微生物学-08微生物遗传

8.1遗传的物质基础8.2微生物的基因组结构8.3质粒和转座因子8.4基因突变8.5细菌基因转移和重组8.6微生物育种主要内容：

生物的各项生命活动都有它的物质基础。生物遗传的物质基础是什么呢？根据现代细胞学和遗传学的研究得知，控制生物性状的主要遗传物质是脱氧核糖核酸（DNA）。8.1遗传的物质基础三个经典的实验均用微生物材料。肺炎链球菌的转化实验；噬菌体的感染实验；植物病毒的重建实验。核酸是决定生物体遗传物质的基础。1.转化实验(transformation)实验者：F.Gruffith(1928)；O.T.Avery等(1944)。致病性：人患肺炎；鼠患败血症而亡。材料：RⅡ型肺炎双球菌，粗糙型无毒

SⅢ型肺炎双球菌，光滑型有毒R型(无荚膜)

S型(有荚膜)１.将无毒的RⅡ菌注入，小鼠不死，分离到RⅡ菌２.将有毒的SⅢ菌注入，小鼠死，分离到SⅢ菌３.将加热杀死（６５℃）的SⅢ菌注入，小鼠不死，分离不到SⅢ菌４.将无毒的RⅡ菌和加热杀死（６５℃）的SⅢ菌混合注入，小鼠死，分离到SⅢ菌分析：这些活的有毒型细菌是怎么来的呢？（1）是死的变成了活的吗？回答：加热处死，然后体内注射试验说明这不可能的（第三个实验）。（2）是活的无毒型细菌（RⅡ型）回复突变成有毒型细菌（SⅢ型）的吗？回答：这是不可能的（第一个实验）但是，转变是怎么产生的呢？分明是活的无毒型细菌受到了死的有毒型细菌的影响，因为它们是一起注入小家鼠体内的。推测:被加热杀死的SⅢ型肺炎双球菌必然含有某种促成以上结果的活性物质怎样影响的呢？

这个问题，当时的科学水平还不能回答。1944年，美国的生物学家艾弗里（Avery）、麻克里奥（C.M.Macleod）和麦卡第（M.J.McCarty）合作，在格里菲思的肺炎双球菌转化实验的基础上进行了细致的工作。他们分别用降解DNA、RNA或蛋白质的酶作用于有毒的S型细胞抽提物，选择性地破坏这些细胞成分，然后分别与无毒的R型细胞混合，观察转化现象发生。结果：发现只有DNA被酶解而遭到破坏的抽提物无转化作用。O.T.Avery等试验2.T2噬菌体的感染实验1952年，AlfredD.Hershey和MarthaChase为了证实T2噬菌体的DNA是遗传物质，他们用32P标记病毒的DNA，用35S标记病毒的蛋白质外壳。然后将这两种不同标记的病毒分别与其宿主大肠杆菌混合。结果发现：用含有35S蛋白质的T2噬菌体感染大肠杆菌时，大多数放射活性留在宿主细胞的外边；用含有32PDNA的T2噬菌体与宿主细菌混合时，则发现32PDNA注入宿主细胞，并产生噬菌体后代，这些T2噬菌体后代的蛋白质外壳的组成、形状大小等均与留在细胞外的蛋白质外壳一模一样；说明决定蛋白质外壳的遗传信息是在DNA上，DNA携带有T2噬菌体的全部遗传信息。二、RNA作为遗传物质1956年，烟草花叶病毒的拆分与重建实验。实验的过程：1、用表面活性剂处理标准TMV，得到它的蛋白质；通过弱碱处理TMV的变种HR（外壳蛋白的氨基酸组成与标准株存在2－3个氨基酸的差别）得到它的RNA；2、通过重建获得杂种病毒；（标准TMV抗血清使杂种病毒失活，HR抗血清不使它失活，证实杂种病毒的蛋白质外壳是来自TMV标准株；）

