第七节代谢控制育种
微生物育种资料名词解释1．富集培养目的微生物含量较少时，根据
微生物育种资料名词解释1．富集培养：目的微生物含量较少时，根据微生物生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利生长条件，是目的微生物在最适环境下迅速生长繁殖，数量增加，由劣种变为优势种，以利用分离所需要的菌种。
2．营养缺陷型：野生型菌株经过人工诱变或自然突变失去合成某种营养（氨基酸、维生素、核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺失的营养因子才能生长。
3．常规杂交育种：通过接合、转化、转导、溶源转化和转染等方式来获得重组体的杂交育种方法。
4．原生质体融合育种：通过酶解破除细胞壁后，制备微生物原生质体，然后诱导原生质体融合杂交，双亲本不受亲和力限制，甚至可以打破种属间遗传障碍。
获得远缘杂交重组体的特殊方式。
5．原生质体再生育种：微生物制备原生质体后直接再生，从再生菌落中分离筛选变异菌株，最终得到优良性状提高的正变菌株。
6．原生质体诱变育种：以微生物原生质体为育种材料，采用物理或化学诱变剂处理，然后分离到再生培养基中再生，并从再生菌落中筛选高产突变菌株。
解答1．工业生产的微生物菌种的特性①在遗传上必须是稳定的②易于产生许多营养细胞、包子或其他繁殖体②必须是纯种，不应带有其他杂菌及噬菌体④种子的生长必须旺盛、迅速⑤产生所需要的产物时间短⑥比较容易分离提纯⑦有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强⑧能保持较长的良好经济性能⑨菌株诱变处理较敏感，从而可以选育出高产菌株⑩在规定时间内，菌株必须产生与其数量的目的产物，并保持相对地稳定2．工业微生物的发展史（1）诱变育种。
以人工诱变手段诱发微生物基因突变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从多种多样的变异体中筛选出产量高、性状优良的变异株，并找出发挥这个变株最佳培养基和培养条件，使其在最是环境条件下合成有效产物。
（2）杂交育种。
使双亲或多亲的遗传物质重新组合，以获得综合双亲优良性状的新品种的育种方法。
（3）代谢控制育种。
进行内因改变，通过定向选育某种特定的突变型，以达到大量积累由于产物的目的，定向选育包括改变代谢代谢通路；降低支路代谢终产物产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜通透性。
《代谢控制和育种》课件
代谢控制与育种目标的实现
1
代谢控制技术在育种过程中具有重要的应用价值 ，可以帮助育种家实现更高效的育种目标。
2
通过代谢控制技术，可以缩短育种周期、提高育 种效率、降低育种成本，为现代农业的发展提供 有力支持。
3
代谢控制技术还可以与其他育种技术相结合，如 基因编辑、基因转移等，进一步提高育种水平， 为人类创造更多的价值。
基因组学在育种中的应用
基因组学研究植物或动物的整个 基因组，帮助科学家了解基因的 结构和功能，以及基因之间的相
互作用。
通过基因组学研究，科学家可以 发现与特定性状相关的基因，并 利用这些信息来预测和选择具有
所需性状的个体。
基因组学还可以用于研究植物或 动物的进化过程，以及不同品种 之间的亲缘关系，为育种提供更
多选择和可能性。
代谢组学在育种中的应用
代谢组学研究生物体内代谢产物的组成和变化 ，帮助科学家了解生物体的代谢过程和生理状 态。
通过代谢组学研究，科学家可以发现与特定性 状相关的代谢物，并利用这些信息来预测和选 择具有所需性状的个体。
代谢组学还可以用于研究植物或动物在不同环 境条件下的适应性，以及不同品种之间的代谢 差异，为育种提供更多选择和可能性。
04 代谢控制育种的未来展望
代谢控制育种的发展趋势
基因编辑技术的广泛应用
随着基因编辑技术的发展，代谢控制育种将 更加精准和高效，能够更快地培育出具有优 良性状的新品种。
智能化育种
利用大数据和人工智能技术，实现代谢控制育种的 智能化，提高育种效率和准确性。
生物信息学在育种中的应 用
通过生物信息学手段，解析基因组、转录组 和蛋白质组等多层次信息，为代谢控制育种 提供更全面的数据支持。
代谢控制发酵育种的基本技术1
4
诱变育种的程序： 诱变育种的程序：
出发菌种 纯化 细胞或孢子悬浮液制备 诱变剂量确定 活细胞计数 诱变剂处理 活细胞计数 中间培养 目的突变株分离 初筛 复筛 生产性试验
5
诱变育种中的几个问题：
出发菌株的选择：对诱变剂敏感，变异幅度大。 细胞悬浮液的制备：同步培养，菌龄，浓度。 诱变剂的选择及处理方法： 中间培养：克服表型延迟
9
④ ⑤ ⑥
⑦
对霉菌发芽孢子有选择性杀死作用。 亚硫酸法 对霉菌发芽孢子有选择性杀死作用。 杀死野生型酵母细胞。 制霉菌素法 杀死野生型酵母细胞。 过滤法：适用于丝状真菌。野生型呈丝状， 过滤法：适用于丝状真菌。野生型呈丝状，缺陷 型孢子不能萌发 差别杀菌法：芽孢较营养细胞耐热。 差别杀菌法：芽孢较营养细胞耐热。
6
突变菌株的分离： 突变菌株的分离
1 营养缺陷型菌株的分离 2 抗性突变株的分离 3 温度敏感型突变株的分离 4 产量性状突变株的分离
7
1，营养缺陷型菌株的分离： ，营养缺陷型菌株的分离
1.1营养缺陷型的浓缩 营养缺陷型的浓缩 目的： 目的：选择性地除去经中间培养后群体细胞中的野
生型细胞，从而提高缺陷型细胞的分离和检出效率。 生型细胞，从而提高缺陷型细胞的分离和检出效率。
29
30
4 再生
融合的原生质体必须使胞壁再生，恢复原来的状 融合的原生质体必须使胞壁再生， 态 再生培养基为完全培养基， 再生培养基为完全培养基，含Ca2+，Mg2+，并须 加入渗透压稳定剂。 加入渗透压稳定剂。
31
5 融合子的选择
原生质体融合会产生两种情况： 原生质体融合会产生两种情况：
真正的融合：即产生杂合双倍体或单倍重组体。 真正的融合：即产生杂合双倍体或单倍重组体。 短暂的融合：即产生异核体。 短暂的融合：即产生异核体。
微生物育种复习题答案
微生物育种学复习题题型包括填空、选择、名词解释、简答题、问答题名词解释转换:嘌呤与嘌呤之间,嘧啶与嘧啶之间发生互换称为转换置换：在DNA链上的碱基序列中一个碱基被另一个碱基代替的现象称为置换颠换：一个嘌呤替换另一个嘧啶或一个嘧啶替换另一个嘌呤的现象称为颠换移码突变：碱基序列中有一个或几个碱基增加或减少而产生的变异;转导：由噬菌体将一个细胞的基因传递给另一细胞的过程;它是细菌之间传递遗传物质的方式之一;其具体含义是指一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中;转染：指真核细胞由于外源DNA掺入而获得新的遗传标志的过程;常规转染技术可分为瞬时转染和稳定转染永久转染两大类;端粒：是染色体末端的一个区域,该区域含有DNA重复序列,当体细胞衰老时,重复序列的数量将逐渐减少;异核体：两株基因型不同的菌株菌丝体在培养过程中紧密接触,接触部分细胞壁溶解、联结、融合、细胞质交流,在共同的细胞质里存在着两个细胞核;准性生殖：两个体细胞的核融合,及同源染色体的交换,直至基因重组,完成