收峰值在254nm处，此时诱变效果最好。
UV 诱变的主要原因是单链相邻碱基或双链间形成嘧啶⼆聚体。
单链TT⼆聚体易造成复制在该处停⽌或碱基错误插⼊该缺⼝形成突变；双链间TT⼆聚体交联，减弱双键间氢键的作⽤，并引起双链结构扭曲变形，阻碍双链分开，使复制⽆法进⾏。
最终引起碱基置换、缺失或移码。
A和T的⽐例越⾼，对紫外线就越敏感。
步骤：①出发菌株；②前培养（加酵母膏等，⽬的是培养细菌到对数期；霉菌、放线菌孢⼦刚萌发）；③制备菌菌悬液；④紫外线照射；⑤后培养（加⾊氨酸、异烟肼等，⽬的是抑制修复、减少死亡、促进正突变体增殖）；⑥稀释涂⽫。
紫外辐射剂量：绝对剂量单位erg/mm2，要剂量仪测定，较⿇烦；相对剂量单位⽤照射时间或杀菌率表⽰，⼀般认为以杀菌率90%~99.9%较好。
15W紫外灯波长集中在253.7nm，诱变效果⽐30W的好。
2.突变后其基因型是否会很快表现？为什么？表型延迟2代以上，原因有：1、与诱变剂性质和细胞壁结构组成有关；2、当突变发⽣在多核细胞中的某⼀个核，该细胞就成为杂核细胞了；3、原有基因产物的影响。
（产⽣原因：①分离性迟延现象②⽣理性迟延现象）3.物理诱变剂主要有哪⼏类？请举例？紫外线，X射线，γ射线，快中⼦，α射线，β射线，微波，超声波，电磁波，激光射线和宇宙射线等。
4.化学诱变剂主要有⼏⼤类？碱基类似物；脱氨剂；烷化剂；羟化剂；⾦属盐类；吖啶类；秋⽔仙碱等。
5、使⽤化学诱变剂时需要注意什么？1.诱变剂量：主要取决于化学诱变剂浓度和处理时间，化学诱变使⽤剂量要以诱变效应⼤，⽽副反应⼩为原则。
工业微生物基因育种
• 引言 • 工业微生物基因育种技术概述 • 工业微生物基因育种的应用 • 工业微生物基因育种的挑战与前景 • 结论
01
引言
主题简介
工业微生物基因育种是一门新兴的生物技术领域，旨在通过 基因工程技术对微生物进行遗传改良，以提高其生产能力和 性能，从而在工业生产中发挥重要作用。
01
03
工业微生物基因育种技术的发展，推动了生物制品、 生物能源、生物材料等领域的创新和应用，为人类社
会的可持续发展提供了有力支持。
04
工业微生物基因育种在提高微生物生产效率、降低生 产成本、减少环境污染等方面发挥了重要作用，为工 业生物技术的发展做出了重要贡献。
对未来研究的建议
深入研究工业微生物基因育种的机制 和原理，探索更高效的基因编辑技术 和方法，提高育种效率和成功率。
工业微生物基因育种涉及多个学科领域，包括分子生物学、 遗传学、生物化学和微生物学等，是现代生物技术的重要组 成部分。
研究背景和意义
随着生物技术的迅速发展，工业微生 物基因育种在许多领域中得到了广泛 应用，如生物能源、生物材料、生物 制药和化学品生产等。
此外，工业微生物基因育种还有助于 推动相关产业的发展，促进经济增长 和就业，对国家和社会的发展具有重 要意义。
改良微生物性能
提高耐受性
通过基因工程技术提高微生物对 高温、高盐、高酸、高碱等极端 环境的耐受性，使其能在恶劣条
件下生长。
增强抗性
通过基因工程技术增强微生物对抗 生素、重金属、氧化剂等有害物质 的抗性，提高其生存能力。
优化产物
通过基因工程技术优化微生物产生 的化合物，提高其纯度、产量和稳 定性。
开发新微生物品种
基因表达调控机制不明确
工业微生物育种学PPT课件
代谢流量调控
通过调节代谢流量，改变代谢产物的合成途 径和合成量，从而获得具有新性状的工程菌。
组合育种与高通量筛选
组合育种
将不同的育种方法进行组合，综合利用各种 方法的优势，提高育种效率和成功率。
高通量筛选
利用高通量筛选技术，快速、高效地对大量 菌株进行筛选，寻找具有优良性状的菌株。
04
工业微生物育种实践与应 用
05
工业微生物育种面临的挑 战与未来发展
基因编辑技术的伦理与法规问题
伦理问题
基因编辑技术对人类基因的干预引发了关于人类尊严 、生命伦理等方面的争议。在工业微生物育种中，应 充分考虑伦理原则，尊重生命、维护人类尊严。
法规问题
随着基因编辑技术的不断发展，各国政府正在制定相关 法律法规，以规范技术的合理应用。在工业微生物育种 中，应遵守相关法规，确保技术的合法性和安全性。
提高产率与生产效率
总结词
通过育种手段优化微生物的代谢途径，提高目标产物 的合成效率。
详细描述
工业微生物育种学通过基因工程技术对微生物进行改 造，优化其代谢途径，提高目标产物的合成效率，从 而提高整个生产过程的产率与生产效率。
降低生产成本与资源利用
要点一
总结词