3、杂种病毒感染烟草产生HR特有的病斑，说明杂种病毒的感染特性是由HR的RNA所决定，而非二者的融合；4、从病斑中一再分离得到的子代病毒的蛋白质外壳是HR蛋白质，而不是标准株的蛋白质外壳。结果说明：杂种病毒的感染特征和蛋白质的特性是由它的RNA所决定，而不是由蛋白质所决定，遗传物质是RNA。8.2微生物基因组基因组：一个物种单倍体染色体数目。一个单倍体基因组的DNA含量恒定，称为该物种DNA的C值。基因：存在于生物体内、 能自主复制的遗传功能单位、即为一段特定排列顺序的核苷酸、每个基因约1000bp，约6.7x105Da微生物与人类基因组计划

在人类基因组计划之前，模式生物（遗传背景清楚，基因组小，便于测定分析，可从中获取经验，改进实验技术的一类生物）中除拟南芥、果蝇和线虫外，几乎都是微生物（细菌和酵母）。截至2000年4月15日，国际人类基因组计划已对29种微生物进行了测序。人类基因组计划还对几十种病原微生物的基因组进行了序列测定，如与胃病发生密切相关的幽门螺杆菌，引起肺病的结核杆菌和引起梅毒的螺旋体等等基因组测序都已完成，为阐明这些疾病发生的分子机理，设计诊断、治疗和预防的新方法提供了可能性。双链环状的DNA分子，在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体形式存在于细胞中，该小体称为拟核，其中结合有类组蛋白蛋白质和少量RNA分子，使其压缩成一种手脚架形的致密结构（4.7×106bp）。1997年，Wisconsin大学的Blattner等人完成了大肠杆菌基因组的测序。一、大肠杆菌的基因组结构特点①连续基因：按genome推测基因数目和实际得到的几乎一致。一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。大肠杆菌基因组的特点②功能相关的基因构成操纵子结构大肠杆菌总共有2584个操纵子，，基因组测序推测出2192个操纵子。有如此多的操纵子结构，可能与原核基因多采用转录调控有关，这样可以避免转录失调造成浪费。实例：16SrRNA－23SrRNA－5SrRNA作用：简捷、高效。机理：调节基因（产生激活物、阻遏物）操纵区控制结构基因表达。③结构基因单拷贝，rRNA基因多拷贝。如大肠杆菌有7个rRNA操纵子，且多位于DNA的双向复制起点附近。优点：短时间内大量合成核糖体。④重复序列少而短。原核基因组存在一定数量的重复序列，一般比较短，为4-40个碱基。1996年完成基因组测序，证实了1977年由Woese等人提出的三届学说。特点：①基因结构类似于真细菌（环形染色体，含操纵子结构，有多个rRNA、tRNA基因，无内含子）②负责信息传递功能的基因类似真核生物（尤其是转录起始系统）（启动子的位置与结构TATAbox位于起始位点上游25－30bp处；RNA聚合酶类似于真核生物RNA聚Ⅱ、Ⅲ；翻译延伸因子EF－Ia、EF-2与真核生物相似。）总之，只有40%序列与真细菌、真核生物有同源性。二、古生菌－詹氏甲烷球菌基因组

1997年完成测序，13.5×106bp，共16条染色体。特点：（1）不连续基因：基因之间有间隔区，内部有内含子。（2）不形成操纵子；（3）高度重复基因①同源性DNA重复序列（遗传丰余）②tRNA，4-30个/chr，250copier。③rRNA，XⅡ染色体近端粒处，100－200copy。啤酒酵母的基因组8.3质粒与转座因子质粒和转座因子都是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子。一、质粒：独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子形式存在于各种微生物细胞中。1、形状大小：分子的大小范围1kb-1000kb。三种构型:CCC型、OC型、L型。2、区分（与核染色体）：①含溴化乙锭（EB）氯化铯高速梯度离心（松驰染色体结合大量EB，密度较质粒小）②琼脂糖凝胶电泳（分子量大小、电泳带型）3、质粒的性质和主要类型质粒相对持家基因而言为非必需基因，只是在某些条件下，质粒能赋予宿主细胞以特殊的机能；可随细胞分裂恒定地传给子代。⑴致育因子，F质粒；⑵抗性因子，R质粒；⑶Col质粒；⑷毒性质粒；⑸代谢质粒；⑹隐秘质粒。（1）F因子（fertilityfactor）存在于某些细菌（E.coli12）中的遗传因子，是一种质粒，接合过程中能将可复制物质传递给另一种细胞，有F因子的细胞为F+（♂）、无F质粒的为F－（♀），F－细胞可被F+细胞中的F因子感染。①大小：100kb（94.5kb），可编码约94个中等大小的多肽，1/3接合有关。②功能：E.coli的接合生殖。③类型：F+、F－、Hfr(高频重组菌株）、F′（携带不同基因的F因子或带有F′的菌株。）④F因子又称为附加体（episome）：既可以游离态（F′），又可以整合态（Hfr）存在（与核染色体整合与脱离的功能）。⑤F因子存在：除E.coli等肠道细菌外，还存在于Neissevia