了和有性繁殖相似的繁殖过程;原生质体：指在人为条件下,用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后,所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞;富集：某些物质通过水、大气和生物作用而在土壤或生物体内显著积累的作用;基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基,含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基;选择培养基及各种类培养基概念：根据微生物的特殊营养需求或其对某些物理、化学因素的抗性而设计的培养基,用来将某种或某类微生物群体中分离出来,具有使混合菌样中劣势菌变为优势菌的功能,广泛用于菌种筛选等领域;完全培养基:凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基;补充培养基:凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基;富集培养：是在目的微生物含量较少时,根据微生物的生理特性设计一种选择性培养基,创造有利的生长条件,使目的微生物在最适环境下迅速生长繁殖,数量增加,由自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种以利分离到所需要的菌株;营养缺陷型：野生型菌株经过人工诱变或自然突变失去合成某种营养氨基酸、维生素、核酸等的能力,只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长;光修复又称光复活作用：细菌经波长220~300nm的紫外线照射后,接着经波长310~460nm的可见光照射,与不经可见光照射的对照相比,其存活率大幅度提高,突变率相应下降,这种现象称光复活;同工酶:催化同一个反应,但其分子结构不同,即同工酶;酶合成的调节：通过调节酶的合成量进而调节代谢速度的调节机制,这是一种在基因水平上的代谢调节;代谢控制育种：通过定向选育某种特定的突变型,改变代谢通路、降低支路代谢终产物的产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜的透性,以达到大量积累有益产物的目的;末端产物阻遏：由某代谢途径末端产物过量累积而引起的阻遏;组成型突变株：操纵基因或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵,菌株不经诱导也能合成酶、或不受终产物阻遏的调节突变型;原生质体再生育种：微生物制备原生质体后直接再生,从再生的菌落中分离筛选变异菌株,最终得到优良性状提高的正变菌株;基因工程中标记用抗生素: 四环素、氨苄青霉素、卡那霉素、氯霉素各种反馈抑制的概念：1、P162直线式代谢途径中的反馈抑制：终产物合成过多时可抑制途径中第一个酶的活性,最终导致终产物合成停止;2、优先合成：分支途径中一个终产物优先被合成,浓度过量后,抑制自身合成途径,使代谢转向合成另一个终产物;3、协同反馈抑制多价反馈抑制、协作反馈抑制：分支途径中两个或两个以上的终产物单独存在时不能抑制共同途径中第一个酶,只有几个终产物同时过量存在时,才能抑制此酶;4、合作反馈抑制增效反馈抑制：分支途径中末端产物单独存在时仍有微弱的抑制作用,当几个末端产物单独存在时抑制作用增强;5、累积反馈抑制：分支途径中每一末端产物单独存在时,只是部分地抑制共同途径中的第一个酶;各个终产物的抑制作用互不影响,只有同时过量存在时,才使酶活力完全受到抑制,并且抑制的总百分数等于各单独抑制的百分数的和;6、同工酶：一个共同途径的起始反应受两个或两个以上的酶所催化;7、顺序反馈抑制：分支途径中几个末端产物抑制分支点后面第一个酶,使分支点产物积累;结果分支点产酶又反馈抑制了共同途径中的第一个酶,最后使整个代谢途径停止;分支代谢途径中的反馈抑制各种诱变剂种类及基本原理：1、物理诱变剂：例如：电离辐射、电磁波、紫外线等; 原理：通常使用物理辐射中的各种射线,主要是由高能辐射导致生物系统损伤,继而发生遗传变异的一系列复杂的连锁反应过程;电离辐射主要导致基因突变和染色体的畸变;非电离辐射主要导致形成嘧啶二聚体;2、化学诱变剂：如药品、农药、食品添加剂、调味品、化妆品、洗涤剂、塑料、着色剂、化肥、化纤等原理：对DNA其作用,改变其结构并引起遗传变异;对基因的某部位发生作用;3、生物诱变剂：如真菌的代谢产物、病毒、寄生虫等;原理:生物体内还有一些内源诱变剂,内源诱变剂是在人体健康异常的情况下产生的,如遗传因素、内分泌紊乱;放线菌杂交方法：一混合培养法二玻璃纸法三平板杂交法突变表型的种类：一形态突变型：菌落形态,细胞形态,孢子数量、颜色;二生化突变型：营养缺陷型、糖类分解发酵突变株、色素形成突变株、有益代谢产物生产能力突变株;三条件致死突变型：温敏突变型热敏感和冷敏感;四致死突变型：显性致死和隐性致死;五抗性突变型：抗药突变、抗噬菌体突变、抗高温突变、抗辐射突变;杂交育种的遗传标记：1、营养缺陷型标记：可选单缺、双缺或多缺型,通常用双缺陷型标记；2、抗性标记：抗逆性耐高温、高盐和高PH等和抗药性；3、温度敏感性标记：许可温度下生长,非许可温度下不生长；4、其他性状标记：孢子颜色、菌落形态结构、色素等;制备原主质体的各种酶：简答题1.工业微生物菌株应具备的基本要求有哪些写出6点以上即可a.在遗传上必须是稳定的;b.易于产生许多营养细胞、孢子或其它繁殖体;c.必须是纯种,不应带有其他杂菌及噬菌体;d.种子的生长必须旺盛、迅速;e.产生所需要的产物时间短;f.比较容易分离提纯;g.有自身保护机制,抵抗杂菌污染能力强;h.能保持较长的良好经济性能;2.原核微生物染色体结构特点有哪些a.遗传信息的连续性,共价、闭合、环状b.功能相关的结构基因组成操纵子c.结构基因单拷贝及rRNA多拷贝d.基因的重复序列少而短3.什么是表型延迟导致表型延迟的原因是什么表型延迟：是指微生物通过自发突变或人工诱变而产生新的基因型个体所表现出来的遗传特性不能在当代出现,其表型的出现必须经过2代以上的复制;导致表型延迟的原因：a.与诱变剂性质和细胞壁结构组成有关,有些诱变剂渗入细胞的速度相当慢;b.若突变发生在多核细胞中的某一个核,该细胞就成为杂核细胞了;如果该核突变的基因是唯一控制突变表型的基因,那么突变是隐性的,只有几代繁殖分裂得到纯的核突变细胞,才能出现由该基因控制的突变表型;C.原有基因产物在子细胞中的浓度随着繁殖逐步稀释到最低限度后,突变表型才显现;4.举例简述显色圈法筛选微生物菌种的原理和方法;直接用显色剂或指示剂原理：对于一些不易产生透明圈产物的产生菌,可在底物平板中加入指示剂或显色剂,使所需微生物能被快速鉴别出来;举例：P675.简述透明圈法筛选微生物菌种的原理,并举例;原理：在平板培养基中加入溶解性较差的底物,使培养基浑浊;能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明圈,圈的大小初步反应该菌株利用底物的能力;该法在分离水解酶产生菌时采用较多,如脂肪酶、淀粉酶、蛋白酶、核酸酶6.