微生物育种
微生物育种ppt课件
出发菌株的纯化
纯种分离方法，常用划线分离法和稀释平板法。
在诱变育种中，出发菌株的纯化虽然是辅助手段，但 它是不可缺少的技术步骤，例如前面的例子中，灰黄 霉素变种B-53，经自然分离，获得的变株C-04的产 量比前者显著提高。 ▲
组织松,生长速度快
C-2 UV
C-3 NM C-4 X射线 C-7 UV+Lф C-8 UV C-15 NTG C-17 EMS C-19 NS C-20 EMS
213
548 829 1120 1610 2630 3028 3223 4000 8-11.5 7-8 6-8 4-5 4.5-5.2 8-9 8-9 乳白 柠檬黄 柠檬黄 柠檬黄 鹅黄 (边缘柠檬黄) 乳黄 粉玉色
一代诱变约需2～3个月
突变的机制
碱基置换（转换 颠换）
点突变 移码突位、倒位 突 变
自发突变
第一节 诱变育种
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从中筛选出产量高、性状优良的突变株， 并 设计出适合该突变株最佳的培养基和条件，使其在最适的工 艺条件下最有效地合成产物。
当的知识和全面的了解。
2.
诱变育种工作量大，周期长，对一般周期为7～
10天的抗生素菌种来说，一代诱变需2～3月，因此 事先需作好充分准备，如全面了解菌种培养特征 和生化特征，以及有关培养条件对其影响等，最 后再进行严密设计，确定正确的选育程序和方法。
诱变育种的步骤 •出发菌株的选择与纯化 •单孢子（单细胞）悬液的制备 •诱变剂及诱变剂量的选择 •诱变处理方法 •高产菌株的分离
4、能诱变产生遗传性变异 5、产量高、收得率高
高产突变是一种数量遗传，是由多基因决定的，产量的提 高，需要通过多代诱发突变逐渐积累 诱变是不定向的，会产生各种突变体，从中筛选出复合要 求的菌种是诱变育种中一项重要而艰苦的工作
微生物育种试题及答案
微生物育种试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 微生物育种中常用的诱变剂不包括以下哪一项？A. 紫外线B. 化学试剂C. 辐射D. 抗生素答案：D2. 下列哪种微生物不是通过诱变育种获得的？A. 抗药性大肠杆菌B. 高产乳酸菌C. 耐热酵母菌D. 野生型酿酒酵母答案：D3. 微生物育种的目的是为了提高哪种特性？A. 微生物的致病性B. 微生物的适应性C. 微生物的稳定性D. 微生物的产量答案：D4. 在微生物育种中，哪种方法可以增加突变率？A. 降低培养温度B. 增加培养时间C. 增加突变剂浓度D. 减少营养物质答案：C5. 微生物育种过程中，哪种技术可以用于筛选突变菌株？A. 抗生素筛选B. 抗盐筛选C. 抗热筛选D. 所有以上选项答案：D二、填空题（每题2分，共10分）1. 微生物育种的基本原理是通过_______来产生遗传变异。
答案：诱变2. 微生物育种中常用的诱变剂包括_______、_______和_______。
答案：物理诱变剂、化学诱变剂、生物诱变剂3. 在微生物育种中，通过_______可以提高突变的频率。
答案：增加突变剂的剂量4. 微生物育种的目的之一是获得具有_______的菌株。
答案：优良性状5. 筛选突变菌株时，需要根据目标性状设计_______。
答案：筛选方案三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述微生物育种的基本步骤。
答案：微生物育种的基本步骤包括：选择目标微生物、设计诱变方案、实施诱变处理、筛选突变菌株、评估突变效果、稳定性测试和保存优良菌株。
2. 描述一种常用的微生物育种方法及其优缺点。
答案：一种常用的微生物育种方法是化学诱变育种。
其优点包括操作简便、成本较低、突变率相对较高。
缺点是可能产生有害的副产品，对操作人员存在一定的健康风险，且突变的定向性较差，需要大量的筛选工作来获得目标菌株。
四、论述题（每题20分，共40分）1. 论述微生物育种在食品工业中的应用及其重要性。
微生物育种方法
微生物育种方法微生物育种是一种利用分离出的优良微生物株进行大规模培养、繁殖、筛选、改良和利用的技术。
其目的是生产高质量的微生物制品，应用于医药、农业、食品等领域。
在这篇文章中，我们将介绍微生物育种的方法。
一、微生物分离微生物育种的第一步是从样品中分离微生物。
样品可以是土壤、水、发酵物、动植物、人体等。
分离出的纯培养菌株需要为我们育种提供基础。
常用的分离方法有营养平板法、液体培养法、罐培养法、过滤法等。
营养平板法是最常用的方法，也是最简单的方法。
将样品溶于适当的缓冲液中，均匀涂于富含营养物质的琼脂平板上，在约37°C下培养一段时间，观察并选出菌落形状、大小、颜色等有特色的菌株。
二、微生物培养分离出的微生物菌株需要在适当的培养基上进行培养和繁殖。
不同的菌株需要不同的培养条件，包括温度、pH值、营养成分、氧气含量等。
微生物常用的培养基有营养琼脂、液体培养基、浅层培养、胶粒培养和凝胶孔板培养等。
营养琼脂是最常用的培养基，也是最常见的固体培养基。
