遗传育种

一、名词解释
1．基因重组（杂交）育种：
利用接合、转化、转导和原生质体融合等遗传学方法和技术使微生物细胞内发生基因重组的育种方式。

2．基因型：
即指某一生物个体所含有的全部基因的总和，是一种内在可能性或潜力。

3．诱变剂：
在人工的物理和化学诱变因素作用下，菌株的突变率得以大大提高，具有有利性状的突变株被筛选到的可能性大大增强。

这些物理和化学诱变因素又称为诱变剂。

4．抗性突变型：
指野生型菌株发生突变后对物理、化学和生物因素表现出抗性的突变体。

如紫外、氨苄青霉素和噬菌体等的抗性突变体。

5. 营养缺陷型：
野生菌株发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸的能力，在选择培养基( 或基本培养基)上不生长。

简答
1．根据突变修复原理紫外线诱变处理菌种时，应注意什么如何保证细胞均匀的受到诱变剂的处理
答：一般微生物细胞内都具有光复活酶，所以，微生物紫外线诱变育种应在避光或红光条件下操作。

在实际工作中，要得到均匀分散的细胞悬液，通常可用无菌的玻璃珠来打散成团的细胞，然后再用脱脂棉或滤纸过滤。

2.诱变育种的基本环节有哪些关键是什么何故
答：出发菌株的选择：适合的出发菌株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，有效提高育种工作效率。

制备单孢子(或单细胞)悬液：诱变育种要求所处理的细胞必须是处于对数生长期同步生长的细胞，并且是均匀状态的单细胞悬液。

诱变处理：诱变剂的选择、诱变剂量的选择。

3. 了解并熟悉不同工业微生物的生理特性与发酵试验技术有什么实用意义
答：了解不同工业微生物的生理特性, 并熟悉其生理与发酵试验技术。

使人们能利用这些不同的生理特性, 作为不同微生物分类鉴定和菌种选育的依据；利用它们的多种发酵类型和代谢产物, 更有效地为发酵工业作贡献。

4.什么是代谢控制育种与诱变育种相比有何优点
答：以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节的机制，选择巧妙的技术路线，通过遗传育种技术获得解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使产物选择性地大量合成和累积。

减少育种的盲目性。

5. 工业微生物菌种应当具有哪些优良特性
答：(1)纯种培养物；（2）遗传性状稳定；（3）生长速度快；（4）能利用廉价、来源广、成分简单的培养基；（5）能忍耐不良环境因素如温度、pH、离子强度、剪切力等；（6）快速生产目的产物，不产或少产毒性物质或副产物。

三、论述题（共30分）：
1.现拟从自然界中分离筛选出α-淀粉酶产量较高的枯草芽孢杆菌,回答下列问题: （6分）答：(l)你认为应该到什么地方采集含此菌的样品较为适宜
(2)进行纯种分离时,为提高效率,根据该菌的何种特性可采用哪些相应的措施
(3)可采用哪些纯种分离方法
(4)在进行性能测定时, 可采用何种简化的初筛方法
答：(l) 应该到富含淀粉的地方采集含此菌的样品。

(2) 根据该菌芽孢的耐热特性可采用将含菌样品加热80℃处理10min后，杀死不耐热杂菌, 再进行纯种分离的相应措施。

(3) 可采用划线分离、稀释分离、刮棒连续涂布等纯种分离方法。

(4) 可采用平皿淀粉透明圈法进行初筛。

2. 在进行诱变育种时,对菌悬液的制备有什么要求经诱变处理后的菌液为什么要进行中间增殖培养（8分）
答：诱变育种要求所处理的细胞必须是处于对数生长期同步生长的细胞，并且是均匀分散状态的单细胞悬液。

首先是细胞的生理状态对诱变处理也会产生很大的影响，如细菌在对数期诱变处理效果较好；霉菌或放线菌的分生孢子一般都处于休眠状态，所以培养时间的长短对孢子影响不大，但稍加萌发后的孢子则可提高诱变效率。

其次是分散状态的细胞可以均匀地接触诱变剂，又可避免长出不纯菌落。

由于在许多微生物的细胞内同时含有几个核，所以即使用单细胞悬浮液处理，还是容易出现不纯的菌落。

若诱变剂产生的突变只在DNA双链中的某一条单链，故该突变无法反映在当代的表型上。

只经过DNA的复制和细胞分裂，表型才会发生变异，出现不纯菌落，这就叫表型延迟。

不纯菌落的存在，也是诱变育种工作中初分离的菌株经传代后很快出现生产性状“衰退”的主要原因。

因此，经诱变处理后的菌液要经数小时的中间增殖培养后，再进行分离，可避免长出不纯菌落。

3．论述赖氨酸发酵生产菌种的选育方向及发酵条件的控制依据。

（8分）
答：根据赖氨酸的生物合成途径和代谢调节机制，选育方向及发酵条件的控制主要有下列几方面。

（1）彻底解除有关的代谢调节机制
①选育营养缺陷突变株。

切断支路代谢是积累赖氨酸的有效措施，赖氨酸单独对自身合成途径中的酶没有反馈调节作用，因此在苏氨酸限量培养下，即使赖氨酸过量，也能由天冬氨酸生成天冬氨酸半醛。

在苏氨酸缺陷型（Thr-）中天冬氨酸半醛可以进一步转变为赖氨酸和高丝氨酸，高丝氨酸又进而转变为蛋氨酸，但不能生成苏氨酸。

在高丝氨酸营养缺陷型（Hom-）中，由于缺失高丝氨酸脱氢酶，丧失了合成高丝氨酸的能力，这就使天冬氨酸半醛全部转入赖氨酸的合成。

通过限制高丝氨酸补给量，使蛋氨酸和苏氨酸的生成有限，因而解除了苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制，使赖氨酸得以积累。

②选育抗类似物突变体，可以得到AK对反馈调节脱敏的菌株，代谢调节被遗传性地解除，不受培养基成分的影响，使生产稳定，这是赖氨酸发酵育种的重要手段，尤其是使用营养缺陷型加类似物抗性的突变株。

③变换优先合成。

优先合成的变换会引起一种终产物的积累。

选育Hom L（高丝氨酸渗漏缺陷型）和Thr s（苏氨酸温度敏感型）突变株，可以改变优先合成，积累赖氨酸。

（2）增加前体物的生物合成
增加前体物天冬氨酸的生物合成。

（3）选育温度敏感突变株（tem s）
选育亮氨酸温度敏感突变株，可提高赖氨酸的产量。

4. 什么是原生质体融合其基本操作程序如何（图示）它在育种工作中与常规杂交相比，有何优点（8分）
答：原生质体融合是通过人工方法将遗传性状不同的两个细胞的细胞壁去除，采用物理、化学或生物学方法诱导它们的原生质体发生融合，而产生重组子的过程，亦可称为“细胞融合”。

微生物原生质体融合的一般原理和过程见图。

主要步骤为：选择亲株、制备原生质体、原生质体融合、原生质体再生及筛选优良性状的融合子。

与常规杂交相比，原生质体融合具有多方面优势：
重组频率较高、受接合型或致育性的限制较小、遗传物质的传递更为完整。