试述筛选营养缺陷型菌株的步骤以及它们的微生物育种中的应用;筛选步骤：a.营养缺陷型的诱发b．淘汰野生型菌株c.营养缺陷型的检出d．营养缺陷型的鉴定应用：a.工业育种：协助解除代谢反馈调控机制,从而达到大量积累产物的目的,如氨基酸的发酵;b.遗传标记：菌种杂交、重组育种时作为遗传标记;7.简述选育营养缺陷型突变株可改变细胞膜透性的类型以及能够提高发酵产物产量的机理;类型：1、生物素缺陷型的突变株:w生物素作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰COA 羧化酶的辅酶,参与脂肪酸的合成,进而影响磷脂的合成,最终改变细胞膜的结构;2、油酸缺陷型的突变株:由于油酸缺陷型突变株切断了油酸的后期合成,丧失了自身合成油酸的能力,必须由外界供给油酸才能生长,故油酸含量的多少,直接影响到磷脂合成量的多少盒细胞膜的通透性;3、甘油缺陷型的突变株：甘油缺陷型的遗传障碍是丧失a-磷酸甘油脱氢酶,所以不能合成a-磷酸甘油和磷酸,必须由外界供给甘油才能生长;机理：8.反馈阻遏和反馈抑制的区别有哪些反馈阻遏是对酶合成的阻遏,是基因转录水平上的代谢调节,效果不及反馈抑制那样迅速;反馈抑制是通过调节变构酶的活力得以实现,因为不涉及蛋白质的而合成过程,调节的效果比较直接而快速;9.微生物原生质体育种主要包括哪4种方法,并对各方法做简要解释;a.微生物原生质体再生育种是微生物制备原生质体后直接再生,从再生的菌落中分离筛选变异菌株,最终得到优良性状提高的正变菌株;b.微生物原生质体诱变育种是以微生物原生质体为育种材料,采用物理或化学诱变剂处理,然后分离到再生培养基中再生,并从再生菌落中筛选高产突变菌株;c.微生物原生质体转化育种整条染色体DNA或片段DNA转化原生质体以及质粒DNA转化原生质体的技术d.微生物原生质体融合育种遗传性状不同的两个亲株原生质体融合10.请解释微生物原生质体再生育种高正变率的原因;a.原生质体本身较为敏感,制备和再生过程中的各种化合物及环境中的物理因子对染色体或质粒DNA都有一定诱变效应;b.原生质体再生本质上是细胞壁重建和分裂能力恢复的过程,再生是细胞壁可能在组成与结构上都发生变化,甚至于产生可遗传的利于细胞代谢和产物外泌的变异;c.常规诱变育种选用材料多为孢子,这些休眠体对诱变剂较为迟钝,获得的大部分是负变菌株;而制备原生质体的出发材料一般为对数生长期细胞,活力较强,对环境和诱变剂较为敏感,破壁与再生过程中又淘汰了大量弱势菌株,能再生的菌株不论初级代谢与次级代谢过程均较活跃,故高产优质正变菌株比例大；d.原生质体再生材料无需经过遗传标记,减少了对菌株的损失和优良性状的影响;11.请写出原生质体融合育种的步骤;a.出发亲本菌株的筛选及单倍体分离b.原生质体融合常用培养基与溶液c.原生质体制备d.原生质体再生e.原生质体融合f.融合重组体鉴定与遗传分析12.简述基因工程的原理和基本步骤;原理：是用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来,在离体条件下进行“切割”,获得代表某一性状的目的基因,把该目的基因与作为载体的DNA分子连接起来,然后导入某一受体细胞中,让外来的目的基因在受体细胞中进行正常的复制和表达,从而获得目的产物;步骤：1、目的基因的获得DNA片段的获得 2、载体的选择与准备 3、重组体DNADNA片段和载体的连接 4、外源DNA片段引入受体细胞——基因克隆和基因文库 5、目的基因的表达和重组体的筛选13.简述菌种退化的原因及防止措施;原因：1、基因突变基因突变导致菌种退化、质粒脱落导致菌种退化2、连续移代3、培养和保藏条件的影响防止措施：1、尽量减少传代2、菌种经常纯化3、创造良好的培养条件4、用单核细胞移植传代5、采用有效的菌种保藏法问答题1.请叙述一下微生物的修复系统包括哪些,它们的存在对微生物有何意义生物修复系统包括光修复和暗修复复制前修复和复制后修复1、光修复2、切补修复3、重组修复4、SOS修复系统5、DNA聚合酶的校正作用意义：繁衍微生物的后代,保证遗传的稳定性,修补DNA分子因突变造成的缺陷和损伤;2.紫外线对枯草芽孢杆菌诱变育种的基本原理、步骤和注意事项基本原理：紫外线是一种罪常用的物理诱变因素,它的主要作用是使DNA双链之间或同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶间形成二聚体,阻碍双链的分开,复制和碱基的正常配对,从而引起突变;步骤：1、菌悬液的制备 2、平板制作 3、紫外线处理 4、稀释 5、涂平板 6、培养 7、计数 8、观察诱变效应注意事项：1、紫外线诱变时,一定要在红光下进行,在暗环境下培养,避免光修复;2、紫外线诱变时,要打开皿盖,紫外线穿透力差;3.阐述紫外线照射引起微生物突变的原理以及诱变的操作步骤和技术要点紫外线的诱变原理：紫外线会引起DNA与蛋白质的交联,胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用,DNA链的断裂,嘧啶二聚体的形成单链上相邻两个胸腺嘧啶之间或双链相对应的两个胸腺嘧啶之间操作步骤：P38技术要点：4.营养缺陷型检出有哪几种常用方法并阐述各自的原理如何P124结合书本点植对照法：影印法：将稀释后的待测样品涂布到完全培养基上,适宜条件培养,等长出菌落之后用影印法将菌落转印到基本培养基上,适宜条件培养,等菌落长出来之后,对比原来的培养基,原来有菌落而在基本培养基上没有长出来的菌落是营养缺陷型;夹层法：先在培养皿底部倒入一层基本培养基,凝固后,倒入含有菌体细胞的基本培养基,待凝固后,继续加第三层基本培养基;培养后平板上首先出现的菌落,为野生型菌落;此时在平皿底部做好颜色标记;接着加上一层完全培养基,经培养,如果在基本培养基上不长而在完全培养基上生长的小型菌落,可能是营养缺陷型;限量补充培养法：5.在工业微生物菌种使用中,菌种发生退化的原因是什么如何防止菌种的退化以及对菌种进行复壮;退化的原因：一基因突变 1、基因突变导致菌种退化 1表型迟缓现象 2双核或多核脱离现象3非正倍体或部分双倍体分离2、质粒脱落导致菌种退化二连续移代菌种移解代数越多,发生突变的概率就越高三培养和保藏条件的影响不良的培养条件,如培养基组成、PH值、通气等和保藏条件如营养、培养基含水量、温度、氧气等,不仅会诱导低产基因型菌株的出现,而且会造成低产基因和高产基因细胞的数量比发生变化菌种退化的防治：1、尽量减少传代2、菌种经常纯化 1注重菌落的纯化 2单细胞或单孢子的纯化3、创造良好的培养条件4、用单细胞移植传代对于霉菌和放线菌,由于菌丝可能是多核的,所以尽可能用单核的孢子移接,如采用棉花团沾取孢子接种5、采用有效的菌种保藏方法 1良好的保藏培养基 2良好的保藏的温度条件复壮方法：1、纯种分离 1菌落纯是只要求达到菌落纯化的水平,通过稀释平板法、划线法、表面涂血法等常规操作法,该方法较为粗放,适用于菌退化不太严重的情况2细胞纯采用单细胞或单孢子分离法,也可以二者结合,先用前一种方法获得较纯的菌种再采用单细胞或单孢子分离法进一步纯化2、淘汰法通过物理、化学的方法处理菌种或孢子,使大部分死亡80%以上,存活的菌多为生长健壮者,可从中选出优良菌种来3、宿主体内复壮法对于寄生型微生物如苏云金杆菌、白僵菌、多角体病毒等,由于长期使用,其毒力会下降,导致杀毒效率降低的衰退现象;这时可以用菌种却感染青菜虫幼虫等,然后从致死的虫体上重新分离,经过几次重复感染与分离,就可以逐步恢复和提高毒力6.