工业微生物 chap6 微生物遗传变异与育种

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1、第六章微生物遗传变异与育种第一节工业微生物菌种的筛选开发微生物资源的关键是获得所需要的菌种，优良的微生物菌种是工业微生物技术的关键和基础。理想的工业发酵菌种必须具有下述特性：(1)纯种培养物；（2）遗传性状稳定；（3）生长速度快；（4）能利用廉价、来源广、成分简单的培养基；（5）能忍耐不良环境因素如温度、pH、离子强度、剪切力等；（6）快速生产目的产物，不产或少产毒性物质或副产物。一、微生物菌种获得的途径（一）微生物的自然分布要获得理想的目的菌的最基本问题是自然界或人工环境有没有目的菌存在的可能性。自然界中蕴藏着大量的微生物，这些微生

2、物在生物生态上起着重要的作用，土壤、空气、水、动植物体以及各种极端环境都有微生物的踪迹，有机物的分解、氮的固定过程都离不开它们。一般微生物的种类和数量要受到所处环境中有机物、氧、温度、水分、pH值、光线等各种因素的影响。据报道：1g土壤约栖息1亿个细菌，1000万个放线菌，100万个真菌，55万个藻类，目前全世界能分离培养的微生物还不到其总数的1%。土壤中的大量微生物已成为分离各种抗生素、生理活性物质、酶和氨基酸产生菌的主要来源。土壤中的微生物分布的数量：按种类递减，细菌（108个/g）>放线菌（107个/g）>霉菌（106个/g）>

3、酵母菌（105个/g）>藻类（104个/g）>原生动物（103个/g）。（二）微生物菌种获得的途径但自然环境下的微生物是混杂生长的，要获得理想的菌株，必须要有快速、准确、高通量的菌种分离和筛选方法。在实际研究工作中，我们可通过以下途径进行收集和筛选工作：（1）工业微生物的直接来源包括土壤，水，新鲜的、发酵的和腐烂的水果和食物，有生命的动植物，废水等。（2）向菌种保藏机构索取有关的菌株国内外有名的菌种保藏机构有：中国微生物保藏管理委员会（CCCCM），美国典型菌种保藏中心（ATCC），英国国家典型菌种保藏所（NCTC），日本大阪发酵研究

4、所（IFO）等。典型的微生物菌种分离筛选过程可分为采样、增殖培养、分离纯化、性能测定等。见图6-1。图6-1菌种分离筛选流程二、工业微生物的筛选(一)微生物样品采集采样应根据筛选的目的、微生物分布情况、菌种的主要特征及其生态关系等因素，确定具体的时间、环境和目标物。1．土壤采样自然界中土壤、水、空气、动植物及其腐败残骸含微生物样品极其丰富，但总体来讲土壤样品的含菌量最多，土壤具备了微生物所需要的营养、空气、水，是我们采集样品的首选目标。每克土壤的含菌量大体有如下递减规律：细菌>放线菌>霉菌>酵母>藻类>原生动物。微生物由于生理特性不同

5、，季节、表面的植被、温湿、通风情况、养分、水分、pH值酸碱度和光照等都会影响土壤中的微生物分布：（1）土壤有机质含量和通气状况有机质丰富的土壤如耕土、菜园土、近郊土壤，通气保水性能好，适合细菌、放线菌生长繁殖；森林土植被多，枯叶多，有机质丰富，但阴暗潮湿，适合霉菌、酵母生长繁殖；沙土、无植被的山坡土等有机质含量少的，微生物含量少。（2）土层的纵剖面：采土样最好的土层是5—25cm。1－5cm的表层土由于阳光照射，蒸发量大，紫外杀菌，微生物数量少；25cm以下的土层因土质紧密，空气、营养、水分缺乏，含菌量逐步减少。（3）土壤pH值：偏碱

6、的土壤（pH7.0-7.5）环境适合于细菌、放线菌生长；偏酸的土壤（pH7.0以下）环境适合于霉菌、酵母菌生长。（4）表面的植被：植物根部的分泌物有所不同也对微生物分布有一定影响。葡萄或其他果树的根部附近土壤中酵母菌多；豆科植物根部的根瘤菌数量占优。(5)地理条件：热带和亚热带的南方土壤比北方土壤的微生物的数量和种类多，原因是南方温度高，气候温暖潮湿，植物多和植被覆盖面大，土壤有机质丰富。（6）季节条件：秋季采土样最为理想，经过夏季到秋季，温度高，植被丰富，土壤水分和通气合适，微生物数量最多。而冬季温度低，气候干燥，微生物生长慢而少；

7、春季气温升高，微生物生长旺盛，但雨水多，土壤含水量高，通气不良；土壤采样方法：采土样地点选好后，用小铲子去除5cm表土，取离地面5~15cm处的土样10－25克，盛于预先灭菌的牛皮纸袋中扎紧，并标明时间、地点和环境等情况，以备查考。2．根据微生物生理特点采样微生物的营养需求和代谢类型与其生长的环境有很大相关性。微生物在特定的环境下生息繁衍，它必然具有与之相适应的代谢类型并产生相应的代谢产物适应这种环境。研究表明，如淀粉酶、糖化酶生产菌容易在面粉厂、食品厂、酒厂这类场所分离到；蛋白酶、脂肪酶生产菌容易在肉类加工厂、饭店的污水和污泥中分离

8、到；纤维素酶生产菌容易在森林中腐烂的草木下的土壤或直接从腐烂的草木中分离；油田附近的土壤容易分离出利用碳氢化合物的微生物。筛选一些具有特殊性质的微生物时，需要根据该微生物独特的生理特性到特殊的环境条将下采样。在极端环境如