微生物育种

微生物育种

百科名片

英文名称microbial breeding ，就是指培育优良微生物的生物学技术。其方法通常为自然选育和人工选育两类，可单独使用，也可交叉进行。目录自然选育

人工选育

1 诱变育种

2 化学诱变

3 原生质体诱变在工业微生物育种中

4 展望未来

5 结语

参考文献

自然选育

人工选育

1 诱变育种

2 化学诱变

3 原生质体诱变在工业微生物育种中

4 展望未来

5 结语

参考文献

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自然选育

对自然界中的微生物，在未经人工诱变或杂交处理的情况下进行分离和纯化(见微生物的分离和纯化),然后进行纯培养和测定(见微生物测定法),择优选取微生物的菌种。这种方法简单易行，但获得优良菌种的几率小，一般难以满足生产的需要。

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人工选育

分诱变育种和杂交育种两种。

诱变育种

以诱发基因突变为手段的微生物育种技术。1927年,H.J. 马勒发现X射线有增加突变率的效果;1944年，C.奥尔巴克首次发现氮芥子气的诱变效应;随后，人们陆续发现许多物理的(如紫外线、γ射线、快中子等)和化学的诱变因素。化学诱变因素分为3种:?诱变剂与一个或多个核酸碱基发生化学变化,使DNA复制时碱基置换而引起变异，如羟胺亚硝酸、硫酸二乙酯、甲基

磺酸乙酯、硝基胍、亚硝基甲基脲等;?诱变剂是天然碱基的结构类似物,在复制时参入DNA分子中引起变异，如5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘧啶、8-氮鸟嘌呤和2-氨基嘌呤等;?诱变剂在DNA分子上减少或增加1,2个碱基，使碱基突变点以下全部遗传密码的转录和翻译发生错误，从而导致码组移动突变体的出现，如吖啶类物质和一些氮芥衍生物(ICR)等。诱变育种操作简便，突变率高,突变谱广，它不仅能提高产量，改进质量，还可扩大产品品种和简化工艺条件。如1943年从自然界分离到的青霉素产生菌的效价只有20单位/毫升,经过一系列的诱变育种后，效价已达40000单位/毫升;金霉素产生菌经诱变后,发酵液中又积累了去甲基金霉素;谷氨酸棒杆菌1299经紫外线诱变后，有的能产赖氨酸,有的能产缬氨酸,增加了产品的种类;土霉素产生菌经诱变后，选到了能减少泡沫的突变菌株，从而提高了发酵罐的利用率。诱变育种的不足是缺乏定向性。

杂交育种

不同基因型的品系或种属间，通过交配或体细胞融合等手段形成杂种，或者是

通过转化和转导形成重组体，再从这些杂种或重组体或是它们的后代中筛选优良菌种。通过这种方法可以分离到具有新的基因组合的重组体，也可以选出由于具有杂种优势而生长旺盛、生物量多、适应性强以及某些酶活性提高的新品系。杂交育种的方式因实验菌株的生殖方式不同而异，如有性杂交、准性重组、原生质体融合、转化、转导、杂种质粒的转化等;但是，选择亲株、分离群体后代的培养、择优去

劣和杂种遗传分析的过程基本是相同的。杂交法一般指有交配反应的菌株进行交配或接合而形成杂种。这种方法适用范围很广，在酒类、面包、药用和饲料酵母的育种，链霉菌和青霉菌抗生素产量的提高，曲霉的酶活性增强等方面均已获得成功。

体细胞融合是在不具性反应的品系或种属间细胞融合和染色体重组，先用酶溶

解细胞壁,再用氯化钙-聚乙二醇处理原生质体，促使融合，获得杂种。此法在工业微生物的菌种改良中有积极作用。

转化和转导首先应用于细菌，现已广泛用于链霉菌和酵母菌等。随着重组DNA

技术的发展,重组质粒的构建和转化系统的确立，已可将目的基因转移到受体细胞内，得到能产生具有重要经济价值的生物活性物质(如疫苗、酶等)的株系。

微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切, 其菌株的优

良与否直接关系到多种工业产品的好坏,甚至影响人们的日常生活质量,所以培育优质、高产的微生物菌株十分必要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导, 或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状, 人为地使某些代谢产物过量积累,获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为途

径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前,国内微生物育种界主要采用的仍是常规

的物理及化学因子等诱变方法。此外,原生质体诱变技术已广泛地应用于酶制剂、

抗生素、氨基酸、维生素等的菌种选育中,并且取得了许多有重大应用意义的成果。

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1 诱变育种

1.1物理诱变

1.1.1紫外照射

紫外线照射是常用的物理诱变方法之一, 是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm, 因此在260nm 的紫外辐

射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释,但比较确定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对,所以可能导致突变甚至死亡[2]。

紫外照射诱变操作简单,经济实惠,一般实验室条件都可以达到,且出现正突变

的几率较高,酵母菌株的诱变大多采用这种方法。

1.1.2电离辐射

γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一,具有很高的能量,能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA 结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基,或者脱氧核糖的化学键和糖- 磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使水或有机分子产生自由基, 这些自由基可以与细胞中的溶质分子发生化学变化,导致DNA 分缺失和损伤[2]。

除γ- 射线外的电离辐射还有X- 射线、β- 射线和快中子等。电离辐射有一定的局限性,操作要求较高,且有一定的危险性,通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。

1.1.3离子注入

离子注入是20 世纪80 年代初兴起的一项高新技术,主要用于金属材料表面的改性。1986 年以来逐渐用于农作物育种,近年来在微生物育种中逐渐引入该技术[3]。

离子注入时,生物分子吸收能量,并且引起复杂的物理和化学上的变化,这些变化的中间体是各类活性自由基。这些自由基,可以引起其它正常生物分子的损伤,可使细胞中的染色体突变,DNA 链断裂,也可使质粒DNA 造成断裂。由于离子注入射程具有可控性, 随着微束技术和精确定位技术的发展,定位诱变将成为可能[4]。

离子注入法进行微生物诱变育种, 一般实验室条件难以达到,目前应用相对较少。

1.1.4 激光

激光是一种光量子流,又称光微粒。激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合应用,直接或间接地影响有机体,引起细胞染色体畸变效应、酶的激活或钝化,以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用, 都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。不同种类的激光辐射生物有机体,所表现出的细胞学和遗传学变化也不同[5]。

激光作为一种育种方法,具有操作简单、使用安全等优点,近年来应用于微生物育种中取得不少进展。

1.1.5 微波

微波辐射属于一种低能电磁辐射, 具有较强生物效应的频率范围在

300MHz~300GHz,对生物体具有热效应和非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升。从而引起生理生化反应;非热效应指在微波作用下,生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下,生物体会产生一系列突变效应[6]。

因而,微波也被用于多个领域的诱变育种,如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种,并取得了一定成果。

1.1.6 航天育种

航天育种,也称空间诱变育种,是利用高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间, 利用宇宙空间特殊的环境使生物基因产生变异,再返回地面进行选育,培育新品种、新材料的作物育种新技术。空间环境因素主要有微重力,空间辐射,以及其它诱变因素如交变磁场,超真空环境等,这些因素交互作用导致生物系统遗传物的损伤,使生物发生诸如突变、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。