列举5种以上常用的工业微生物菌种保藏方法,并简要说明各自的优缺点保藏方法：斜面保藏、石蜡保藏、干燥保藏沙土管保藏、滤纸条保藏、无水硅胶保藏法、麸皮保藏法、冷冻干燥保藏法、真空干燥法、液氮超低温保藏法、液相保藏法优缺点：优点缺点斜面保藏操作简单,使用方便,特别适合于非长期保藏的菌种以及不能采用低温干燥方法保藏的菌种容易变异,因为的物理、化学特性不是严格恒定的,屡次传代会使微生物的改变,而影响微生物的；污染杂菌的机会亦较石蜡保藏制作简单,不需特殊设备,且不需经常移种,效果好保存时必须直立放置,所占位置较,同时也不便携带;从液体石蜡下面取培养物移种后,接种环在火焰上烧灼时,培养物容易与残留的液体石蜡一起飞溅,应特别注意滤纸条保藏较液氮、冷冻干燥法简便,不需要特殊设备沙土管保藏工业生产中应用最广,效果亦好;营养细胞效果不佳液氮超低温保藏法除适宜于一般微生物的保藏外,对一些用冷冻干燥法都难以保存的微生物如支原体、、氢细菌、难以形成孢子的霉菌、及动物细胞均可长期保藏,而且性状不变异需要特殊设备真空干燥法设备相对简单,操作方便。
【代谢调控学】第七章 抗生素的代谢
ß-内酰胺类抗生素
是一类结构中含有ß-内酰胺环的抗生素。包括 • 青霉素类抗生素 • 头孢菌素类抗生素 • 非典型的ß-内酰胺类抗生素
青霉素：由带酰基的侧链和6-氨基青霉烷酸 所构成；
头孢菌素：由α-氨基己二酸（侧链）和7-氨 基头孢霉烷酸所构成。
一、青霉素和头孢菌素的生物合成途径及代 谢调节机制
α-酮戊二酸 + 乙酰辅酶A
高柠檬酸合成酶 高柠檬酸
反
顺-高乌头酸
馈
抑
高异柠檬酸
制
α-酮己二酸
α-氨基己二酸（ α -AAA）
赖氨酸
异青霉素N 青霉素G
（3）蛋氨酸对头孢菌素C形成的促进作用
1)作为硫源或氮源？ 过去认为是Met作为合成头孢菌素C的前体， 但比较含硫aa，结果并非半胱氨酸〉光硫醚〉 蛋氨酸，而是蛋氨酸>光硫醚〉半胱氨酸. 2)菌丝形态 含硫酸盐培养基: 丝状 含蛋氨酸培养基: 膨大、不规则，呈高度分节的节孢 子。 抗生素的合成量与节孢子的数量成正比。
4、增加前体物的合成
✓缬氨酸
丙酮酸
乙酰羟酸合成酶
反馈抑制
乙酰乳酸
缬氨酸
✓α-氨基己二酸
克隆高柠檬酸合成酶基因，增加胞内该酶的酶 量，即增加了α-氨基己二酸的量，再体外诱变， 使表达出的酶不再受赖氨酸的反馈抑制。
第一节 天冬氨酸族氨基酸的代谢控制育种
天冬氨酸族包括：天冬氨酸、赖氨酸、高丝氨酸、苏氨酸、 蛋氨酸和异亮氨酸；
2、切断支路代谢,选育赖氨酸缺陷突变株，解除赖氨酸对高柠檬酸合成酶的抑制。
3、解除菌体自身的反馈调节
➢ 选育结构类似物抗性突变株 如：三氟亮氨酸、L-正缬氨酸等 ➢ 筛选自身耐受性突变株 ➢ 筛选前体或前体类似物抗性突变株 毒性前体或其类似物对微生物生长有抑制作用，同时抑制代谢终产物的生物合成。 如：苯乙酸、苯氧乙酸、苯乙酰胺等 ➢ 选育营养缺陷型的回复突变株
名词解释1
名词解释：发酵：无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力[H]直接交给某一内源性中间代谢产物，以实现底物水平磷酸化的一类低效产能生物氧化反应称为发酵。
单菌发酵: 现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。
混合菌发酵: 自然发酵和人工接种发酵液态发酵: 发酵基质呈流动状态的，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。
固态发酵: 发酵基质呈不流动状态。
如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。
半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。
淀粉水解糖：在工业生产上将淀粉水解为以葡萄糖为主的水解液的过程称为淀粉水解糖的制备，制得的水解液称为淀粉水解糖。
液化：利用a-淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加的过程；糖化：利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程（狭义）。
糖蜜预处理：糖蜜是甘蔗或甜菜制糖的副产物。
发酵前对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌及澄清等过程称为糖蜜前处理。
发酵机制：指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。
代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累，这种发酵称为代谢控制发酵。
巴斯德效应：在好气条件下，酵母发酵能力降低的规律称为巴斯德效应。
其现象是乙醇的积累减少，实质是细胞内糖代谢降低。
鲜啤酒：未经巴氏灭菌或超滤即出售。
新鲜、爽口，保质期短生啤酒：未经巴氏灭菌，但经超滤等无菌过滤后出售。
新鲜、爽口，保质期较短。
熟啤酒：经巴氏灭菌后出售。
苦味增加，有熟味，保质期长。
前体物质：在有些氨基酸、核苷酸、抗生素等发酵中添加一些特殊物质能获得较高的产率，它们在发酵中主要起避免反馈抑制、作为产物的前身等作用，这些特殊物质称为前体物质。
促进剂：在氨基酸、抗生素和酶制剂发酵过程中，可以在发酵培养基中加进某些对发酵起一定促进作用的物质，称为促进剂。
染菌：“杂菌污染”，是指在发酵培养中侵入了除菌种外，有碍生产的其他微生物。
总染菌率：发酵的总染菌率指一年内发酵罐中染菌的批数与总投料批数之比。
植物代谢调控网络与卫生作物育种
生长素信号转导通路的分子机制和应用研究进展植物生长素是一种极为重要的植物激素，它能够控制植物的许多生长和发育过程。
而这种激素作用的机制，则主要通过生长素信号转导通路来实现。
这一过程涉及到成千上万个分子和细胞的相互作用，因此，对于它的研究至关重要。
本文将简要介绍生长素信号转导通路的分子机制和最新应用研究进展。
一、生长素信号转导通路的分子机制生长素信号转导通路可以分为三个主要步骤：识别、传导和响应。
这三个步骤是相互衔接的，因此任何一个环节出现问题，都可能导致整个通路的中断。
下面我们将对它们一一进行介绍。
1. 识别生长素信号的识别是通路的第一步。
这一步骤难点在于识别膜上生长素受体（Auxin Receptor，简称AR），因为AR具有高度的选择性和亲和力。
2018年，Ortiz-Ramírez等通过高分辨率的电子显微镜技术，成功解析了水稻的生长素受体SAUR-ABB1的三维结构，并对其结构进行了系统的分析。
研究发现，在生长素的作用下，SAUR-ABB1会形成二聚体，并将生长素成功识别和结合，从而实现对信号的传导。
2. 传导在生长素信号识别后，通路的第二步是传导，即将信号从AR传递到下游分子。
