工业微生物菌种的选育
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
发酵学第2章工业微生物菌种选育
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。
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）
链霉菌属 小单孢菌属 地中海诺卡氏菌 米苏里游动放线菌
(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
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同
菌种遗传特性发生改变
菌种的筛选和分离
工业微生物菌种得分离与筛选来源:青岛海博一、微生物工业对菌种得要求(一)、微生物工业得生产水平由三个要素决定:生产菌种得性能、发酵及提纯工艺条件、生产设备。
其中生产菌种得性能就是最重要得因素。
(二)、微生物工业对菌种得要求就是:(１)菌株高产,在较短得时间内发酵产生大量发酵产物得能力;(２)在发酵过程中不产生或少产生与目标产品相近得副产品及其她产物;(3)生长繁殖能力强,较强得生长速率,产孢子得菌种应该具有较强得产孢子能力;(4)能够高效地将原理转化为产品;(５)能利用广泛得原材料,并对发酵原料成分得波动敏感性小;(６)对需要添加得前体物质有耐受能力,并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用;(7)在发酵过程中产生得泡沫要少;(8)具有抗噬菌体得能力;(9)遗传稳定性,二、工业用微生物菌种得来源及选育(一)微生物菌种得来源一般通过以下几个途径收集菌种、采集样品与分离筛选:(1)就是根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买;(２)从大自然中采集样品分离;(3)从一些发酵制品中分离筛选目得菌株、当前发酵工业所用菌种总趋势就是从野生菌转向变异菌,自然选用转向代谢育种,从诱发基因突变转向基因重组得定向育种。
(二)微生物工业菌种得分离1、野生菌株得分离、筛选过程(１)新菌种分离与筛选得步骤菌种分离得流程如下:标本采集→标本材料得预处理→富集培养→菌种初筛→菌种复筛→性能鉴定→菌种保藏①采样采样季节:以温度适中,雨量不多得秋初为好。
采土方式:在选好适当地点后,用小铲子除去表土,取离地面5—1５cm处得土约10g,盛入清洁得牛皮纸袋或塑料袋中,扎好,标记,记录采样时间、地点、环境条件等,以备查考。
为了使土样中微生物得数量与类型尽少变化,宜将样品逐步分批寄回,以便及时分离、②标本预处理④纯种分离:采用划线分离法、稀释分离法等纯化方法获取单菌落、⑤高产菌株得筛选:这一步就是采用与生产相近得培养基与培养条件,通过三角瓶得容量进行小型发酵试验,获得适合于工业生产用菌种。
菌种的选育
第一章菌种选育第一节工业常用微生物及要求一、常见微生物（一）细菌（bacteria）发酵工业中常用的细菌主要是杆菌,主要有：醋杆菌属（Acetobacter）乳杆菌属（Lactobacillus）杆菌属（Bacillus）:α-淀粉酶，蛋白酶，肌苷、鸟苷等核苷。
其中最为重要的是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）短杆菌属（Brevibacterium）：谷氨酸棒杆菌属（Corynebacterium）：谷氨酸（二）放线菌（actinomyces）属原核微生物（有菌丝体，无横隔，不具完整的核。
）最大的经济价值在于产生多种抗生素（antibiotic）。
链霉菌（Streptomyces）：红，金，土，氯，链霉素小单孢菌属（Micromonospora）：庆大霉素（三）霉菌（mould）亦称丝状真菌（不是分类学上的名词，凡在营养基质上形成绒毛状，网状或絮状菌丝的真菌统称霉菌。
）1.曲霉属（Aspergillus）黑曲霉（A. niger）产蛋白酶，淀粉酶，果酸酶，变异菌株产柠檬酸米曲霉（A. oryzae）产淀粉酶，蛋白酶，酿酒的糖化曲和酱油曲黄曲霉（A. flavus）产黄曲霉毒素米曲霉和黄曲霉均为半知菌。
2.青霉属（Penicillum）：例如桔子上的绿色斑点桔青霉（P. citrinum）：产生5’－磷酸二酯酶，降解核糖核酸为四个单核苷酸。
3.根霉属（Rhizopus）接合菌米根霉（R. oryzae）华根霉（R. chinensis）酒药和酒曲中含有米根霉或华根霉。
4.红曲霉属（Monascus）淀粉酶，麦芽糖酶，蛋白酶，柠檬酸等。
可生产食用红色素。
（四）酵母（yeast）单细胞真核微生物，低等真菌。
①酵母属（Saccharomyces）啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）②假丝酵母属（Candida）产朊假丝酵母（Candida utilis）生产饲料酵母，其蛋白质和维生素含量都比啤酒酵母高。
微生物菌种选育实验指导
《微生物菌种选育实验》是一门涉及食品理化分析、微生物学实验且由学生自行设计实验方案的综合性、设计性实验课程，集中三周时间开课。
一、实验目的通过本环节训练，加深对发酵工程上游技术中菌种筛选的认识；学会常规选种方法；掌握微生物诱变育种的方法；掌握常规工业微生物菌种保藏法；树立科学认真仔细的态度，培养科研协作精神。
二、实验内容实验一工业微生物菌种分离根据一定的生产目的如产酶、产酸、产酯等，建立不同的筛选模型，并从特定的样品如曲药、酸乳、土壤中筛选出高产适宜的菌株。