航天育种较其它育种方法特殊, 是航天技术与微生物育种技术的有机结合,技术含量高,成本高,个体研究者或一般研究单位都难以实现,只能与航天技术相结合,由国家来完成。

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2 化学诱变

2.1.1 烷化剂

烷化剂能与一个或几个核酸碱基反应,引起DNA 复制时碱基配对的转换而发生遗传变异, 常用的烷化剂有甲基磺酸乙酯、亚硝基胍、乙烯亚胺、硫酸二乙酯等。

甲基磺酸乙酯( ethylmethane sulphonate ,EMS) 是最常用的烷化剂,诱变率很高。它诱导的突变株大多数是点突变，该物质具有强烈致癌性和挥发性,可用5%硫代硫酸钠作为终止剂和解毒剂。

N- 甲基- N'- 硝基- N- 亚硝基胍( NTG) 是一种超诱变剂,应用广泛,但有一定毒性,操作时应该注意。在碱性条件下,NTG 会形成重氮甲烷(CH2N2),它是引起致死和突变的主要原因。它的效应很可能是CH2N2 对DNA 的烷化作用引起的[2]。

硫酸二乙酯( DMS) 也很常用,但由于毒性太强,目前很少使用。乙烯亚胺,生产的较少,很难买到。使用浓度0.0001%~0.1%,高度致癌性,使用时需要使用缓冲液配置。

2.1.2 碱基类似物

碱基类似物分子结构类似天然碱基,可以掺入到DNA 分子中导致DNA 复制时产生错配,mRNA 转录紊乱,功能蛋白重组,表型改变。该类物质毒性相对较小,但负诱变率很高,往往不易得到好的突变体。主要有5- 氟尿嘧啶( 5- FU) 、5- 溴尿嘧啶( 5- BU) 、6- 氯嘌呤等。程世清等[25]用5- BU 对产色素菌( 分枝杆菌T17- 2- 39) 细胞进行诱变,生物量平均提高22.5%.

2(1.3 无机化合物

诱变效果一般,危险性较小。常用的有氯化锂,白色结晶,使用时配成0.1%~0.5%的溶液, 或者可以直接加到诱变固体培养基中,作用时间为30min,2d。亚硝酸易分解,所以现配现用。常用亚硝酸钠和盐酸制取,将亚硝酸钠配成0.01~0.1mol/L 的浓度, 使用时加入等浓度等体积的盐酸即可。

2.1.4 其他

盐酸羟胺,一种还原剂,作用于C 上,使G- C 变为A- T。也较常用,使用浓度为0.1%,0.5%,作用时间60min,2h。

此外,诱变时将两种或多种诱变因子复合使用,或者重复使用同一种诱变因子,效果更佳。顾正华等[7]以谷氨酸棒杆菌ATCC- 13761 为出发菌株,经DMS 和NTG 多次诱变处理,获得一株L- 组氨酸产生菌。

2、诱变剂

2.1 诱变剂的选择

在选择诱变剂时, 需要注意诱变剂的专一性, 即某一诱变剂或诱变处理优先使基因组的某些部分发生突变而别的部分即使有也很少发生突变。对诱变剂专一性的

分子基础不十分了解万尽管有关的修复途径必定对此有影响, 但它们的关系并不那么简单, 其它各种因素,包括诱变处理的环境条件也能影响突变类型。

工业遗传学家很难正确地预言改良某一菌种时需要何种类型的分子水平的突变。因此, 为了产生类型尽可能多的突变体, 最适当的方法是采用几种互补类型的诱变处理。远紫外无疑是所有诱变剂中最为合适的, 似乎可以诱导所有已知的损伤类型。采取有效、安全的预防方法也很容易。在化学诱变剂中, 液体试剂比粉末试剂更易进行安全操作。的另一个不利因素是它有产生紧密连锁的突变丛的趋势, 尽管这种效应在某些体系中能成为有利条件。最后, 必须认识到可能某些特异菌系用某些诱变剂是不能被诱变的。当然这一点通过测定易检出的突变体, 如抗药性突变体或原养型回复突变体的诱变动力学可以相当容易地得到验证。[8]

2.2 诱变剂的剂量

从随机筛选的最佳效果看, 诱变剂的最适剂量就是在用于筛选的存活群体中得到最高比例的所需要的突变体, 因为这会使在测定效价的阶段更省力。

因此在菌株改良以前,为了决定所用诱变剂的最适剂量, 并为突变性的增强技术打下基础, 聪明的做法通常是测定不同诱变剂处理不同菌种时的突变动力学。用高单位突变本身来测定最适剂量有时是不可能的, 因为这种突变的检测很困难。但如使用容易检出的标记如耐药标记, 只要估计到方法的局限性, 还是可以提供一些有价值的资料的。[9]

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3 原生质体诱变在工业微生物育种中

的应用进展

3.1 在酶制剂菌种选育中的应用

酶制剂是活的有机体产生的有催化活性的蛋白质,是所有新陈代谢过程必不可少的要素。应用原生质体诱变技术对酶制剂的生产菌株进行诱变,已经获得了许多高产菌株。

胡杰等[10 ]对沪酿(Aspergillus oryzae) 31042米曲霉的原生质体进行紫外线-氯化锂、N-甲基- N′-硝基-N - 亚硝基胍( N - methyle - N′- nitro - N -nitrosogunidinc, NTG)复合诱变,筛选到8 株高产中性蛋白酶突变株群,其中最高产酶活力为出发菌株的1162倍,为以后的细胞融合、基因组改组等提供了优良的候选文库。

3(2抗生素高产菌种选育中的应用

抗生素是微生物细胞的次级代谢产物,目前主要采用微生物发酵法进行生物合成。由于生产菌种产量的高低受多步代谢调控的制约,高产菌株的选育也很困难。原生质体诱变作为一种诱变技术,在抗生素的高产菌种选育中已有着广泛的应用。

S treptom 朱林东等[ 11 ] 通过紫外线诱变始旋链霉菌(

)的原生质体, 得到了产普那霉素为1159g/L的高产ycespristinaespiralis 突变株,比出发菌株提高10113%。

3.3 在氨基酸、生产溶剂及有机酸菌种选育中的应用

氨基酸是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位,在食品、饲料、医药、化学工业、农业等行业中应用广泛,各国都在大力发展氨基酸生产。发酵法已成为氨基酸生产的主要方法。因此选育高产菌株是氨基酸工业发展的重要方向。

生产溶剂和有机酸是微生物的初级代谢产物,原生质体诱变技术在生产溶剂和有机酸生产菌种选育中也取得了成效。

3.4 生素菌种选育中的应用

维生素是维持人和动物生命活动必需的、但不能自身合成的一类有机物质,在生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。韩建荣等用激光处理青霉

( Penicillium sp) PT95 的原生质体,选育到一株菌核生物量和类胡萝卜素含量均有显著提高的突变株L05。该突变株的菌核生产量提高98.6% ,菌核中的类胡萝卜素含量提高28.3% ,类胡萝卜素产率的增加幅度达到154.0%。

3.5 虫菌种选育中的应用

苏云金杆菌()是从自然界中筛选出来的一大类B acillus thuringiensis细菌型微生物杀虫剂,多应用于农林害虫的防治中。王丽红等[ 12 ] 对苏云金杆菌NU- 2的原生质体进行紫外线-氯化锂复合诱变,筛选到的突变株发酵周期从44h缩短到40.3h,晶体蛋白含量提高10.03%。