目前有两种传导机制被广泛采用：RUB活化蛋白介导的和TIR1介导的。
在RUB介导的机制中，RUB蛋白介导AR与另一种蛋白类固醇受体（Steroid receptor）结合，从而触发信号传导。
而在TIR1介导的机制中，则是通过TIR1和Auxin/Indole-3-Acetic Acid（Aux/IAA）蛋白的结合来实现信号传递。
该机制因其可控性和高效性而被广泛采用。
3. 响应生长素信号的响应是通路的最后一个环节。
在该环节中，信号将激活多种下游响应分子如AUX/IAA、ARF、Ubiquitin ligase等。
这些分子的作用将进一步调节植物的生长和发育过程。
二、应用研究进展生长素信号转导通路的研究得以推进，主要得益于新型基因编辑技术CRISPR/Cas9的应用。
名词解释
名词解释：淀粉水解糖：在工业生产上将淀粉水解为以葡萄糖为主的水解液的过程称为淀粉水解糖的制备，制得的水解液称为淀粉水解糖。
液化：利用a-淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加的过程；糖化：利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程（狭义）糖蜜预处理：糖蜜是甘蔗或甜菜制糖的副产物。
发酵前对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌及澄清等过程称为糖蜜前处理。
发酵机制：指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。
代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累，这种发酵称为代谢控制发酵。
巴斯德效应：在好气条件下，酵母发酵能力降低的规律称为巴斯德效应。
其现象是乙醇的积累减少，实质是细胞内糖代谢降低。
鲜啤酒：未经巴氏灭菌或超滤即出售。
新鲜、爽口，保质期短生啤酒：未经巴氏灭菌，但经超滤等无菌过滤后出售。
新鲜、爽口，保质期较短。
熟啤酒：经巴氏灭菌后出售。
苦味增加，有熟味，保质期长。
简答：发酵流程:比拟放大的基本过程:普遍:小型实验－中间规模试验(中试)－大型规模生产(工业化生产)发酵工程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产发酵工程的发展经历了哪几个阶段：1、自然发酵时期2、纯培养技术建立(第一个转折期)3、通气搅拌的好气性发酵工程技术建立（第二个转折期）4、人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期)5、发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期)6、生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期)微生物工业发展趋势：1、几个转变：分解代谢→合成代谢；自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵2、化学合成与生物合成相结合3、大型、连续化、自动化发酵：发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。
4、人工诱变育种和代谢控制发酵：微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。
第8章 代谢控制育种
第8章代谢控制育种概念：在了解代谢产物生物合成途径、遗传控制和代谢调节机制的基础上，设计对特定突变型的筛选（定向选育），选育出解除正常代谢调节、或绕过微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使有用代谢产物选择性地大量合成和积累1 初级代谢的调节控制1.1 酶合成的调节诱导（induction）：促进酶合成的调节阻遏(repression)：阻碍酶合成的调节组成酶(constitutive enzyme)：细胞完成基本生物功能常备的酶类诱导酶(induced enzyme)：细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的酶类1.1.1 酶合成调节的类型1.1.1.1 诱导诱导物：能促进诱导酶产生的物质，是酶的底物或其结构类似物同时诱导：当诱导物存在时，微生物同时合成几种诱导酶顺序诱导：当诱导物存在时，微生物先合成能分解此物的酶，再依次合成分解各种中间产物的酶1.1.1.2 阻遏1.当代谢途径中某物质过量时，通过阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成，从而彻底地控制代谢和减少该物质的合成。
2.末端产物阻遏（end-product repression）:由于某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏3.分解代谢物阻遏（catabolite repression）:当有两种C/N源分解底物同时存在时，细胞优先利用分解快的底物，并阻遏合成利用慢的底物的相关酶的合成4.分解代谢物阻遏实质是分解代谢反应链中的某些中间代谢物或末端产物过量积累而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象5.葡萄糖效应：当葡萄糖和乳糖同时存在时，微生物优先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗尽后，才开始利用乳糖，出现“二次生长”。
葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成1.1.2 酶合成调节的机制1.操纵子：一组功能上相关且紧密连锁的基因。
由启动基因、操纵基因和结构基因组成2.启动基因(promoter):依赖于DNA的RNA聚合酶结合位点3.操纵基因(operator):能与调节蛋白结合，阻遏转录4.结构基因(structural gene): 编码多肽基因5.调节基因（regulator gene):位于相应操纵子附近，编码组成型调节蛋白(regulatory protein),此蛋白为变构蛋白，存在与操纵基因结合的位点，以及与效应物结合的位点6.效应物(effector):一类低分子量的信号物质，如诱导物（inducer)和辅阻遏物（corepressor）7.调节蛋白有两类,一类称为阻遏物(repressor),他能与操纵基因结合，阻遏转录，但当与诱导物结合时，则不能与操纵基因结合，转录发生；另一类称为阻遏物蛋白（aporeperssor）,只有与辅阻遏物结合后，才能与操纵基因结合，阻遏转录8.诱导型操纵子：当诱导物存在时，其转录频率才最高，并随后转译出大量诱导酶，出现诱导现象，如乳糖、半乳糖和阿拉伯糖分解代谢操纵子9.阻遏型操纵子：只有当缺乏辅阻遏物时，其转录频率才最高。
第九章++代谢控制育种
15
二、酶活性的调节