降低生产成本，提高资源利用率，实现可持续发展。
特点
工业微生物育种学具有高度的应用性和实践性，强调对微生物的遗传特性和代 谢机制的深入理解，通过定向改造和优化微生物，实现工业生产的可持续发展 和高效性。
重要性及应用领域
重要性
随着生物技术的迅猛发展，工业微生物育种学在提高工业生产效率、降低成本、减少环境污染等方面发挥着越来 越重要的作用。通过对微生物的遗传改良，可以突破传统育种方法的限制，实现高效、精准的工业生产。
工业微生物育种学实验
细菌营养缺陷型菌株的诱变和筛选鉴定实验目录：1.实验的准备：实验设计（或计划）；领用物品；洗刷器皿；配制培养基等。
2.实验样品的采集：样品的采集和培养；性状观察；基本数据测定。
3.菌种筛选与性能调节：根据菌种特点培养，使达到诱变条件。
4.诱变处理条件预实验：诱变剂种类的选择；诱变剂量的确定；诱变过程：（手段或措施、终止、防护）5.诱变处理及延迟处理：从突变到突变体的过程。
（处理方法）6.突变体初筛：淘汰野生型（方法、过程）7.突变体复筛：筛选突变型（方法、过程）8.突变型的鉴定：对产生的突变型进行区别、鉴定（方法、过程）一、实验目的要求了解营养缺陷型突变株选育的原理。
学习并掌握细菌氨基酸营养缺陷型的诱变、筛选与鉴定方法。
二、实验原理营养缺陷型是指野生型菌株由于某些物理因素或化学因素处理，使编码合成代谢途径中某些酶的基因突变，丧失了合成某些代谢产物(如氨基酸、维生素)的能力，必须在基本培养基中补充该种营养成分，才能正常生长的一类突变株。
这类菌株可以通过降低或消除末端产物浓度，在代谢控制中解除反馈抑制或阻遏，而使代谢途径中间产物或分支合成途径中末端产物积累。
在氨基酸、核苷酸生产中已广泛使用营养缺陷型菌株；也可用于遗传学分析、微生物代谢途径的研究及细胞和分子水平基因重组研究中作为供体和受体细胞的遗传标记。
营养缺陷型筛选一般分四个环节，即诱变剂处理、营养缺陷型浓缩、检出和鉴定。
诱变处理突变频率较低，只有通过淘汰野生型，才能浓缩营养缺陷型而选出少数突变抹。
浓缩营养缺陷型有青霉素法、菌丝过滤法、差别杀菌法和饥饿法四种。
检出营养缺陷型也有逐个测定法、影印培养法、夹层培养法和限量补给法四种。
鉴定营养缺陷型一般采用生长谱法。
本实验选用紫外线为诱变剂，来诱发突变，并用青霉素法淘汰野生型，逐个测定法检出缺陷型，最后经生长谱法鉴定细菌的营养缺陷型。
三、实验材料(一)菌种E.coli(二)培养基、1LB培养液：酵母膏，0.5g；蛋白胨，1g；NaCl，0.5g；水，100ml，pH7.2 121℃灭菌15min22×LB培养液：其它不变，水，50ml。
工业微生物育种学重点整理
1)工业微生物：在发酵工艺中已经应用的或者具有潜在应用价值的微生物。
2)用于工业生产的微生物微生物菌种的特征：1.遗传稳定2.多产3.纯种4.生长旺盛5.产生产物时间短6.产物易分离7.抗性强8.能保持较长的良好经济性能9.菌株对诱变剂处理较敏感10.在规定的时间内，菌种必须产生预期数量的目的产物，并保持相对的稳定。
3)自然选育方法：诱变育种、杂交育种、代谢控制育种、基因工程育种。
4)基因突变：是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。
特点：自发性、诱发性、独立性、稀有性、遗传性、可逆性、不对应性。
1.同义突变和无义突变2.错义突变3移码突变。
突变的表现型：形态突变型、生化突变型（营养缺陷型）、条件突变型（温度突变型）、抗性突变型、抗原突变型、产量突变型。
突变修复：光修复、切补修复、重组修复、SOS修复、DNA聚合酶的校正作用。
表现延迟：微生物通过自发突变或人工诱变而产生的新基因型，需要经过2个世代以上繁殖复制才能表现出来。
（波动实验）5)诱变剂：凡能诱发生物基因突变，并且突变频率远远超过自发突变率的物理因子或化学物质。
种类：物理诱变剂、化学诱变剂、生物诱变剂。
6)紫外线诱变：光谱范围40~390nm。
有效波长200~300nm。
最有效的波长253.7nm。
相对剂量15w 30cm 紫外线诱变机制：形成嘧啶二聚体。
紫外线诱变的步骤和方法：1.出发菌株的选择2.将菌种培养到最佳生理状态（对数期）约16~24小时。
霉菌和放线菌培养到大部分孢子刚刚萌发3.制备菌悬液4.紫外线照射：紫外灯先预热20分钟稳定光波取单细胞悬液5~6ml于于灭菌培养皿中放在离灯30cm处5.后培养6稀释涂皿。
7)化学诱变剂：是一类能对DNA起作用改变起结构并引起遗传变异的化学物质。