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4 展望未来

近年来,随着新的诱变源的出现,原生质体诱变技术的应用也会有新的进展。离子束作为一种新的诱变源,有其特有的作用机理[ 13 ] ,使得离子束诱变具有诱变谱广、变异幅度大、突变率高等优点,其应用也取得了很多重要的成果,特别是运用离子注入选育Vc菌株的成功,为我国的VC 行业增添了活力。航天搭载的微生物菌种,能借助微重力、空间辐射、超真空等综合空间环境因素的转换,在较短时间里创造目前其它育种方法难以获得的罕见基因突变,以此来进行微生物育种是空间技术育种的一个重要的应用领域。利用空间技术对某些抗生素的产量提高及酶制剂研究曾有些可喜的结果。将离子注入、空间技术与微生物原生质体技术结合起来,微生物原生质体诱变技术将会有更加广阔的应用前景。

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5 结语

随着遗传学和分子生物学领域的飞速发展, 许多新型复杂的技术被应用于菌种选育, 如原生质体融合育种技术和基因工程育种技术等, 但是诱变育种技术仍是提供菌株生产能力的重要有效手段。它获得的正突变率相对较高,可以得到多种优良

突变体和新的有益基因类型。另一方面,诱变育种存在一定的盲目性和随机性,在实际应用中,研究者应根据出发菌株及实验室条件等具体情况来选择合适的诱变方法。本实验室将物理因子和化学因子结合起来对

多种酵母菌株进行复合诱变,均得到了理想菌株。此外,我们正在尝试反复采用几种诱变因子进行多次诱变,以期得到更为理想的菌株。

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参考文献

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微生物育种

微生物原生质体技术及其研究进展 原生质体融合(Protoplast fusion)技术起源于20世纪60年代。1960年法国的Karski研究小组在两种不同类型的动物细胞混合培养中发现了自发融合现象。同时，日本的Okada发现并证明了仙台病毒可诱发内艾氏腹水癌细胞彼此融合，从而开始了细胞融合的探讨。1974 年，匈牙利的Ferenczy[1]采用离心力诱导的方法报道了白地霉营养缺陷型突变株的原生质体融合，从而使原生质体融合技术成为微生物育种的一项新技术，并从微生物种内融合扩展到界间的融合(如光合细菌与酵母菌的融合)。1979 年匈牙利的Pesti首先提出了融合育种提高青霉素产量的报告[2]，开创了原生质体融合技术在实际工作中的应用，使原生质体融合技术成为工业菌株改良的重要手段之一。Hopwood等[3]提出，原生质体融合重组可能实现隐性基因的重组暴露，使一些隐性基因表达或随机产生新的基因表型，从而使之成为链霉菌抗生素产生菌育种的新途径。利用完全脱去细胞壁的微生物细胞--原生质(protoplast)进行微生物遗传育种是一项发展迅速的育种技术，其基本实验方法已比较成熟，主要表现在原生质体的制备、再生及诱变处理和试剂的复合、交替使用等。原生质体技术的关键是去除细胞壁，形成一定数量的原生质体，并使经诱变处理的原生质体能再生出细胞壁。原生质体由于缺乏细胞壁，故可直接对其进行遗传操作或诱导其融合。形成杂种细胞，而且仍然保持了细胞的全能性，可经过培养进行繁殖。因此，原生质体是进行微生物遗传育种的极好材料。原生质体技术在理论和实践上越来越受到重视，涉及的微生物种类也越来越多。 1 原生质体的制备和再生 1.1 原生质体的制备 自1953年weibull[4]首次用溶菌酶处理巨大芽孢杆菌获得原生质体以后。经过数十年的发展，原生质体制备方法已基本成熟，在微生物遗传育种中得到了广泛应用。在地衣状芽孢杆菌原生质体制备过程中发现，许多因素能影响原生质体的形成，主要包括菌龄、培养基成分、使用酶的种类及酶浓度、酶解时间、酶解温度、酶解液的pH值、渗透压稳定荆的性质及浓度等。在菌龄选择方面，大多数研究采用对数生长中后期的细菌进行处理。这主要是由于对数生长期细菌细胞壁中肽聚糖含量最低，细胞壁对酶的作用最敏感的原因。 （1）革兰氏阳性菌中B.subtK如和B.megaterium这两种杆菌已被广泛运用于制备原生质体，它们易在简单的生理状态下生长，在单一的溶菌酶处理下即可转化成原生质体，而在Staphylococcus中，需要用溶链球菌酶代替溶菌酶来制备原生质体。与杆菌、球菌不同，链霉菌是丝状微生物，在特定的条件下，可分化出孢子丝，产生孢子。在液体培养中，菌丝中的每个细胞处在不同的菌龄和生理状态，这将影响其原生质体形成率和一致件。细菌在含有高浓度甘氨酸的培养基中生长，能引起细胞壁缺失，其机理是肽聚糖链中的D一丙氨酸残基被甘氨酸代替，由此干扰了交联所致。实验证实甘氨酸对不同菌种作用的适宜浓度不同，且在微生物培养初期加人效果理想。Duchiron F发现一种链霉菌S.pristinaespiralis 在制备原生质体时,不使用溶菌酶，单独使用甘氨酸即可形成原生质体。张增艳等单纯用甘氨酸处理制备苏云金杆菌(Bacillus thruingieasis)，原生质体形成率达96。8％。Baltz等报道了S.fradiae和S.griseofuscus原生质体制备的关键转化阶段在菌体发育的对数期和稳定生长期之间。 （2）革兰氏阴性菌的细胞壁不同于革兰氏阳性菌，其细胞壁中除了含有肽聚

微生物的诱变育种

微生物的诱变育种 作者：佚名来源：生物秀时间：2008-4-18 实验仪器大全实验试剂大全 一、实验目的和内容 目的：以紫外线诱变获得用于酱油生产的高产蛋白酶菌株为例，学习微生物诱变育种的基本操作方法。 内容：1．对米曲霉(Aspergills oryzae )出发菌株进行处理，制备孢子悬液。 2．用紫外线进行诱变处理。 3．用平板透明圈法进行两次初筛。 4．用摇瓶法进行复筛及酶活性测定。 二、实验材料和用具 米曲霉斜面菌种； 豆饼斜面培养基、酪素培养基、蒸馏水、0.5%酪蛋白； 三角瓶(300mL、500mL)、试管、培养皿(9cm)、恒温摇床、恒温培养箱、紫外照射箱、磁力搅拌器、脱脂棉、无菌漏斗、玻璃珠、移液管、涂布器、酒精灯。 三、操作步骤 (一)出发菌株的选择及菌悬液制备 1．出发菌株的选择可直接选用生产酱油的米曲霉菌株，或选用高产蛋白酶的米曲霉菌株。2. 菌悬液制备取出发菌株转接至豆饼斜面培养基中，30℃培养3～5d 活化。然后孢子洗至装有1mL 0.lmol/L pH6.0 的无菌磷酸缓冲液的三角瓶中(内装玻璃珠，装量以大致铺满瓶底为宜)，30℃振荡30min，用垫有脱脂棉的灭菌漏斗过滤，制成把子悬液，调其浓度为106～108 个/mL，冷冻保藏备用。 (二)诱变处理 用物理方法或化学方法，所用诱变剂种类及剂量的选择可视具体情况决定，有时还可采用复合处理，可获得更好的结果。本实验学习用紫外线照射的诱变方法。 1．紫外线处理打开紫外灯(30W)预热20min。取5mL 菌悬液放在无菌的培养皿(9cm)中，同时制作5 份。逐一操作，将培养皿平放在离紫外灯30cm(垂直距离)处的磁力搅拌器上，照射l min 后打开培养皿盖，开始照射，与照射处理开始的同时打开磁力搅拌器进行搅拌，即时计算时间，照射时间分别为15 s、30 s、l min、2 min、5 min。照射后，诱变菌液在黑暗冷冻中保存1～2h 然后在红灯下稀释涂菌进行初筛。 2．稀释菌悬液按10 倍稀释至10-6，从10-5和10-6中各取出0.lmL 加入到酪素培养基平板中(每个稀释度均做3 个重复)，然后涂菌并静置，待菌液渗入培养基后倒置，于30℃恒温培养2～3d。 (三)优良菌株的筛选 1. 初筛首先观察在菌落周围出现的透明圈大小，并测量其菌落直径与透明圈直径之比，选择其比值大且菌落直径也大的菌落40～50 个，作为复筛菌株。 2．平板复筛分别倒酪素培养基平板，在每个平皿的背面用红笔划线分区，从圆心划线至周边分成8 等份，1～7 份中点种初筛菌株，第8 份点种原始菌株，作为对照。培养48h 后即可见生长，若出现明显的透明圈，即可按初筛方法检测，获得数株二次优良菌株，进大摇瓶复筛阶段。3．摇瓶复筛将初筛出的菌株，接入米曲霉复筛培养基中进行培养，其方法是，称取麦秩85g，

