第三章、优良菌种的选育

第三章、优良菌种的选育

导言

优良生产菌种应具备的基本特性：

（1）生产菌种应具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力。

（2）在发酵过程中不产生或少产生与目标产品相近似的副产物及其它产物。

（3）生长繁殖能力强，有较快的生长速率，产生孢子的菌种应该具有较强的产生孢子能力。

（4）能高效地将原料转化为产品。

（5）具有利用广泛来源原料的能力，并对发酵原料成分的波动敏感性较小。

（6）对需要添加的前体物质有耐受能力，并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用。（前体：）（7）在发酵过程中产生的泡沫要少。

（8）具有抗噬菌体感染的能力。

（9）遗传特性稳定。

3-1自然选育

定义：

自然突变的结果：

自然选育的特点：简单易行，可以纯化菌种，防止菌种退化，稳定产量。但自然选育的效率低，应该经常跟诱变选育交替使用，提高育种效率。

自然选育的一般程序：

3-2诱变选育

导言

3-2-1诱变育种的原理

诱变育种的理论基础是基因突变，突变包括染色体畸变和基因突变两大类。

染色体畸变指的是，染色体或DNA片段发生缺失、易位、逆位、重复等。

基因突变指的是，DNA中的碱基发生变化，即点突变。

过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。

常用的诱变剂包括物理、化学、生物的三大类。表3-1所示。

3-2-2诱变育种的基本方式

导言

3-2-2-1出发菌株的选择

进行诱变的出发菌株的性能，对提高诱变效果和效率十分重要。

选择出发诱变菌株的注意事项：

诱变育种的程序：

3-2-2-2诱变剂的使用方法

|------单一诱变剂处理：对野生菌株处理有效。

诱变方法|

|------复合诱变剂处理：对经过多次诱变处理的老菌株。

复合诱变剂处理|----同一诱变剂多次处理

|----两种以上诱变剂先后分别处理

|----两种以上诱变剂同时或多次处理

举例：青霉菌的选育。

3-2-2-3诱变剂的剂量选择

诱变剂的剂量与致死率有关，而致死率又与诱变率有关。

因此，可用致死率作为诱变剂剂量的选择依据。

关系：诱变率随诱变剂剂量的增加而提高，但达到一定程度后，反而下降。

近年来处理剂量控制在致死率70-80%。

高剂量诱变的好处：A形成较纯的菌株。(引起一些细胞核变异，同时引起另外一些细胞核被破坏，细胞死亡。)

B促使变异菌株稳定，不易产生回复突变。（高剂量会引起细胞遗传物质发生难以恢复的巨大损伤。）

3-2-3突变菌株的筛选

3-2-3-1营养缺陷型突变菌株的筛选

营养缺陷型突变菌株的诱变育种具有重要的理论研究和工业应用价值。

已经广泛应用在氨基酸、核苷酸生产中。

在营养缺陷型突变菌株中，生物合成途径中的某一步发生了酶缺陷，合成反应不能完成，末端产物不能积累，因此末端产物的反馈调节作用被解除。只要在培养中限量加入所要求的末端产物，克服生长障碍，就能使中间产物积累。

营养缺陷型突变菌株具有明显的遗传标记，在杂交育种中作为出发菌株，有利于杂交重组的分析，也可以作为基因工程中的受菌体，检出克隆基因的表达。

3-2-3-2抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选

抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株这2种突变，都是由于代谢失调。

它们的共同表现：细胞中已经有了大量末端产物时，仍然不断合成这一产物。

代谢失调原理不同：

抗反馈阻遏突变菌株：调节基因或操纵基因发生突变，使产生的阻遏蛋白不再能和终产物结合或结合后不能作用于已突变的操纵基因，因此不再起反馈阻遏作用。

抗反馈抑制突变菌株：由于编码酶的结构基因发生突变，使变构酶不再具有结合终产物的能力，但仍具有活性，从而解除了反馈抑制。

通过使用抗结构类似物的方法筛选。

（1）与末端产物有相似的结构，能与阻遏蛋白或变构酶结合，阻止产物的合成，

（3）它们与阻遏蛋白或变构酶的结合是不可逆的。

（1）未突变细胞：抗结构类似物与阻遏蛋白或变构酶结合，引起反馈调节，阻止某种产物的合成。生长受阻，死亡。（2）发生突变细胞：抗结构类似物与阻遏蛋白或变构酶不能结合，因此不能引起反馈调节，无法阻止产物的合成。因此生长不受影响。

