微生物菌种选育技术的发展与应用

微生物菌种选育技术的发展与应用

院系生命科学系

专业生物科学（非师）

姓名 xxxxx

学号 xxxxxxx

【摘要】微生物菌种选育技术是指运用遗传学诱变杂交等原理，对某种有特定生产作用的微生物菌种进行筛选及改造，从而使所需产物达到高产量高质量的一门技术二基于此，主要对微生物菌种选育技术的发展和研究进行介绍和分析。本文就目前微生物菌种选育技术热点问题做了简单的概述，微生物的育种是现代工业发展的一个关键环节。[1]介绍了现代工业微生物育种技术发展，包括自然育种、诱变育种、代谢控制育种、基因工程育种等，并对育种技术的发展做了展望。【关键词】微生物菌种；研究进展；育种技术；菌种选育

【Abstract】Microbial breeding technology refers to the use of genetic mutation hybrid principle, has the effect of specific microbial production of some of the screening and transformation, so that the desired product to achieve high yield and high quality technique of two based on this, mainly on the introduction and analysis of the research and development of microbial breeding technology.In this paper, the breeding technology hot spots do a simple overview of microorganism, microbial breeding is a key link in the development of modern industry. Introduces the process of breeding technology development, including natural breeding, mutation breeding, metabolic control breeding, gene engineering breeding, and the development of breeding technology is prospected.

【Keywords】Microbial strains; research progress; Breeding technology; Strain breeding

前言：随着生物技术的不断改进和完善，微生物菌种的选育已广泛应用到各行各业中，尤其在发酵产业中，对其整个行业的产量和质量都有大幅度提高微生物菌种的选育总共历程了5个阶段，从开始对常规菌种的自然突变筛选发展到近些年的人工干预:诱变育种技术、杂交育种技术、代谢控制育种技术，直到基因工程育种技术各个技术之间并不是相互孤立的，而是相互交又相互关联的，也是逐次在上个技术上不断改善和完善的。对微生物菌种的优化选育是提高产量和质量的一条有效途径。以突变和筛选为中心的传统育种技术在工业微生物发展到现在规模的过程中始终起着重要作用。70年代以来，重组DNA 技术和原生质体融合技术开始用于菌种选育。[2]各种外源基因在原核生物、真核细胞的克隆和表达研究取得了重大成果，使微生物育种技术进入了真正意义的分子水平育种时代。

一、什么是微生物菌种选育技术？

微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌种进行改造，以提高产品的产量和质量，优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，要使发酵工业产品的种类、产量和质量有较大的改善，首先必须选育性能优良的生产菌种。[3]微生物菌种选育技术在现代生物技术中特别是发酵产业中具有十分重要的地位。通过对微生物菌种的选育可以有效提高产品产量和质量，微生物育种技术经历了自然选育，诱变育种，杂交育种，代谢控制育种，和基因工程育种五个阶段，各个阶段并不孤立存在，而是相互交叉，相互联系。新的育种技术的发展和应用促进了生产的发展。

二、微生物菌种选育主要技术类型

2.1自然育种

常规选育最先用于酒精发酵产业，通过对纯系菌种的选育，[4]显著改善酒精生产中不稳定的情况，这是常规选育纯菌种成功的一个例证常规育种是在基因突变基础上，生产

某种所需产品的纯系菌种，进一步筛选养殖，从而达到所需产品的高产量高质量这些突变都是菌种自身天然的基因突变，而病菌体内本身存在重组修复、切补修复、光复活、DNA 聚合酶自我纠正以及紧急呼叫修复等自身挽救修复能力，造成微生物菌种的突变几率极低，一般只有10-61-10-10/BP又由于产业生产中对纯种菌种的需求量大，所以在这个基础上出现了人为干预的诱变盲种。

2.2诱变育种

1927年Mfiller发现X射线能诱发果蝇基因突变。[5]之后人们发现其他一些因素也能诱发基因突变，并逐渐弄清了一些诱变发生的机理，为工业微生物诱变育种提供了前提条件。1941年B ead 1e和T atiim采用X射线和紫外线诱变红色面包霉，得到了各种代谢障碍的突变株。这之后诱变育种得到了极大发展。诱变育种是以诱变剂诱发微生物基因突变，通过筛选突变体，寻找正向突变菌株的一种诱变方法。诱变剂有物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。

目前，诱变育种常用的方法有3种，物理诱变、化学诱变以及生物诱变常见的物理诱变有紫外线照射、电离照射、激光照射以及微波等常见的化学诱变包括烷化剂(亚硝基乙基脲，乙烯亚胺，硫酸二乙脂，甲基磺酸乙脂，亚硝基肌以及氮芥等)、碱基类似物、金属盐类以及脱氨基等化学方法多是对环境和人身有害的致腐剂，因此应谨慎使用生物方法应用面窄，比较局限。诱变育种存在一定的盲目性与随机性，且在实际应用中研究者也要根据出发菌株和实验室条件等情况，筛选合适的诱变方法叭如果对一个菌种反复使用诱变育种，极易出现“疲劳效应”[6]因此，经过人们的不断研究改进，又有了杂交育种技术的问世。

2.3杂交育种

2.3.1杂交育种往往可以消除某一菌株在诱变处理后所出现的产量上升缓慢的现象，因而是一种重要的育种手段。但杂交育种方法较复杂，许多工业微生物有性世代不十分清楚，故没有像诱变育种那样得到普遍推广和使用。[7]微生物杂交育种最主要的目的在于把不同菌株的优良性状集中于重组体中，克服长期使用诱变剂出现的“疲劳效应”杂交育种选用已知性状的供体菌和受体菌为亲本，在方向性和自觉性上均比诱变育种前进了一大步。杂交育种包括常规杂交和原生质体融合技术，其中原生质体融合技术近年来发展较为活跃。

2.3.2原生质体融合育种；在微生物育种中，应用转化、转导或接合等重组技术[8]来培育应用于生产实践中的高产菌株的例子还不多见，只是在1978年第二届国际工业微生物遗传学讨论会上提出了原生质体融合后，重组育种技术才获得了飞速的发展。

原生质体融合技术由于可在种内、种间甚至属间进行，不受亲缘关系的影响，遗传信息传递量大，不需了解双亲详细的遗传背景，因而便于操作。该技术起源于1960年，当时法国Barsk i研究小组在培养两种不同动物细胞混合时发现自发融合现象;1978年国际工业微生物遗传学讨论会提出了原生质体的融合问题，使这一技术扩展到了育种领域。近年来，灭活原生质体融合、离子束细胞融合、非对称细胞融合以及基因重排分子育种等新方法相继提出并且应用于微生物育种，[9]这是原生质体融合技术的新发展。