微生物菌种的选育方法

微生物菌种的选育方法 菌种选育Loremreferentibus（英语：Strain selection 日语：ひずみの选択法语：la sélection des souches 俄语：Штаммвыбор 德语：Stammselektion ）微生物菌种是决定发酵产品的工业价值以及发酵工程成败的关键，只有具备良好的菌种基础，才能通过改进发酵工艺和设备以获得理想的发酵产品。菌种用途广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。 自然选育

自然选育的菌种来源于自然界、菌种保藏机构或生产过程，从自然界中选育菌种的过程较为复杂，而从生产过程或菌种保藏机构得到菌种的自然选育过程较为简单。 自然选育的步骤主要是：采样，增长培养，培养分离和筛选等。采样筛选的菌种采集的对象以土壤为主，也可以是植物、腐败物品和某些水域等。土壤是微生物的汇集地，从土壤中几乎可以分离到任何所需的微生物，故土壤往往是首选的采集目标。微生物的营养需求和代谢类型与生长环境有很大关系。富集培养由于采集样品中各种微生物数量有很大差异，若估计到要分离的菌种数量不多时，就要人为增加分离的概率，增加该菌种的数量，称为富集培养。纯种培养尽管通过增长培养的效果很好，但是得到的微生物还是处于混杂状态，因为样品中本身含有许多种类的微生物。所以，为了取得所需的微生物纯种，增殖培养后必须进行分离。平板分离法由接种环以无菌操作沾取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线，微生物细胞数量将随着划线次数的增加而减少，并逐步分散开来。如果划线适宜的话，微生物能一一分散，经培养后，可在平板表面得到单菌落。分离方法有三种：即划线分离法、稀释法和组织分离法。稀释分离法在溶液中再加入溶剂使溶液的浓度变小。亦指加溶剂于溶液中以减小溶液浓度的过程。浓溶液的质量×浓溶液的质量分数=稀溶液的质量×稀溶液的质量分数生产能力考察初筛一般通过平板稀释法获得单个菌落，然后对各个菌落进行有关性状的初步测定，从中选出具有优良性状的菌落。例如，对抗生素产生

微生物学名词解释

绪论 微生物分类学microbial tasonomy 研究微生物分类理论和技术方法的学科称为微生物分类学。 分类classification 分类是根据一定的原则（表型特征相似性或系统发育相关性）对微生物进行分群归类，根据相似性或相关性水平排列成系统，并对各个分类群的特征进行描述，以便查考和对未被分类的微生物进行鉴定。 命名nomenclature 命名是根据命名法规，给每一个分类群一个专有的名称。 鉴定identification 指借助于现有的微生物分类系统，通过特征测定，确定未知的、新发现的或未明确分类地位微生物所应归属分类群的过程。 分类单元taxon, 复数taxa 是指具体的分类群，如原核生物界（Procaryotae）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等都分别代表一个分类单元。 种species 种是生物分类中基本的分类单元和分类等级。微生物的种可以看作是：具有高度特征相似性的菌株群，这个菌株群与其他类群的菌株有很明显的区别。 属g enus 是介于种（或亚种）与科之间的分类等级，也是生物分类中的基本分类单元。通常是把具有某些共同特征或密切相关的种归为一个高一级的分类单元，称之属。 .居群population 是指一定空间中同种个体的总和。每一个物种早自然界中的存在，都有一定的空间结构，在其分散的、不连续的居住场所或分布区域内，形成不同的群体单元，这些群体单元就称居群。 亚种subspecies, subsp., ssp. 当某一工人种内的不同菌株存在少数明显而稳定的变异特征或遗传性状而又不足以区分成新种时，可以将这些菌株细分成两个或更多的小的分类单元称为亚种。亚种是正式分类单元中地位最低的分类等级。 变种variety 变种是亚种的同义词。在《国际细菌命名法规》（1976年修订本）发表以前，变种是种的亚等级，因“变种”一词易引起词义上的混淆，1976年后，细菌种的亚等级一律采用亚种，而不再使用变种。 新种species nova, sp. nov, nov sp. 新种是指权威性的分类、鉴定手册中从未记载过的一种新分离并鉴定过的微生物。 型type 常指亚种以下的细分。当同种或同亚种不同菌株之间的性状差异，不足以分为新的亚种时，可以细分为不同的型。 菌株strain 从自然界中分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株；用实验方法（如通过诱变）所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体。 菌型form 曾用做菌株的同义词，现已废除，仅作若干变异型的后缀。如噬菌体变异型Phagovar、血清变异型Serovar、生物变异型Biovar、形态变异型Morphovar、致病变异型Pathovar。 菌群group 指两种微生物及介于它们之间的一些过度类型的菌种，具有某些共同性状。如大肠菌群包括大肠杆菌、产气肠杆菌及它们之间的过度类型。 俗名common name俗名是一个国家或地区使用的普通名称。其优点是在一定的区域内通俗易懂便于记忆，但局限性是不便于国际间的交流。