在培养微生物的过程中，菌株需要定期转接到新的培养基中，以保证其生长条件的稳定性和细胞数量的增加。
三、微生物筛选微生物筛选是微生物育种的重要步骤之一。
它是对分离出的微生物群体进行系统培养和筛选，从中选择出具有优异特性的微生物株。
微生物的筛选通常从微生物对营养物质的利用、代谢产物特性、生长特性、抗性或附着能力、产酶能力等方面入手。
产酶能力是筛选中最常用的指标之一。
四、微生物改良微生物改良指的是改变微生物的某些性状以达到特殊目的的一系列技术。
改良常用的方法有自然选择、人工选择、突变体筛选和重组DNA技术等。
其中自然选择法是最常见的方法，也是最经济、最有效的方法。
该方法利用自然环境中的各种选择压力，如环境温度、氧气含量、营养物质等条件变化，在自然界中选择出更适应生存的微生物株。
人工选择法则是对微生物进行人工操作，在特定条件下选择出具有特点的微生物株。
突变体筛选则是通过化学物质、物理方法或基因突变剂等诱导产生微生物中的随机变异，筛选出想要的突变体。
微生物诱变育种的基本过程
微生物诱变育种的基本过程
一、筛选目的菌株
在开始微生物诱变育种之前，首先要确定育种的目标，并从中筛选出具有潜在优良性状的目的菌株。
这一步通常需要利用各种生理生化实验和分子生物学技术，对大量菌株进行初步的筛选和鉴定。
二、诱变处理
在确定了目的菌株之后，接下来需要进行诱变处理。
诱变处理通常包括化学诱变和物理诱变两种方式。
化学诱变使用化学诱变剂处理菌株，而物理诱变则利用物理因素（如紫外线、X射线、中子等）处理菌株。
这些诱变因素可以引起菌株基因的突变，进而产生新的性状。
三、突变体的筛选
经过诱变处理后，大量菌株中会存在各种突变体。
为了获得具有优良性状的目标突变体，需要进行筛选。
这一步通常采用各种筛选方法，如单菌落挑取法、稀释涂布平板法等，将突变体从大量菌株中分离出来。
同时，需要通过各种生理生化实验和分子生物学技术，对突变体的性状进行鉴定和筛选。
四、遗传稳定性检测
在筛选出目标突变体后，需要对其遗传稳定性进行检测。
遗传稳定性是指突变体在繁殖过程中，是否能够保持其优良性状的稳定性。
这一步通常采用连续繁殖法和稳定性测定法等方法进行检测，以保证突变体的优良性状能够在后代中得到保留。
五、生产能力测定
最后一步是测定突变体的生产能力。
生产能力是指突变体在实际生产过程中，能否产生足够的产物并保持稳定的产量。
这一步通常采用发酵实验和产物分离纯化等方法进行测定，以保证突变体在实际生产中具有实用价值。
微生物遗传育种名词解释（二）
微⽣物遗传育种名词解释（⼆）1、⾃然选育：从⾃然界直接分离和筛选菌种或在⽣产中利⽤⾃发突变选育优良菌株。
2、诱变育种：对出发菌株进⾏诱变，然后运⽤合理的程序与⽅法筛选符合要求的优良菌株。
3、代谢调控育种：利⽤现有的代谢调控知识，筛选特定突变型，改变代谢流量或流向，从⽽提⾼⽬的产物产量的⼀种育种技术。
4、重组育种；利⽤微⽣物间的遗传重组来改变其遗传物质组成及结构的⼯业微⽣物育种技术。
5、原⽣质体融合育种；通过⼈为⽅法，使遗传性状不同的两细胞的原⽣质体发⽣融合，从⽽实现遗传重组的⼯业微⽣物育种技术。
6、基因⼯程育种技术：在体外构建重组DNA分⼦并导⼊宿主内⾼效表达，从⽽获得重组微⽣物的育种技术。
7、突变：遗传物质核酸中的核苷酸序列发⽣了稳定的可遗传的变化。
8、突变体：带有突变基因的细胞或个体9、突变型：突变体的基因型或表型称为突变型，和其相对的原存在状态称为野⽣型。
10、⾃发突变（spontaneous mutagenesis）：未经任何⼈为处理⽽⾃然发⽣的突变；11、诱发突变（induced mutagenesis）：由⼈们有意识地利⽤物理或化学⼿段对⽣物体进⾏处理⽽引起的突变。
12、整倍体：含有完整的染⾊体组。
13、⾮整倍体：含有不完整状态的染⾊体组，⼀般是指⼆倍体中成对染⾊体成员的增加或减少。
14、部分⼆倍体：原核⽣物中由⼀整条染⾊体和外来染⾊体⽚段所构成的不完整⼆倍体。
增变基因（mutator gene）：其基因突变会导致整个基因组的突变频率明显上升的⼀些基因。
15、前突变：诱变剂所造成的DNA分⼦某⼀位置的损伤16、光复活：指细菌在紫外线照射后⽴即⽤可见光照射，可以显著地增加细菌的存活率，降低突变率。
17、表型延迟phenotype lag：突变体表型改变落后于其基因型改变的现象。
18、分离性延迟segregational lag ：突变基因由杂合状态到纯合状态所造成的表型迟延19、⽣理性延迟physiological lag ：由于基因产物的“稀释”过程所造成的表型迟延野⽣型（wild type）：从⾃然界分离到的任何微⽣物在其发⽣营养缺陷突变前的原始菌株；基因重组：由于不同DNA链的断裂和连接⽽产⽣DNA⽚段的交换和重新组合，形成新的DNA分⼦，进⽽形成新遗传个体的⽅式称为基因重组。
简述微生物育种的方法
简述微生物育种的方法微生物育种是指利用微生物在自然界中的多样性和生物学特性，通过人工选择和培养，获得具有特定形态、结构和功能的微生物种质资源和应用价值。
随着实验技术、基因工程和计算机技术的发展，微生物育种的方法也得到了不断创新和扩展，主要包括繁殖分离法、自然选择法、化学诱变法、基因重组法、互补基因法、片段克隆法等多种形式。