酶活性调节是以酶分子的结构为基础的， 酶活性调节是以酶分子的结构为基础的，在酶分子水平上 的一种代谢调节。 的一种代谢调节。它是通过改变现成的酶分子活性来调节 新陈代谢的速率。 新陈代谢的速率。 酶活性的激活系指在分解代谢途径中 系指在分解代谢途径中， 酶活性的激活系指在分解代谢途径中，后面的反应可被较 前面的中间产物所促进，称为前体激活。 前面的中间产物所促进，称为前体激活。 酶活性的抑制主要是反馈抑制 主要是反馈抑制(feedback inhibition)， 酶活性的抑制主要是反馈抑制(feedback inhibition)， 主要表现在某代谢途径的末端产物(即终产物)过量时， 主要表现在某代谢途径的末端产物(即终产物)过量时，这 个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性， 个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使 整个反应过程减慢或停止， 整个反应过程减慢或停止，从而避免了末端产物的过多累 反馈抑制具有作用直接、 积。反馈抑制具有作用直接、效果快速以及当末端产物浓 度降低时又可解除等优点。 度降低时又可解除等优点。
7
第二节 初级代谢的调节控制
微生物细胞具备有一整套完善且严密的代谢调节系 通过代谢调节， 统，通过代谢调节，微生物可最经济地利用其营养 合成出能满足自身生长、 物，合成出能满足自身生长、繁殖所需要的一切中 间代谢物， 间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的 高效“经济核算” 虽然代谢调节方式很多， 高效“经济核算”。虽然代谢调节方式很多，由于 微生物细胞体内的所有生化反应都是在酶的催化下 进行的，因此，对酶的调节控制是最主要、 进行的，因此，对酶的调节控制是最主要、最有效 的调控方式。它包括两个方面， 的调控方式。它包括两个方面，一是调节酶的合成 反馈阻遏) 二是调节现成酶分子的催化活力( 量(反馈阻遏)，二是调节现成酶分子的催化活力(反 馈抑制)。两者密切配合和协调，以达到最佳的调节 馈抑制) 两者密切配合和协调， 效果。 效果。
工业微生物代谢控制育种
α-氨基己二糖 丙二酰CoA 乙酰CoA
赖氨酸 脂肪酸
青霉素、头孢菌素 利福霉素族、四环素族 大环内酯族、多烯族抗生素、灰黄霉素、橘霉素、环己酰亚胺、棒曲霉素
莽草酸
对氨基苯丙氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸、对氨基苯甲酸、色氨酸
氯霉素 绿脓菌素 新生霉素
次级代谢产物的合成，至少有一部分取决于与初级代谢产物无关的遗传物质，并和由这类遗传物质形成的酶所催化的代谢途径有关，它们多数是特异菌株。从代谢途径来看，次级代谢产物是以初级代谢产物为前体衍生出来的，见下图。
定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。
积累反馈抑制——cumulative feedback inhibition
（5）顺序反馈抑制——sequential feedback inhibition 一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。 举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节
尽管反馈抑制的类型很多，但其主要的作用方式在于末端产物对反应途径中调节酶的抑制。
01
受反馈抑制的调节酶一般都是变构酶，酶活力调控的实质就是变构酶的变构调节。
02
变构酶的酶蛋白分子一般都是由两个以上亚基组成的多聚体，具有四级结构，这是能够产生变构作用的物质基础。
03
04
（三）反馈抑制的机制
+
激活剂
二、酶活性的调节
通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平上的调节，属于精细的调节。 （一）调节方式：包括两个方面： 1、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途径。 如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进 2、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。 概念：反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性的影响。 凡使反应速度加快的称正反馈； 凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）； 反馈抑制——主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。 特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除
工业微生物育种复习题解析
工业微生物育种复习题解析第一章绪论1.什么是工业微生物？作为工业微生物应具备哪些特征？答：工业微生物：对自然环境中的微生物经过改造，用于发酵工业生产的微生物。
具备特征：(1)菌种要纯(2)遗传稳定且对诱变剂敏感(3)成长快，易繁殖(4)抗杂菌和噬菌体的能力强(5)生产目的产物的时间短且产量高(6)目的产物易分离提纯2.工业微生物育种的基础是什么？答：工业微生物育种的基础是遗传和变异。
3.常用的工业微生物育种技术有哪些？答：常用技术：(1)自然选育【选择育种】(2)诱变育种(3)代谢控制育种(4)杂交育种(5)基因工程育种第二章微生物育种的遗传基础1.基因突变的类型有哪些？答：有碱基突变，染色体畸变2.叙述紫外线诱变的原理？答：原理：紫外线对微生物诱变作用，主要引起DNA的分子结构发生改变（同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体），从而引起菌体遗传性变异。
3.基因修复的种类有哪些？答：种类：(1)光复活修复(2)切除修复(3)重组修复(4)SOS修复4.真核微生物基因重组的方式有哪些？答：方式：(1)有性杂交(2)准性生殖(3)原生质体融合第三章出发菌株的分离与筛选1.什么是富集培养？答：富集培养：指在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境中的优势种，以利于分离到所需要的菌株。
2.哪些分离方法能达到“菌落纯”？哪些分离方法能达到“细胞纯（菌株纯）”？答：菌落纯：稀释分离法、划线法、组织法细胞纯：单细胞或单孢子的分离法3.分离好氧微生物常用的方法有哪些？答：(1)稀释涂布法(2)划线分离法(3)平皿生化反应分离法4.平皿生化反应分离法有哪些？分别用来筛选哪些菌？各自原理如何？答：(1)透明圈法原理：在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基混浊，能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明圈，圈的大小可以放映该菌株利用底物的能力。
代谢控制和育种..
