第二章 菌种的选育、保存和复苏

1、 u基因育种基因育种 u杂交育种杂交育种 u原生质体育种原生质体育种 u菌种保藏和复苏菌种保藏和复苏第二章第二章 菌种的选育、保存和复苏菌种的选育、保存和复苏 一、菌种的来源一、菌种的来源l 根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂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；或菌种保藏部门索取或购买；l 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 l 新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照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，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

2、。快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。l 实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。须重新进行分离纯化。 l 有了优良的菌种，还要有合适的工艺条件和合有了优良的菌种，还要有合适的工艺条件和合理先进的设备与之配合。理先进的设备与之配合。l 从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要和从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要和基础的步骤。基础的步骤。l 到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示一到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。个试样中所包含的所有微生物总数和种类。l 在任一试样中所存在的微生物仅

3、为极少数特定种在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定种类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时调类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时调整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢之整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢之微生物相适应。微生物相适应。l 因此，建立一更为科学的和针对性不强的分离方因此，建立一更为科学的和针对性不强的分离方法是必要的。法是必要的。 (1)(1)认真考虑所需产品的特征和生产过程；认真考虑所需产品的特征和生产过程；(2)(2)制订初步的筛选标准；制订初步的筛选标准；(3)(3)将生态学方法运用到分离和筛选过程。将生态学方法运用到分离和筛选过程。1 1、“分离什么和从

4、哪里分离出分离什么和从哪里分离出?” ?” 2 2、必须充分考虑所分离微生物的生产能力、生、必须充分考虑所分离微生物的生产能力、生 长速度、生物群体培养和产品生产工艺及其长速度、生物群体培养和产品生产工艺及其 提纯的难易和费用，工业生产发酵罐中稳定提纯的难易和费用，工业生产发酵罐中稳定 性及遗传操作的难易程度等。性及遗传操作的难易程度等。3 3、选择适宜的培养分离方法和检测方法。、选择适宜的培养分离方法和检测方法。1 1、罗列出所要分离的微生物类群；、罗列出所要分离的微生物类群；2 2、根据所采集样本的各种生态参数，描述所要分、根据所采集样本的各种生态参数，描述所要分 离的微生物之生态系统或栖

5、息地：离的微生物之生态系统或栖息地：3 3、将若干样本分成若干类型，如植物和植物各、将若干样本分成若干类型，如植物和植物各 部，土壤部，土壤( (类型和土层类型和土层) )、岩石、水、昆虫和发、岩石、水、昆虫和发 酵食品等；酵食品等；4 4、罗列出所要考察和测量的环境参数，如、罗列出所要考察和测量的环境参数，如pHpH、盐、盐 分、水分、氧化还原电势及温度等；分、水分、氧化还原电势及温度等；5 5、列出生物系统中有用的自然底物，如森林土壤、列出生物系统中有用的自然底物，如森林土壤 中的几丁质、葡萄表皮的果胶；中的几丁质、葡萄表皮的果胶；6 6、根据上述、根据上述1-51-5项中所获得的数据，设

6、计分离方项中所获得的数据，设计分离方 法，即选择适宜的稀释液、底物、试样、天然法，即选择适宜的稀释液、底物、试样、天然 浸出汁和培养条件；浸出汁和培养条件；7 7、用标准方法作对照来评价生态学分离方法；、用标准方法作对照来评价生态学分离方法；8 8、根据待检材料的生态参数需要，修改已知的方法；、根据待检材料的生态参数需要，修改已知的方法；9 9、运用特定的富集方法，富集那些可能具有筛选、运用特定的富集方法，富集那些可能具有筛选 意义的微生物类群。意义的微生物类群。l 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。培养特性。l 采样：有针对性地采集

7、样品。采样：有针对性地采集样品。l 增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。种增殖培养后，在数量上占优势。l 分离：利用分离技术得到纯种。分离：利用分离技术得到纯种。l 发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适长和发酵最适温度、最适pHpH值、提取工艺等。值、提取工艺等。三、新种分离与筛选的

8、步骤三、新种分离与筛选的步骤1 1、采样对象、采样对象 以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼泽土中，以细菌和放线菌为主，富含碳水化沼泽土中，以细菌和放线菌为主，富含碳水化合物的土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如合物的土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果生长区和果园内。采样的对象也可以一些野果生长区和果园内。采样的对象也可以是植物，腐败物品，某些水域等。是植物，腐败物品，某些水域等。从自然界筛选从自然界筛选2、采样季节：、采样季节： 以温度适中，雨量不多的秋初为好。以温度适中，雨量不多的秋初为好。3、采土方式：、采土方式： 在选好适当地点后，用小萨子除

9、去表土，取离地在选好适当地点后，用小萨子除去表土，取离地 面面5-15cm处的土约处的土约10g，盛入清洁的牛皮纸袋或，盛入清洁的牛皮纸袋或 塑料袋中，扎好，标记，记录采样时间、地点、塑料袋中，扎好，标记，记录采样时间、地点、 环境条件等，以备查考。为了使土样中微生物的环境条件等，以备查考。为了使土样中微生物的 数量和类型尽少变化，宜将样品逐步分批寄回，数量和类型尽少变化，宜将样品逐步分批寄回， 以便及时分离。以便及时分离。 为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择物至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择性培养基，

10、选择一定的培养条件来控制。性培养基，选择一定的培养条件来控制。 例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源，维素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源，那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常生那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样对下长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样对下阶段的纯种分离就会顺利得多。阶段的纯种分离就会顺利得多。 厌氧或好氧、酸碱度的选择、特殊的生理特厌氧或好氧、酸碱度的选择、特殊的生理特性、添加特殊的抑制剂性、添加特殊的抑制剂 尽管通过增殖培养效果显著，但还是

