发酵学第2章工业微生物菌种选育
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第一节 概述 第二节 自然选育 第三节 诱变育种 第四节 杂交育种
第一节 概述
一、工业微生物 二、发酵工业对菌种的要求 三、菌种选育的目的 四、菌种选育的基本理论 五、菌种来源
第一节 概述
一、工业微生物 1.细菌
2.放线菌（单细胞原核微生物）Leabharlann Baidu
链霉菌属 小单孢菌属 地中海诺卡氏菌 米苏里游动放线菌
第三节 诱 变 育 种
三、诱变育种的主要环节
1.出发菌株的选择 2.诱变处理 举例 3.筛选 4.突变菌株高产基因的表达
1.出发菌株的选择
选择纯种菌株（排除异核体） 优良性状的菌株（产生孢子、生长速度） 对诱变剂敏感的菌株 同时选择几株不同的优良菌株
2.诱变处理
1）诱变剂的选择
特点：
速度快、收效大、方法简便，但缺乏定向性。
第三节 诱 变 育 种
二、诱变剂
紫外线 快中子
物理诱变剂
NTG 亚硝酸 烷化剂
化学诱变剂
噬菌体 转座子
生物诱变剂
烷化剂是重要的诱变剂，带有活性烷基，通过烷化磷酸基、 碱基与DNA作用。
第三节 诱 变 育 种
突变的诱发 ↓
突变株的筛选 ↓
突变高产基因的表现
4、从突变到突变型
表型迟延：表型的改变落后于基因型的改变 分离型迟延 (基因杂合)
经诱变处理后，细胞中的基因处于 不纯的状态，突变型基因由于属于隐 性基因而暂时得不到表达，需经过复 制、分离，在细胞中处于纯的状态时， 其性状才得以表达。
生理性迟延
新的表型必须等到原有基因的产物 稀释到某一程度后才能表现出来。
用刚果红染色法鉴定筛选降 解纤维素的菌株
抗生素筛选
羧甲基纤维素钠作培养物 检定菌培养，加上发酵液
第二节 自然选育
三、特点及应用
简单易行、自发突变的效率低。 纯化菌种，防止菌种衰退、稳定产量和提高产
量
菌种衰退原因的分析
1、目前生产用菌种的特点
多为人工诱变而来。 代谢调控系统失控。 生活力比野生菌株弱。 容易发生变异。
2、菌种遗传特性的改变
1）异核现象--导致菌种这一微生物群体发生变异
相邻菌丝细胞吻合
异核体
孢子遗传特性和 生长速度不同
菌种遗传特性发生改变
2）自发突变
3）回复突变或产生分离子--形成具有不同基因型的 个体
回复突变：突变基因再次发生突变又恢复原来的基因，这类突变称为回 复突变。
3、菌种生理状态的改变 主要是因为培养条件不适当。
1）一个菌种不是纯一的群体。
2）培养基营养成分的影响
3）某些培养条件下，某些基因所处的状态不同， 使得菌种的生理状态不同。
第三节 诱 变 育 种
一、定义及特点 二、诱变剂 三、诱变育种的主要环节
第三节 诱 变 育 种
一、定义及特点
诱变育种：
通过诱变剂处理提高菌种的突变频率，扩大变异幅度， 然后采用简便、高效的筛选方法，从中选出具有优良 特性的变异菌株的方法。
第一节 概述
四、菌种来源
从菌种保藏中心购买 育种
从自然界中筛选 诱变 杂交育种 基因工程育种
source 1
国际承认的中国培养物保藏单位
武汉大学的 中国典型培养物保藏中心 CCTCC。保藏了几乎所有的培 养物。
中科院微生物研究所的 中国普通微生物菌种保藏管理中心 CGMCC。保藏 有普通菌种。
基因突变是指由于染色体和基因本身的变化而产 生的遗传性状的变异。
（二）突变诱发的过程
1、前突变形成
前突变：诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改
变称为前突变。
影响前突变产
细胞对诱变剂的透性
生的的因素
细胞质和酶的影响
基因所处的状态
（二）突变诱发的过程
2、DNA损伤的修复
1）光复活作用 2）切补修复 3）重组修复 4）SOS修复系统（多数诱变来源于此） 5）DNA多聚酶的校正作用
（二）突变诱发的过程
（二）突变诱发的过程
（二）突变诱发的过程
SOS修复系统 它允许新生的DNA链越过胸腺嘧啶二聚体而生长。
其代价是保真度的极大降低，这是一个错误潜伏的过程。
（二）突变诱发的过程
3、从前突变到突变 校正差错：光复活作用、切补修复 引起差错：重组修复、SOS修复系统。
（二）突变诱发的过程
(CGMCC)
中国微生物菌种保藏管理委员会 CCCCM——管理机构
