工业微生物育种综述

摘要：工业微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。

工业微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等，育种技术的不断成熟，大大提高了微生物的育种效果。

关键词：工业微生物；遗传育种；原生质融合；传统诱变
工业微生物学作为应用微生物学的一部分，具有很强的应用性。

当代生物技术特别是发酵工程技术的最终产品一般都是经过工业微生物生产得到的，已取得了举世瞩目的经济效益和社会效益。

２０世纪７０年代以来，重组ＤＮＡ技术和原生质体融合技术开始用于菌种选育。

各种外源基因在原核生物、真核细胞的克隆和表达研究取得了重大成就。

使工业微生物育种技术进入了真正意义的分子水平育种时代。

微生物发酵要想取得优良成绩，有赖于优良菌种的利用。

从工业发酵的观点来看发酵菌种的优异生产性能等于经选育的、符合经济要求的优良遗传背景加上经人为精心设计的、优化的发酵环境。

菌种选育的最终目标，就是通过人工干预，使选出的优良菌种在优化环境中尽可能表现出优异性状。

菌种分离、筛选、改良是贯彻微生物发酵始终的工作。

１菌种选育的具体目标
（１）提高产量。

生产效率和生产效益总是排在一切商业发酵过程首位的目标。

（２）提高产物的纯度。

减少副产物；提高有效组分；减少色素等杂质。

（３）改变菌种性状。

改善发酵过程，包括：改变和扩大菌种所利用的原料结构；改善菌种生长速度；提高斜面孢子化程度；改善菌丝体形状，采用菌球菌丝体发酵；少用消泡剂或使菌种耐合成消泡剂；改善对氧的摄取条件，降低需氧量及能耗；耐不良环境：抗噬菌体的侵染，耐高温、耐酸碱、耐自身所积累的代谢产物；改善细胞透性，提高产物的分泌能力等。

（４）菌种的遗传性状。

特别是生产性状稳定。

（５）改变生物合成途径。

以获得新产品。

２获取优良菌种的有效途径
广义上说，菌种改良可描述为采用任何科学技术手段（物理、化学、生物学、工程学方法以及它们的各种组合）处理微生物菌种，从中分离得到能显示所要求表型的变异菌种。

菌种改良的基本途径：突变和选择；基因重组（遗传重组）和基因工程（遗传工程）。

２．１诱变育种
传统的诱变及筛选是最常用的菌种改良手段。

关键的第一步是用物理化学或生物的诱变因子修改目的微生物的基因组（ｇｅｎｏｍｅ），产生突变型。

微生物的自发突变频率在１０－５￣１０－８之间，经诱变剂处理微生物细胞后，可大幅度提高突变频率，达到１０－３￣１０－６，这比自发突变提高了上百倍。

诱变剂的作用是扩大基因突变的频率，因此应选择高效诱变剂如ＮＴＧ、６０Ｃｏγ－射线、ＵＶ等；考虑诱变剂的种类、剂量、处理时间等诱变条件；诱变剂对ＤＮＡ损害的类型和损害的程度；２种以上诱变剂的复合处理；诱变后的处理条件；被处理微生物的生理状况：处理的是营养体细胞、休眠体芽孢、分生孢子还是除去细胞壁的原生质体；细胞是单核还是多核；菌种对诱变剂的敏感性和同一种诱变剂处理同一菌种的次数（频率）以及每次诱变处理后菌种产量提高的幅度以及其他性状的改进等。

当前发酵工业中使用的高产变异菌株，大部分都是通过诱变而大大提高了生产性能的菌株。

诱变育种具有方法简便、快捷和收效显著等特点，所以仍然是目前被广泛使用的主要育种方法之一。

２．２基因重组育种
基因重组是遗传的基本现象之一，菌株经过基因重组获得新的遗传型，从而获得具有优良性状的菌种。

在工业微生物育种中，应用转化、转导或接合等重组技术来培育应用于生产实践中的高产菌株的例子还不多见，只是在１９７８年第二届国际工业微生物遗传学讨论会上提出了原生质体融合后，重组育种技术才获得了飞速的发展。

原生质体融合衍生的技术方法：①原生质体诱变方法，用以改善传统诱变育种的效果；②利用原生质体再生时对再生条件的控制，使菌株遗传特性发生改变的原生质体再生育种方法；③通过加热或ＵＶ照射处理，使参与原生质体融合的一方灭活的“定向”融合技术，灭活一方在融合过程中可将其遗传物质传递给有活力的受体原生质体。

另一个好处是供体方可能会产生对受体原生质体有致
工业微生物育种综述
河北工业职业技术学院杨宁王惠娟郭利健
开发与研究
《湖北农机化》２００８年第３期
《湖北农机化》２００８年第３期
业板块年产值到５亿元的产业规模。

现相关准备工作正在进行中。

（５）以原武穴市手扶拖拉机制造厂为基础，通过吸引外资，引进先进技术，着力打造农用整机板块，我们已在我市大金镇筹建了一家聚手扶拖拉机、微耕机、旋耕机、脱粒机、小型农用车、变型农用车等农用整机生产为主的农用整机生产企业，首批产品２００８年８月底前可正式亮相登台，在与玉柴集团合作的前提下，通过玉柴销售网络的辐射效应，３年内最少可达年产整机２万台，实现产值５亿元。