11、处于尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂生长状态。因此还必须分离，纯微生物的混杂生长状态。因此还必须分离，纯化。在这化。在这步，增殖培养的选择性控制条件还步，增殖培养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一点，好一点。应进一步应用，而且控制得细一点，好一点。纯种分离的方法有纯种分离的方法有划线分离法、稀释分离划线分离法、稀释分离法法。l 这一步是采用与生产相近的培养基和培养条这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以件，通过三角瓶的容量进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌种。求得适合于工业生产用菌种。l 自然界的一些微生物是在一定条件

12、下产毒的，自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的，将其作为生产菌种应当十分当心，尤其与食品将其作为生产菌种应当十分当心，尤其与食品工业有关的菌种，更应慎重。据有的国家规定，工业有关的菌种，更应慎重。据有的国家规定，微生物中除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米微生物中除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒性试验外，曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒性试验外，其他微生物作为食用，均需通过两年以上的毒其他微生物作为食用，均需通过两年以上的毒性试验。性试验。l 为了从一特定生态系统中分离出具有代表性的为了从一特定生态系统中分离出具有代表性的细菌菌群，特别是分离那些在唯一微环境区域细菌菌

13、群，特别是分离那些在唯一微环境区域中出现的菌群时，必须十分重视样本的采集。中出现的菌群时，必须十分重视样本的采集。l 样本采集时所需的工具通常有无菌刮铲、土样样本采集时所需的工具通常有无菌刮铲、土样采集器、镊子、解剖刀、手套、无菌小塑料袋采集器、镊子、解剖刀、手套、无菌小塑料袋和塑料瓶等。和塑料瓶等。四、实例四、实例自然界中细菌的分离自然界中细菌的分离1 1、采样时应尽可能保持相对无菌；、采样时应尽可能保持相对无菌；2 2、所采集的样本必须具有某种代表性；、所采集的样本必须具有某种代表性；3 3、采好的样必须完整地标上样本的种类及采集、采好的样必须完整地标上样本的种类及采集 日期、地点以及采集

14、地点的地理、生态参数日期、地点以及采集地点的地理、生态参数 等；等；4 4、应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为、应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为 真正的原地菌群的出现可能是短暂的；真正的原地菌群的出现可能是短暂的；5 5、采好的样应及时处理，暂不能处理的也应贮、采好的样应及时处理，暂不能处理的也应贮存于存于44下，但贮存时间不宜过长。这是因为下，但贮存时间不宜过长。这是因为一旦采样结束，试样中的微生物群体就脱离了一旦采样结束，试样中的微生物群体就脱离了原来的生态环境，其内部生态环境就会发生变原来的生态环境，其内部生态环境就会发生变化，微生物群体之间就会出现消长。化，微生物群体之间就会

15、出现消长。l 森林、旱地，草地可先掘洞，由土壤下层向上层森林、旱地，草地可先掘洞，由土壤下层向上层顺序采集；顺序采集；l 水田等浸水土壤在不损土层结构的情况下插入圆水田等浸水土壤在不损土层结构的情况下插入圆筒采集。如果层次要求不严格，可取离地面筒采集。如果层次要求不严格，可取离地面5 515cm15cm处的土。将采集到的土样盛入聚乙烯袋或玻处的土。将采集到的土样盛入聚乙烯袋或玻璃瓶中。璃瓶中。l 在采集植物根际土样时，一般方法是自土壤中慢在采集植物根际土样时，一般方法是自土壤中慢慢拔出植物根，在大量无菌水中浸渍约慢拔出植物根，在大量无菌水中浸渍约20min20min，洗，洗去粘附在根上的土壤，

16、然后再用无菌水漂洗下根去粘附在根上的土壤，然后再用无菌水漂洗下根部残留的土，这部分上却为根际土样。部残留的土，这部分上却为根际土样。l 在采集叶面时，一般是用灭菌的剪刀、打孔器、在采集叶面时，一般是用灭菌的剪刀、打孔器、安全刀片等，由几片新鲜叶片的同一部位切取安全刀片等，由几片新鲜叶片的同一部位切取一小块，并注意不要损伤周围边缘。一小块，并注意不要损伤周围边缘。l 选择叶面时应考虑叶位、叶龄、叶片正反面和选择叶面时应考虑叶位、叶龄、叶片正反面和在一片叶上的取样部位。在一片叶上的取样部位。l 采集植物根及根系时，方法与根际土样采集方采集植物根及根系时，方法与根际土样采集方法相似。将洗净的根装入采

17、样袋中，采集根系法相似。将洗净的根装入采样袋中，采集根系时，一般与根际土样一起保存。时，一般与根际土样一起保存。l 用于细菌检测的水样应收集于用于细菌检测的水样应收集于100m1100m1干净、灭菌的干净、灭菌的广口塑料瓶中。广口塑料瓶中。l 由于表层水中含有泥沙，故在采样时应在较深的由于表层水中含有泥沙，故在采样时应在较深的静水层中采集水样。静水层中采集水样。l 方法是：握住采样瓶底浸入水中方法是：握住采样瓶底浸入水中30-50cm30-50cm处，然后处，然后瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。如果有急流存瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。如果有急流存在的话，应直接将瓶口反向于急流。采集瓶从水在的话

18、，应直接将瓶口反向于急流。采集瓶从水中取出时应迅速并带有较大的弧度。水样不应装中取出时应迅速并带有较大的弧度。水样不应装满采样瓶。所有水样都应在满采样瓶。所有水样都应在24h24h之内迅速进行检测，之内迅速进行检测，或者或者44下贮存。下贮存。1 1、加入培养基中的天然提取物种类和用量、环境生、加入培养基中的天然提取物种类和用量、环境生物物理学参数以及用于平板涂布分离样本的溶剂物物理学参数以及用于平板涂布分离样本的溶剂都会影响实验中所要分离的细菌的数量和种类。都会影响实验中所要分离的细菌的数量和种类。2 2、就分离培养基的组成而言，部分培养基中必须含、就分离培养基的组成而言，部分培养基中必须含