二、抗分解调节突变株的选育 （三）解除磷酸盐调节突变株的选育 初级代谢必须
过量时影响次级代谢
磷酸盐基本耗竭，抗生素合成开始 发酵工业中，磷酸盐常被控制在亚适量。
4.2 抗分解调节突变株的选育
3. 解除磷酸盐调节突变株的选育
（A）磷酸盐对次生产物的调节机制
(1) 通过初级代谢的变化影响次级代谢
分解代谢阻遏现象：在初级或次级代谢中都存在，其含义 是指代谢过程中酶的合成往往受高浓度的葡萄糖或其他易 分解利用的碳源或氮源所抑制。 选育抗分解调节突变株(如碳源、氮源或磷酸盐分解调节)， 其实就是筛选合成酶的产生不受碳、氮、磷的代谢阻遏或 抑制的突变株，使抗生素提前到菌体生长期开始合成，延 长产抗期以提高产量。
筛选方法与实例
4.2 抗分解调节突变株的选育
1. 解除碳源调节突变株的选育
(1) 循环培养法
交 替 培 养
快速利用的 碳源培养基
慢速利用的 碳源培养基
突变型解除了阻遏现象，在乳糖的 培养基上比野生型生长速度快，
4.2 抗分解调节突变株的选育
1. 解除碳源调节突变株的选育
涂布诱 变后的 菌体
4.2 抗分解调节突变株的选育
1. 解除碳源调节突变株的选育
(4) 葡萄糖结构类似物
① 特性：2-dG和3-mG既不被微生物代谢又具有分解阻遏作用， 因此可用来筛选抗分解阻遏的突变株。
2-dG
3-mG
4.葡萄糖结构类似物-------（1）筛选方法
出发菌株 诱变 涂琼脂平板
抗2-dG或 3-mG
4.2 抗分解调节突变株的选育
2. 解除氮源分解调节突变株的选育
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。
生产菌种的选育培养—微生物代谢控制育种的措施
代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的制发酵：
利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件，使微生物代谢朝向人们希望的 方向进行，过量积累代谢产物。
2. 代谢控制育种：
通过遗传变异来改变微生物的正常代谢，使某种代谢产物形成和积累。
结构类似物（抗代谢物antimetabolite）是一种与初级代谢产物结构 类似但缺乏生理功能的化合物
筛选突变株中常用的几种结构类似物
结构类似物突变株的应用的典型例子
三、 其他类型突变株
组成型突变株:操纵基因或调节基因突变引起的酶合成诱导机制失灵的 突变株（如在无诱导物存在的条件下能正常地合成诱导酶）。 应用：可用一些廉价的原料生产诱导酶。
代谢调控育种的措施
人工育种控制措施 针对细胞正常代谢时的自动调节机制
营养缺陷型突变
条件解除反馈调节 条件控制膜透性
渗漏营养缺陷突变
解除反馈调节
营养缺陷回复突变
解除反馈调节
结构类似物抗性突变
解除反馈调节
一、营养缺陷型突变株
营养缺陷型：因某种突变的结果而失去合 成某种生长及代谢所需物质（生长因子） 的能力的突变菌株。必须在培养基中补加 该物质，否则不能生长。
（解除反馈调节的营养缺陷型突变菌株）
控制细胞膜通透性的营养缺陷型突变菌株
生物素 生物素是乙酰-CoA 羧化酶的辅基 乙酰-CoA 羧化酶 脂肪酸 生物素 磷脂 膜透性 调节
青霉素
二、 代谢终产物的结构类似物抗性突变株
抗反馈调节突变株：是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的 组成型突变株，或兼而有之的突变株。
温度敏感突变株：经过诱变后只能在低温下生长而不能在高温下生长繁 殖的突变株。 应用：控制细胞壁合成的酶在高温条件下失活，从而解除了反馈抑制。
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特 性： 1、结构与葡萄糖类似。 2、不被微生物代谢， 也不阻抑微生 物生长。 3、和葡萄糖 一样 会阻遏诱导酶的 合成，其 阻遏作用 甚至比葡萄糖还 要强。
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筛选方法：
诱变 后的 菌株
培养基含有氮源、无机盐、生
长因子、低浓度的2－dG或3－
mG及一种生长碳源 ，该碳源
需诱导酶才能利用
涂布
验证
解除碳、氮、磷源分解调节突变株
营养缺陷突变株 渗漏缺陷突变株 回复突变株 耐自身代谢产物突变株 抗终产物结构类似物 耐前体物突变株 条件突变株
营养缺陷突变株 生物素、油酸、甘油缺陷型 温敏突变株
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一、组成型突变株的选育
组成型突变株是指操纵基因或调节基因 突变引起酶合成诱导机制失灵，菌株不经诱 导也能合成酶、或不受终产物阻遏的调节突 变型。
在实际生产中，采用流加葡萄糖或应用混合 碳源可以控制中间代谢产物的积累，来减少不 利影响。
根本的解决办法是筛选抗碳源分解调节突变 株。
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（一）解除碳源调节突变株的选育
筛选方法： 1、循环培养法
葡萄糖
乳糖
O-硝基苯
酚-β-D-半
突变株 野生株
乳糖苷
2、鉴别培养基 有半乳糖酶
喷ONPG，抗分解阻遏的菌落呈黄色，野
生 型是白色。
3、特殊氮源
组氨酸酶突变株
葡萄糖+组氨酸
分解代谢抑制物+唯一必须被分解的氮源
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4、葡萄糖结构类似物
CHO H OH HO H H OH H OH
CHO HH HO H H OH H OH