1、分离培养基的配制2、无菌器材的准备3、菌悬液的制备4、接种5、培养6、初步鉴定(1) 菌落形态(2) 个体形态7、斜面接种培养实验二工业微生物菌种复筛通过摇瓶培养对实验一所得的菌株的生产性能进行精确的定量测定。
1、发酵培养基的配制；2、目的菌株的摇瓶培养；3、发酵液的生理活性测定。
实验三微生物的诱变育种用紫外线对实验一所得的高产菌株进行诱变，并测定诱变后的菌株的生产能力。
1、单细胞(或单孢子) 悬液的制备；2、致死曲线的测定；3、诱变处理；4、初筛；5、复筛；6、菌种保藏。
三、实验要求1．学生自行设计具体实验方案，在教师指导下由学生自主完成实验。
2．实验结束后，要求学生完成一篇微型小论文。
论文的撰写应本着实事求是的原则，对所做实验过程和数据进行认真、严格的记录和处理，并进行独立分析，不得抄袭他人的数据。
四、考核办法1、考核内容：实验方案、实验态度、操作技能、实验报告等。
2、考核办法：按照实验方案、实验态度、操作技能、实验报告等内容综合考核学生，得到学生该门实验课程的成绩。
成绩考核采用优秀、良好、中等、及格、不及格五级记分制。
3、考核标准：以实际操作技能和分析解决问题的技能为主，实验考核内容各单项所占分数比例为实验方案20%、实验态度10%、操作技能40%、实验报告30%。
微生物菌种选育概述微生物的菌种对进行微生物工作来讲是非常重要的。
没有“种”无法进行微生物的科学研究；没有良种，不能进行发酵工业的生产。
选育菌种的方法
选育菌种的方法一、引言菌种的选育是微生物学研究中的重要环节，它对于促进农业、食品工业、医药领域的发展具有重要意义。
本文将介绍一些常用的选育菌种的方法，包括传统的筛选方法和基于分子生物学的筛选方法。
二、传统的筛选方法1. 随机筛选法随机筛选法是最常用的菌种选育方法之一。
其步骤包括：从自然环境中收集样品，如土壤、水体等，将样品制成适宜的培养基，然后进行培养。
在培养过程中，通过观察菌落的形态、颜色、生长速度等特征，筛选出具有特殊性状或功能的菌株。
2. 生理选育法生理选育法是根据菌株的生理特性进行选育的方法。
通过调节培养条件，如温度、pH值、氧气浓度等，筛选出适应特殊环境的菌株。
例如，有些菌株能够在高温或低温环境中生长，有些菌株能够在酸性或碱性环境中生长，这些菌株可以被应用于相关领域。
3. 抗性筛选法抗性筛选法是利用抗生素或其他抑制性物质来筛选菌株的方法。
通过将菌株培养在含有抗生素或抑制性物质的培养基上，只有具有抗性的菌株才能够生长并形成菌落。
这种方法可以筛选出具有抗生素抗性、耐酸碱或耐高温的菌株。
三、基于分子生物学的筛选方法1. PCR筛选法PCR筛选法是利用聚合酶链反应(PCR)技术来筛选菌株的方法。
通过设计特异性引物，扩增目标基因片段，然后通过电泳分析扩增产物，筛选出具有特定基因的菌株。
2. 基因克隆筛选法基因克隆筛选法是将目标基因插入表达载体中，然后转化到宿主菌中，通过观察宿主菌的表型变化来筛选菌株。
例如，将具有抗性基因的载体转化到宿主菌中，只有转化成功的菌株才能够生长在含有抗生素的培养基上。
3. 荧光筛选法荧光筛选法是利用荧光蛋白标记目标基因，通过观察菌株产生的荧光信号来筛选菌株。
例如，将荧光蛋白基因与目标基因融合，将融合基因转化到宿主菌中，通过观察菌株产生的荧光信号来筛选具有目标基因的菌株。
四、总结菌种的选育是微生物学研究中不可或缺的一环。
传统的筛选方法包括随机筛选法、生理选育法和抗性筛选法，它们通过观察菌株的形态、生长特性和抗性等来筛选菌株。
微生物的菌种选育
理想的工业发酵菌种应符合以下要求：⑴遗传性状稳定⑵生长速度快，不易被噬菌体等污染⑶目标产物的产量尽可能接近理论转化率⑷目标产物最好能分泌到胞外，以降低产物抑制并利于产物分离⑸尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并且有利于产物分离⑹培养基成分简单、来源广、价格低廉⑺对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感⑻对溶氧的要求低，便于培养以及降低能耗一、从自然界获得新菌种的步骤分离微生物新种的具体步骤大体可分为采样、增殖、纯化、性能测定。
采样菜园和耕作层土壤是有机质较多的土层，常以细菌和放线菌为主；果园数根土层中，酵母菌含量较高；动植物残体及霉腐土层中，分布着较多的霉菌。
豆科植物根系土中，往往存在根瘤菌；河流湖泊的淤泥中能分离到产甲烷菌；油田和炼油厂周围土层中常见分解石油的微生物等。
各种水体也是工业微生物菌种的重要来源，许多具有光合作用能力的微生物以及兼性或专性厌氧微生物都能从各种水体中筛选得到。
增殖才采集的样品中，一般待分离的菌种在数量上并不占优势，为提高分离的效率，常以投其所好和取其所抗的原则在培养基中添加特殊的养分或抗菌物质，使所需菌种的数量相对增加，这种方法称为增殖培养或富集培养。
纯化常用的菌种纯化方法很多，大体可将它们分为两个层次，一个层次较粗放，一般只能达到“菌落纯”的水平，从“种”的水平来说是纯的，其方法有划线分离法，涂布分离法和稀释分离法。
另一层次是较为精细的单细胞或单孢子分离法，它可达到细胞纯即“菌株纯”的水平。
具体操作方法很多，最简便的方法是利用培养皿或凹玻片等分离小室进行细胞分离。
也可以利用复杂的显微镜操作装置进行单细胞挑取。
性能测定菌种性能测定包括菌株的毒性试验和生产性能测定。
二、基因突变和微生物菌种选育基因是在生物体内具有自主复制能力的遗传功能单位，是一个具有特定核苷酸顺序的核酸片段，每个基因约有1000个碱基对。
基因是合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是指DNA序列）。
发酵工程第二章发酵工业微生物菌种
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
（一）采样