19、有有10-50%10-50%的天然提取物。加入培养基中的天然提的天然提取物。加入培养基中的天然提取物，部分培养基中则应含有多种碳、氮源，如取物，部分培养基中则应含有多种碳、氮源，如几丁质、纤维素或果胶。几丁质、纤维素或果胶。3 3、所有分离培养基中都应含有抗真菌剂、所有分离培养基中都应含有抗真菌剂( (如放线如放线菌酮和制霉素菌酮和制霉素) )，掺加浓度一般为，掺加浓度一般为50g50gm1m1， 以抑制真菌的生长。以抑制真菌的生长。4 4、琼脂平板在使用前应置于、琼脂平板在使用前应置于3737培养箱中孵育培养箱中孵育l l、2 2天。天。5 5、培养基的生物物理学参数，如、培养基的生物物理学

20、参数，如pHpH及盐分也应调及盐分也应调节到与试样的生态系统参数值相近。节到与试样的生态系统参数值相近。l 分离土样中的大部分细菌的分离程序中无需分离土样中的大部分细菌的分离程序中无需进行富集。进行富集。l 但对某些少数细菌则要求特殊的富集或选择技但对某些少数细菌则要求特殊的富集或选择技术才能很好地被分离培养。术才能很好地被分离培养。l 运用细菌的酶诱导性，在分离培养基中添加若运用细菌的酶诱导性，在分离培养基中添加若干抗生素、复杂底物及生长因子的前体物质来干抗生素、复杂底物及生长因子的前体物质来激活细菌某一特殊基因组，可以建立起若干富激活细菌某一特殊基因组，可以建立起若干富集技术。集技术。l

21、富集可以促进抗性的产生并维持下来。富集可以促进抗性的产生并维持下来。l 土样中细菌的富集：适度稀释后，取土样中细菌的富集：适度稀释后，取0.1m10.1m1涂布已涂布已添加及未添加富集底物添加及未添加富集底物( (如几丁质、纤维素等如几丁质、纤维素等) )的的土浸出汁平板。土浸出汁平板。l 植物体上细菌的分离：无菌富集，加植物浸出液植物体上细菌的分离：无菌富集，加植物浸出液适度培养取样，洗涤，取适度培养取样，洗涤，取1ml1ml经适度稀释后涂布平经适度稀释后涂布平板。板。l 水中细菌的分离：水样通过水中细菌的分离：水样通过0.22m0.22m无菌滤膜，取无菌滤膜，取出滤膜用出滤膜用1ml1ml

22、无菌稀释液将滤膜上的沉积洗下。用无菌稀释液将滤膜上的沉积洗下。用样本稀释液适度稀释样本稀释液适度稀释, ,涂布平板倒置培养或滤纸压涂布平板倒置培养或滤纸压印分离法。印分离法。l 在无菌的、用棉团塞好的广口三角烧瓶中连续培养，在无菌的、用棉团塞好的广口三角烧瓶中连续培养，定期取样涂布适宜分离琼脂平板上；定期取样涂布适宜分离琼脂平板上；l 在不同水体的水样中加入一定的底物如蔗糖、多糖在不同水体的水样中加入一定的底物如蔗糖、多糖及蛋白质等，同样可以促进水中微生物的增殖。及蛋白质等，同样可以促进水中微生物的增殖。l 培养过程中可加入低浓度的抗真菌剂以抑制真菌的培养过程中可加入低浓度的抗真菌剂以抑制真菌

23、的生长。生长。l 另一富集方法是在培养烧瓶中添加细菌另一富集方法是在培养烧瓶中添加细菌“附着材附着材料料”，如无菌的植物组织或土壤浸出液。，如无菌的植物组织或土壤浸出液。l 通过改变培养温度和培养周期可选择性富集嗜冷性通过改变培养温度和培养周期可选择性富集嗜冷性细菌、中温菌和嗜高温菌。细菌、中温菌和嗜高温菌。l 涂布的平板经培养后，如生长出菌落，则按涂布涂布的平板经培养后，如生长出菌落，则按涂布不同稀释度的稀释液所得的单菌菌落和多菌菌落不同稀释度的稀释液所得的单菌菌落和多菌菌落对琼脂平板进行分类。对琼脂平板进行分类。l 用无菌牙签将菌落转接到筛选平板上及转接至添用无菌牙签将菌落转接到筛选平板上

24、及转接至添加有少量天然浸出液的适宜保藏琼脂斜面上。加有少量天然浸出液的适宜保藏琼脂斜面上。l 筛选平板经培养后，按生长出菌落的形态学特征筛选平板经培养后，按生长出菌落的形态学特征如色素、菌落形态等进行最初分组。如色素、菌落形态等进行最初分组。l 将认为有希望的菌落用牙签转接到另一模拟分离将认为有希望的菌落用牙签转接到另一模拟分离琼脂平板上进行筛选。琼脂平板上进行筛选。 在长年累月的生产实践中，在培养工艺条件没有在长年累月的生产实践中，在培养工艺条件没有任何可见变更情况下，突然发现某些批次生产水任何可见变更情况下，突然发现某些批次生产水平提高较大，这就有可能是个别自然变异朝更好平提高较大，这就有

25、可能是个别自然变异朝更好的方向变的细胞，在这种条件下很适应于培养条的方向变的细胞，在这种条件下很适应于培养条件，并逐渐显示出它的生长优势，这种优势的发件，并逐渐显示出它的生长优势，这种优势的发展，促使它优良的生产性能表露。进行类似新种展，促使它优良的生产性能表露。进行类似新种筛选分离，达到获得新的优良生产菌种的目的。筛选分离，达到获得新的优良生产菌种的目的。工业菌种的育种：工业菌种的育种： 是运用遗传学原理和技术对某个用于特定是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不过改造，可使现

