《食品微生物学》授课教案第六章微生物的遗传变异与菌种选育

《食品微生物学》授课教案

第六章微生物的遗传变异与菌种选育

教学目的：

1、掌握微生物基因突变的类型、特点和机制。

2、掌握微生物分离纯化的方法步骤。

3、掌握营养缺陷型突变菌株的筛选方法和具体应用。

教学重点与难点：掌握微生物分离纯化的方法步骤。

教学课时：2学时

教学方法：多媒体教学

教学内容：

微生物在遗传上特点：1、微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。2、很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。3、对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。大多是无性生殖，变异易保留。

一、微生物遗传变异的物质基础

1、证明经典实验

1）转化实验

2）噬菌体T2的感染实验

3）病毒拆开与重建实验

2、遗传物质在细胞中存在方式

1）细胞水平

2）核水平（plasmid）

3）染色体水平

4）核酸水平

5）基因水平（遗传功能单位）

6）密码子水平（遗传信息单位）

7）核苷酸水平（最低突变或交换单位）

质粒种类：

1）F因子（致育因子）：大肠杆菌中发现，含质粒为F+（♂）；无质粒为F-（♀）；质粒DNA整合到染色体上为Hfr.

2）R因子（耐药性）：痢疾杆菌，多价耐药性，耐药信息携带在质粒上。

3）Col因子（大肠杆菌素产生因子）

4）青霉素酶质粒

5）Ti质粒（诱癌质粒）：植物根癌，植物基因工程重要载体。

6）降解质粒：Pseudomonas

二、微生物的基因突变

突变是指遗传物质核酸中的核苷酸顺序突然发生了可遗传的变化。包括基因突变（点突变）和染色体畸变

（一）基因突变

1、类型

形态突变型、生化突变型

营养缺陷型：由基因突变引起某酶合成能力丧失，必须在原有培养基中添加相应的营养成分才能生长。

致死突变型：基因突变导致个体死亡。

条件致死突变型：在某一条件下呈现致死效应，如温度敏感突变型。

2、特点

不对应性、自发性、稀有性、独立性、诱变性、稳定性、可逆性

3、突变机制

诱变机制：碱基对置换（点突变）；移码突变；染色体畸变；转座因子自发突变机制：背景辐射和环境因素的诱变；自身代谢产物的诱变；互变异构效应；环出效应。

紫外线对DNA的损伤及机体对损伤DNA的修复：光复活作用；暗修复作用（切补修复）；重组修复；SOS修复；DNA 多聚酶的校正作用。

三、微生物的菌种选育

菌种工作包括三方面：选种、育种、复壮和保藏。选育新菌种可从几方面着手：

1）从原有菌株入手进行各种遗传改造工作。

2）根据文献资料报导的微生物种属，向国内外菌种保藏机构索取同种或同属菌株，从中寻求符合要求者。

3）根据所需菌种特性、嗜好或工艺要求，从特定的生态环境中以特定方法重新分离自然菌株。

（一）从自然界分离菌种（菌种分离与筛选）

1、采样：主要以土壤为样品，一般采5-20cm深处土，须记录日期、地点、环境情况等。要根据筛选目的、微生物分布、菌种特性以及与之有关的环境，综合考虑，具体分析来决定。

2、增殖培养（富集培养）：实际上是初筛浓缩，方法主要是：

3、菌种筛选主要步骤：

调查研究及查阅充分的资料↓

设计实验方案

↓确定采集样品的生态环境

采样

↓确定特定的增殖条件

增殖培养

↓确定特殊的选择培养基及可能的

↓定性或半定量快速检出法

平板分离

↓

原种斜面

↓确定发酵培养基础条件

筛选

↓

初筛（1株1瓶）

↓

复筛（1株3～5瓶）

↓结合初步工艺条件摸索

再复筛（1株3～5瓶）

↓

3～5株

↓

单株纯种分离

↓生产性能试验

↓→毒性试验

菌种鉴定

4、分离：

5、筛选：即进行生产性能测定，确定适合生产要求菌种。

（二）自发突变与育种

（三）诱变育种

原种（出发菌株）→纯化→斜面→同步培养→离心洗涤→振荡打散→过滤→菌悬液→诱变处理→平板分离→斜面→斜面→斜面→保藏及扩大试验（活菌计数）（计数）（变异率）（初筛）（复筛）（再复筛）

（四）营养缺陷型筛选

基本培养基（MM，[-]）：凡能满足某一菌种野生型和原养型菌株营养要求的最低成分的组合培养基。

完全培养基（CM，[+]）：在基本培养基中加入一些富含生长因子的物质，以满足该微生物各种营养缺陷型要求。

补充培养基（SM，[X]）：在基本培养基中有针对性地加上某一种或几种其自身不能合成的成分，以满足相应营养缺陷型生长的培养基。

营养缺陷型表示：所要求的营养物的头三个字母表示，如bio-，对应的野生型以bio+表示。

一般步骤：

1、诱变处理：

2、淘汰野生型：抗生素法、菌丝过滤法。

3、检出缺陷型：

4、鉴定缺陷型：

1）生长谱法：缺陷型斜面培养后，制成菌悬液涂布于[-]上，平板上划成不同区域，分别加上一种所需测验的营养物，培养观察。

2）组合补充培养基法：菌株较多时用。

5、营养缺陷型应用

1）标记菌种：代谢途径、杂交、基因重组中。

2）生物测定用菌

3）生产菌株：前体积累。

四、菌种衰退、复壮和保藏

（一）衰退与复壮

对产量性状而言，菌种的负变就是衰退，其他原有典型性状变得不典型了，也是衰退。

1、衰退的防止

控制传代次数；创造适宜的培养条件；利用不同类型细胞进行接种传代；采用有效的菌种保藏方法，加强菌种管理措施。

2、复壮

纯种分离；通过宿主体进行复壮（寄生性微生物）；淘汰已退化个体

（二）菌种保藏