微生物遗传育种 1

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1、微生物育种1.微生物育种背景2.微生物育种方法3.微生物菌种的保藏1.微生物育种背景研究微生物遗传的目的就是为了更好地利用、控制微生物的遗传变异性，使之为生产建设服务，为人类造福。自基因突变被发现以来，应用主要在两个方面一是科研，主要是遗传学的研究。比如用营养缺陷型突变株和其他生化突变株揭示生化代谢途径及其调控机制等。二是被广泛应用与生产实践中。如进行高产菌株筛选，防止高产菌株的退化并采取相应措施予以复壮等。目前，微生物发酵已由野生型菌株发酵向代谢调控发酵转移。代谢调控发酵：利用遗传学原理和方法，在DNA水平人为

2、地改变和控制微生物代谢，使目的产物大量积累的发酵。关键之一：选育从遗传角度解除了微生物正常代谢机制的突变株。应用提高目标产物的产量改善菌种特性，提供产品质量，简化工艺条件开发新产品给代谢调控育种提供技术手段2.1诱变育种2.2原生质体融合2.3基因工程2.4代谢调控育种2.5基因重组育种在诱变技术之前，人们主要通过自然选育技术培育工业微生物菌种。富于实际经验并且善于细致观察的人们在日常生产过程中，发现自然突变，选育优良菌株。诱变育种利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的细胞群，大幅度提高突变频率，通过简便、快速和高效

3、的筛选，从中挑选符合育种目的的突变株。发酵工业和其他微生物生产部门使用的高产菌株，几乎都是通过诱变育种而大大提高了生产性能的。提高产量、改进质量、扩大品种和简化生产工艺等，是使用最广泛的育种手段之一。2.1.1诱变育种的背景利用自发突变原理，让微生物接触到如紫外线等和许多能与DNA碱基反应，或干扰DNA复制的各类诱变剂，将突变频率增加1000倍以上，再配以有效的培养选择，就可能获得性状与生产特性显著提高或改善的新菌株。非常优秀的工业菌株是连续经过许多次的突变和筛选而发展出来的。每一次，菌株先用一种诱变剂处理，再取

4、几千至上万个所得到的菌落来检测；当一株突变株的产量有显著增加时，就拿来当作下一次诱变和筛选的出发点。用这种方法，人为引导微生物进化，直至发展出产量具有经济价值的生产菌株为止。2.1.2诱变剂的种类诱变剂：用于处理微生物以使其发生突变的物理或化学因素。诱变剂主要有物理诱变剂和化学诱变剂。如紫外线、X射线、γ射线和快中子等；烷化剂、碱基类似物和吖啶类化合物。最常用的烷化剂有N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基亚硝基脲(NMU)、硫酸二乙酯(DES)、氮芥、乙烯亚胺和环氧乙烷等。物理

5、诱变剂剂量：强度×时间，紫外线强度单位是尔格，X射线单位是伦琴或拉得等；化学诱变剂剂量：一定温度下诱变剂浓度和处理时间。常采用杀菌率作各种诱变剂的相对剂量。诱变剂的作用：①提高突变频率；②扩大产量变异幅度；③使产量变异向正变(提高)或负变(降低)的方向移动。凡在高诱变率的基础上既能扩大变异幅度，又能促使变异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量。诱变育种的基本结果：以高产突变株为例--------诱变出发菌株－－{绝大多数死亡----------------------少数存活{-多数未变-多数负变---

6、-------------------------少数突变{-少数正变--------------------------------少数正变{-多数幅度小-------少数幅度大{多数不宜投产--------------------------------少数适宜投产2.1.3诱变育种的步骤和方法出发菌株诱变绝大多数个体死亡少数存活少数突变多数未变多数负变少数正变少数变幅大多数变幅小少数宜投产多数不宜投产存活率突变率正变率高产率投产率方法：紫外线诱变激光诱变离子束诱变亚硝基胍（NTG）诱变转座子诱变优点：速度快

7、，收效大、方法简单。缺点：选育工作缓慢而且属于劳动密集型，并且结果也无法预测。因为产量不仅受生产菌基因的影响，也受培养条件的强烈影响。目前几种抗生素生产菌都是经过多个研究单位数十次选育才发展出来的。如青霉素生产菌株的诱变育种2.1.4诱变育种的优缺点2.1.5高产菌株诱变育种特点由于基因突变具有随机性和不定向性，而数量性状（目标代谢物的产量是一种数量性状）的变异又呈连续性分布。因此，出发菌株诱变后其产量变化往往缺乏明显的正负效应，这就造成筛选工作具有相当大的盲目性。由于数量性状受多基因控制，其诱变过程十分复杂，因

8、此诱变后高产突变株出现的比例很低，需要从大量群体中进行筛选，这使得筛选工作十分繁琐，工作量很大。由于产量突变是多次细微突变的积累，一般一次诱变很难得到产量大幅度提高的突变株，因此，在诱变育种实际工作中常常采用多步累积诱变育种法，这使得整个诱变育种工作周期很长。单个诱变育种阶段的产量提高幅度一般不大，多数5％－15％，这都增加了诱变育种工作的难度，降低了诱变育种工作的效率。