工业微生物育种学.ppt
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并保持相对稳定 菌株对诱变剂处理较敏感，从而可能选育出高
产的菌株
小结
发酵工业中使用的微生物菌种是突变型 的，野生型的菌种无法满足上述要求
野生型菌种的代谢机制已适应了现存的 生态环境
这也进一步说明工业微生物育种的重要 性
工业微生物育种的进展
工业微生物育种的基本思想
遗传和变异 遗传和变异是生物界生命活动的基本属
基因重组育种（杂交育种）
优点： 1 通过具有不同遗传性状菌株的杂交，使遗传物质 进行交换和重新组合，扩大了变异范围，使两亲株 的优良性状集中于杂交菌株内，获得新品种。 2 杂交后的新品种不仅可以克服长期诱变造成的生 活力下降，代谢缓慢的缺陷，也可以提高对诱变剂 的敏感性。
缺点： 也有品质退化的现象；此外必须与诱变育种 结合 使用，才能进一步提高杂交菌种的产量
所必须的结构，它仅具有少数的基因，其复制还要依靠宿 主细胞的酶系统。它的复制和宿主染色体是同步的，只有 这样，质粒才能随着细菌细胞的分裂而稳定地遗传。目前 对细菌，特别是大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中的质粒研究得 比较详细。
转座因子 （transposable element）
位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的 DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。
高尔基体 半乳糖基转移酶
细胞内蛋白质的分类
糖基化反应
硫酸酯化反应
过氧物酶体
过氧化氢酶
过氧化氢的产生与降解
尿酸氧化酶
某些脂肪酸和氨基酸的降解
质膜
Na+—K+ ATP 酶
细胞内外分子的转运
5’核苷酸酶
细胞间的粘连和通讯
细胞骨架 无特殊的酶标记
微丝、微管、中间微丝
胞浆
乳酸脱氢酶
糖酵解、脂肪酸合成
细胞内的遗传物质的分布
细胞核染色体（nucleus chromosome） 质粒（plasmid）* 转座因子（transposable element）* 线粒体（mitochondrion） 叶绿体（chloroplast）
质粒（plasmid）
独立于染色体外，能进行自我复制的遗传因 子，通常是环状DNA分子，多以超螺旋的 形式存在，其大小在1~300kb之间。主要存 在于各种微生物细胞中。质粒不是细菌生长繁殖
在
发酵工业
中的地位
发酵工业
微生物育种
发酵设备
发酵工艺
影响发酵生产的因素
发酵工艺的改进 发酵设备的更新 菌种的选育和改良
工业微生物育种对于提高发酵工业产品的产量 和质量，进一步开发利用微生物资源，增加发 酵工业产品的品种，有极其重要的意义。因此， 工业微生物的菌种选育在发酵工业中占有重要 地位，是决定发酵产品能否具有工业化生产价 值及发酵过程成败与否的关键。
性之一 相当于辨证法上的继承和发展
工业微生物育种的进展
自然突变育种，微生物纯种培养法发明之后，开始微生物纯 种的自然选育（如过去的酒精发酵）
人工诱变育种，40年代初，Beadle和Tatum采用X射线和紫 外线等辐射因子诱变获得各种代谢突变株（如红色面包霉）
基因重组育种，包括杂交、转化、转导和原生质体融合等 代谢控制育种，50年代谷氨酸发酵取得成功 分子定向育种，始于上世纪90年代
中国科学院武汉病毒研究所,武汉430071 http://emuch.net/html/200603/1992
82.html
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
小结
各种育种方法都是基于遗传与变异的生物学规 律
各种育种方法在现代育种工作中仍都有使用 所有育种方法得到的新品种或菌株都存在着品
种退化的现象，这是遗传变异规律的体现
工业微生物育种学
施巧琴 吴松刚 编著 福建科学技术出版社
1991·福州
本节内容
第一章 绪论 第一节 工业微生物育种在发酵工业中的地位 第二节 工业微生物育种的进展 第二章 细胞结构与分裂 第一节 细胞结构 第二节 细胞分裂 第三节 染色体