26、存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。良性质或增加新的性状。l 诱变诱变l 基因转移基因转移l 基因重组基因重组包括下列包括下列3 3个步骤：个步骤： (1)(1)在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的 引入。引入。 (2)(2)希望基因型的选出。希望基因型的选出。 (3)(3)改良菌种的评价改良菌种的评价( (包括实验规模和工业生产包括实验规模和工业生产 规模规模) )。(1)(1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系待改良性状的本质及与发酵工艺的关系( (如批式如批式 或连续发酵试验或连续发酵试验) )；(2)(2)对这一特定菌种的遗传和生物化

27、学万面认识的对这一特定菌种的遗传和生物化学万面认识的 明了程度；明了程度；(3)(3)经济费用。经济费用。l 如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术：则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术：l 如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。(1)(1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤：通过增加解除或绕过代谢途径中的限速步骤：通过增加 特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力特定基因的拷贝数或增加相

28、应基因的表达能力 来提高限速酶的含量；在代谢裔途径中引伸出来提高限速酶的含量；在代谢裔途径中引伸出 新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。(2)(2)增加前体物的浓度。增加前体物的浓度。(3)(3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产品的耐受力。品的耐受力。(4)(4)抑制或消除产品分解酶。抑制或消除产品分解酶。 (5)(5)改进菌种外泌产品的能力。改进菌种外泌产品的能力。(6)(6)消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品消除

29、代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品 的结构类似物抗性。的结构类似物抗性。l 引入强转录及翻译信号，可通过在一高效表引入强转录及翻译信号，可通过在一高效表达载体上克隆靶基因；在靶基因的上游引入达载体上克隆靶基因；在靶基因的上游引入强启动子；修改现有表达信号，提高基因效强启动子；修改现有表达信号，提高基因效力等。力等。l 诱导解除基因表达抑制的突变。诱导解除基因表达抑制的突变。l 通过确定并改变代谢中的耗能部分通过确定并改变代谢中的耗能部分; ;l 由另一菌株的高效低能代谢途径代谢来实现。由另一菌株的高效低能代谢途径代谢来实现。l 赋予菌种对多种底物，特别是价廉而丰富的底赋予菌种对多种底物，特别是

30、价廉而丰富的底物的利用能力，由此可降低操作费用。物的利用能力，由此可降低操作费用。提高菌株对底物的利用率方法：提高菌株对底物的利用率方法：l 营养缺陷型是指通过诱变而产生的缺乏合成某营养缺陷型是指通过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质如氨基酸、维生素和碱基等的能力，些营养物质如氨基酸、维生素和碱基等的能力，必须在其基本培养基中加入相应的营养成分才必须在其基本培养基中加入相应的营养成分才能正常生长的变异株。能正常生长的变异株。l 与营养缺陷型对应的是野生型。与营养缺陷型对应的是野生型。一、基本概念一、基本概念l 能满足野生型菌株正常生长的培养基称基本培能满足野生型菌株正常生长的培养基称基本培养基养

31、基(MM)(MM)；l 在基本培养基中加入相应的营养成分的称补充在基本培养基中加入相应的营养成分的称补充培养基培养基(SM)(SM)；l 能满足各种营养缺陷型生长的称完全培养基能满足各种营养缺陷型生长的称完全培养基(CM)(CM)，如牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基，如牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基等。等。 营养缺陷型在生产上和科学研究上用途很大。营养缺陷型在生产上和科学研究上用途很大。目前生产氨基酸、核苷酸的菌种都是各种类型目前生产氨基酸、核苷酸的菌种都是各种类型的缺陷型。要研究代谢途径，育种技术都必须的缺陷型。要研究代谢途径，育种技术都必须有营养缺陷型的菌株为材料。有营养缺陷型的菌株为材

32、料。l 出发菌株的选择出发菌株的选择l 处理菌悬液的制备处理菌悬液的制备l 淘汰野生型淘汰野生型l 检出缺陷型检出缺陷型l 确定生长谱确定生长谱1 1、自然界新分离的野生型菌株，对诱变处理较、自然界新分离的野生型菌株，对诱变处理较 敏感，容易达到好的效果。敏感，容易达到好的效果。2 2、在生产中经生产选种得到的菌株与野生型较、在生产中经生产选种得到的菌株与野生型较 相像，也是良好的出发菌株。相像，也是良好的出发菌株。3 3、每次诱变处理都有一定提高的菌株，往往多、每次诱变处理都有一定提高的菌株，往往多 次诱变能积累较多的提高。次诱变能积累较多的提高。4 4、出发菌株开始时可以同时选、出发菌株开

33、始时可以同时选2 23 3株，在处理株，在处理 比较后，将更适合的出发菌株留作继续诱变。比较后，将更适合的出发菌株留作继续诱变。 5 5、要尽量选择单倍体细胞、单核或核少的多细、要尽量选择单倍体细胞、单核或核少的多细 胞体来作出发诱变细胞，这是由于变异性状胞体来作出发诱变细胞，这是由于变异性状 大部分是隐性的，特别是高产基因。大部分是隐性的，特别是高产基因。 6 6、根据采用的诱变剂或根据细胞生理状态或诱、根据采用的诱变剂或根据细胞生理状态或诱 变谱选择诱变剂，因为同一诱变剂的重复处变谱选择诱变剂，因为同一诱变剂的重复处 理会使细胞产生抗性，使诱变效果下降。有理会使细胞产生抗性，使诱变效果下降