种类：碱基类似物、烷化剂、移码突变剂特点：作用专一性、具有毒性、90%以上是剧毒药品或者致癌物质。
8)碱基类似物：是一类和天然的嘧啶嘌呤等四种碱基分子结构相似的物质。
诸葛健工业微生物育种学复习思考题参考答案
2.在体外(如试管中)利用DNA聚合酶进行DNA合成时需要添加哪些成分。
四种脱氧核苷酸、引物、DNA聚合酶、模板链。
3.大肠杆菌的转录终止子有哪些种类，各有什么特点。
蛋白质翻译的终止密码子有哪几种?大肠杆菌存在两类终止子：(1)不依赖于ρ因子的终止子，或称为简单终止子。
能形成发夹结构外，在终点前还有一系列(6个)尿苷酸；回文对称区通常有一段富含G-C的序列寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板rU-dA组成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配对结构；当聚合酶暂停时，RNA-DNA杂交分子解开，转录终止。
(2)依赖于ρ因子的终止子。
回文结构不含富有G-C区；回文结构之后也没有寡聚U，必须在ρ因子存在时才发生终止作用，ρ因子结合在新合成的RNA上，借助水解NTP获得的能量沿RNA链移动。
RNA聚合酶遇到终止子时发生暂停，ρ因子追上酶，ρ因子与酶相互作用，造成RNA释放。
ρ因子与RNA聚合酶一起从DNA上脱落，转录终止。
蛋白质翻译的终止密码子有UAA、UAG、UGA4.用基因工程手段将一个大肠杆菌的乳糖操纵子的阻遏蛋白基因敲除后，这大肠杆菌的β-半乳糖苷酶基因是否在任何情况下都表现为高水平的转录。
不是，乳糖操纵子不仅有反式作用元件（乳糖阻遏子）还受顺时作用因子（DNA 序列如启动子等）的调控。
LAC子CAP是一个积极的乳糖阻遏蛋白的调节是一个负调节因子，两个调整机构调整的基础上存在的碳源性质和协调乳糖操纵子的表达水平。
5.基因发生移框突变后，基因编码的蛋白质一般是变得更短还是更长，为什么?移框突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。
因此这个不一定。
如果移码后，出现了新终止子，就变短了。
如果没有了终止子，就变长了。
无论变长或变短，都不一定有活性。
6.请设想一种利用转座子向工业微生物菌种中导人外源基因的方案.转座子(Transposon)，又名转位子、跳跃基因是一类DNA序列，它们能够在基因组中通过转录或逆转录，在内切酶的作用下，在其他基因座上出现。
工业微生物育种学
工业微生物育种学一、微生物资源多样性微生物资源多样性是工业微生物育种学的基础。
微生物世界中存在着广泛的物种多样性，这些物种具有各种各样的生理生化特性，能够产生丰富的代谢产物。
了解和利用这些多样性，是进行工业微生物育种的前提。
二、遗传物质基础遗传物质基础是工业微生物育种学的核心。
掌握微生物的基因组结构、基因表达调控等基本遗传信息，有助于我们理解微生物的生长、代谢等生命活动，以及如何对其进行改造和优化。
三、突变机制与诱变育种突变机制与诱变育种是工业微生物育种学的重要手段。
突变是指基因组中DNA序列的改变，而诱变育种则是利用诱变因素诱导微生物发生突变，再从中筛选有益突变株的方法。
了解突变机制有助于我们预测和控制突变的发生，提高育种效率。
四、基因工程育种基因工程育种是工业微生物育种学的核心技术。
通过基因工程技术，我们可以精确地对微生物进行遗传改造，实现定向进化，提高微生物的生产能力和性能。
基因工程育种具有精度高、见效快等特点，已成为工业微生物育种的主要手段。
五、菌种筛选与初筛技术菌种筛选与初筛技术是工业微生物育种学的重要环节。
通过筛选，我们可以从自然界或实验室中大量菌株中挑选出发酵性能优良、生产能力强的菌株。
初筛技术包括菌落形态观察、生理生化特性检测等方法，是菌种筛选的基础。
六、菌种改良与性能评价菌种改良与性能评价是工业微生物育种学的重要内容。
通过遗传操作和定向进化等技术手段对菌株进行改良，提高其生产能力和性能。
性能评价则是对改良后菌株进行全面的表征和评估，确保其满足工业生产的需求。
七、发酵过程优化发酵过程优化是工业微生物育种学的关键环节。
发酵过程涉及到菌株的生长、代谢等多个方面，是工业微生物育种的最终目标。
通过优化发酵条件、控制发酵过程等方法，可以提高微生物的发酵效率和产物产量。
八、工业微生物应用实例工业微生物应用实例展示了工业微生物育种学的实际价值。