1.繁殖分离法：该方法是指直接从环境中抽取微生物样品，在特定培养基中培养，选择单个微生物营养点上的细胞依次繁殖扩大，最终得到纯净的菌落。
此法所得到的菌株分离纯度较高，但针对少数慢生长的微生物可能会造成困难。
2.自然选择法：将微生物培养在含有特定物质的培养基中，筛选特定菌株抵抗这些物质的能力，建立耐药性超强的微生物菌株。
自然选择法可以加速微生物优化适应性。
3.化学诱变法：通过添加化学诱变剂来引导微生物的自然变异，从而创造新的微生物表型结构或某种特定功能。
常用贡献与光催化剂试剂处理细菌培养液等4.基因重组法：通过利用DNA技术，将某种微生物的特定DNA序列过载入到另一种微生物的基因组中，使其表现出特定的生物学物性能力。
基因重组法是一种高水平的育种方法，对于生物医学、生物工程和环境保护等领域具有领先的指导意义和应用价值。
5.互补基因法：该方法采用两种互补的微生物类型，通过分子技术将彼此缺失结构域的相互互补基因，重新构建为全新的有蔓延生物活性的基因，获得新的微生物种质资源。
6.片段克隆法：利用PCR技术对微生物基因组或质粗DNA进行特定片段PCR扩增，重复扩增并进行分离纯化，将特定片段克隆入质粒后构建成分子交换装置等，实现微生物的基因修饰或突变。
7.综合方法：此法是近年来微生物育种领域通过整合多种育种手段，实现微生物种质资源的复合性、多元化、高综合和智能化开发。
综合方法包括化学、生物、物理等多种手段，结合现代技术和方法，实现扩大育种资源、提高育种效率和获得高附加值产物等。
综上所述，微生物育种方法众多，不同的方法结合已可以实现多样性生物类型的智能化生产，未来随着技术的不断更新与进步，微生物育种方法将不断创新。
微生物遗传育种学
微生物遗传育种学
微生物遗传育种学是研究微生物的遗传变异、遗传改良及育种技术的学科。
微生物指的是细菌、真菌、病毒等单细胞生物。
微生物遗传育种学主要关注微生物在遗传水平上的变异、变异的调控机制以及如何通过遗传改良来获得具有特定性状的微生物株系。
微生物遗传育种学的研究内容包括：
1. 遗传变异的检测与分析：通过分子生物学、基因组学等技术手段，研究微生物中存在的遗传变异，探究变异的产生机制和变异位点的定位。
2. 遗传改良的策略和方法：通过基因工程、突变育种、自然选择等手段，改良微生物的遗传性状，如产量、耐受性、代谢能力等，以提高微生物在工业生产、环境修复、药物开发等方面的应用性能。
3. 突变育种的应用：通过诱变剂或辐射等方法，诱发微生物的突变，筛选出具有特定性状的突变株系，进一步进行遗传改良。
4. 基因工程的应用：通过外源基因的引入、基因的删除或修改等手段，改变微生物的基因组，使其具有特定的功能或产物。
通过微生物遗传育种学的研究与应用，可以获得具有工业、农业、医疗等方面应用潜力的微生物种类，为人类社会的发展和生活带来诸多好处。
微生物的遗传和育种
微生物育种的社会和经济影响
社会影响
随着微生物遗传和育种技术的不 断发展，人们需要关注相关的伦 理、安全和环境问题，以确保技 术的可持续发展和应用。
经济影响
微生物育种技术的发展有望为工 业、农业、医药等领域带来巨大 的经济效益，同时也需要关注技 术的成本和商业化前景。
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土壤修复
微生物育种技术可用于土壤修复领域，通过改良土壤中微生物的种 类和数量，改善土壤质量，提高土壤肥力。
空气净化
某些微生物具有降解空气中有害物质的能力，通过微生物育种技术 可以改良这些微生物的降解能力，用于空气净化。
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未来展望
基因编辑技术的发展
基因编辑技术
随着CRISPR等基因编辑技术的发展， 科学家们能够更精确、高效地修改微 生物基因，从而改良微生物的性状和 生产性能。
代谢工程育种
代谢途径分析
对微生物的代谢途径进行分析， 了解各代谢途径之间的相互关系 和调控机制。
代谢流量调控
通过调节代谢途径中的关键酶活 性或改变代谢流量的方向，以提 高目标产物的合成效率。
细胞工厂构建
通过基因工程技术对微生物进行 改造，构建具有特定代谢特征的 细胞工厂，实现目标产物的定向 生产。
基因编辑的应用
基因编辑技术有望在医药、农业、工 业等领域发挥重要作用，例如用于生 产新型药物、改良农作物、提高微生 物产物的产量和品质等。
合成生物学在微生物育种中的应用
合成生物学
合成生物学是一门新兴的交叉学科，旨 在通过设计和构建人工生物系统来改良 和优化生物功能。
VS
微生物育种中的应用
合成生物学在微生物育种中具有广阔的应 用前景，例如通过设计和构建人工微生物 来生产燃料、化学品、药物等，同时也有 助于解决环境问题和粮食安全问题。
常见的微生物育种方法
主要内容
一、微生物育种简介
二、紫外线诱变选育
（1）诱变机理
（2）DNA损伤修复
（3）紫外线诱变育种程序
（4）实例：酸性α -淀粉酶
高产菌株选育（重点介绍测定
方法及结果）
2
Thank
you!