微生物育种技术研究进展

微生物育种技术研究进展 摘要：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株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等，育种技术的不断成熟，大大提高了微生物的育种效果。但是有时候微生物育种也不是单一的一种方法，有的是需要多种方法综合使用。本文将各种微生物育种技术进行总结和细致分析。 关键词：微生物育种；诱变育种；基因重组育种；基因工程育种 1.常规育种 常规育种是以不经过人工处理，利用微生物自发突变为基础，从中筛选出具有优良性状菌株的一种育种方法一般情况下，由于DNA的半保留复制以及校正酶系的校正作用和光修复、切除修复、重组修复、诱导修复等作用，发生自然突变的几率特别低，一般为106～1010/BP，而且用于工业生产的菌株的性状往往由单一或少数基因控制，所以常规育种时间较长，工作量较大。，通过常规育种提高菌种生产能力、筛选高产菌株的效率较低，效果不明显。因此在生产实践中，常规育种的主要目的是用来纯化、复壮、稳定菌种。 2. 诱变育种 1927年MILLER发现X-射线能诱发果蝇基因突变之后人们发现其他一些因素 也能诱导基因突变，并逐渐弄清了一些诱变因素的机理，为微生物诱变育种提供了前提条件根据育种需要，有目的地使用诱变因素，可使菌株的基因发生突变以改良其生产性状.凡能诱发基因突变，并且突变频率远远超过自发突变的物理因子或化学物质被称为诱变剂。根据诱变剂的不同可以将诱变育种的方法分为：有物理因子诱变育种和化学因子诱变育种。，前者包括激光、X-射线、"r-射线、快中子等)后者主要是烷化剂（包括EMS、EI、NMU、DES、MNNG、NTG等），天然碱基类似物，亚硝酸和氯化锂在物理诱变因素中，紫外线比较有效、适用、安全，其他几种射线都是电离性质的，具有穿透力，使用时有一定的危险性,化学诱变剂的突变率通常要比电离辐射的高，并且十分经济，但这些物质大多是致癌剂，使用时必须十分谨慎.目前，多种诱变剂的诱变效果、作用时间、方法都已基本确定，人们可以有目的、有选择地使用各种诱变剂，以达到预期的育种效果. 2.1物理因子诱变 2.1.1 UV 所有传统的物理诱变手段中，使用得最为普遍的就是紫外线辐照，它是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。对于紫外线的的作用有很多解释，但研究最清楚的是它可引起DNA结构的变化，尤其是可使DNA分子形成胸腺嘧啶二聚体，即两个相邻的嘧啶共价连接，二聚体的出现会减弱氢键的作用，引起双键结构变形，就可能影响胸腺嘧啶(T)和腺嘌呤(A)的正常配对，破坏了腺嘌呤的正常掺人，复制就在这一点上突然停止或错误地进行。如果错误地进行复制，且在新形成的链上有一个改变了的碱基次序，则在随后的复制过程中，碱基次序已改变的DNA链照常进行复制，产生了一个在两条链上碱基次序都是错误的分子而引起突变归J。利用紫外诱变的方法可选育出大量产量高，活性强的菌种，由于其设备简单，诱变效率高，操作安全而被广泛应用。白兰芳等用紫外线单因子处理、光复活处理西罗莫司产生菌Streptomyces hygro—scopicus得到了一正变株UV-8-61，效价比出发菌株提高了2—3倍。近些年来紫外线作为一种基本的诱变因子，也常常和其他一些诱变因子联合作用于微生物而提高诱变效果。胡永兰等用UV和DES(硫酸二乙酯)复合处理梧宁霉素产生菌，得到一株较高的突变株，效价比出发菌株提

微生物育种

微生物育种 百科名片 英文名称microbial breeding ，就是指培育优良微生物的生物学技术。其方法通常为自然选育和人工选育两类，可单独使用，也可交叉进行。目录自然选育 人工选育 1 诱变育种 2 化学诱变 3 原生质体诱变在工业微生物育种中 4 展望未来 5 结语 参考文献 自然选育 人工选育 1 诱变育种 2 化学诱变 3 原生质体诱变在工业微生物育种中 4 展望未来 5 结语 参考文献 展开 编辑本段 自然选育

对自然界中的微生物，在未经人工诱变或杂交处理的情况下进行分离和纯化(见微生物的分离和纯化),然后进行纯培养和测定(见微生物测定法),择优选取微生物的菌种。这种方法简单易行，但获得优良菌种的几率小，一般难以满足生产的需要。 编辑本段 人工选育 分诱变育种和杂交育种两种。 诱变育种 以诱发基因突变为手段的微生物育种技术。1927年,H.J. 马勒发现X射线有增加突变率的效果;1944年，C.奥尔巴克首次发现氮芥子气的诱变效应;随后，人们陆续发现许多物理的(如紫外线、γ射线、快中子等)和化学的诱变因素。化学诱变因素分为3种:?诱变剂与一个或多个核酸碱基发生化学变化,使DNA复制时碱基置换而引起变异，如羟胺亚硝酸、硫酸二乙酯、甲基 磺酸乙酯、硝基胍、亚硝基甲基脲等;?诱变剂是天然碱基的结构类似物,在复制时参入DNA分子中引起变异，如5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘧啶、8-氮鸟嘌呤和2-氨基嘌呤等;?诱变剂在DNA分子上减少或增加1,2个碱基，使碱基突变点以下全部遗传密码的转录和翻译发生错误，从而导致码组移动突变体的出现，如吖啶类物质和一些氮芥衍生物(ICR)等。诱变育种操作简便，突变率高,突变谱广，它不仅能提高产量，改进质量，还可扩大产品品种和简化工艺条件。如1943年从自然界分离到的青霉素产生菌的效价只有20单位/毫升,经过一系列的诱变育种后，效价已达40000单位/毫升;金霉素产生菌经诱变后,发酵液中又积累了去甲基金霉素;谷氨酸棒杆菌1299经紫外线诱变后，有的能产赖氨酸,有的能产缬氨酸,增加了产品的种类;土霉素产生菌经诱变后，选到了能减少泡沫的突变菌株，从而提高了发酵罐的利用率。诱变育种的不足是缺乏定向性。

菌种诱变方法

微生物诱变育种的方法 摘要:介绍了几种常用的物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等,为微生物诱变育种提供了一个总体的方法框架。 关键词:诱变; 微生物育种 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切，其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏，甚至影响人们的日常生活质量，所以选育优质、高产的微生物菌株十分重要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导，或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状，人为地使某些代谢产物过量积累，获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为育种途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前，国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。 1 物理诱变 1.1紫外照射 紫外线照射是常用的物理诱变方法之一，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA和RNA的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰260nm，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释，但比较确定的作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对，所以可能导致突变甚至死亡[2]。 马晓燕[3]等以紫外诱变原生质选育法筛选发酵乳清高产酒精菌株马克斯克 鲁维酵母菌株ZR-20，比优化前的酒精产率提高10.5%，较出发菌株提高了68%。顾蕾[4]等通过紫外诱变红酵母ns-1原生质体，获得类胡萝卜素产量明显提高的突变株，其生物量、色素产量分别为6.15g/L、6.41mg/L，分别比原始菌株提高了67.6%、54.1%。 紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用这种方法。 1.2电离辐射 γ-射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具有很高的能量，能产生电离作用，可直接或间接地改变DNA结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基，或者脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使