通过具体的应用实例，我们可以了解工业微生物育种在生产实践中的重要性和作用，进一步推动工业微生物育种学的发展和应用。
现代工业微生物育种
现代工业微生物育种一、诱变育种诱变育种是通过使用物理或化学方法，如紫外线、X射线、化学诱变剂等，诱导微生物发生基因突变，从而产生具有新性状的菌株。
这种方法可以大幅度提高微生物的变异频率，为育种工作提供了丰富的材料。
二、基因工程育种基因工程育种是通过人工构建基因表达载体，将其导入到微生物中，从而实现基因的转移和表达。
这种方法可以定向地改造微生物的遗传物质，使其表达出所需的性状。
基因工程育种具有高度定向性和可预测性，是现代工业微生物育种的重要手段之一。
三、代谢工程育种代谢工程育种是通过改变微生物的代谢途径，提高其代谢产物的产量或改变代谢产物的性质，从而获得所需的菌株。
这种方法需要对微生物的代谢过程有深入的了解，并能够精确地调控其代谢网络。
代谢工程育种在现代工业微生物育种中具有重要的应用价值。
四、组合生物合成育种组合生物合成育种是通过构建多个基因的组合文库，并筛选出具有所需性状的菌株。
这种方法类似于基因工程育种，但具有更高的遗传复杂性，可以创造出更丰富的变异类型。
组合生物合成育种在现代工业微生物育种中已经成为一种重要的策略。
五、定向进化育种定向进化育种是一种模拟自然进化过程的育种方法。
它通过对大量随机突变体进行筛选和选择，以实现所需性状的定向进化和优化。
定向进化育种可以在短时间内获得高度适应特定条件的优良菌株，具有很高的应用价值。
六、菌种保藏与复壮菌种保藏与复壮是工业微生物育种的重要环节。
通过科学的保藏方法，可以保持菌种的活力和遗传稳定性；而复壮则是通过一定的手段使保藏的菌种恢复活力，以保证其用于生产的性能。
七、基因组编辑育种基因组编辑育种是利用基因编辑技术对微生物基因组进行精确的编辑和改造，以实现定向改良和创造新品种的目的。
目前常用的基因组编辑技术包括CRISPR-Cas9系统、ZFNs和TALENs等。
基因组编辑育种具有高度精确性和可控性，为现代工业微生物育种提供了强有力的工具。
工业微生物育种复习题解析
工业微生物育种复习题解析第一章绪论1.什么是工业微生物？作为工业微生物应具备哪些特征？答：工业微生物：对自然环境中的微生物经过改造，用于发酵工业生产的微生物。
具备特征：(1)菌种要纯(2)遗传稳定且对诱变剂敏感(3)成长快，易繁殖(4)抗杂菌和噬菌体的能力强(5)生产目的产物的时间短且产量高(6)目的产物易分离提纯2.工业微生物育种的基础是什么？答：工业微生物育种的基础是遗传和变异。
3.常用的工业微生物育种技术有哪些？答：常用技术：(1)自然选育【选择育种】(2)诱变育种(3)代谢控制育种(4)杂交育种(5)基因工程育种第二章微生物育种的遗传基础1.基因突变的类型有哪些？答：有碱基突变，染色体畸变2.叙述紫外线诱变的原理？答：原理：紫外线对微生物诱变作用，主要引起DNA的分子结构发生改变（同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体），从而引起菌体遗传性变异。
3.基因修复的种类有哪些？答：种类：(1)光复活修复(2)切除修复(3)重组修复(4)SOS修复4.真核微生物基因重组的方式有哪些？答：方式：(1)有性杂交(2)准性生殖(3)原生质体融合第三章出发菌株的分离与筛选1.什么是富集培养？答：富集培养：指在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境中的优势种，以利于分离到所需要的菌株。
2.哪些分离方法能达到“菌落纯”？哪些分离方法能达到“细胞纯（菌株纯）”？答：菌落纯：稀释分离法、划线法、组织法细胞纯：单细胞或单孢子的分离法3.分离好氧微生物常用的方法有哪些？答：(1)稀释涂布法(2)划线分离法(3)平皿生化反应分离法4.平皿生化反应分离法有哪些？分别用来筛选哪些菌？各自原理如何？答：(1)透明圈法原理：在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基混浊，能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明圈，圈的大小可以放映该菌株利用底物的能力。
诸葛健工业微生物育种学复习思考题参考答案
2.在体外(如试管中)利用DNA聚合酶进行DNA合成时需要添加哪些成分。
四种脱氧核苷酸、引物、DNA聚合酶、模板链。
3.大肠杆菌的转录终止子有哪些种类，各有什么特点。