第一章 绪 论
工业微生物育种
代谢控制育种
优点： 1 获得各种解除或绕过了微生物正常代谢途径 的突变株，从而使有用产物选择性地大量生成 累积 2 克服了育种的盲目性，减少了繁重的工作量
缺点： 也有品质退化的现象
分子定向进化育种
Molecular directed evolution 体外分子定向进化研究进展 徐卉芳 张先恩 张用梅
染色体为星棒状或线状，有 染色体呈环状，仅有一条染
两条以上染色体
自然突变育种
缺点： 1 突变频率低 2 盲目性大
推测其优点：
1 突变得到的优良性状不易 退化
2 一般不会影响到微生物的 生长特性
（自然突变实质是自然选择）
人工诱变育种
优点： 1 能大幅度地提高产品的产量和质量 2 突变频率比较大
缺点： 1 疲劳效应，指某一菌株长期使用诱变剂处理 之后，会对诱变剂不再敏感 2 会引起菌种生长周期的延长、孢子量减少和 代谢减 慢等 3 仍有一定的盲目性
转座因子可从染色体或质粒的一个位点转移到 另一个位点，或者在两个复制子之间转移
Barbara MeClintock（美国遗传学家）首先在 玉米中发现的，并因此荣获1983年度诺贝尔奖
第二节 细胞分裂
两大生物类群细胞结构 和分裂方式的不同
真核微生物
原核微生物
细胞核有核膜，内有核仁 细胞核无核膜，内无核仁
想一想有哪些微生物发酵产品？
工业微生物菌种的生产要求
在遗传上必须是稳定的 容易产生许多营养细胞、孢子或其他繁殖体 种子的生长必须旺盛、迅速 产生所需的产物时间短 必须是纯种，不应带有杂菌及噬菌体
工业微生物菌种的生产要求
比较容易分离提纯 有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强 能保持较长的良好经济性能 在规定时间里，菌株必须产生预期数量的产物，
第二章 细胞结构与分裂
表 2-4：细胞内主要的细胞器及其功能
细胞器或级分 1
标记
主要功能
细胞核
DNA
染色体的部位
DNA 指导的 RNA 的合成部位（转录）
线粒体
谷氨酸脱氢酶
循环，氧化磷酸化
核糖体
高含量的 RNA
蛋白质合成部位（RNA 翻译成蛋白质）
溶酶体
酸性磷酸酶
许多水解酶的部位（催化降解反应的酶）
产的菌株
小结
发酵工业中使用的微生物菌种是突变型 的，野生型的菌种无法满足上述要求
野生型菌种的代谢机制已适应了现存的 生态环境
这也进一步说明工业微生物育种的重要 性
工业微生物育种的进展
工业微生物育种的基本思想
遗传和变异 遗传和变异是生物界生命活动的基本属
基因重组育种（杂交育种）
优点： 1 通过具有不同遗传性状菌株的杂交，使遗传物质 进行交换和重新组合，扩大了变异范围，使两亲株 的优良性状集中于杂交菌株内，获得新品种。 2 杂交后的新品种不仅可以克服长期诱变造成的生 活力下降，代谢缓慢的缺陷，也可以提高对诱变剂 的敏感性。
缺点： 也有品质退化的现象；此外必须与诱变育种 结合 使用，才能进一步提高杂交菌种的产量
所必须的结构，它仅具有少数的基因，其复制还要依靠宿 主细胞的酶系统。它的复制和宿主染色体是同步的，只有 这样，质粒才能随着细菌细胞的分裂而稳定地遗传。目前 对细菌，特别是大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中的质粒研究得 比较详细。
转座因子 （transposable element）
位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的 DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。
高尔基体 半乳糖基转移酶
细胞内蛋白质的分类
糖基化反应
硫酸酯化反应
过氧物酶体
过氧化氢酶
过氧化氢的产生与降解
尿酸氧化酶
某些脂肪酸和氨基酸的降解
质膜
Na+—K+ ATP 酶
细胞内外分子的转运
5’核苷酸酶
细胞间的粘连和通讯
细胞骨架 无特殊的酶标记
微丝、微管、中间微丝
胞浆
乳酸脱氢酶
糖酵解、脂肪酸合成
细胞内的遗传物质的分布
细胞核染色体（nucleus chromosome） 质粒（plasmid）* 转座因子（transposable element）* 线粒体（mitochondrion） 叶绿体（chloroplast）
