酵母菌育种研究与应用前景

李红民等人采用激光对面包酵母菌进行诱变处理， 李红民等人采用激光对面包酵母菌进行诱变处理，筛选 XD198、 到3株低糖面团起发活力大幅度提高的菌株 XD198、XD193 XD174，其低糖团起发活力比出发菌株分别提高31.3% 31.3%、 和XD174，其低糖团起发活力比出发菌株分别提高31.3%、 32.7%和 提高1.37% 1.37%、 32.7%和35.3%, 海藻糖含量分别较出发菌株 提高1.37%、 10.83%、5.10%。而且筛选到的高活力菌株遗传性能稳定， 10.83%、5.10%。而且筛选到的高活力菌株遗传性能稳定，证 明激光诱变效果明显， 明激光诱变效果明显，是进行面包酵母菌种选育的理想方法 之一。 之一。 刘玉方等人用s (β-氨基乙基)L-半胱氨酸（SAEC） 刘玉方等人用s-(β-氨基乙基)L-半胱氨酸（SAEC）处理 )L 一株能积累赖氨酸的酿酒酵母S1 S1， 筛选得到SAEC SAEC抗性突变 一株能积累赖氨酸的酿酒酵母S1， 筛选得到SAEC抗性突变 再经二次紫外诱变，选得7 SAECc突变株 其中3 突变株， 株。再经二次紫外诱变，选得7株SAECc突变株，其中3株具有 较高积累赖氨酸能力，并对其培养条件进行了研究。 较高积累赖氨酸能力，并对其培养条件进行了研究。突变株 MSU1的游离赖氨酸含量为菌株干重的 的游离赖氨酸含量为菌株干重的7.83%, 而突变株MSU5 MSU5平 MSU1的游离赖氨酸含量为菌株干重的7.83%, 而突变株MSU5平 均赖氨酸含量可达8.91% 8.91%。 均赖氨酸含量可达8.91%。
一、酵母菌的地位 酵 母 菌 是 人 类 的 朋 友 少 数 酵 母 菌 属 于 致 病 菌
二 、酵母菌的功能
自然界生物链中的一员 发酵工业（面包、啤酒、 醇类、酶类、核酸、 发酵工业（面包、啤酒、酒精 、醇类、酶类、核酸、有机 氨基酸、维生素、多糖、及多种代谢产物等） 酸、 氨基酸、维生素、多糖、及多种代谢产物等） 食品及保健品工业 医药工业（新药） 医药工业（新药） 环境保护 饲料工业 农业 遗传学研究的模式材料、 遗传学研究的模式材料、外源蛋白表达的受体系统 新的功能 ？
施碧红等采用UV及硫酸二乙酯对一株富含谷胱甘肽（GSH）的酵母菌 施碧红等采用UV及硫酸二乙酯对一株富含谷胱甘肽（ GSH） UV 及硫酸二乙酯对一株富含谷胱甘肽 进行复合诱变，以甲硫氨酸缺陷型为筛选模型， 株 ， 进行复合诱变 ， 以甲硫氨酸缺陷型为筛选模型 ， 获得一株高产谷胱甘 肽的突变株M 05，其每g干细胞含GSH 14.43mg 比亲株提高了68 mg。 68. 肽的突变株M-05，其每g干细胞含GSH 14.43mg。比亲株提高了68.4%。 刘娟等通过自然筛选、单倍体分离、诱变及融合等技术， 刘娟等通过自然筛选、单倍体分离、诱变及融合等技术，选育到高产 GSH酵母菌株 酵母菌株。 GSH酵母菌株。 宋安东等采用离子注入技术对苹果酒酵母菌进行诱变育种研究， 宋安东等采用离子注入技术对苹果酒酵母菌进行诱变育种研究，获得 一株酒精产率较高的突变菌株，酒精产率比亲株提高了10 10. 一株酒精产率较高的突变菌株，酒精产率比亲株提高了10.7%。 胡卫红等应用红外CO 激光对酿酒酵母进行辐照处理， 胡卫红等应用红外CO2激光对酿酒酵母进行辐照处理，并初步筛选到产 乙醇含量有较大变化的辐照变异菌株。 乙醇含量有较大变化的辐照变异菌株。