蛋白质翻译的终止密码子有哪几种?大肠杆菌存在两类终止子：(1)不依赖于ρ因子的终止子，或称为简单终止子。
能形成发夹结构外，在终点前还有一系列(6个)尿苷酸；回文对称区通常有一段富含G-C的序列寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板rU-dA组成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配对结构；当聚合酶暂停时，RNA-DNA杂交分子解开，转录终止。
(2)依赖于ρ因子的终止子。
回文结构不含富有G-C区；回文结构之后也没有寡聚U，必须在ρ因子存在时才发生终止作用，ρ因子结合在新合成的RNA上，借助水解NTP获得的能量沿RNA链移动。
RNA聚合酶遇到终止子时发生暂停，ρ因子追上酶，ρ因子与酶相互作用，造成RNA释放。
ρ因子与RNA聚合酶一起从DNA上脱落，转录终止。
蛋白质翻译的终止密码子有UAA、UAG、UGA4.用基因工程手段将一个大肠杆菌的乳糖操纵子的阻遏蛋白基因敲除后，这大肠杆菌的β-半乳糖苷酶基因是否在任何情况下都表现为高水平的转录。
不是，乳糖操纵子不仅有反式作用元件（乳糖阻遏子）还受顺时作用因子（DNA 序列如启动子等）的调控。
LAC子CAP是一个积极的乳糖阻遏蛋白的调节是一个负调节因子，两个调整机构调整的基础上存在的碳源性质和协调乳糖操纵子的表达水平。
5.基因发生移框突变后，基因编码的蛋白质一般是变得更短还是更长，为什么?移框突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。
因此这个不一定。
如果移码后，出现了新终止子，就变短了。
如果没有了终止子，就变长了。
无论变长或变短，都不一定有活性。
6.请设想一种利用转座子向工业微生物菌种中导人外源基因的方案.转座子(Transposon)，又名转位子、跳跃基因是一类DNA序列，它们能够在基因组中通过转录或逆转录，在内切酶的作用下，在其他基因座上出现。
微生物育种[整理]
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工业微生物育种第一章绪论1.工业微生物菌种具备特征：1）菌种要纯2）目的产物的产量较高且稳定3）生长快，易繁殖4）抗杂菌和噬菌体的能力强5）微生物的发酵培养基来源广，价格低6）生产目的产物的时间短7）目的产物易分离纯化。
2.工业微生物育种的基础及作用：遗传与变异改良微生物并培育出各种有娘的工业微生物菌种。
3.工业微生物育种在发酵工业中的作用：不仅可以为发酵工业提供合适的菌种，还可不断提高发酵产品的产量和质量，甚至可培育出全新的菌种以生产新的发酵产品。
4.工业微生物育种的方法：1）自然选育（选择育种，通过改变群体的遗传结构，去掉不良细胞，使优良基因不断增加）2）右边育种（通过人工诱变剂）3）代谢控制育种（先诱变破坏微生物正常代谢）4）杂交育种（通过基因重组）5）基因工程育种第二章微生物育种的遗传基础1.原核微生物产生变异的方式：转化，转导，结合，原生质体融合。
2.真核微生物产生变异的方式：有性杂交，准性生殖，原生质体融合。
3.核基因：细胞核内的DNA即染色体上的DNA，是微生物生长繁殖的必需基因，直接控制初级代谢产物的合成，间接控制次级代谢产物的合成。
4.核外基因：是细胞质中的DNA，是微生物的非必需基因，与次级代谢产物的合成有关。
5.表型延迟：有些基因发生突变后，要经两代以上的繁殖复制，表型才能相应的改变。
6.基因突变的类型：1）碱基的变化（碱基置换，移码突变）2）染色体畸变（缺失，重复，倒位，易位等结构变化）3）染色体数目变异（包括染色体单条的变化和整倍的改变）4）遗传信息的变化（同义突变，中性突变，错义突变，无义突变）7.基因突变的修复机制：光复活修复，切除修复，重组修复，SOS修复。
8.基因突变与表型的关系：基因突变指生物体的遗传物质发生改变，从而引起表型的变异。
同义突变与中性突变表型不变，错义突变与无义突变表型改变。
9.原核生物基因重组的特点：通常只有部分遗传物质的转移和重组，形成部分二倍体再进行重组。
2019年工业微生物育种.ppt
• 2、碱基置换的内源机制
•
（1）5-甲基胞嘧啶（5 mC)的脱氨作用:人类基因组中
70%~90% 的5 mC发生在CpG二核苷酸中，而15%的CpG
发生5 mG；这些甲基化的CpG一般是分散存在的，“CpG”