（奈球菌）、Streptococus（链球菌）、Haemophzyus（嗜血杆菌属）等。（2）R因子(resistancefactor)最早发现于50年代，日本，痢疾治疗后病人中分离。抗抗生素（链霉素、氯霉素、四环素）和化学治疗剂（磺胺）的抗药性。痢疾志贺氏菌（Shigella.dysenteriae），是一种普遍存在的质粒。主要包括抗药性和抗重金属两大类。由相连的两个DNA片段组成。即RTF 抗性转移因子(11x106Da）与抗性决定质粒（几百万直至100x106Da，如Amp、Pen、Cam、Str、Kan和Sul等基因）在痢疾杆菌、沙门氏杆菌、弧菌及芽孢杆菌及萄葡球菌等属中均存在之。Rplasmid（3）Col质粒大肠杆菌素（colicin）：由E.coli某些株分泌的细菌素，具有通过抑制转录、转译或能量代谢而专一杀死近缘不含Col质粒菌株的功能。大肠杆菌素质粒（Colplasmid，或称Col因子）携带有产生大肠杆菌素（colicin）酶系基因的质粒，赋予大肠杆菌产生大肠杆菌素的能力。Col质粒可编码一种细菌蛋白，使持家基因不受大肠杆菌素的伤害。

①大小：4－8×104Da.②分类：ColE1（分子量小、无接合作用）、ColIb（分子量大、可接合转移）；毒性质粒：许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因。①Ti质粒（tumor-inducingplasmid）存在于根癌土壤杆菌中，引起双子叶植物根癌。特殊片段T－DNA整合－植物DNA中，令其转化成癌细胞（破坏控制细胞分裂的激素调节系统）。②大小：200kb。③组成：三个致癌基因。④应用：植物遗传工程中重要vector（利用其可整合的特性）（4）毒性质粒①降解质粒：含可降解某种有毒化学物的蛋白酶的基因。可把一般细菌难降解的物质作碳源。有CAM（樟脑）、OCT（辛烷）、XYL（二甲苯）、SAL（水杨酸）、NAP（萘）、TOL（甲苯）质粒。②固氮质粒根瘤菌（5）代谢质粒以上所讨论的质粒类型均具有某种可检测的遗传表型，但隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。（6）隐秘质粒转座因子的类型和结构20世纪前半期,遗传学界有三位伟大的科学家,他们的姓氏都以一个大写的字母M开头,这就是众所周知的孟德尔(MendelG.J.)、摩尔根(MorganT.H.)和麦克林托克(McClintockB.)。1944年至1950年整整花了6年时间才完全弄清楚玉米颜色性状变化的原理，在玉米中发现了可移动基因——转座基因（俗称“跳跃基因”）。获得1983年诺贝尔奖金转座因子转座因子：细胞内能改变自身位置（从染色体或质粒的一个位点转到另一个位点）的一段DNA序列。原核生物中转座因子的分类：插入顺序（insertionsequence，IS）、转座子（transposon，Tn）和某些特殊病毒（Mu、D108)。共同特点：①转座酶基因；②反向末端重复序列，40－1000bp。插入顺序IS：最简单的转座因子，250－1600bp左右，只含转座酶基因。转座子：不仅有插入序列，还携带有赋予宿主某些遗传特性的基因，主要是抗生素和某些毒物的抗性基因。分类：Tn3和Tn58.4基因突变（一）基因突变的类型（二）基因突变的特点（三）基因突变的分子基础基因突变的定义基因突变：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，包括一对或少数几对碱基的缺失、插入或置换，而导致的遗传变化。广义的突变又称染色体畸变，包括大段染色体缺失、重复、倒位。1、碱基变化与遗传信息的改变2、表型变化一、基因突变的类型及其分离碱基变化与遗传信息的改变（1）同义突变：密码的简并性，不影响氨基酸产物。