34、。有 的诱变剂是作用于营养细胞，就要选对数期的诱变剂是作用于营养细胞，就要选对数期 的细胞：有的作用于休止期，就可选用孢子。的细胞：有的作用于休止期，就可选用孢子。 这一步骤的关键是制备单细胞和单孢子状态的、这一步骤的关键是制备单细胞和单孢子状态的、活力类似的菌悬液，为此要进行合适培养基的活力类似的菌悬液，为此要进行合适培养基的培养，并要离心，洗涤，过滤。培养，并要离心，洗涤，过滤。l物理诱变物理诱变l化学诱变化学诱变 根据有关诱变剂及诱变处理的介绍，结合诱变根据有关诱变剂及诱变处理的介绍，结合诱变对象的实际，设计诱变处理方案。对象的实际，设计诱变处理方案。l 抗生素法：野生型能在抗生素法：野

35、生型能在MMMM中生长，而缺陷型不中生长，而缺陷型不能，于是将诱变处理液在能，于是将诱变处理液在MMMM中培养短时让野生中培养短时让野生型生长，处于活化阶段，而缺陷型无法生长，型生长，处于活化阶段，而缺陷型无法生长，仍处于休眠状态。由于细菌或酵母对一些抗生仍处于休眠状态。由于细菌或酵母对一些抗生素敏感，于是就相应加入一定量的抗生素，结素敏感，于是就相应加入一定量的抗生素，结果活化状态的野生型就被杀死，保存了缺陷型。果活化状态的野生型就被杀死，保存了缺陷型。一般细菌可以采用青霉素，酵母可采用制霉菌一般细菌可以采用青霉素，酵母可采用制霉菌素。素。l 菌丝过滤法：对于霉菌，因孢子生长后会长出菌丝过滤

36、法：对于霉菌，因孢子生长后会长出菌丝体，就可用滤纸过滤法将菌丝滤去，而缺菌丝体，就可用滤纸过滤法将菌丝滤去，而缺陷型孢子却因未发芽而不能滤过。陷型孢子却因未发芽而不能滤过。l 原理：在固体基本培养基和完全培养基上，生原理：在固体基本培养基和完全培养基上，生长情况完全不同，缺陷型在长情况完全不同，缺陷型在CMCM上生长良好，而上生长良好，而在在MMMM上则不生长，野生型都能生长。上则不生长，野生型都能生长。 l 具体方法：影印法、点种法、夹层法具体方法：影印法、点种法、夹层法 1 1、将一较平且直径小于、将一较平且直径小于1cm1cm的金属圆筒蒙上一层灭菌的金属圆筒蒙上一层灭菌 的丝绒，用金属夹

37、夹住，灭菌。的丝绒，用金属夹夹住，灭菌。2 2、将完全培养基上长出的全部菌落在丝绒上轻轻、将完全培养基上长出的全部菌落在丝绒上轻轻 一压，使之成为印模，标记方位。一压，使之成为印模，标记方位。3 3、将基本培养基平皿和完全培养基平皿在标记的、将基本培养基平皿和完全培养基平皿在标记的 同一方位上先后轻轻一压，此菌印模即复印于上。同一方位上先后轻轻一压，此菌印模即复印于上。 4 4、将、将CMCM和和MMMM在恒温箱中培养。在恒温箱中培养。5 5、二平皿相同方位进行比较，即可发现在、二平皿相同方位进行比较，即可发现在MMMM平平 皿上长出的菌落少于皿上长出的菌落少于CMCM平板上的。平板上的。MM

38、MM上未长上未长 而相应于而相应于CMCM上长出的那几个菌落就可能是缺上长出的那几个菌落就可能是缺 陷型。陷型。 此法要求平皿上菌落不能太多，菌落之间应有此法要求平皿上菌落不能太多，菌落之间应有一定间隔。一定间隔。l 也就是任意法。也就是任意法。l 用接种针或牙签将用接种针或牙签将CMCM上长出的菌落在上长出的菌落在MMMM和和CMCM两两副平板上接种，依次在相应位置点种，然后一副平板上接种，依次在相应位置点种，然后一起培养，观察其生长情况。起培养，观察其生长情况。l 此法结果明确，但工作量大。此法结果明确，但工作量大。l 先在培养皿上倒一层基本琼脂培养基，凝固后先在培养皿上倒一层基本琼脂培养

39、基，凝固后涂上一层含菌的涂上一层含菌的MMMM，凝固后再倒一薄层，凝固后再倒一薄层MMMM琼脂琼脂培养基，培养培养基，培养24h24h，将出现的菌落标记，然后，将出现的菌落标记，然后倒上一层倒上一层CMCM琼脂培养基，再培养。这时第二批琼脂培养基，再培养。这时第二批长出的菌落就可能是缺陷型。长出的菌落就可能是缺陷型。l 此法缺点是，结果有时不明确，而且将缺陷型此法缺点是，结果有时不明确，而且将缺陷型菌落从夹层中挑出并不很容易。菌落从夹层中挑出并不很容易。 验证确定是缺陷型后，就需确定其缺陷验证确定是缺陷型后，就需确定其缺陷因子，即生长谱测定。因子，即生长谱测定。 将缺陷型菌株培养后，收集菌体，

40、制备成细将缺陷型菌株培养后，收集菌体，制备成细胞悬液，与胞悬液，与MMMM培养基培养基( (融化并凉至融化并凉至50)50)混合并倾混合并倾注平皿。待凝固后，分别在平皿的注平皿。待凝固后，分别在平皿的5 56 6个区间放个区间放上不同的营养组合的混合物或吸饱此组合营养物上不同的营养组合的混合物或吸饱此组合营养物的滤纸圆片。培养后会在某组合区长出，就可测的滤纸圆片。培养后会在某组合区长出，就可测得所需营养。得所需营养。个平皿测一个菌。个平皿测一个菌。 以不同组合的营养混合物与融化凉至以不同组合的营养混合物与融化凉至5050的的MMMM培养基混合铺成平皿，然后在这些平皿上培养基混合铺成平皿，然后在