一、微生物育种简介
◆为什么要发展微生物育种技术
微生物育种：是以提高微生物菌株生产性能为目 标，人为改造微生物菌株的遗传性能的过程。
选取酶活最高的 菌株进行复筛
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酶活测定
5ml 2%可 溶性淀粉
5ml 0.02mol/L pH6.0 磷酸氢二钠-柠檬酸缓 冲液
60℃恒温水浴中 预热4～5min
发酵液经5000rpm离心10min， 取上清作为供试酶液
酶液1ml
立即记录时间
充分摇匀
用滴管取反应 液约0.5ml
2ml标准终点色溶液， 作为比较颜色的标准 当与标准终点色相同时（穴 内颜色反应由紫色逐渐变为 红棕色），即为反应终点， 并记录时间t(min)
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二，菌株UV－12 对紫外线表现出一定的耐受性
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照射0s、50s、60s、70s、80s 、90s、100s、110s、120s 进行涂布 分别取经紫外线诱变的菌悬液0.1mL 暗光条件下 固体鉴别培养基
计算致死率
喷洒碘液
倒置于37℃恒 温培养箱中避 光培养36h
挑选单菌落变色圈直径 与菌落直径比值H/C的菌 株18棵
摇瓶发酵实验， 测定其产酶能力
◆主要微生物育种技术
诱变育种
基因重组育种
基因工程育种 代谢调控育种
第三章微生物育种
制备菌悬液通常采用生理盐水。如果用化学诱变剂处理 时，应采用相应的缓冲液配制，以防处理过程中pH变化而 影响诱变效果。
三、诱变剂及诱变剂量的选择
复合因子处理中，为了提高诱变效果，在具体使用时还 要注意诱变剂处理先后和协同效应问题。
五、影响突变率的因素
菌种遗传特性 菌体细胞壁结构 培养条件和环境条件 பைடு நூலகம் 诱变前预培养和诱变后培养（突变体的修复、表型迟 延） ➢ 温度、pH、氧气等外界条件的影响 ➢ 平皿密度效应
六、突变体的分离和筛选
微生物通过诱变处理后，群体中产生各种类型突变体，有 正突变、负突变和未突变的菌株，需要经过分离和筛选， 逐一挑选出来。
第一节 诱变育种
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从中筛选出产量高、性状优良的突变株， 并 设计出适合该突变株最佳的培养基和条件，使其在最适的工 艺条件下最有效地合成产物。
诱变育种有以下几个优点：速度快，收效大、方法简单。
诱变育种的三大要素：诱变剂、诱变条件、筛选技术。
分三个阶段：菌种基因型改变， 突变体筛选，产量评估
诱变育种的步骤
•出发菌株的选择与纯化 •单孢子（单细胞）悬液的制备 •诱变剂及诱变剂量的选择 •诱变处理方法 •高产菌株的分离
一、出发菌株
对出发菌株的要求：
(1)从自然界样品中分离筛选出来的野生菌株，虽然产量 较低，但对诱变因素敏感，变异幅度大，正突变率高；
通常丝状菌菌株由于遗传分离产生不纯现象，一个多核细胞 经诱变剂处理后，某个核发生有益的突变易被其他尚未突变 的核竞争性地抑制，多核菌体会降低单位存活菌的突变率
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。
微生物遗传育种(提高产品的产量和质量的育种方法)
提高产品的产量和质量的育种方法
01 发展简史
03 研究对象 05 应用领域
目录
02 学科分支 04 科研成果 06 学术著作
微生物遗传育种，所谓微生物遗传育种，即菌种改良，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，使我们获得所需要 的高产、优质和低耗的菌种，其目的是改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。本内容是根据菌种自然变异而进行的自然选育，以及用人工方法引起菌种变异，再按照工 业生产的要求进行筛选来获得新的变种。微生物遗传育种的主要方法有经典的自然选育和诱变育种技术，使菌种 发生突变，存优去劣，这是普遍采用的方法，容易施行，易见成效；另一条途径是研究目的物的基因结构及基因 调控、表达的方式，进行基因重组、转殖，使之高效表达。微生物菌种的选育，不仅可提高目的物的产量，使目 的物产量上百上千倍的提高，大大降低生产成本，提高经济效益，而且通过微生物菌种的选育，可简化工艺，减 少副产品，提高产品质量，改变有效成分组成，甚至获得活性更高的新成分。
（一）自然选育
不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。这类突变没有人工参与并非是没 有原因的，一般认为自然突变有两种原因引起，即多因素低剂量效应和互变异构效应。所谓多因素低剂量效应， 是指在自然环境中存在着低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量的诱变物质和微生物自身代谢产生的诱变物 质等作用引起的突变。互变异构效应是指四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配。自然 突变可能会产生两种截然不同的结果，一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降；另一种是对生产有益的突变。 为了保证生产水平的稳定和提高，应经常地进行生产菌种自然选育，以淘汰退化的，选出优良的菌种。