岛则一般为非甲基化的。
• （2）DNA复制过程中出现差错：复制过程中碱基错配不 能被错误 修复系统有效地校正，就会导致碱基对置换突变。
• （3）滑移错配：模板链上的碱基滑动脱出配对位置，使引 物与模板链发生过渡性错排，最后在复制时导致碱基的错误 掺入。滑移错配在模板上同一碱基连续排列时更易发生。
• （4）脱氨基效应：亚硝酸可使腺嘌呤（A）脱去氨基成 为次黄嘌呤（H）使胞嘧啶（C）脱去氨基成为尿嘧啶（U）， 使鸟嘌呤（G）脱去氨基成为黄嘌呤（I）。前两个变化均导 致碱基错配：
射线：用“微居里”表示。具体是每克物质吸收多少 “微居里”（cu）的放射性同位素。
微居里是放射强度单位，表示每秒钟有3-7×104个原子核 发生蜕度。
• （4）电离辐射致变的机理
照射→原发电离→次级电离→基因分子结构改组→基因突变
•
基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增加一倍，
突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度的影响。
• （5）脱嘌呤效应：一些化学物质（包括酶）可引起脱嘌 呤作用， 如果不能有效的修复，由于模板链上没有碱基， DNA聚合酶会错误地掺入碱基，则会导致碱基置换。腺嘌呤 是最容易掺入的碱基。
• （6）氧化性损伤碱基：氧自由基（如过氧化氢、羟基等） 的氧化作用DNA，其主要产物是8—羟鸟嘌呤，它可引起 G→T或 A →C的颠换。
• （7）紫外线损伤：紫外线可引起G → A和C → T的置换。 另外紫 外线还可以引起嘧啶二聚体的形成而改变DNA的空间 结构。
工业微生物育种
⼯业微⽣物育种1.⼯业微⽣物育种在发酵⼯业中的作⽤如何？其⽬的是什么？⼯业微⽣物育种建⽴在：（1）遗传和变异（微⽣物遗传学）的基础之上；（2）物理和化学诱变剂的发现和应⽤；（3）⼯业⾃动化（⾃动仪表装置和微机）。
⼯业微⽣物育种在发酵⼯业中占有重要地位，是决定该发酵产品能否具有⼯业化价值及发酵过程成败与否的关键。
2.⼯业微⽣物发展经历了哪⼏个阶段？1)⾃然选育阶段2)⼈⼯诱变选育阶段3)杂交育种阶段4)代谢控制育种阶段5)基因⼯程育种阶段3.⼯业微⽣物育种的核⼼指标有哪些？1)在遗传上必须是稳定的。
稳定性。
2)易于产⽣许多营养细胞、孢⼦或其它繁殖体。
3)必须是纯种，不应带有其他杂菌及噬菌体。
4)种⼦的⽣长必须旺盛、迅速。
5)产⽣所需要的产物时间短。
转化率。
6)⽐较容易分离提纯。
7)有⾃⾝保护机制，抵抗杂菌污染能⼒强。
8)能保持较长的良好经济性能。
产率。
9)菌株对诱变剂处理较敏感，从⽽可能选育出⾼产菌株。
10）在规定的时间内，菌株必须产⽣预期数量的⽬的产物，并保持相对地稳定。
4.⾰兰⽒阳性和阴性菌的细胞壁结构有何差异？它们对溶菌酶和青霉素的敏感有何不同？5.缺壁细菌有哪些类型和异同？制备缺壁细菌主要有哪些途径？原⽣质体：G+菌经溶菌酶或青霉素处理；球状体：G-菌，残留部分细胞壁。
是研究遗传规律和进⾏原⽣质体育种的良好实验材料。
L型细菌：⾃发突变形成细胞壁缺陷菌株；6.原⽣质体制备时，为什么不同微⽣物要选择不同的酶？举例说明。
酶在原⽣质体制备中主要⽤来酶解细胞壁的，不同的微⽣物其细胞壁成分及含量可能不同，所以要⽤不同的酶。
酵母菌的细胞壁主要成分有葡聚糖、⽢露聚糖蛋⽩质、⼏丁质。
霉菌的细胞壁：主要成分是纤维素、⼏丁质、葡聚糖等。
藻类的细胞壁：主要成分有纤维素构成结构⾻架。
7.基因组、基因、密码⼦、简并、同义密码⼦的概念是什么？⼀、基因组1. 原核⽣物就是它的整个染⾊体，原核⽣物的基因组较⼩，DNA的含量低，如E.coli的DNA分⼦质量为2.4×109Da，相当于4.2×106bp，含有3000-4000个基因，SV40病毒仅5个基因。
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生物的细胞内虽有一核和多核之分，但就染色 体数目来说，每个细胞核内都是相同的。生物 细胞内的染色体数目随生活史的变化而变化， 一般是成倍的变化。
染色体的倍性
高等动植物是多细胞生物，它们的卵子和 精子含有各种形态和性状染色体对中的一 条，即一组染色体，称为单倍体（n）而在 其体细胞核内含有各种形态和性状的染色 体各一对，称二倍体（2n）。
在
发酵工业
中的地位
发酵工业
微生物育种
发酵设备
发酵工艺
影响发酵生产的因素
发酵工艺的改进 发酵设备的更新 菌种的选育和改良