（６）由于我市地理位置优越，地处楚头吴尾，毗邻安徽、江西等农业生产大省，我市农机市场一直是本地区最活跃的市场，只是由于缺少规范的管理，没有很好的引导致使我市农机销售市场规模始终没有做大。

随着玉柴集
团进驻我市，农机生产龙头老大开始启动，全市农机产业也出现了蓬勃生机，为合理引导，做强做大，我市已在黄黄高速路口金三角区，专门辟出２０ｈｍ２土地用于打造农机专业销售市场，现土地报批，各项手续办理工作正在进行，年内即可初见市场雏形，３年内，一个以黄黄高速、京九铁路为纽带、面向全国辐射的农机销售专业市场即将应运而生，估计该农机市场板块年销售额可突破４０亿元。

通过着力打造上述柴油机动力板块、泵业板块、玉柴配套板块、农用整机板块、农机专业市场板块共五大农机板块，３年内可形成一个年销售收入１００亿元的超级农业机械产业化航母，到那时，湖北省农业机械产业化第一县市的目标一定能到达。

（收稿日期：２００８－０５－１５）
（上接第１５页）死作用的酶或抗生素，热灭活可破坏这些不利因素；④利用原生质体进行染色体ＤＮＡ转化，质粒ＤＮＡ高频转化、原生质体的转染、利用脂质体进行原生质体的转化和转染技术；⑤原生质体融合技术和电子技术相结合的电融合技术：电诱导原生质体融合技术是将２个彼此靠近的细胞在电脉冲的作用下，两者发生质膜的融合，这种方法需专门的仪器－电融合仪，方法直观、定向、高效。

目前用微生物完整细胞进行电致孔ＤＮＡ转化成功的例子虽然还很少，但却颇引人注意，有可能为微生物转化提供一个更为有效的方法。

⑥电穿孔法（ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ），电压脉冲使电场中的细胞膜可逆地形成小孔，周围溶液中的外源基因得以进入细胞，这是一种将外源性分子（基因或外源ＤＮＡ序列），引入细胞内的方法，用以进行转染或细胞融合。

所有这些新技术方法无疑均提高了原生质体融合的效率，扩大了原生质体融合的应用范围，特别是为基因工程中外源基因的转移提供了一种十分有效的手段。

２．３基因工程育种
２０世纪７０年代后，一个理论与实践密切结合，可人
为控制的育种新领域———基因工程育种应运而生。

它是在基因水平上，运用人为方法将所需的某一供体生物的遗传物质提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，与载体连接，然后导入另一细胞，使外源遗传物质在其中进行正常复制和表达。

与前几种育种技术相比，基因工程育种技术是人们在分子生物学指导下的一种自觉的、能像工程一样可预先设计和控制的育种新技术，它可实现超远缘杂交，因而是最新、最有前途的一种育种新技术。

基因工程育种技术在近２０年来发展较快，许多方面都有突破性的进展。

由于这些新技术的发展和应用，许多优良的工业微生物菌种被选育出来，用于国内外工业化生产。

我国最近几年应用基因工程育种技术获得的菌株，大量用于酶、维生素、氨基酸、激素、促红细胞生长素及其他一些次生代谢
物质的生产，基因工程育种技术作为一种新兴技术，尽管近几年来发展较快，但还需要进一步的完善和发展。

如目的基因导入真核细胞可以得到较好的表达，但对其导入方式、细胞培养方法等的研究较少。

以原核生物为受体细胞，用发酵法大规模制备蛋白质制品的过程中，使稳定的克隆ＤＮＡ序列得到最大限度的表达尚未实现。

除了这些技术上的问题以外，工业微生物育种的安全性问题一直备受关注，２０世纪７０年代，有人认为重组体分子的建立及将其插入微生物会创造出新的有害生物，对人类及环境造成危害，这一说法至今没有被证实，但存在理论上的可能性，尽管如此，基因工程育种仍然是目前最高效、最理想的育种方法，有着巨大的潜在生产力。

参考文献：
［１］雷肇祖，
钱志良，章健．工业菌种改良述评．工业
微生物，Ｖｏｌ．３４，
Ｎｏ．１，Ｍａｒ．２００４．
［２］姜成林，徐丽华．微生物资源开发利用．中国轻工业出版社，２００１，
４．
［３］张克旭，
陈宁，张蓓等．代谢控制发酵．第１版，
北京：中国轻工业出版社，１９９８．
［４］房耀维，范琳，牛艳芳，张功．工业微生物育种技术研究进展．内蒙古师范大学学报自然科学（汉文）版，第３２卷，第２期，２００３年６月．
［５］刘颐屏．抗生素菌种选育的理论和技术．北京：中国医药科技出版社，１９９２，２９．
［６］戴四发，黎观红，吴石金．现代工业微生物育种技术研究进展．微生物学杂志，２０００年６月，２０卷，２期．
［７］张瑾阳，李焕娄．细胞电融合技术及其在微生物遗传育种中的应用．国外医药抗生素分册，１９９３，１４（３）：１－４．
（收稿日期：２００８－０５－０８）
开发与研究。