（2）错义突变：影响氨基酸，甚至蛋白质失去活性。（3）无义突变：若一个密码突变成一个终止密码，则翻译将提前终止，产生一条较正常为短的多肽链。（4）移码突变：氨基酸序列完全变化。表型变化营养缺陷型；抗性突变型；条件致死突变型；形态突变型；产量变异型。营养缺陷型（auxotroph）由野生型菌株（wildtypestrain）经基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的能力在培养野生型菌株的基本培养基不能生长，但可在加入对应的生长因子后能从基本培养基中筛选出.①表示表型：指可观察或检测到的个体性状或特征，是特定的基因型在一定环境下的表现。如：HisC、TryA（首字母大写）。基因型：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它的DNA碱基须序。如：hisC、tryA（小写）。②分离纯化：影印法。抗性突变型（resistantmutant）原始或出发菌株对某种化学或物理因子无抗性经基因突变后成为具有抗性可在加有相应理化因子的平板中选择之条件致死突变型（conditionallethalmutant）出发菌株经突变在某种条件下可生长，而在另一种条件下不能生长繁殖。例：E.Coli

Ts突变株，即温度敏感突变株,有些菌株在37C0下生长正常,却不能在42Co下生长;T4噬菌体的某些感染性突变株在25Co下具有感染性,而37Co下丧失形态突变型(morphologicalmutant)即由突变而产生个体或菌落形态所发生的非选择性突变例:孢子有无或颜色变化、鞭毛有无或荚膜有无的突变，有时可引起菌落表观改变而具有选择性。产量变异型由基因突变所致的获得代谢产物的产量 高于出发菌株之变异株，常称产量 突变株或高产菌株（highproducing

mutant）产量性状是多基因与复杂因素的综合结果， 故获取高产菌株是一个逐步累积、 变异机理十分复杂探索过程分为：正变株（plusmutant）与负变株 （minusmutant）为非选择性而是统计性1、不对应性：突变性状与引起突变的原因无直接对应关系。例：在含青霉素环境中抗青霉素突变体。紫外线抗紫外线突变体。较高温度耐高温突变体。并非“前因”导致“后果”恰相反，自发或诱发因子诱发而获得。“前因”仅起淘汰非突变型作用。紫外线诱变决非只产生抗紫外线的变异。

二、基因突变的特点稀有性：自发突变虽可随时发生，但突变的频率是较低和稳定的，一般在10-6~10-9间；规律性：特定微生物的某一特定形状的突变率具有一定的规律性；独立性：某一群体中，可以发生任何性状，针对任何药物的突变，不同突变相互独立。遗传和回复性：任何性状既有正向突变，也可发生回复突变，使表型回复到野生型状态。正向突变：

W－mu回复突变：mutation－wild可诱变性：通过诱变剂的作用，可提高自发突变的频率，一般可提高10-105倍。三、基因突变的分子基础自发突变的原因很多，包括DNA聚合酶产生的错误，DNA的物理损伤，重组和转座等。原因：①互变异构体－形成不同碱基配对转换（嘌呤）、颠换（嘌呤－嘧啶）。②短的重复核苷酸序列发生分子滑动，造成小段DNA插入或缺失。③RNA基因组的突变：RNA复制酶无纠错能力，无类似DNA修复机制。诱发突变诱发突变：通过不同的方式提高突变率。诱变剂：许多化学、物理和生物因子能够提高微生物的突变频率，将这些能够使突变率提高到自发突变水平以上的物理、化学和生物因子称为～；2、诱发突变的方法（1）化学法：碱基类似物：碱基错配概率提高（置换、间接）插入染料：DNA复制滑动－插入缺失概率提高，引起移码突变。直接与DNA碱基起反应的诱变剂：NTG(亚硝基胍)则荣登超诱变剂的榜首；高效性:用NTG处理E.coli等菌株可直接获得