41、这些平皿上划线接种各个缺陷型菌株于各相应位置，培养划线接种各个缺陷型菌株于各相应位置，培养后根据在这些组合长出可推知其营养因子。在后根据在这些组合长出可推知其营养因子。在5 56 6个平皿上可测个平皿上可测2020株菌以上。株菌以上。 1 1、基因重组育种：、基因重组育种： 运用体外运用体外DNADNA各种操作或修改手法获得目各种操作或修改手法获得目的基因，再借助于病毒、细菌质粒或其他载体，的基因，再借助于病毒、细菌质粒或其他载体，将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在新的将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在新的宿主细胞系统内进行复制和表达，或者通过细宿主细胞系统内进行复制和表达，或者通过细胞间

42、的相互作用，使一个细胞的优秀性状经其胞间的相互作用，使一个细胞的优秀性状经其间遗传物质的交换而转移给另间遗传物质的交换而转移给另个细胞的方法。个细胞的方法。、获得待克隆的、获得待克隆的DNADNA片段（基因）；片段（基因）；、目的基因与载体在体外连接；、目的基因与载体在体外连接；、重组、重组DNADNA分子导入宿主细胞；分子导入宿主细胞；、筛选、鉴定阳性重组子；、筛选、鉴定阳性重组子；、重组子的扩增与或表达。、重组子的扩增与或表达。 基因重组基因重组 载体载体(vector)(vector)： 是携带外源是携带外源DNADNA进入宿主细胞进行扩增和表达进入宿主细胞进行扩增和表达的的DNADNA

43、；一般是通过改造质粒、噬菌体或病毒；一般是通过改造质粒、噬菌体或病毒等构建的。等构建的。、能在适当的宿主细胞中复制；、能在适当的宿主细胞中复制；、具有多种限制酶的单一切点（即所谓多克隆、具有多种限制酶的单一切点（即所谓多克隆 位点）以便外源位点）以便外源DNADNA插入；插入；、具有筛选标志以区别阳性与阴性重组分子；、具有筛选标志以区别阳性与阴性重组分子；、载体分子较小，以便体外基因操作，同时载、载体分子较小，以便体外基因操作，同时载 体体DNADNA与宿主与宿主DNADNA便于分离；便于分离；、对于表达型载体还应具有与宿主细胞相适应、对于表达型载体还应具有与宿主细胞相适应 的启动子、增强子、

44、加尾信号等基因表达元的启动子、增强子、加尾信号等基因表达元 件。件。、对载体的复制和扩增没有严格的限制；、对载体的复制和扩增没有严格的限制；、不存在特异的内切酶体系降解外源、不存在特异的内切酶体系降解外源DNADNA；、在重组、在重组DNADNA增殖过程中，不会对它进行修饰；增殖过程中，不会对它进行修饰；、重组缺陷型，不会产生体内重组；、重组缺陷型，不会产生体内重组；、容易导入重组、容易导入重组DNADNA分子；分子；、符合重组、符合重组DNADNA操作的安全标准。操作的安全标准。l 在细菌中实现杂交的种类尚不多，主要是大肠在细菌中实现杂交的种类尚不多，主要是大肠杆菌，其他还有鼠伤寒沙门氏菌、

45、铜绿假单胞杆菌，其他还有鼠伤寒沙门氏菌、铜绿假单胞菌、淋病奈氏球菌等。菌、淋病奈氏球菌等。l 大肠杆菌中存着致育因子大肠杆菌中存着致育因子F F，有，有F F因子为因子为F+F+，没，没有有F F因子称因子称F-F-。l F F因子存在于细胞中形式：游离状态因子存在于细胞中形式：游离状态(F+(F+细胞细胞) )；整合状态，即整合状态，即F F因子插入胞核质的一定位置上因子插入胞核质的一定位置上(Hfr(Hfr细胞细胞) )。l F F因子有明显的感染性，大肠杆菌的接合，实质因子有明显的感染性，大肠杆菌的接合，实质上是上是F F因子的转移，所以因子的转移，所以F+F+和和HfrHfr称供体菌，

46、而称供体菌，而F-F-称受体菌。称受体菌。 1 1、酵母繁殖方式、酵母繁殖方式 酵母为单细胞型真菌，一般以出芽方式生殖，酵母为单细胞型真菌，一般以出芽方式生殖，在通常情况下，繁殖体为双倍体，但经过特定条件在通常情况下，繁殖体为双倍体，但经过特定条件的诱导，可使其产生单倍体孢子并可出芽产生单倍的诱导，可使其产生单倍体孢子并可出芽产生单倍体繁殖体。体繁殖体。l 单倍体细胞具单倍体细胞具及及22两种交配型。两种交配型两种交配型。两种交配型细胞经其细胞壁上特定的凝聚因子诱导而进行细胞经其细胞壁上特定的凝聚因子诱导而进行交配，恢复为双倍体；同一交配型细胞之间，交配，恢复为双倍体；同一交配型细胞之间，则因

47、细胞壁上凝集因子的存在而不能进行交配。则因细胞壁上凝集因子的存在而不能进行交配。l 在生活过程中，酵母细胞还可以形成三倍体、在生活过程中，酵母细胞还可以形成三倍体、四倍体、多倍体或非整倍体细胞。四倍体、多倍体或非整倍体细胞。 2 2、酵母杂交、酵母杂交 一般而言，杂交育种运用了酵母的单双倍一般而言，杂交育种运用了酵母的单双倍生活周期，将不同基因型和相对的交配型的单生活周期，将不同基因型和相对的交配型的单倍体细胞经诱导杂交而形成二倍体细胞，经筛倍体细胞经诱导杂交而形成二倍体细胞，经筛选便可获得新的遗传性状。选便可获得新的遗传性状。 酵母的杂交方法有孢子杂交法、群体交配酵母的杂交方法有孢子杂交法、