订购程序
申请 生物安全性说明 确认 订货
第二节 自然选育
一、定义 二、方法 三、特点及应用
第二节 自然选育
一、定义
自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，
根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。
自发突变：就是指某些微生物在没有人工参与下
第一节 概述
二、发酵工业对菌种的要求
1.生产力：
能在廉价的培养基上迅速生长，代谢产物的产量高，其它代谢产 物少
2.操作性：
发酵条件易控制，菌种改造的可操作性要强（有关合成产物的途 径尽可能地简单），产品易分离
3.稳定性：
抗杂菌和抗噬菌体能力强，遗传性状稳定，菌种不易变异退化
生产多种抗生素
抗生素中60%以上由放线 菌产生，如链霉素、红霉 素、金霉素、庆大霉素等。
3.酵母菌
酵母菌是一群单细胞的真核微生物,其形态因种而异.通常为 圆形、卵圆形或椭圆形。也有特殊形态，如柠檬形、三角形、 藕节状、腊肠形，假菌丝等 。
4.藻类
许多国家已把它作为人类保健食品和饲料。还可通过藻类将 CO2转变为石油；国外还有从“藻类农场”获得氢能的报道。
所发生的那些突变。
多因素低剂量的诱变效应 互变异构效应
第二节 自然选育
二、菌种自然选育方法
单菌落分离法 菌种 单细胞悬液 琼脂板分离 挑取单菌落
测定生产能力
细菌：转种到新鲜肉汤培养基中培养 放线菌、霉菌：石英砂震荡打散孢子，棉花或滤纸过滤
这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角 瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌 种。
4.安全性：
是非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素
第一节 概述
三、菌种选育的目的
1、提高发酵产量 2、改进菌种的性能 3、产生新的发酵产物 4、去除多余的组分
第一节 概述
四、菌种选育的基本理论
（一）菌种选育的理论基础 （二）突变诱发的过程
（一）菌种选育的理论基础
遗传和变异
第一节 概述
一、工业微生物 二、发酵工业对菌种的要求 三、菌种选育的目的 四、菌种选育的基本理论 五、菌种来源
第一节 概述
一、工业微生物 1.细菌
2.放线菌（单细胞原核微生物）Leabharlann Baidu
链霉菌属 小单孢菌属 地中海诺卡氏菌 米苏里游动放线菌
第三节 诱 变 育 种
三、诱变育种的主要环节
1.出发菌株的选择 2.诱变处理 举例 3.筛选 4.突变菌株高产基因的表达
1.出发菌株的选择
选择纯种菌株（排除异核体） 优良性状的菌株（产生孢子、生长速度） 对诱变剂敏感的菌株 同时选择几株不同的优良菌株
2.诱变处理
1）诱变剂的选择
特点：
速度快、收效大、方法简便，但缺乏定向性。
第三节 诱 变 育 种
二、诱变剂
紫外线 快中子
物理诱变剂
NTG 亚硝酸 烷化剂
化学诱变剂
噬菌体 转座子
生物诱变剂
烷化剂是重要的诱变剂，带有活性烷基，通过烷化磷酸基、 碱基与DNA作用。
第三节 诱 变 育 种
突变的诱发 ↓
突变株的筛选 ↓
突变高产基因的表现
4、从突变到突变型
表型迟延：表型的改变落后于基因型的改变 分离型迟延 (基因杂合)
经诱变处理后，细胞中的基因处于 不纯的状态，突变型基因由于属于隐 性基因而暂时得不到表达，需经过复 制、分离，在细胞中处于纯的状态时， 其性状才得以表达。
生理性迟延
新的表型必须等到原有基因的产物 稀释到某一程度后才能表现出来。
用刚果红染色法鉴定筛选降 解纤维素的菌株
抗生素筛选
羧甲基纤维素钠作培养物 检定菌培养，加上发酵液
第二节 自然选育
三、特点及应用
简单易行、自发突变的效率低。 纯化菌种，防止菌种衰退、稳定产量和提高产
量
菌种衰退原因的分析
1、目前生产用菌种的特点
多为人工诱变而来。 代谢调控系统失控。 生活力比野生菌株弱。 容易发生变异。
2、菌种遗传特性的改变
1）异核现象--导致菌种这一微生物群体发生变异
相邻菌丝细胞吻合
异核体
孢子遗传特性和 生长速度不同
菌种遗传特性发生改变
2）自发突变