12~80%的营养缺陷型菌株

(一般诱变剂仅为百分之几)

（2）物理法：紫外线：嘧啶二聚体，阻止碱基配对。热：胞嘧啶脱氨基－尿嘧啶；鸟嘌呤－脱氧核糖键的移动，产生GC

－CG颠换；（3）生物法：转座因子。3、诱变剂与致癌物质－Ames试验（1）原理：许多化学诱变剂都引起动物和人的癌症，利用细菌突变来检测环境中的致癌物－诱变剂作用共性原理。（2）方法创始人：美国加利福尼亚大学Ames教授。（3）试验原理：鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型菌株的回复突变性能。（4）诱变剂共性原理：凡能引起生物遗传物质核酸DNA结构改变或功能改变的化学物质都可引起生物突变、癌变、畸变，称三致物质。引申凡致突变的因素一般都可致畸、致癌，反之变然。凡能引起原核生物有效的因素对真核生物同样。凡能引起回复突变的因素也能引起正向突变。凡能引起溶源性裂解因素也能引起突变。（5）Ames过程：过程：取黄曲霉素，二甲氨基偶氮苯，反应停等可疑含有物+鼠肝匀浆保温吸入滤纸片放入接种了his-基本培养[-]皿中央不含诱变物无菌落诱变物浓度高外圈为菌落内抑制环诱变物合适纸片周围有菌落（6）Ames应用：检测食品、饮料、药物、和饮水等中致癌物，快速（三天左右）、准确（>85%）、方便、节约。8.5细菌基因转移和重组细菌的接合作用细菌的转导细菌的遗传转化目的：重组获得更强的生存能力，可发生在微生物之间以及微生物与高等动、植物间。一、接合作用Lederberg和Tatum（1946年）用大肠杆菌K12的两个菌株A和B的杂交试验结果：A、B混合培养在完全培养基上过夜，然后离心培养物，把沉淀细胞涂布在基本培养基外，发现长出了菌落，频率10-7，出现了基因重组。Lederberg和Tatum的实验两个菌株不能直接接触，只能是培养液和营养物质可以通过。Davis（1950）U型管试验因此，可以说，菌株A、B接触后，象高等的有性过程一样，发生了杂交。遗传物质有了交换，产生了新组合：野生型重组体。F+×F－杂交大肠杆菌的某些品系的雄性或供体是被一个致育因子（fertilityfactor）或性因子（sexfactor）决定的——F因子;具有这种因子的能育品系记为F＋，相当于雄性;不含这种致育因子F的品系记为F－，相当于雌性。F质粒是能独立增殖的环状DNA分子。图示。

F质粒的结构：

(1)原点，转移的起点(2)致育基因：形成性伞毛的基因群(3)DNA复制酶基因

(4)插入序列（insertionsequence，IS）F质粒转移的过程：1.通过性菌毛使F+与F－紧密相连；2.质粒的转移、复制。

F+×F－的特点：

(1)F质粒转移的频率高，1/10，使F-→F+。

(2)而染色体转移频率低。10-7

。

(3)F+×F+不发生接合。

因此，F+品系又称为低频重组品系（lowfrequencyrecombination）高频重组品系HfrCavalli（1951）和Hayes（1954）先后从能育的A品系中分离出两个新的品系，它们和B（F-）杂交，出现重组频率很高。比AF+×BF-高出1000倍。这种品系称为高频重组品系Hfr（highfrequencyrecombination）。Hfr的特点：(1)高频重组，染色体转移频率高，×1000(2)F质粒转移频率低F－→F＋很少或没有。Hfr和F+的联系和区别联系：（1）都是雄性菌，含有F质粒