48、群体交配法、单倍体细胞杂交法和罕见交配法。就啤酒法、单倍体细胞杂交法和罕见交配法。就啤酒酵母而言，运用罕见交配法更易获得结果。酵母而言，运用罕见交配法更易获得结果。l 原生质体育种技术主要有原生质体融合、原生原生质体育种技术主要有原生质体融合、原生质体转化技术，此外尚有原生质体诱变育种等。质体转化技术，此外尚有原生质体诱变育种等。l 原生质休融合育种是基因重组的一种重要方法。原生质休融合育种是基因重组的一种重要方法。l 原生质体融合作为一种新的基因重组手段是原生质体融合作为一种新的基因重组手段是19781978年第三届国际工业微生物遗传学讨论会上年第三届国际工业微生物遗传学讨论会上提出来的。提

49、出来的。1 1、杂交频率较高：、杂交频率较高： 细胞壁去除后在高渗条件下形成类似于球形细胞壁去除后在高渗条件下形成类似于球形 的原生质体。的原生质体。2 2、受接合型或致育型的限制较小：二亲株中任、受接合型或致育型的限制较小：二亲株中任 何一株都可能起受体或供体的作用，因此有何一株都可能起受体或供体的作用，因此有 利于不同种属间微生物的杂交。利于不同种属间微生物的杂交。3 3、遗传物质传递更为完整：原生质体融合是二、遗传物质传递更为完整：原生质体融合是二 亲株的细胞质和细胞核进行类似的合二为一亲株的细胞质和细胞核进行类似的合二为一 的过程。的过程。4 4、存在着两株以上亲株同时参与融合形成融合

50、、存在着两株以上亲株同时参与融合形成融合 子的可能性。子的可能性。5 5、有可能采用产量性状较高的菌株作融合亲株。、有可能采用产量性状较高的菌株作融合亲株。6 6、提高菌株产量的潜力较大。、提高菌株产量的潜力较大。7 7、有助于建立工业微生物转化体系。、有助于建立工业微生物转化体系。1 1、标记菌株的筛选和稳定性验证。、标记菌株的筛选和稳定性验证。2 2、原生质体制备。、原生质体制备。3 3、等量原生质体加聚乙二醇促进融合。、等量原生质体加聚乙二醇促进融合。4 4、涂布于再生培养基，再生出菌落。、涂布于再生培养基，再生出菌落。5 5、选择性培养基上划线生长，分离验证，挑取、选择性培养基上划线生

51、长，分离验证，挑取 融合子进一步试验、保藏。融合子进一步试验、保藏。6 6、生产性能筛选。、生产性能筛选。 1 1、标记菌种的选择、标记菌种的选择 获得标记菌种的方法是采用常规诱变育种，获得标记菌种的方法是采用常规诱变育种，筛选出营养缺陷型或和抗药性菌株。这里最筛选出营养缺陷型或和抗药性菌株。这里最重要的是标记必须稳定。重要的是标记必须稳定。 采用抗药性菌株除可作标记外，在实验室采用抗药性菌株除可作标记外，在实验室中还可排除杂菌污染的干扰。为的是确证融合中还可排除杂菌污染的干扰。为的是确证融合的成功，可以采用多标记菌种。的成功，可以采用多标记菌种。 原生质体的制备主要是在高渗压溶液中加原生质体

52、的制备主要是在高渗压溶液中加入细胞壁分解酶，将细胞壁分离剥离，结果剩入细胞壁分解酶，将细胞壁分离剥离，结果剩下由原生质膜包住的类似球状的细胞，它保持下由原生质膜包住的类似球状的细胞，它保持原细胞的一切活性。原细胞的一切活性。 在放线菌和细菌中，制备原生质体主要采用在放线菌和细菌中，制备原生质体主要采用溶菌酶；酵母和霉菌一般可用蜗牛酶或纤维素溶菌酶；酵母和霉菌一般可用蜗牛酶或纤维素酶等。酶等。1 1、菌体的前处理、菌体的前处理 为了使酶作用的效果好一些，可将菌作一些为了使酶作用的效果好一些，可将菌作一些前处理。如细菌加入亚抑制剂量的青霉素。前处理。如细菌加入亚抑制剂量的青霉素。2 2、菌体的培养

53、时间、菌体的培养时间 为了使细胞易于原生质体化，一般选择增殖为了使细胞易于原生质体化，一般选择增殖期的菌体。期的菌体。3 3、酶浓度、酶浓度 对于不同种属的微生物，不仅对酶的种类要对于不同种属的微生物，不仅对酶的种类要求不同，就是对酶的浓度也有差异。另外，最求不同，就是对酶的浓度也有差异。另外，最佳酶浓度还随不同的生长期的菌体而变化。佳酶浓度还随不同的生长期的菌体而变化。4 4、酶处理温度、酶处理温度 5 5、破壁时的、破壁时的pHpH值值6 6、渗透压稳定剂、渗透压稳定剂 等渗透压在原生质体制备中，不仅起到保等渗透压在原生质体制备中，不仅起到保护原生质体免于膨裂，而且还有助于酶和底物护原生质

54、体免于膨裂，而且还有助于酶和底物的结合，渗透压稳定剂多采用甘露醇，山梨醇，的结合，渗透压稳定剂多采用甘露醇，山梨醇，蔗糖等有机物和蔗糖等有机物和KClKCl和和NaClNaCl等无机物。等无机物。 在生产发酵中，具有高产有重要经济价值在生产发酵中，具有高产有重要经济价值的某一期待代谢产物主能力的微生物菌种的保的某一期待代谢产物主能力的微生物菌种的保存和长期保藏，对于一成功的工业发酵过程极存和长期保藏，对于一成功的工业发酵过程极为重要。为重要。(1)(1) 经长期保藏后菌种存活健在；经长期保藏后菌种存活健在；(2)(2) 保证高产突变株不改变表型和基因型，特保证高产突变株不改变表型和基因型，特