工业微生物育种

转谷氨酰胺酶生产菌株的诱变选育方案 学生： 摘要：通过诱变育种选育转谷氨酰胺酶工业生产菌株，使目的菌株产酶量高、酶活高、到达最大产酶量的时间短，生长周期、最适产酶温度等条件尽可能地符合工厂要求。 关键字：筛选；工业菌株；诱变育种 前言： 工业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株进行改造, 去除不良性质, 增加有益新性状, 以提高产品的产量和质量的一种育种方法。工业微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等, 育种技术的不断成熟, 大大提高了微生物的育种效果。 微生物发酵要想取得优良成绩, 有赖于优良菌种的利用。从工业发酵的观点来看发酵菌种的优异生产性能等于经选育的、符合经济要求的优良遗传背景加上经人为精心设计的、优化的发酵环境。菌种选育的最终目标, 就是通过人工干预, 使选出的优良菌种在优化环境中尽可能表现出优异性状。菌种分离、筛选、改良是贯彻微生物发酵始终的工作。 一．菌种选育的具体目标 (1) 提高产量。 (2) 提高产物的纯度。减少副产物; 提高有效组分;减少色素等杂质。 (3) 改变菌种性状。改善发酵过程, 包括: 改变和扩大菌种所利用的原料结构; 改善菌种生长速度; 提高斜面孢子化程度; 改善菌丝体形状, 采用菌球菌丝体发酵;少用消泡剂或使菌种耐合成消泡剂; 改善对氧的摄取条件, 降低需氧量及能耗; 耐不良环境: 抗噬菌体的侵染,耐高温、耐酸碱、耐自身所积累的代谢产物; 改善细胞透性, 提高产物的分泌能力等。 (4) 菌种的遗传性状。生产性状稳定。 (5) 改变生物合成途径。以获得新产品。 二．获取优良菌种的有效途径 广义上说, 菌种改良可描述为采用任何科学技术手段( 物理、化学、生物学、工程学方法以及它们的各种组合)处理微生物菌种, 从中分离得到能显示所要求表型的变异菌种。 菌种改良的基本途径: 突变和选择; 基因重组( 遗传重组) 和基因工程( 遗传工程) MTG 生产菌株的诱变育种 诱变的方式包括了各种物理射线、化学诱变剂以及生物方面的噬箘体等等。用得最多的是前两种，也有将几种方式混合使用的。国内的王璋教授还曾借助“神舟”4 号飞船搭载MTG 生产菌种在外太空进行诱变实验，取得不错的效果。

微生物分类学

一、分类单元及其等级 分类单元（taxon,复数taxa)是指具体的分类群，如原核生物界(Procaryotae)、肠杆菌科（Enterobacteriaceae)枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis)等都分别代表一个分类单元。 和其他生物分类一样，细菌的分类单元也分为七个基本的分类等级（rank或category)或分类阶元，由上而下依次是：界、门、纲、目、科、属、种。在分类中，若这些分类单元的等级不足以反映某些分类单元之间的差异时也可以增加亚等级，即亚界、亚门……亚种，在细菌分类中还可以在科（或亚科）和属之间增加族和亚族等级。细菌分类单元的等级系统见表12-4。值得强调的是，分类单元的的等级（阶元）只是分类单元水平的概括，它并不代表具体的分类单元。除上述国际公认的分类单元的等级外，在细菌分类中，还常常使用非正式的类群术语。如亚种以下常用培养物、菌株、居群和型；种以上常用群、组、系等类群名称；近年伍斯还在界上使用域（domain)（他把全部生物分为古生菌域、细菌域和真核生物域，域下面再分界）把域作为分类单元的最高级。下面简要介绍一些常用的类群术语。 培养物（culture),是指一定时间一定空间内微生物的细胞群或生长物。如微生物的斜面培养物、摇瓶培养物等。如果某一培养物是由单一微生物细胞繁殖产生的，就称之为该微生物的纯培养物（pure culture)。 菌株（strain)，从自然界分离得到的任何一种微生物的纯培养物都可以称为微生物的一个菌株；用实验方法（如通过诱变）所获得的某一菌株的变异型，也可以称为一个新的菌株，以便与原来的菌株相区别。菌株是微生物分类和研究工作中最基础的操作实体。由于同种或同一亚种的不同菌株之间，某些生物学特征可能存在一定差异，就某些非鉴别性特征（不是定种或界定亚种的特征）而言，不同菌株可能存在重要差别。因此在实际工作中，除了注意菌株的种名外，还要注意菌株的名称。菌株名称常用数字编号、字母、人名、地名等表示。如枯草杆菌ASI.398(Bacillus subtilis ASI.398)和枯草杆菌BF7658(Bacillus subtilis BF7658)分别代表枯草杆菌的两个菌株（ASI.398和BF7658分别为菌株的编号），这两个菌株，前者可用于生产蛋白酶，后者则可用于生产?-淀粉酶。

微生物的遗传与育种论文

工业微生物遗传育种学原理与应用综述 摘要：本文综述了工业微生物遗传育种的历史地位，介绍了遗传育种的方法和机理，并对其前景进行了展望。 关键词：工业微生物；遗传育种；方法；机理 前言： 工业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株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法，使我们获得所需要的高产、优质和低耗的菌种，其目的是改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。本文主要从工业微生物遗传育种的历史地位、方法与技术、理论机理和发展前景综述了工业微生物育种的研究进展。 1 历史地位 工业微生物遗传育种技术是工业发酵工程的核心技术，在其作用下人们获得了许多的高产优质菌株，为生产实践发展起了强大的推动作用。 2 机理及方法 2.1 自然选育 不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。这种选育方法简单易行，可以达到纯化菌种，防止菌种退化，稳定生产，提高产量的目的。但是自然选育的效率低，因此经常要与诱变育种交替使用，以提高育种效率。 2.2 诱变育种 微生物的诱变育种，是以人工诱变手段诱变微生物基因突变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从多种多样的变异体中筛选出产量高、性状优良的突变株，并且找出发挥这个变株最佳培养基和培养条件，使其在最合适的环境下合成有效产物[2]。诱变育种和其他育种方法相比，具有速度快、收益大、方法简单等优点，是当前菌种选育的一种主要方法。但是诱变育种缺乏定向性，因此诱变突变必须与大规模的筛选工作相配合才能收到良好的效果。2.3 杂交育种 杂交是指在细胞水平上进行的一种遗传重组方式。杂交育种是利用两个或多个遗传性状差异较大的菌株，通过有性杂交、准性杂交、原生质体融合和遗传转化等方式，而导致其菌株间的基因的重组，把亲代的优良性状集中在后代中的一种育种技术。通过杂交育种不仅可克服因长期诱变造成的菌株活力下降，代谢缓慢等缺陷，也可以提高对诱变剂的敏感性，降低对诱变剂的“疲劳”效应。 2.3.1 有性杂交 有性杂交是指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。一般方法是把来自不同亲本、不同性别的单倍体细胞通过离心等方式使之密集地接触，就有更多的机会出现种种双倍体的有性杂交后代。 2.3.2 准性杂交 准性杂交是在无性细胞中所有的非减数分裂导致DNA重组的过程，微生物杂交仅转移部分基因，然后形成部分重组子，最终实现染色体交换和基因重组，在原核和真核生物中均