CHO H OHO H3C-O H H OH H OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
葡萄糖 2-脱氧－葡萄糖 3－O－甲基－ 葡萄糖
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磷酸盐对ATP调节：cAMP ATP 例如：灰色链霉菌静息细胞研究磷酸盐
对杀假丝菌素合成的影响。当加入 10mol//L磷酸盐后，5minATP增加5倍， 15min抗生素合成受抑制。 发酵中磷酸盐浓度控制在亚适量水平。
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解除（抗）磷酸盐调节突变株的选育
灰色链霉菌
诱变后涂布于琼脂平 板
含10mol/LNa3PO4
脱敏感 突变
不含Na3PO4
底部加浸润250mm/L 磷酸盐的滤纸
敏感. 菌
三、营养缺陷型在代谢调节育种中 的应用
生物遗传学上：阐述代谢途径 工业微生物代谢控制育种上：筛选
到解除反馈的菌株。
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（一）在初级代谢调节育种的应用
4、筛选
将处理后的菌体移接到含有诱导能力 低，但能作为良好碳源的诱导物的培养 基中培养，突变体能良好生长，野生型 不能生长。 例：β-半乳糖苷酶组成突变株的筛选
底物采用苯- β-半乳糖
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二、抗分解调节突变株的选育
抗分解调节突变株：指抗分解阻遏和分解抑 制的突变 （一）解除碳源调节突变株的选育 （二）解除氮源分解调节突变株的选育 （三）解除磷酸盐调节突变株的选育
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3.限制抗生素合成的诱导物 甲硫氨酸是头孢霉素和磷霉素的诱导物
色氨酸是麦角碱的诱导物，而磷酸盐是色氨酸 合成酶等的抑制剂；
4.抑制或阻遏磷酸酯酶类的合成 链霉素、紫霉素、新霉素等生物合成中某些
中间代谢产物需经磷酸化，因此从中间产物到终 产物需由磷酸酯酶类， 而磷酸盐抑制或阻遏磷 酸酯酶的合成。
例如磷酸盐明显抑制链霉素的生物合成通过抑 制形成链霉胍的三步 磷酸盐分解反应。
野生型菌株因缺少诱导物和相应的诱导 酶，不能利用乳糖而. 淘汰。
2、循环培养法诱变 Nhomakorabea含诱导物
含诱导物
不含诱
不含诱
导物
导物
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3、鉴别性培养基的应用
向菌落上喷射
涂布
O-硝基苯酚β-D-半乳糖苷
组成型 突变株
诱导型
诱变后的 以甘油为唯一碳源
孢子 原理 ： 组成型菌株在没有诱导物的作用下
仍能合成 β－半乳糖苷酶，将无色试剂水解 ， 放出 O－硝基苯酚。 .
. 水解蛋白10mg/ml
（三）磷酸盐对次级代谢的调节 机制
1.通过初级代谢的变化影响次级代谢 加强初级代谢，推迟抗生素合成的起
始。 磷酸盐是许多初级代谢反应酶的 效应物。 2.改变糖类分解代谢途径：
磷酸盐有利于糖酵解，从而降低了戊 糖途径的活力，导致以戊糖途径为先导 的抗生素合成受抑制。 例如：四环素、金霉素、土霉素、竹桃 霉素
比不 较含
含阻遏物
阻
遏
物
.
例如： 桔林油脂酵母合成淀粉酶：玉米淀粉 、 酵母膏、蛋白胨及含有0.01%2dG的琼脂平板。
木霉合成 纤维素酶：含酸膨胀纤维素 、蛋白 胨、无机盐、胆汁 、防菌扩展剂、2-dG的琼 脂平板。
.
抗性突变株的性质
在2-dG或3-mG平板上生长的菌落接入斜面， 对它们在含阻遏物和不含阻遏物培养基中的产 酶能力比较，结果表明，大部分变株是抗分解 阻遏突变型，并发现它们在去除阻遏物的培养 基中酶活力往往高于野生型菌株。
选育有关抗分解调节的突变株，其实就是 筛选合成酶产生不受碳、氮、磷的代谢阻遏 或抑制的突变株，使抗生素提前到菌体生长 期开始合成，从而延长了产抗期而提高产量。
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（一）解除碳源调节突变株的选育
在次级代谢中，高浓度的葡萄糖对青霉素转 酰酶、链霉素转咪基酶和放线菌色素合成酶等 抗生素的关键酶均有分解阻遏作用。
这两种突变株在工业上都可能得到应用， 特别是在微生物酶制剂工业上。
Regulatory gene
repressor NO operator
operator
NO repressor
.
筛选方法
1、限量诱导物法
诱变 恒化器
低乳糖浓 度
突变株不需诱导物也能合成 β- 半乳糖 苷酶，把乳糖分解成葡萄糖和半乳糖作为 能源和代谢原料，而迅速生长。
含葡萄糖
.
不含 葡萄糖
含淀粉
（二）解除氮源分解调节突变株的 选育
次级代谢的氮降解物的阻遏主要指铵盐和其他 快速利用的氮源对抗生素生物合成具有分解调 节作用。
筛选芽孢杆菌中耐氨基酸菌株，是提高蛋白酶 产量的一种有效方法。因为高浓度氨基酸会抑 制芽孢的形成，并且阻遏蛋白酶的合成。
氨基酸1.5mg/ml
第四节 代谢调节控制育种
代谢调节控制育种是通过特定突变型的选 育，达到改变代谢通路、降低支路代谢终产 物的产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜 的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。
外因控制 内因控制
培养调节 突变体
.
调节体系
诱导 分解阻遏 分解抑制 反馈阻遏 反馈抑制
细胞膜渗透性
育种措施
1组成型突变株的选育 2抗分解调节突变株的选育