工业微生物育种对于提高发酵工业产品的产量 和质量，进一步开发利用微生物资源，增加发 酵工业产品的品种，有极其重要的意义。因此， 工业微生物的菌种选育在发酵工业中占有重要 地位，是决定发酵产品能否具有工业化生产价 值及发酵过程成败与否的关键。
小
结
各种育种方法都是基于遗传与变异的生物学规 律 各种育种方法在现代育种工作中仍都有使用 所有育种方法得到的新品种或菌株都存在着品 种退化的现象，这是遗传变异规律的体现
第二章 细胞结构与分裂
表 2 -4 ： 细 胞 内 主 要 的 细 胞 器 及 其 功 能 细胞器或级分 细胞核
1
第二节 细胞分裂
两大生物类群细胞结构 和分裂方式的不同
真核微生物 细胞核有核膜，内有核仁 原核微生物 细胞核无核膜，内无核仁
染色体为星棒状或线状，有 染色体呈环状，仅有一条染 两条以上染色体 色体 细胞进行有丝分裂和减数分 没有这两中分裂，细胞的增 裂 加靠无丝分裂，即复制方式
有丝分裂
间期的精细划分和 有丝分裂的时间比
转座因子 （transposable element）
位于染色体或质粒上的一段能改变自身位臵的 DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。
转座因子可从染色体或质粒的一个位点转移到 另一个位点，或者在两个复制子之间转移 Barbara MeClintock（美国遗传学家）首先在 玉米中发现的，并因此荣获1983年度诺贝尔奖
想一想有哪些微生物发酵产品？
工业微生物菌种的生产要求
在遗传上必须是稳定的 容易产生许多营养细胞、孢子或其他繁殖体 种子的生长必须旺盛、迅速 产生所需的产物时间短 必须是纯种，不应带有杂菌及噬菌体
工业微生物菌种的生产要求
比较容易分离提纯 有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强 能保持较长的良好经济性能 在规定时间里，菌株必须产生预期数量的产物， 并保持相对稳定 菌株对诱变剂处理较敏感，从而可能选育出高 产的菌株
代谢控制育种
优点： 1 获得各种解除或绕过了微生物正常代谢途径 的突变株，从而使有用产物选择性地大量生成 累积 2 克服了育种的盲目性，减少了繁重的工作量 缺点： 也有品质退化的现象
分子定向进化育种
Molecular directed evolution 体外分子定向进化研究进展 徐卉芳 张先恩 张用梅 中国科学院武汉病毒研究所,武汉430071 /html/200603/1992 82.html
有的真菌本身能产生有性孢子，但也 有可能进行准性繁殖。
真菌的生活史
真菌的主要繁殖方式是无性繁殖，由分 生孢子萌发成菌丝，再形成分生孢子。 有性繁殖比无性繁殖少得多，只在特定 的条件下才出现。
准性繁殖
不产生有性孢子的半知菌纲中的真菌往往以准 性繁殖来完成它们的生活史。 准性繁殖是指两个遗传性状有一定差异的菌丝 体细胞的核融合，同源染色体交换，直至基因 重组，（完成了和有性繁殖相似的过程）产生 重组的二倍体，再经单倍体化，完成的生殖过 程。
质粒（plasmid）
独立于染色体外，能进行自我复制的遗传因 子，通常是环状DNA分子，多以超螺旋的 形式存在，其大小在1~300kb之间。主要存 在于各种微生物细胞中。质粒不是细菌生长繁殖
所必须的结构，它仅具有少数的基因，其复制还要依靠宿 主细胞的酶系统。它的复制和宿主染色体是同步的，只有 这样，质粒才能随着细菌细胞的分裂而稳定地遗传。目前 对细菌，特别是大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中的质粒研究得 比较详细。
自然突变育种
推测其优点：
缺点： 1 突变频率低 2 盲目性大
1 突变得到的优良性状不易 退化
2 一般不会影响到微生物的 生长特性 （自然突变实质是自然选择）
人工诱变育种
优点： 1 能大幅度地提高产品的产量和质量 2 突变频率比较大 缺点： 1 疲劳效应，指某一菌株长期使用诱变剂处理 之后，会对诱变剂不再敏感 2 会引起菌种生长周期的延长、孢子量减少和 代谢减 慢等 3 仍有一定的盲目性
小 结
发酵工业中使用的微生物菌种是突变型 的，野生型的菌种无法满足上述要求 野生型菌种的代谢机制已适应了现存的 生态环境 这也进一步说明工业微生物育种的重要 性
工业微生物育种的进展
工业微生物育种的基本思想
遗传和变异 遗传和变异是生物界生命活动的基本属 性之一 相当于辨证法上的继承和发展