Alikhangan等人用UV照射和EDS诱变啤酒酵母, Alikhangan等人用UV照射和EDS诱变啤酒酵母, 使酵 等人用UV照射和EDS诱变啤酒酵母 母菌的乙醇耐受性从14.1%提高到17.5% 14.1%提高到17.5%。 母菌的乙醇耐受性从14.1%提高到17.5%。 贺家明等人用γ UV射线对嘉士伯啤酒酵母进行诱变， 贺家明等人用γ和UV射线对嘉士伯啤酒酵母进行诱变， 射线对嘉士伯啤酒酵母进行诱变 使其耐糖度从24 提高到28 24° 28° 耐乙醇性能8.25%(m/m) 8.25%(m/m)提 使其耐糖度从24°提高到28°, 耐乙醇性能8.25%(m/m)提 高到9.45%(m/m) 发酵度从14 提高到18 9.45%(m/m)、 14° 18° 高到9.45%(m/m)、发酵度从14°提高到18°，而且性能稳 定。 唐晓达等人采用EMS对啤酒酿造生产菌株FB进行诱变， 唐晓达等人采用EMS对啤酒酿造生产菌株FB进行诱变， EMS对啤酒酿造生产菌株FB进行诱变 从突变株中筛选分离到一株发酵液中双乙酰含量比亲株降 低了42.7% 42.7%。 低了42.7%。菌株的其它发酵性能的测定结果表明其保持了 亲株的优良性状，且遗传性状稳定。 亲株的优良性状，且遗传性状稳定。
酵母菌育种研究及应用前景
殷文政
前
言
酵母菌与人类的关系源远流长，8000年前 年前， 酵母菌与人类的关系源远流长，8000年前，人们利用酵母菌制作面 酿造葡萄酒、啤酒和清酒等。20世纪末 世纪末， 包、酿造葡萄酒、啤酒和清酒等。20世纪末，酵母菌已作为一种模式生 物在生物化学、 遗传学和分子生物学等方面担任了重要的角色。 物在生物化学 、 遗传学和分子生物学等方面担任了重要的角色 。 自从 1978年建立酵母菌遗传转化技术以来， 1978年建立酵母菌遗传转化技术以来，酵母菌已成为生产异源蛋白及其 年建立酵母菌遗传转化技术以来 生物学分析方面最有用的真核微生物。 生物学分析方面最有用的真核微生物。酵母菌的生物学研究取得了巨大 的进展：1996年完成了酿酒酵母菌全基因组的序列测定。已建立了相关 年完成了酿酒酵母菌全基因组的序列测定。 的进展：1996年完成了酿酒酵母菌全基因组的序列测定 的数据库， 如酿酒酵母基因组数据库（ SGD） 的数据库 ， 如酿酒酵母基因组数据库 （ SGD ） ， 酵母蛋白质组数据库 YPD） 数据库容纳了有关酵母菌的6000多个基因及其蛋白质功能、 6000多个基因及其蛋白质功能 （ YPD ） 等，数据库容纳了有关酵母菌的 6000 多个基因及其蛋白质功能、 结构和相互间的关系等大量信息。 结构和相互间的关系等大量信息。 随着酵母菌的生物学研究的深入发展， 随着酵母菌的生物学研究的深入发展，对酵母菌的应用开发研究及 优良酵母菌的选育也一直倍受关注， 优良酵母菌的选育也一直倍受关注，已有众多的具有不同优良特性的酵 母菌株问世，并造福于人类。 母菌株问世，并造福于人类。本文简要概述工业用酵母菌的育种研究概 况及应用前景。 况及应用前景。
三、酵母菌选育的相关技术及方法
1 自然筛选 2 诱变育种 3 杂交育种 4 原生质体融合育种 分子育种（基因工程技术） 5 分子育种（基因工程技术）
自然筛选
从自然界中分离筛选； 从自然界中分离筛选； 从收集到的不同来源的工业用酵母菌筛选符合厂 家生产需要的酵母菌种； 家生产需要的酵母菌种； 从生产中分离符合需要的工业用酵母菌种等。 从生产中分离符合需要的工业用酵母菌种等。
杂交育种
细胞 X 细胞
细胞
X
孢子
1
孢子 X ↓
孢子
获得具有优良特性 的工业用酵母菌种
原生质体融合育种
原生质体 ＋ 原生质体 原生质体 细胞器 异源细胞 ＋ ＋ ＋ ↓ 获得具有优良特性的 工业用酵母菌种 灭活原生质体 原生质体融合 酵母原生质体
Baidu Nhomakorabea
分 子 育 种 （基 因 工 程 技 术 育 种 ）
分子育种（基因工程技术育种） 分子育种（基因工程技术育种）
主要包括以下几种技术： 主要包括以下几种技术： ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ 异源基因在工业啤酒酵母中的克隆和表达 同源基因在工业啤酒酵母中的克隆和表达（自克隆技术） 同源基因在工业啤酒酵母中的克隆和表达（自克隆技术） 基因敲出 增加有用基因的考贝数 细胞表面展示技术 依据其代谢途径进行基因的重新组合
4 、采用原生质体融合技术选育优良的工业用酵母菌种