3-2-3-3组成型突变株的筛选

在酶制剂的发酵过程中，常采用在发酵过程中分批限量加入诱导物的方法，提高诱导酶的活性。

为了解除对诱导物的依赖，通过诱变改变菌种的遗传特性，筛选组成型突变株。

突变发生位置：突变发生在调节基因或操纵基因，都可获得组成型突变菌株。

优势，或能适当分辨两类菌落的方法，选出组成型突变菌株。

例如，可以在培养基中加入抑制诱导酶合成的物质，使组成型菌株处于选择优势。

3-2-3-4抗性突变株的筛选

包括对抗生素、金属离子、温度、噬菌体等的抗性（或敏感）突变株的筛选，这些突变型常用来提高

某些代谢产物的产量。

A,抗生素抗性突变：

抗生素之所以能治疗疾病，就是因为抗生素有抑制微生物代谢的机制。而各种抗生素抑制微生物代谢的机理各不相同，不同的机制改变微生物代谢，可以使某些产物过量积累。

在抗生素产生菌的选育中，筛选抗生素抗性突变株，可明显地提高抗生素产量。

例解烃棒杆菌产生棒杆菌素，棒杆菌素是氯霉素的类似物，抗氯霉素的解烃棒杆菌突变株比亲株产生的棒杆菌素高出3倍。

B,抗噬菌体株的选育：

噬菌体的感染给工业生产带来的危害是巨大的。

细菌对噬菌体的抗性是基因突变的结果，所以，可以采用自然选育和诱发突变选育两种方法。

自发突变是以噬菌体为筛子，在不经任何诱变的敏感菌株中筛选抗性菌株，但抗性突变的频率低。

诱变处理之后，再用高浓度的噬菌体平板筛选抗性菌株，可以提高抗性突变的频率。

C,条件抗性突变：

又称条件致死突变，其中温度敏感突变通常可以提高产物产量。

因为温度敏感型突变，使代谢过程中某一酶的蛋白结构发生改变，在高温情况下失去活力，可能变成营养缺陷型，在特定的培养基中积累产物。

D,敏感突变：

在柠檬酸生产中，采用敏感突变，造成某些酶结构基因的改变，从而抑制顺乌头酸酶的活性，达到提高柠檬酸的产量。

导言：我们上面向大家介绍的自然选育和诱变选育，是工业微生物菌种选育的常用方法，主要是为了达到提高微生物生产产量的目的。

然而，采用合适的筛选方法，诱变育种可以获得高产菌株，但不能达到定向育种的目的。

而且，长期使用诱变剂处理，会使菌种生活能力逐渐下降，比如生长周期延长、代谢减慢等等。因此，有必要进行杂交育种，来提高菌种的生产性能。

3-3杂交育种

定义：一般指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合，使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。

杂交育种适用的微生物：真菌、放线菌、细菌都可以进行杂交育种。

A. 杂交育种具有定向育种的性质。(选用已知性状的供体菌株和受体菌株作为亲本，把不同菌株的优良性状集中于组合体中。)

B. 杂交后的杂种可以克服原有菌种生活力衰退的趋势。

C. 使杂种菌种对诱变剂更加敏感。（因为遗传物质的重组，动摇了菌种遗传基础。）

D. 可以消除某一菌种经长期诱变处理所产生的产量上升缓慢的现象。

E. 可以改变产品质量和产量。

导言：杂交育种主要有常规的杂交育种和原生质体融合这两种方法，近年来，后一种方法较为多见。一些同学手中的教材把原生质体融合技术从杂交育种章节单列出来，作为一个独立的节，不等于它不属于杂交育种范畴。

3-3-1常规的杂交育种

常规的杂交育种不需用脱壁酶处理，就能使细胞结合而发生遗传物质的重新组合。