姐妹染色单体
第三节 染色体
形态 结构 数目 倍性
染色体形态
各种生物的染色体形态不同：细菌和放线菌是 环状或球状；一般霉菌等真核生物的染色体是 线状或棒状 同一种生物的不同染色体形态不同：着丝点的 位臵差异可使染色体的二臂长短不一，这种差 异表现在它们各自所控制的性状不同 细胞进行分裂时，各阶段的染色体形态不同： 一般观察染色体形态时，选择细胞分裂时进行 观察，此时，染色体比较粗
工业微生物育种学
施巧琴 吴松刚 编著 福建科学技术出版社 1991· 福州
本节内容
第一章 绪论 第一节 工业微生物育种在发酵工业中的地位 第二节 工业微生物育种的进展 第二章 细胞结构与分裂 第一节 细胞结构 第二节 细胞分裂 第三节 染色体
第一章 绪 论
工业微生物育种
基因重组育种（杂交育种）
优点： 1 通过具有不同遗传性状菌株的杂交，使遗传物质 进行交换和重新组合，扩大了变异范围，使两亲株 的优良性状集中于杂交菌株内，获得新品种。 2 杂交后的新品种不仅可以克服长期诱变造成的生 活力下降，代谢缓慢的缺陷，也可以提高对诱变剂 的敏感性。 缺点： 也有品质退化的现象；此外必须与诱变育种 结合 使用，才能进一步
第一章 绪论 第一节 工业微生物育种在发酵工业中的地位 第二节 工业微生物育种的进展 第二章 细胞结构与分裂 第一节 细胞结构 第二节 细胞分裂 第三节 染色体
思考题
名词解释：同源染色体、姐妹染色单体、 生活史、准性繁殖 1 对生产上使用的工业微生物菌种有哪 些要求？ 2 工业微生物的各种育种方法都有哪些 优缺点？ 3 细胞内的遗传物质主要分布在哪里？
间期1（G1）和间期2（G2）将DNA合成 期（S期）和有丝分裂期分离开来。
减数分裂和有丝分裂的区别
两个概念
同源染色体：指遗传内容相同的染色体， 它们的形态，大小差不多一致，其中一 条来自父本，一条来自母本。在减数分 裂时，同源染色体发生联会，即遗传物 质的交换。 姐妹染色单体：一条染色体复制形成的 两条遗传物质完全相同的染色单体。
染色体结构
1 膜：渗透性的 2 染色丝：共有两条，相互缠绕并行于 整个染色体中 3 染色体基质：透明的液体 4 着丝点：位于染色体近端、近中或中 间，显示出一个明显的缢痕点，它不易 着色 5 纺锤丝：由微管系统组成
染色体的数目
生物种类 人 果蝇 水稻 红色面包霉 细菌 染色体（对） 23 4 12 3 1
标记 DNA
主要功能 染色体的部位 DNA 指 导 的 RNA 的 合 成 部 位 （ 转 录 ）
线粒体 核糖体 溶酶体 高尔基体
谷氨酸脱氢酶 高 含 量 的 RNA 酸性磷酸酶 半乳糖基转移酶
循环，氧化磷酸化 蛋 白 质 合 成 部 位 （ RNA 翻 译 成 蛋 白 质 ） 许多水解酶的部位（催化降解反应的酶） 细胞内蛋白质的分类 糖基化反应 硫酸酯化反应
工业微生物育种的进展
自然突变育种，微生物纯种培养法发明之后，开始微生物纯 种的自然选育（如过去的酒精发酵） 人工诱变育种，40年代初，Beadle和Tatum采用X射线和紫 外线等辐射因子诱变获得各种代谢突变株（如红色面包霉） 基因重组育种，包括杂交、转化、转导和原生质体融合等 代谢控制育种，50年代谷氨酸发酵取得成功 分子定向育种，始于上世纪90年代
细胞板，使已经复制的染色体不能分配到二个子细胞 而形成多倍体。不过这种多倍体一般是不稳定的，遇 到外界环境的刺激就会发生突变。
第四节 真核生物的生活史
生活史
生活史：是指生物生长发育一个循环周 期的一系列变化，其中主要指生物的二 倍体和单倍体的交替生存的改变。 生物在整个生活周期中可以从形态、细 胞功能和染色体数目的变化几个方面来 完成它的整个生长发育过程。
1 多细胞的高等动植物
它们的体细胞是二倍体，通过减数 分裂产生两性生殖细胞，即精、卵 细胞。两性细胞相互融合后，形成 二倍体的受精卵，通过有丝分裂长 成新的二倍体个体。
真核微生物
真核微生物多属于单倍体生物。它们的体细胞 是单倍的，用来接合的两个体细胞不需要进行 减数分裂就可以成为接合子，它们是二倍体细 胞，经过减数分裂产生单倍体的有性孢子，有 性孢子萌发后产生单倍体的营养体。因此真核 微生物生活史中的大部分时期是单倍体阶段。 真菌的生活周期包括无性繁殖、有性繁殖或准 性繁殖
热议转基因
过氧物酶体
过氧化氢酶 尿酸氧化酶
过氧化氢的产生与降解 某些脂肪酸和氨基酸的降解 细胞内外分子的转运 细胞间的粘连和通讯 微丝、微管、中间微丝 糖酵解、脂肪酸合成