第二章微生物育种的原理和方法
第二章 微生物育种的原理和方法微生物育种原理和方法微生物育种筛选方法微生物育种原理和方法一、微生物育种原理方法：突变、体内重组体外重组（基因工程）1、从自然界中获得新菌种微生物资源分布：土壤、水、空气、动植物及其腐败残骸都是微生物的主要栖居和生长繁殖场所2、分离微生物新种的步骤 采样、增殖、纯化和性能测定等步骤3、典型的微生物采样和筛选方法生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制不会有代谢产物的积累解除或突破微生物的代谢调节控制目的产物积累微生物育种的目的直接从自然界分离得到的菌株为野生型菌株。
往往低产甚至不产所需的产物，只有经过进一步的人工改造才能真正用于工业生产二、诱变育种方法1、物理诱变：紫外线2、化学诱变：5-溴尿密啶1）紫外线诱变机理：造成DNA链的断裂，或使DNA分子内或分子之间发生交联反应2）诱变过程中需要注意光复活作用：微生物等生物的细胞内存在光复活酶，光复活酶识别胸腺嘧啶二聚体，并与之结合形成复合物（此时的光复活酶没有活性），可见光光能（300-500nm）激活光复活打开二聚体，将DNA复原。
暗修复：细胞内还存在另一种修复体系，它不需要光激活，可修复由紫外线、γ射线和烷化剂等对DNA造成的损伤。
暗修复体系有四种酶参与反应。
紫外诱变的特点：方便、诱变效果很好的常用诱变剂由此说明紫外线照射引起微生物突体形成是一个复杂的生物学过程。
紫外线引起DNA结构的改变仅仅使微生物，于亚稳定状态，点亚稳定到稳定的突变体的形成需要“定时间和过程，所以在实际诱变工作中要采取某些措施避免以上的修复作用，要注意避光或加入某些物质，提高突变的频率。
因此，用紫外线进行诱变时，照射或分离均应在红光下进行。
3）化学诱变剂诱变机理：5-溴尿嘧啶诱变——碱基类似物机理：与碱基的结构类似，在DNA复制时，它们可以被错误地掺入DNA，引起诱变效应注意的参数：参数：浓度、时间、缓冲液三、诱变育种的基本过程诱变育种的基本过程如下：1）出发菌株的选择A、一是考虑出发菌株是否具有特定生产性状的能力或潜力，即菌株是否具有产生特定代谢产物的催化酶系的基因。
微生物遗传育种
原生质体融合操作示意图
五、基因工程育种
20世纪70年代 包括基因工程、分子定向进化等 以微生物本身为出发菌株利用基因工程方法进行改造而获得
的工程菌，或者是将微生物甲的某种基因导入到乙中，使后 者具有前者的某些性状或表达前者的某些基因产物而获得的 新菌种。 优点：克服远缘杂交的不亲和障碍、定向改变生物性状 缺点：可能会引起生态危机、技术难度大
3.溶源性转变
概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主 的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。
区别： 当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转变而获得的新性状也随之消失 温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新 性状 温和噬菌体是完整的，不是缺陷的 获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子
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基因重组（gene recombination）：通过两个具有不同优良性状的亲本菌株 杂交达到基因重组，使两个亲本的优良性状集中到一个重组菌株内。
杂交育种(Hybridization breeding)：一般是指人为利用真核微生物的有性 杂交或准性生殖，或原核微生物的接合、转导和转化等过程，促使两个具不 同遗传性状的菌株发生基因重组，以获得性能优良的生产菌株。
诱变育种的特点
诱变育种存在一定的盲目性和随机性，但操作简便、突变率高、突 变谱广，不仅能提高产量、改进质量，还能扩大产品种类和简化工艺条 件，用于代谢控制育种和杂交育种。因此，发酵工业的优良菌种的选育 主要采用诱变育种方法。
长期诱变会出现产量性状难以继续提高的问题，菌株生活能力一般 会逐渐下降，例如生长周期延长，孢子量减少，代谢减慢，产量增加缓 慢等。
常见微生物菌种保藏方法比较
微生物育种的方法和特点
微生物育种的方法和特点
微生物育种是通过选择、收集、交配和培养微生物来改良其遗传特性和适应性的生物学过程。
以下是微生物育种的主要方法和特点:
1. 选择法:选择是将不同性状的微生物进行交配,以获得具有特