55、别是不改变初级代谢产物和次级代谢产物生别是不改变初级代谢产物和次级代谢产物生 产的高产能力。产的高产能力。(3) (3) 菌种保藏的基本措施是低温、干燥、真空。菌种保藏的基本措施是低温、干燥、真空。1 1、冷冻干燥或真空干燥保藏；、冷冻干燥或真空干燥保藏；2 2、超低温或在液氮中冷冻保藏；、超低温或在液氮中冷冻保藏； 3 3、转接培养或斜面传代保藏；、转接培养或斜面传代保藏；4 4、土壤或陶瓷珠等载体于燥保藏。、土壤或陶瓷珠等载体于燥保藏。l 冷冻保藏为保藏微生物菌种的最简单而有效的冷冻保藏为保藏微生物菌种的最简单而有效的方法。方法。l 通过冷冻，使微生物代谢活动停止。一般而言，通过冷冻，使微

56、生物代谢活动停止。一般而言，冷冻温度愈低，效果愈好。为了获得满意的冷冷冻温度愈低，效果愈好。为了获得满意的冷冻结果，通常应在培养物中加入一定的冷冻保冻结果，通常应在培养物中加入一定的冷冻保护剂。冷冻保藏时温度要求在护剂。冷冻保藏时温度要求在-20-20以下，同以下，同时应认真掌握好冷冻速度和解冻速变。时应认真掌握好冷冻速度和解冻速变。l 冷冻深藏的缺点之一是培养物运输较困难。冷冻深藏的缺点之一是培养物运输较困难。一、普通冷冻保藏技术一、普通冷冻保藏技术(-20)(-20)二、超低温冷冻保藏技术二、超低温冷冻保藏技术(-60(-60一一-80)-80)三、液氮冷冻保藏技术三、液氮冷冻保藏技术 l

57、 将液体培养物或从琼脂斜面培养物收获的细胞分接将液体培养物或从琼脂斜面培养物收获的细胞分接到试管或指管肉，然后贮藏于一冰箱的冷藏室中，到试管或指管肉，然后贮藏于一冰箱的冷藏室中，或于温度范围在或于温度范围在-5-5-20-20的普通冰箱的普通冰箱(-20)(-20)中。中。或者，将菌种培养在小的试管或培养瓶斜面上，待或者，将菌种培养在小的试管或培养瓶斜面上，待生长适度后，将试管或瓶口用橡胶塞严格封好，同生长适度后，将试管或瓶口用橡胶塞严格封好，同上置于冰箱中保存。上置于冰箱中保存。l 用此方法可以维持若干微生物的活力用此方法可以维持若干微生物的活力1212年。年。l 应注意的是经过一次解冻的菌

58、株培养物不宜再应注意的是经过一次解冻的菌株培养物不宜再用来保藏。用来保藏。l 保藏过程中应注意控制保藏温度，培养瓶或试保藏过程中应注意控制保藏温度，培养瓶或试管应严格密封。管应严格密封。l 这一方法虽简便易行，但不适宜多数微生物的这一方法虽简便易行，但不适宜多数微生物的长期保藏。长期保藏。 要求长期保藏的微生物菌种，一般都要求在要求长期保藏的微生物菌种，一般都要求在- -6060以下进行保藏。以下进行保藏。 在超低温冷藏柜中保藏菌种的一般方法是：在超低温冷藏柜中保藏菌种的一般方法是： 1 1离心收获对数生长中期至后期的微生物细胞；离心收获对数生长中期至后期的微生物细胞； 2 2用新鲜培养基重新

59、悬浮所收获的细胞；用新鲜培养基重新悬浮所收获的细胞； 3 3加入等体积的加入等体积的2020甘油或甘油或1010二甲亚砜；二甲亚砜； 4 4混匀后分装入冷冻指管或安瓿中，于混匀后分装入冷冻指管或安瓿中，于-70-70超低超低 温冰箱中保藏。温冰箱中保藏。 如果待保藏菌种生长在斜面上，则可用含如果待保藏菌种生长在斜面上，则可用含1010甘油的新配制液体培养基洗涤收获。超低甘油的新配制液体培养基洗涤收获。超低温冰箱的冷冻速度一般控制在温冰箱的冷冻速度一般控制在1-21-2minmin。若。若干细菌和真菌菌种可通过此保藏方法保藏干细菌和真菌菌种可通过此保藏方法保藏5 5年年而活力不受影响。而活力不受

60、影响。 ( (一一) )冷冻保护剂冷冻保护剂 在液氮冷冻保藏中，最常用的冷冻保护在液氮冷冻保藏中，最常用的冷冻保护剂是二甲亚砜和甘油，最终使用浓度一般为剂是二甲亚砜和甘油，最终使用浓度一般为甘油甘油1010、二甲亚砜、二甲亚砜5 5。所使用的甘油。所使用的甘油般般用高压蒸汽灭菌，而二甲亚砜最好为过滤灭用高压蒸汽灭菌，而二甲亚砜最好为过滤灭菌。菌。 ( (二二) )液氮冷冻保藏微生物菌种的步骤液氮冷冻保藏微生物菌种的步骤 1 1、待冷冻保藏菌种悬液的制备、待冷冻保藏菌种悬液的制备 (1)(1)从生长斜面制备菌悬液：从生长斜面制备菌悬液： 每一斜面加入每一斜面加入5ml5ml含含1010甘油的营养