工业微生物育种

工业微生物育种简介 刘春波-12生工2-20120802224 摘要：本文综述了工业微生物遗传育种的历史地位，介绍了遗传育种的方法和机理，并对其前景进行了展望。微生物遗传育种，所谓微生物遗传育种，即菌种改良，是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法[1]，使我们获得所需要的高产、优质和低耗的菌种，其目的是改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。 关键词：工业微生物；遗传育种；方法；机理 工业微生物菌株选育在工业发酵中占有重要地位。用于工业生产的微生物菌种，最好具有以下特征：1.在遗传上必须是稳定的。2.易于产生许多营养细胞、孢子或其它繁殖体3.必须是纯种，不应带有其它杂菌及噬菌体。4.种子的生长必须旺盛、迅速。5.产生所需要的产物时间短。6.比较容易分离纯化。7.有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强。8.能保持较长的良好经济能力。9.菌株对诱变处理较敏感，从而提高产量潜力高[2]。 1 历史地位 菌种选育技术的广泛应用为我们提供了各种类型的突变菌株，使得在食品工业、医药、农业、环境保护、化工能源、矿产开发等领域产生众多新的产品，促使传统产业的技术改造和新型产业的产生，同时使诸如抗生素、有机酸、维生素、色素、生物碱、激素以及其它生物活性物质等产品的产量成倍甚至成千万倍地增长，并且产品的质量也不断的提高。与此同时链霉素、土霉素、金霉素和氯霉素等抗生素也大规模的生产起来；在代谢控制育种的推动下使得产氨基酸、核苷酸、有机酸等次生代谢产物的高产菌株大批投入生产；由基因工程构建的工程菌株使得微生物次生代谢产物生产能力迅速提高，而且生产出微生物本生不能生产的外源蛋白质，如胰岛素、生长激素、单克隆抗体和细胞因子等等。由此可见工业微生物遗传育种技术是工业发酵工程的核心技术，在其作用下人们获得了许多的高产优质菌株，为生产实践发展起了强大的推动作用。 2 机理及方法 2.1 自然选育 就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。这类突变没有人工参与并非是没有原因的，一般认为自然突变有两种原因引起，即多因素低剂量效应和互变异构效应。所谓多因素低剂量效应，是指在自然环境中存在着低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量的诱变物质和微生物自身代谢产生的诱变物质等作用引起的突变。互变异构效应是指四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配[3]。自然突变可能会产生两种截然不同的结果，一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降；另一种是对生产有益的突变。为了保证生产水平的稳定和提高，应经常地进行生产菌种自然选育，以淘汰退化的，选出优良的菌种。

微生物育种

微生物育种-诱变育种 摘要：分析了近几年来我国常用的几种物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等, 为微生物诱变育种提供了依据。综述了其在酶制剂、抗生素、氨基酸、维生素、杀虫剂等高产菌种选育中的应用进展;对该技术与离子束技术、空间技术的结合在微生物菌种选育中的应用前景进行了展望。 关键词：诱变；微生物育种；应用进展；展望 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切, 其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏,甚至影响人们的日常生活质量,所以培育优质、高产的微生物菌株十分必要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导, 或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状, 人为地使某些代谢产物过量积累,获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前,国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。此外,原生质体诱变技术已广泛地应用于酶制剂、抗生素、氨基酸、维生素等的菌种选育中,并且取得了许多有重大应用意义的成果。 1、诱变育种 1.1物理诱变 1.1.1紫外照射 紫外线照射是常用的物理诱变方法之一, 是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm, 因此在260nm 的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释,但比较确定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚体。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对,所以可能导致突变甚至死亡。 紫外照射诱变操作简单,经济实惠,一般实验室条件都可以达到,且出现正突变的几率较高,酵母菌株的诱变大多采用这种方法。 1.1.2电离辐射 γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一,具有很高的能量,能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA 结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基,或者脱氧核糖的化学键和糖- 磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使水或有机分子产生自由基, 这些自由基可以与细胞中的溶质分子发生化学变化,导致DNA 分缺失和损伤。 除γ- 射线外的电离辐射还有X- 射线、β- 射线和快中子等。电离辐射有一定的局限性,操作要求较高,且有一定的危险性,通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。 1.1.3离子注入 离子注入是20 世纪80 年代初兴起的一项高新技术,主要用于金属材料表面的改性。1986 年以来逐渐用于农作物育种,近年来在微生物育种中逐渐引入该技术。 离子注入时,生物分子吸收能量,并且引起复杂的物理和化学上的变化,这些变化的中间体是各类活性自由基。这些自由基,可以引起其它正常生物分子的损伤,可使细胞中的染色体突变,DNA 链断裂,也可使质粒DNA 造成断裂。由于离子注入射程具有可控性, 随着微束技术和精确定位技术的发展,定位诱变将成为可能。离子注入法进行微生物诱变育种, 一般实验室条件难以达到,目前应用相对较少。 1.1.4 激光 激光是一种光量子流,又称光微粒。激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合应用,直接或间接地影响有机体,引起细胞染色体畸变效应、酶的激活或钝化,以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用, 都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。不同种类的激光辐射生物有机体,所表现出的

Microbiology 微生物学分类相关中英文对照

Microbiology 微生物学分类相关中英文对照 微生物学microbiology 病毒学virology 噬菌体学bacteriophagology 细菌学bacteriology 鉴定细菌学determinative bacteriology 系统细菌学systematic bacteriology 真菌学mycology 原生生物学protistology 原生动物学protozoology 普通微生物学general microbilogy 微生物分类学microbial taxonomy 微生物生理学microbial physiology 微生物生物化学microbial biochemistry 微生物遗传学microbial genetics 微生物生态学microbial ecology 古微生物学paleomicrobiology

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微生物菌种选育方式(一)

微生物菌种选育方式(一) 关键词：地衣芽孢杆菌诺卡氏菌 ATCC 北京标准物质网 微生物菌种选育技术在现代生物技术中具有十分重要的地位，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，相互联系的。新的育种技术的发展和应用促进了生产的发展。 1．自然选育 随着微生物学的发展，特别是在发明微生物的纯培养技术之后，出现了微生物纯种的自然选育。以基因自发突变为基础选育优良性状菌株的这种方法，是最早应用微生物遗传学原理．进行育种实践的一个实例。由于微生物体内存在光复活、切补修复、重组修复、紧急呼救修复等修复机制以及DNA聚合酶的校正作用，使得自发突变几率极低，一般为10-6～10-10这样低的突变率导致自然选育耗时长、工作量大，影响了育种工作效率。在这种情况下，就出现了诱变育种技术。 2．诱变育种 1927年，Miller发现X射线能诱发果蝇基因突变。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，Beadle 和 Tatum 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。在这之后，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。诱变剂包括物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。其中，物理诱变剂包括紫外线、X射线、射线、快中子等；化学诱变剂包括烷化剂(如甲基磺酸乙酯、硫酸二乙酯、亚硝基胍、亚硝基乙基脲、乙烯亚胺及氮芥等)、天然碱基类似物、脱氨剂(如亚硝酸)、移码诱变剂、羟化剂和金属盐类(如氯化锂及硫酸锰等)；生物诱变剂包括噬菌体等。物理诱变剂因其价格经济，操作方便，所以应用最为广泛；化学诱变剂多是致癌剂，对人体及环境均有危害，使用时须谨慎；生物诱变剂应用面窄，其应用也受到限制。 现今，诱变育种已取得了显著的成果，如青霉素生产菌的青霉素产量在40年内增加了近万倍，达到lO万u／ml左右；谷氨酸产生菌经紫外诱变处理，产酸率提高了3l％；用亚硝酸钠、紫外线等物化方法诱变产碱性蛋白酶的地衣芽