3）回复突变或产生分离子--形成具有不同基因型的 个体
回复突变：突变基因再次发生突变又恢复原来的基因，这类突变称为回 复突变。
3、菌种生理状态的改变 主要是因为培养条件不适当。
1）一个菌种不是纯一的群体。
2）培养基营养成分的影响
3）某些培养条件下，某些基因所处的状态不同， 使得菌种的生理状态不同。
第三节 诱 变 育 种
一、定义及特点 二、诱变剂 三、诱变育种的主要环节
第三节 诱 变 育 种
一、定义及特点
诱变育种：
通过诱变剂处理提高菌种的突变频率，扩大变异幅度， 然后采用简便、高效的筛选方法，从中选出具有优良 特性的变异菌株的方法。
第一节 概述
四、菌种来源
从菌种保藏中心购买 育种
从自然界中筛选 诱变 杂交育种 基因工程育种
source 1
国际承认的中国培养物保藏单位
武汉大学的 中国典型培养物保藏中心 CCTCC。保藏了几乎所有的培 养物。
中科院微生物研究所的 中国普通微生物菌种保藏管理中心 CGMCC。保藏 有普通菌种。
基因突变是指由于染色体和基因本身的变化而产 生的遗传性状的变异。
（二）突变诱发的过程
1、前突变形成
前突变：诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改
变称为前突变。
影响前突变产
细胞对诱变剂的透性
生的的因素
细胞质和酶的影响
基因所处的状态
（二）突变诱发的过程
2、DNA损伤的修复
1）光复活作用 2）切补修复 3）重组修复 4）SOS修复系统（多数诱变来源于此） 5）DNA多聚酶的校正作用
（二）突变诱发的过程
（二）突变诱发的过程
（二）突变诱发的过程
SOS修复系统 它允许新生的DNA链越过胸腺嘧啶二聚体而生长。
其代价是保真度的极大降低，这是一个错误潜伏的过程。
（二）突变诱发的过程
3、从前突变到突变 校正差错：光复活作用、切补修复 引起差错：重组修复、SOS修复系统。
（二）突变诱发的过程
(CGMCC)
中国微生物菌种保藏管理委员会 CCCCM——管理机构
订购程序
申请 生物安全性说明 确认 订货
第二节 自然选育
一、定义 二、方法 三、特点及应用
第二节 自然选育
一、定义
自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，
根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。
自发突变：就是指某些微生物在没有人工参与下
第一节 概述
二、发酵工业对菌种的要求
1.生产力：
能在廉价的培养基上迅速生长，代谢产物的产量高，其它代谢产 物少
2.操作性：
发酵条件易控制，菌种改造的可操作性要强（有关合成产物的途 径尽可能地简单），产品易分离
3.稳定性：
抗杂菌和抗噬菌体能力强，遗传性状稳定，菌种不易变异退化
生产多种抗生素
抗生素中60%以上由放线 菌产生，如链霉素、红霉 素、金霉素、庆大霉素等。
3.酵母菌
酵母菌是一群单细胞的真核微生物,其形态因种而异.通常为 圆形、卵圆形或椭圆形。也有特殊形态，如柠檬形、三角形、 藕节状、腊肠形，假菌丝等 。
4.藻类
许多国家已把它作为人类保健食品和饲料。还可通过藻类将 CO2转变为石油；国外还有从“藻类农场”获得氢能的报道。
所发生的那些突变。
多因素低剂量的诱变效应 互变异构效应
第二节 自然选育
二、菌种自然选育方法
单菌落分离法 菌种 单细胞悬液 琼脂板分离 挑取单菌落
测定生产能力
细菌：转种到新鲜肉汤培养基中培养 放线菌、霉菌：石英砂震荡打散孢子，棉花或滤纸过滤
这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角 瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌 种。
4.安全性：
是非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素
第一节 概述
三、菌种选育的目的
1、提高发酵产量 2、改进菌种的性能 3、产生新的发酵产物 4、去除多余的组分
第一节 概述
四、菌种选育的基本理论
（一）菌种选育的理论基础 （二）突变诱发的过程
（一）菌种选育的理论基础
遗传和变异