1、采样对象 以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼泽 土中，以细菌和放线菌为主；富含碳水化合物的 土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果 生长区和果园内。采样的对象也可以是植物，腐 败物品，某些水域等。
新种分离与筛选的步骤
（五）毒性试验 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的，将其作为 生产菌种应当十分当心，尤其与食品工业有关的菌种， 更应慎重。据有的国家规定，微生物中除啤酒酵母、脆 壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒 性试验外，其他微生物作为食用，均需通过两年以上的 毒性试验。
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
（三）培养分离
尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂
李 先 磊
Fermentation Engineering
生长状态。因此还必须分离，纯化。在这一步，增殖培 养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一 点，好一点。纯种分离的方法有划线分离法、稀释分离 法。
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
李 先 磊
（二）增殖培养 为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物 至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择 性培养基，选择一定的培养条件来控制。 例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维 素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源， 那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常 生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样 对下阶段的纯种分离就会顺利得多。
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CGMCC（中国普通微生物菌种保藏管理中心）
CGMCC目前保存各类微生物资源超过5000种，46,000余株，用 于专利程序的生物材料7100余株，微生物元基因约75万个克隆。PPT课件
5
国外：
国际菌种保藏联合会（WFCC） 美国典型微生物菌种保藏中心（ATCC） 美国农业研究菌种保藏中心（NRRL） 日本技术评价研究所生物资源中心（NBRC） 荷兰微生物菌种保藏中心（CBS） 德国微生物菌种保藏中心（DSMZ） 英国国家典型微生物菌种保藏中心（NCTC）
自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等
自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种
的自发突变，从而选育出优良菌种的过程叫作自然选育。
PPT课件
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四、微生物菌种的诱变育种
诱变育种是指用人工的方法处理微生物，使它们发生突
变，再从中筛选出符合要求的突变菌株，供生产和科学实验 用。
欲知详细，请听下回分解~
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24
营养缺陷型的筛选过程：
淘汰野生型
检出营养缺陷型 营养缺陷型的鉴定
抗生素法 过滤法
逐个检出法 夹层检出法 营养限量法 影印检出法
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缺陷营养类别 缺陷营养因子
25
影印检出法
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26
小结：
1，微生物诱变选育的主要过程如何？诱变的方法你了 解的哪些？
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3
第二章 工业微生物菌种的选育、保藏与培养
第二节，工业微生物菌种的选育
了解常用的微生物菌种保藏机构
掌握从自然界中分离筛选菌种的方法
熟悉自然选育的作用和意义
PPT课件 熟悉人工诱变育种的方法
4
一、常用的微生物菌种保藏机构
国内：
CICC（中国工业微生物菌种保藏管理中心）
CICC目前保藏国内外各类工业微生物菌种10153株，30余万备份， 其中细菌4445株，酵母菌3222株，霉菌2220株，大型真菌266株。 共计212个属，839个种，基本覆盖了食品与发酵行业各类生产和科 研用微生物。
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诱变育种
熟悉诱变育种的一般步骤 熟悉营养缺陷型等一般概念 掌握突变菌株尤其是营养缺陷型的筛选策略
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一、突变育种的一般步骤 选择出发菌种
同步培养
制备单细胞或单孢子菌悬液
诱变处理