微生物诱变育种研究进展

微生物诱变育种研究进展 摘要：本文综述了国内外微生物诱变育种领域的研究新进展，对生物学效应及诱变微生物的机理进行了总结。从物理诱变、化学诱变及复合诱变三个方面介绍了诱变效应、作用机制及在实践中的应用，并对微生物诱变育种的研究进展进行了概述。 关键词：微生物；诱变育种；机制；研究进展 常规的诱变育种方法主要为物理诱变育种和化学诱变育种。微生物的诱变育种，是以人工诱变手段诱发微生物基因突变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从多种多样的变异菌体中筛选出产量高、性状优良的突变株，并且找出发挥这个突变株最佳培养基和培养条件，使其在最适的环境条件下合成有效产物。以人工诱发突变为基础的微生物诱变育种，具有速度快、收效大和方法简单等优点，是菌种选育的1个重要途径，在发酵工业菌种选育上具有卓越的成就，迄今为止国内外发酵工业中所使用的生产菌种绝大部分是人工诱变选育出来的。诱变筛选方法相对简便，是菌种选育的基本、常规和经典方法。特别是对遗传背景不很清楚的对象，诱变育种更是必不可少。近年来，随着新诱变因子的不断发现和筛选体系的进一步完善，微生物诱变育种有了长足的发展。 1 微生物诱变育种的作用 从自然界分离的野生菌种，不论是在产量上还是在质量上，均难适合工业化生产的要求。理想的工业化菌种必须具备遗传性状稳定、纯净无污染、能产生许多繁殖单位、生长迅速、能于短时间内生产所要的产物、可以长期保存、能经诱变产生变异和遗传、生产能力具有再现性、具有高产量和高收率等特性。微生物发酵工业中，诱变育种主要有以下作用: 提高有效产物的产量；改善菌种特性，提高产品质量；简化工艺条件；开发新品种，产生新物质；用于研究推测产物的生物合成途径；与其他育种方法相结合[1]。 2诱变育种的过程 诱变育种包括三个重要环节：突变的诱发、突变株的筛选突变基因的表达。 2.1突变的诱发 突变的诱发受到菌种的遗传特性、诱变剂、菌种的生理状态以及诱变处理时环境条件的影响。出发菌株就是用来进行诱变试验的菌株。出发菌株的选择是诱变育种工作成败的关键。功的经验。诱变作用不但决定于诱变剂，还与出发菌株的遗传背景有关。菌种的生理状态、被处理菌株诱变前的预培养和诱变后的培养条件以及诱变处理时的外界条件等都会影响诱变效果。

微生物制药技术及研究前景

微生物制药技术及研究前景 微生物制药技术及研究前景 摘要:在人类基因组工程和生物信息学的推动下，生物技术创新日新月异，生物医药产业正在经历一个飞速发展的新阶段，工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。 关键词:微生物制药生物制品抗生素 微生物来源的药物通称为生物药物，是微生物在其生命活动过程中产生的，能以极低浓度抑制或影响其他生物机能的低分子量代谢物。包括抗生素和具有其他药理作用的微生物次级代谢产物，以及以微生物次级代谢为先导化合物、通过生物或化学方法制得的衍生物。20世纪40年代青霉素问世，开创了微生物药物的新时代。抗生素在世界范围内广泛使用，使人类许多传染性疾病得到控制;随着微生物制药的发展，它们在肿瘤化疗、器官移植以及高胆固醇血症治疗等方面也发挥重要作用，成为不可缺少的药物[1]。 微生物制药在医药工业中占有重要地位，半个世纪以来微生物转化在药物研制中一系列突破性的应用给医药工业创造了巨大的医疗价值和经济效益。目前全世界为生物药物的总产量占医药工业总产值的15%左右。在我国微生物制药也是医疗工业的支柱行业之一。 1.微生物制药的概念和特点 微生物制药是利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一

定产物，通过分离纯化技术进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产[2]。微生物制药工业生产的 ”要优而且只能是一种，如其它菌种特点是利用某种微生物以“纯种状态”，也就是不仅“种子 进来即为杂菌。对固定产品来说，一定按工艺有它最合适的“饭”—培养基，来供它生长。培养基的成分不能随意更改，一个菌种在同样的发酵培养基中，因为只少了或多了某个成分，发酵的成品就完全不同。如金色链霉菌在含氯的培养基中可形成金霉素，而在没有氯化物或在培养基中加入抑制生成氯化的物质，就产生四环素。 2.微生物制药技术微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性(或称药理活性)的次级代谢产物统称为微生物药物[3]。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容: 2.1菌种的获得 根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买;从大自然中分离筛选新的微生物菌种。新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来，进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特

2微生物的诱变育种

微生物的诱变育种 一、教学目标及基本要求： 1. 理解诱变剂对微生物的杀菌和诱变双重生物学效应； 2. 学习紫外线诱变的方法和测定诱变剂最适剂量的方法。 二、实验原理 紫外线的生物学效应主要是它能引起DNA结构的变化而造成的。 紫外线具有杀菌和诱变双重生物学效应，随着紫外线照射时间的增加，杀菌率和突变率随之提高。但当照射时间延长到某一程度时，继续延长照射时间，其杀菌率虽然增加，突变率却下降。 紫外线的强度单位(剂量)为尔格/mm2，由于测定困难，在实际诱变育种中，常用紫外线照射时间或细胞的死亡率表示相对剂量，其中以细胞死亡率表示具有实际意义。 本实验以枯草芽孢杆菌为出发菌株，以营养缺陷的突变作为诱变效应的指标，测定紫外线诱变剂的最适剂量。以照射时间为横坐标，以细胞存活率或死亡率和突变率为纵坐标作图，突变率最高值相对应的照射时间即为最适剂量。 三、实验材料 1. 菌种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 2. 培养基肉汤培养基（附录Ⅱ-1.1），细菌基本培养基（附录Ⅱ-1.9） 3. 其它生理盐水，诱变箱，磁力搅拌器，涂布棒，离心管，离心机，培养皿等。 四、方法与步骤 1. 菌体的培养取斜面菌种1环，接种于盛有20ml肉汤培养基的250ml三角瓶中，37℃振荡培养(120r/min)16~18h。取1ml培养液转接于另一只盛有20ml肉汤培养基的250ml三角瓶中，37℃振荡培养(120r/min)6~8h。 2. 细胞悬浮液的制备取10ml培养液，3500/min离心10min，收集菌体，沉淀用10ml 生理盐水洗涤离心2次，之后将菌体充分悬浮于12ml生理盐水中。 3. 活菌计数法测定细胞悬浮液的浓度取1ml细胞悬浮液，逐步稀释为10-1、10-2、10-3……。取最后3个稀释度的菌液各1ml，置于无菌空平皿中，然后倾注15ml融化并冷却至45~50℃的肉汤固体培养基，轻轻充分混匀，凝固后于37℃倒置培养1~2天，计数每皿的菌落数（每个稀释度作三个平行）。按下式计算每毫升细胞悬浮液菌体的浓度（N0）。 菌体浓度(个/ml) = 菌落数(按杂菌总数计数原则)×稀释倍数 4. 诱变处理 (1) 取10ml菌液于φ90mm的培养皿中（带有磁棒），将皿放置于诱变箱内的磁力搅拌器上。 (2) 开启紫外灯，预热20min，开启磁力搅拌器，打开皿盖，分别照射15、30、45、60、75、90s。 (3) 取不同时间诱变处理的菌液1ml，以肉汤固体培养基平板，按照上述菌落计数的方法进行适当稀释后，采用肉汤固体培养基倾注法测定处理液中存活的细胞浓度（每个照射剂量做三个稀释度，每一稀释度平行做三个平皿）。将结果填入表1。 表1 紫外线对枯草芽孢杆菌存活率的影响