定性状的后代的方法。
选择法通常使用人工筛选和遗传统计学方法。
2. 遗传变异法:遗传变异是指微生物基因组中的DNA序列发生
了改变,从而导致微生物表现出不同的性状。
遗传变异可以通过基因
重组、基因突变和基因组转移等方式实现。
3. 营养代谢法:营养代谢法是通过对微生物代谢产物进行分析,
寻找新的营养物质和代谢途径,从而改善微生物的适应性和产量。
4. 培养法:培养法是将微生物通过培养基培养来改良其性状的
方法。
培养法可以通过改进培养基成分、培养条件、培养温度等方式来改善微生物的性能和产量。
5. 快速检测法:快速检测法是指通过现代生物技术,如基因测序、DNA测序等,对微生物基因组和代谢产物进行分析,以便快速识别和筛选具有特定性状的微生物。
微生物育种的特点有:
1. 高效性:微生物育种可以快速地选择出具有优异性状的微生物,并进行遗传改良,从而提高微生物的生产力和适应性。
2. 多样性:微生物育种可以通过遗传变异和营养代谢等方式来改善微生物的性能和产量,从而创造出具有多样性的新品种。
3. 可操作性:微生物育种可以采用实验室和工厂化生产等多种方式,从而使其操作更加方便和高效。
4. 可预测性:通过遗传变异和营养代谢等方法,可以预测新的微生物新品种的性状和性能,以便进行生产和改良。
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。
微生物育种的方法
微生物育种的方法
1. 自然选育法呀，就好像在一大群微生物里挑选出最厉害的那个“冠军”！比如从一堆野生酵母中选出发酵能力超强的那株。
2. 诱变育种呢，就如同给微生物来一场刺激的冒险，让它们发生奇妙变化！像用紫外线照射细菌，说不定就会产生新特性呢。
3. 杂交育种啊，不就像是让微生物们来一场“联姻”，结合各自的优点！就像把两种优良的霉菌进行杂交。
4. 基因工程育种，哇哦，这简直是在微生物的世界里进行高端定制呀！好比给微生物植入特定的基因，让它拥有我们想要的功能。
5. 原生质体融合育种，这就像是让微生物们打破隔阂，融合出全新的强大个体！比如把两种不同的杆菌的原生质体融合在一起。
6. 代谢控制育种，这不就是巧妙地控制微生物的代谢路径嘛，让它们乖乖听话！像引导微生物更多地产生我们需要的产物。
7. 分子育种，这可是深入到分子层面的神奇操作呀，能塑造出独特的微生物！比如通过分子手段对微生物进行精准改造。
8. 高通量筛选育种，就好像在茫茫人海中快速找到那个最合适的微生物！像是从大量的微生物样本中迅速筛选出目标。
9. 组合育种，这不就是把各种方法组合起来，发挥出最大效果嘛！就如同给微生物来一套全方位的提升策略。
10. 适应性进化育种，这简直是让微生物在环境中不断成长和进化呀！好比让微生物在特定条件下逐渐变得更强大。
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微生物育种百科名片英文名称microbial breeding ，就是指培育优良微生物的生物学技术。
其方法通常为自然选育和人工选育两类，可单独使用，也可交叉进行。
目录自然选育人工选育1 诱变育种2 化学诱变3 原生质体诱变在工业微生物育种中4 展望未来5 结语参考文献自然选育人工选育1 诱变育种2 化学诱变3 原生质体诱变在工业微生物育种中4 展望未来5 结语参考文献展开编辑本段自然选育对自然界中的微生物，在未经人工诱变或杂交处理的情况下进行分离和纯化(见微生物的分离和纯化),然后进行纯培养和测定(见微生物测定法),择优选取微生物的菌种。
这种方法简单易行，但获得优良菌种的几率小，一般难以满足生产的需要。
编辑本段人工选育分诱变育种和杂交育种两种。
诱变育种以诱发基因突变为手段的微生物育种技术。
1927年,H.J. 马勒发现X射线有增加突变率的效果;1944年，C.奥尔巴克首次发现氮芥子气的诱变效应;随后，人们陆续发现许多物理的(如紫外线、γ射线、快中子等)和化学的诱变因素。
化学诱变因素分为3种:?诱变剂与一个或多个核酸碱基发生化学变化,使DNA复制时碱基置换而引起变异，如羟胺亚硝酸、硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯、硝基胍、亚硝基甲基脲等;?诱变剂是天然碱基的结构类似物,在复制时参入DNA分子中引起变异，如5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘧啶、8-氮鸟嘌呤和2-氨基嘌呤等;?诱变剂在DNA分子上减少或增加1,2个碱基，使碱基突变点以下全部遗传密码的转录和翻译发生错误，从而导致码组移动突变体的出现，如吖啶类物质和一些氮芥衍生物(ICR)等。
诱变育种操作简便，突变率高,突变谱广，它不仅能提高产量，改进质量，还可扩大产品品种和简化工艺条件。
如1943年从自然界分离到的青霉素产生菌的效价只有20单位/毫升,经过一系列的诱变育种后，效价已达40000单位/毫升;金霉素产生菌经诱变后,发酵液中又积累了去甲基金霉素;谷氨酸棒杆菌1299经紫外线诱变后，有的能产赖氨酸,有的能产缬氨酸,增加了产品的种类;土霉素产生菌经诱变后，选到了能减少泡沫的突变菌株，从而提高了发酵罐的利用率。