质粒（plasmid）
独立于染色体外，能进行自我复制的遗传因 子，通常是环状DNA分子，多以超螺旋的 形式存在，其大小在1~300kb之间。主要存 在于各种微生物细胞中。质粒不是细菌生长繁殖
在
发酵工业
中的地位
发酵工业
微生物育种
发酵设备
发酵工艺
影响发酵生产的因素
发酵工艺的改进 发酵设备的更新 菌种的选育和改良
工业微生物育种对于提高发酵工业产品的产量 和质量，进一步开发利用微生物资源，增加发 酵工业产品的品种，有极其重要的意义。因此， 工业微生物的菌种选育在发酵工业中占有重要 地位，是决定发酵产品能否具有工业化生产价 值及发酵过程成败与否的关键。
性之一 相当于辨证法上的继承和发展
工业微生物育种的进展
自然突变育种，微生物纯种培养法发明之后，开始微生物纯 种的自然选育（如过去的酒精发酵）
人工诱变育种，40年代初，Beadle和Tatum采用X射线和紫 外线等辐射因子诱变获得各种代谢突变株（如红色面包霉）
基因重组育种，包括杂交、转化、转导和原生质体融合等 代谢控制育种，50年代谷氨酸发酵取得成功 分子定向育种，始于上世纪90年代
中国科学院武汉病毒研究所,武汉430071 http://emuch.net/html/200603/1992
82.html
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
小结
各种育种方法都是基于遗传与变异的生物学规 律
各种育种方法在现代育种工作中仍都有使用 所有育种方法得到的新品种或菌株都存在着品
种退化的现象，这是遗传变异规律的体现
工业微生物育种学
施巧琴 吴松刚 编著 福建科学技术出版社
1991·福州
本节内容
第一章 绪论 第一节 工业微生物育种在发酵工业中的地位 第二节 工业微生物育种的进展 第二章 细胞结构与分裂 第一节 细胞结构 第二节 细胞分裂 第三节 染色体
第一章 绪 论
工业微生物育种
代谢控制育种
优点： 1 获得各种解除或绕过了微生物正常代谢途径 的突变株，从而使有用产物选择性地大量生成 累积 2 克服了育种的盲目性，减少了繁重的工作量
缺点： 也有品质退化的现象
分子定向进化育种
Molecular directed evolution 体外分子定向进化研究进展 徐卉芳 张先恩 张用梅
染色体为星棒状或线状，有 染色体呈环状，仅有一条染
两条以上染色体
自然突变育种
缺点： 1 突变频率低 2 盲目性大
推测其优点：
1 突变得到的优良性状不易 退化
2 一般不会影响到微生物的 生长特性
（自然突变实质是自然选择）
人工诱变育种
优点： 1 能大幅度地提高产品的产量和质量 2 突变频率比较大
缺点： 1 疲劳效应，指某一菌株长期使用诱变剂处理 之后，会对诱变剂不再敏感 2 会引起菌种生长周期的延长、孢子量减少和 代谢减 慢等 3 仍有一定的盲目性
转座因子可从染色体或质粒的一个位点转移到 另一个位点，或者在两个复制子之间转移
Barbara MeClintock（美国遗传学家）首先在 玉米中发现的，并因此荣获1983年度诺贝尔奖
第二节 细胞分裂
两大生物类群细胞结构 和分裂方式的不同
真核微生物
原核微生物
细胞核有核膜，内有核仁 细胞核无核膜，内无核仁
想一想有哪些微生物发酵产品？
工业微生物菌种的生产要求
在遗传上必须是稳定的 容易产生许多营养细胞、孢子或其他繁殖体 种子的生长必须旺盛、迅速 产生所需的产物时间短 必须是纯种，不应带有杂菌及噬菌体
工业微生物菌种的生产要求
比较容易分离提纯 有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强 能保持较长的良好经济性能 在规定时间里，菌株必须产生预期数量的产物，
第二章 细胞结构与分裂
表 2-4：细胞内主要的细胞器及其功能
细胞器或级分 1
标记
主要功能
细胞核
DNA
染色体的部位
DNA 指导的 RNA 的合成部位（转录）
线粒体
谷氨酸脱氢酶
循环，氧化磷酸化
核糖体
高含量的 RNA
蛋白质合成部位（RNA 翻译成蛋白质）
溶酶体
酸性磷酸酶
许多水解酶的部位（催化降解反应的酶）