筛选变异菌株
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1，选择出发菌种 选出的菌种该有何担当？ 选出的菌种该具备怎样的素质？ 从哪里选？
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6
二、从自然界或现有菌种中分离筛选菌种
• 从自然界分离微生物菌种是最初获得工业微生物菌种的主要方式。 • 从土壤中分离微生物菌种是典型分离方式之一。 • 从土壤中分离微生物菌种将要花费大量时间和资金。
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7
应当永远铭记，药物是为 人类而生产，不是为追求利润 而制造的。只要坚守这一信念， 利润必将随之而来。
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通过增殖培养，样品中的微生物还是处于混杂生长状
态，如何把它们逐个分离出来？
稀释分离法：
划线分离法：
组织分离法：
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三、微生物菌种的自然选育
选育：经过分离筛选获得的菌种，一般不能立即适应实
际生产需要，还要通过选育，才能提高代谢产物的产量、改 进产品质量、简化工艺、提高产品附加值。
——乔治.默克
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8
从自然界中直接分离筛选菌种
采样 增殖培养 纯种分离及培养 生产性能测定
• 地点 • 时间 • 样品种类 • 地理 • 生态参数
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进行增殖培养时可根据预定的技术措施和菌种特性，
人为地加入一定的限制因素，以使所需的微生物在增殖后在 数量上占绝对优势。
1，控制培养基中碳源的种类 2，添加某些抑制因子或促进因子 3，控制培养条件
2，什么是营养缺陷型？如实现营养缺陷型的筛选？
作业：
将变色圈法、透明圈法、生长圈法、抑菌圈法筛选变异菌株的一般原理整理 到作业本上。
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初筛
复筛
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变色圈
平皿快速检测法
透明圈
生长圈
抑菌圈
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二、营养缺陷菌株及其筛选
营养缺陷型：是指某一野生型菌株由于发生基因突变而丧
失合成一种或几种生长因子的能力，因而无法在基本培养基 上正常生长繁殖的变异类型。
野生型
补充培养基
基本培养基
完全培养基
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A
BC
A: 基本培养基 B：补充培养基 C：完全培养基
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2，同步培养 通过什么样的方式可以实现同步生长？
一、培养条件 二、物理筛分
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3，制备单细胞或单孢子菌悬液
菌悬液一般用无菌生理盐水或缓冲溶液配制。
菌悬液的细胞或孢子浓度一般可以控制在106——108个/mL。
生理盐水就是0.9%的氯化钠水溶液，因为它的
渗透压值和正常人的血浆、组织液都是大致一样的， 所以可以用作补液（不会降低和增加正常人体内钠 离子浓度）以及其他医疗用途，也常用作体外培养 活组织、细胞。是人体细胞所处的液体环境浓度。
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小结：
1，本节内容中，你了解到了菌种保藏机构有哪些？如 何获取联系或购买菌种？
2，从自然界中分离筛选微生物的过程你是否已经熟悉？ 每一步需要注意些什么？
3，分离获得的菌株需要怎样的过程才能用于工业生产？ 你是怎样理解自然选育的？
作业：
设法从土壤中分离筛选出一株黑曲霉，并将其邮寄给CICC进行菌种的鉴定。 作业内容包括完整的从自然界中分离纯化黑曲霉的过程和邮寄所附信件信息。
聘
颜值？ 能力？
素质修养？
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1
发酵工业菌种的要求：
1，所需材料廉价。
耐燥，不事事
2，培养条件易于控制。
听话，人实在
3，生长快，发酵周期短。
体壮，好养活
4，满足代谢控制的要求。
热爱祖国热爱党，热爱老板。
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2
工业微生物菌种的获取途径：
1，从微生物菌种保藏机构购买菌种； 2，从自然界或现有菌种中分离筛选菌种； 3，对筛选出的菌种进行改良从而获得新种。
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4，诱变处理
物理诱变剂 诱变剂
化学诱变剂
诱变剂量：一般是指作用强度与作用时间的乘积。
正向突变较多地出现在偏低的剂量中，负向突变则较多
地出现于偏高的剂量中。
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5，筛选变异菌株
➢ 菌种经过诱变后，绝大多数是负突变菌株，正突变占极 少数。
➢ 选择合适的筛选方法可以大大减少工作量。