诱变育种的不足是缺乏定向性。
杂交育种不同基因型的品系或种属间，通过交配或体细胞融合等手段形成杂种，或者是通过转化和转导形成重组体，再从这些杂种或重组体或是它们的后代中筛选优良菌种。
通过这种方法可以分离到具有新的基因组合的重组体，也可以选出由于具有杂种优势而生长旺盛、生物量多、适应性强以及某些酶活性提高的新品系。
杂交育种的方式因实验菌株的生殖方式不同而异，如有性杂交、准性重组、原生质体融合、转化、转导、杂种质粒的转化等;但是，选择亲株、分离群体后代的培养、择优去劣和杂种遗传分析的过程基本是相同的。
杂交法一般指有交配反应的菌株进行交配或接合而形成杂种。
这种方法适用范围很广，在酒类、面包、药用和饲料酵母的育种，链霉菌和青霉菌抗生素产量的提高，曲霉的酶活性增强等方面均已获得成功。
体细胞融合是在不具性反应的品系或种属间细胞融合和染色体重组，先用酶溶解细胞壁,再用氯化钙-聚乙二醇处理原生质体，促使融合，获得杂种。
此法在工业微生物的菌种改良中有积极作用。
转化和转导首先应用于细菌，现已广泛用于链霉菌和酵母菌等。
随着重组DNA技术的发展,重组质粒的构建和转化系统的确立，已可将目的基因转移到受体细胞内，得到能产生具有重要经济价值的生物活性物质(如疫苗、酶等)的株系。
微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切, 其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏,甚至影响人们的日常生活质量,所以培育优质、高产的微生物菌株十分必要。
微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导, 或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状, 人为地使某些代谢产物过量积累,获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。
作为途径之一的诱变育种一直被广泛应用。
目前,国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。
此外,原生质体诱变技术已广泛地应用于酶制剂、抗生素、氨基酸、维生素等的菌种选育中,并且取得了许多有重大应用意义的成果。
编辑本段1 诱变育种1.1物理诱变1.1.1紫外照射紫外线照射是常用的物理诱变方法之一, 是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。
DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm, 因此在260nm 的紫外辐射是最有效的致死剂。
紫外辐射的作用已有多种解释,但比较确定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚体[1]。
二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对,所以可能导致突变甚至死亡[2]。
紫外照射诱变操作简单,经济实惠,一般实验室条件都可以达到,且出现正突变的几率较高,酵母菌株的诱变大多采用这种方法。
1.1.2电离辐射γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一,具有很高的能量,能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA 结构。
其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基,或者脱氧核糖的化学键和糖- 磷酸相连接的化学键。
其间接效应是能使水或有机分子产生自由基, 这些自由基可以与细胞中的溶质分子发生化学变化,导致DNA 分缺失和损伤[2]。
除γ- 射线外的电离辐射还有X- 射线、β- 射线和快中子等。
电离辐射有一定的局限性,操作要求较高,且有一定的危险性,通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。
1.1.3离子注入离子注入是20 世纪80 年代初兴起的一项高新技术,主要用于金属材料表面的改性。
1986 年以来逐渐用于农作物育种,近年来在微生物育种中逐渐引入该技术[3]。
离子注入时,生物分子吸收能量,并且引起复杂的物理和化学上的变化,这些变化的中间体是各类活性自由基。
这些自由基,可以引起其它正常生物分子的损伤,可使细胞中的染色体突变,DNA 链断裂,也可使质粒DNA 造成断裂。
由于离子注入射程具有可控性, 随着微束技术和精确定位技术的发展,定位诱变将成为可能[4]。
离子注入法进行微生物诱变育种, 一般实验室条件难以达到,目前应用相对较少。
1.1.4 激光激光是一种光量子流,又称光微粒。