蔡金科等用显微操作技术对啤酒酵母（ 蔡金科等用显微操作技术对啤酒酵母（S cerevisiae)不同品系进行 杂交，从不同杂交组合中选出五株杂种菌株， 杂交，从不同杂交组合中选出五株杂种菌株，在甜菜糖蜜培养基中所有杂 种的生物量比工业生产菌Y26提高20% 30%。 Y26提高20%种的生物量比工业生产菌Y26提高20%-30%。 张博润等采用常规筛选方法，经单倍体分离、MNNG诱变和群体杂交等 张博润等采用常规筛选方法，经单倍体分离、MNNG诱变和群体杂交等 手段，从中选育出一株细胞生物量略高于实验出发菌、 手段，从中选育出一株细胞生物量略高于实验出发菌、超氧物歧化酶高达 1350U/g湿菌体的SOD高产菌株 湿菌体的SOD高产菌株。 1350U/g湿菌体的SOD高产菌株。 刘青等采用杂交育种技术选育到在不同含糖量（0-30%）面团中都具 刘青等采用杂交育种技术选育到在不同含糖量（ 30%） 有高发酵力的高适应性的优良面包酵母菌株。 有高发酵力的高适应性的优良面包酵母菌株。
四、国内外有关工业用酵母菌的育种研究概况
国内外有关酵母菌的育种研究，主要是酵母菌的分子育种（ 国内外有关酵母菌的育种研究， 主要是酵母菌的分子育种（即基因工 程技术育种）概况。 程技术育种）概况。 1、通过自然筛选获得生产需要的酵母菌种 主要有两种方法： 主要有两种方法： 一是从收集到的不同来源的工业用酵母菌中筛选符生产需要的菌种； 一是从收集到的不同来源的工业用酵母菌中筛选符生产需要的菌种； 二是从生产中通过分离、纯化获得符合需要的酵母菌种。 二是从生产中通过分离、纯化获得符合需要的酵母菌种。 采用物理或化学因子对生产用酵母菌进行诱变处理， 2、采用物理或化学因子对生产用酵母菌进行诱变处理，筛选具有优良 特性的酵母菌种
诱变育种
物理因子： 物理因子：UV 、X、 γ 、快中子 、高温 等； 化学因子：亚硝酸、NTG、硫酸二乙酯、 化学因子：亚硝酸、NTG、硫酸二乙酯、甲基磺 酸乙酯、 氨基尿嘧啶等； 酸乙酯、5-氨基尿嘧啶等； 对工业用酵母菌细胞进行诱变处理，依据需要， 对工业用酵母菌细胞进行诱变处理，依据需要， 筛选具有优良特性的工业用酵母菌种。 筛选具有优良特性的工业用酵母菌种。
3
、采用杂交育种技术选育具有优良特性的工业用酵母菌种
由于工业用酵母菌一般是二倍体或多倍体， 由于工业用酵母菌一般是二倍体或多倍体 ，只产生少量孢子或不 产孢子。 产孢子。因此采用杂交育种技术选育具有优良特性的工业用酵母菌种 的研究不多。 的研究不多。 Castillo等用对7 乙醇敏感的啤酒酵母LS 和可在12 LS2 12% V/V） Castillo等用对7%乙醇敏感的啤酒酵母LS2和可在12%（V/V）乙醇 等用对 中生长的啤酒酵母LA 进行杂交， 获得的LS LA1 LS5 中生长的啤酒酵母 LA1 进行杂交 ， 获得的 LS5 、 6C 等杂交菌株可产生 14.11%(V/V)的乙醇 的乙醇。 14.11%(V/V)的乙醇。 嗜杀酵母的细胞质中带有嗜杀因子，该因子为存在于 Saccharomyces 属的细胞质内的双股 RNA ， 它可杀死其它种属酵母 。 属的细胞质内的双股RNA 它可杀死其它种属酵母。 RNA， Haben等通过强迫交配法将嗜杀酵母的嗜杀因子导入啤酒酵母的细胞 Haben 等通过强迫交配法将嗜杀酵母的嗜杀因子导入啤酒酵母的细胞 使啤酒酵母具有嗜杀因子，则可防止其它酵母的污染。 中，使啤酒酵母具有嗜杀因子，则可防止其它酵母的污染。 (mel蔡金科等用显微操作技术进行 S cerevisiae Я 系 2.576 (mel-) Stole系列化 与S.carlsbergensis 2.500 (MEL+) 以及S.cerevisiae Stole系列化 mel699(MEL+)进行种间杂交 进行种间杂交。 （mel-） 与S.microellspsoides 2.699-2-3 (MEL+)进行种间杂交。 获得的杂种生成酒精量比其亲株高3 10% 获得的杂种生成酒精量比其亲株高3-10%。