激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合应用,直接或间接地影响有机体,引起细胞染色体畸变效应、酶的激活或钝化,以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。
光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用, 都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。
不同种类的激光辐射生物有机体,所表现出的细胞学和遗传学变化也不同[5]。
激光作为一种育种方法,具有操作简单、使用安全等优点,近年来应用于微生物育种中取得不少进展。
1.1.5 微波微波辐射属于一种低能电磁辐射, 具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz,对生物体具有热效应和非热效应。
其热效应是指它能引起生物体局部温度上升。
从而引起生理生化反应;非热效应指在微波作用下,生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。
在这两种效应的综合作用下,生物体会产生一系列突变效应[6]。
因而,微波也被用于多个领域的诱变育种,如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种,并取得了一定成果。
1.1.6 航天育种航天育种,也称空间诱变育种,是利用高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间, 利用宇宙空间特殊的环境使生物基因产生变异,再返回地面进行选育,培育新品种、新材料的作物育种新技术。
空间环境因素主要有微重力,空间辐射,以及其它诱变因素如交变磁场,超真空环境等,这些因素交互作用导致生物系统遗传物的损伤,使生物发生诸如突变、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。
航天育种较其它育种方法特殊, 是航天技术与微生物育种技术的有机结合,技术含量高,成本高,个体研究者或一般研究单位都难以实现,只能与航天技术相结合,由国家来完成。
编辑本段2 化学诱变2.1.1 烷化剂烷化剂能与一个或几个核酸碱基反应,引起DNA 复制时碱基配对的转换而发生遗传变异, 常用的烷化剂有甲基磺酸乙酯、亚硝基胍、乙烯亚胺、硫酸二乙酯等。
甲基磺酸乙酯( ethylmethane sulphonate ,EMS) 是最常用的烷化剂,诱变率很高。
它诱导的突变株大多数是点突变，该物质具有强烈致癌性和挥发性,可用5%硫代硫酸钠作为终止剂和解毒剂。
N- 甲基- N'- 硝基- N- 亚硝基胍( NTG) 是一种超诱变剂,应用广泛,但有一定毒性,操作时应该注意。
在碱性条件下,NTG 会形成重氮甲烷(CH2N2),它是引起致死和突变的主要原因。
它的效应很可能是CH2N2 对DNA 的烷化作用引起的[2]。
硫酸二乙酯( DMS) 也很常用,但由于毒性太强,目前很少使用。
乙烯亚胺,生产的较少,很难买到。
使用浓度0.0001%~0.1%,高度致癌性,使用时需要使用缓冲液配置。
2.1.2 碱基类似物碱基类似物分子结构类似天然碱基,可以掺入到DNA 分子中导致DNA 复制时产生错配,mRNA 转录紊乱,功能蛋白重组,表型改变。
该类物质毒性相对较小,但负诱变率很高,往往不易得到好的突变体。
主要有5- 氟尿嘧啶( 5- FU) 、5- 溴尿嘧啶( 5- BU) 、6- 氯嘌呤等。
程世清等[25]用5- BU 对产色素菌( 分枝杆菌T17- 2- 39) 细胞进行诱变,生物量平均提高22.5%.2(1.3 无机化合物诱变效果一般,危险性较小。
常用的有氯化锂,白色结晶,使用时配成0.1%~0.5%的溶液, 或者可以直接加到诱变固体培养基中,作用时间为30min,2d。
亚硝酸易分解,所以现配现用。
常用亚硝酸钠和盐酸制取,将亚硝酸钠配成0.01~0.1mol/L 的浓度, 使用时加入等浓度等体积的盐酸即可。
2.1.4 其他盐酸羟胺,一种还原剂,作用于C 上,使G- C 变为A- T。
也较常用,使用浓度为0.1%,0.5%,作用时间60min,2h。
此外,诱变时将两种或多种诱变因子复合使用,或者重复使用同一种诱变因子,效果更佳。
顾正华等[7]以谷氨酸棒杆菌ATCC- 13761 为出发菌株,经DMS 和NTG 多次诱变处理,获得一株L- 组氨酸产生菌。
2、诱变剂2.1 诱变剂的选择在选择诱变剂时, 需要注意诱变剂的专一性, 即某一诱变剂或诱变处理优先使基因组的某些部分发生突变而别的部分即使有也很少发生突变。
对诱变剂专一性的分子基础不十分了解万尽管有关的修复途径必定对此有影响, 但它们的关系并不那么简单, 其它各种因素,包括诱变处理的环境条件也能影响突变类型。
工业遗传学家很难正确地预言改良某一菌种时需要何种类型的分子水平的突变。
因此, 为了产生类型尽可能多的突变体, 最适当的方法是采用几种互补类型的诱变处理。
远紫外无疑是所有诱变剂中最为合适的, 似乎可以诱导所有已知的损伤类型。