区别：（1）前者高频重组，后者低频重组；（2）前者F质粒转移频率低，后者F质粒转移频率高（3）前者F质粒整合，后者F质粒游离接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒。二、细菌的转导转导：由病毒介导的细胞间进行遗传交换的一种方式。分为两种类型：普遍性转导：噬菌体可以转导给体染色体的任何部分到受体细胞中；局限性转导：噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中。普遍性转导1952年Zinder和Lederberg在验证鼠伤寒沙门氏菌是否也存在接合现象时发现了转导现象.所用菌株：沙门氏菌LT22A（P22噬菌体）；非溶原性细菌；结果：发现在给体菌和受体菌不接触的情况下，同样出现了原养型细菌转导的原理噬菌体的包装机制：P22DNA经环化和滚环复制形成一个多联体分子；DNA的包装是从基因组的特殊位点（pac）开始，用噬菌体编码的酶对多联体分子按顺序进行切割，并包装进P22外壳；错误包装：用以切割的酶也识别染色体DNA上类似pac的位点，进行切割、包装。普遍性转导模型S.typhimuriun野生型+供体菌，营养缺陷型－受体菌，P22媒介P22增殖供DNA断裂P22包装10－6－10－8误包裂解裂解物（少量），大量受体菌混合外源DNA进入受体菌同源区段配对，双交换整合到受体DNA上遗传性状稳定转导子局限性转导局限性转导：部分缺陷温和噬菌体的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。与普遍性转导的区别：①被转导的基因与噬菌体DNA共价相连，一起进行复制包装以及被导入受体细胞中。②局限性转导携带特定的染色体片段或基因，将其导入宿主细胞。代表：λ噬菌体。整合的λ原噬菌体从细菌染色体上不准确地切割时，便可形成局限性转导颗粒。细菌的遗传转化定义：同源或异源的游离DNA分子被自然或人工的感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。转化是细菌中最早被发现的遗传物质转移形式。l928年Griffith用肺炎链球菌对小鼠的感染实验以及10多年后Avery等体外转化过程的实现，转化因子DNA的证实，是现代生命科学发展的重要起点。细菌感受态感受态：细菌生长到一定的阶段分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子；感受态因子与细胞表面相互作用，诱到一些感受态特异蛋白的表达，其中一种是自溶素；导致细胞表面的DNA结合蛋白及核酸酶裸露出来；感受态(competence):细菌能够从周围环境中吸收DNA分子进行转化的生理状态。供体DNA进入受体过程中，双链DNA转变成单链DNA，其中一条单链被核酸酶降解。未被降解的一条单链DNA部分地或整个地插入受体细胞的DNA链中，形成杂合的DNA分子。这种杂合DNA复制，分离以后，形成一个受体亲代类型的DNA和一个供体与受体DNA结合的杂种双链DNA。从而导致基因重组，形成各种类型的转化子（transformant）。供体单链与受体DNA之间结合形成一段异源双链区。转化过程的最后结果取决于误配核苷酸对的修复校正。如切除供体单链，则无重组发生。如切除受体单链则产生重组体。自然遗传转化模型人工转化1970年Mandel和Higa发现用CaCl2处理过的大肠杆菌能够吸收噬菌体DNA，此后不久，Cohen等人用CaCl2法实现了质粒DNA转化大肠杆菌的感受态细胞；人工转化的方法1化学法：将正常基因DNA（及其拷贝）与带电荷物质和磷酸钙、DEAE－葡聚糖或与若干脂类混合，形成沉淀的DNA微细颗粒，直接倾入培养基中与细胞接触。可将DNA输入细胞内，并整合于受体细胞的基因组中，在适当的条件下，整合基因得以表达，细胞亦可传代。2物理法①电穿孔法：电穿孔法（electroporotion）是将细胞置于高压脉冲电场中，通过电击使细胞产生可逆性的穿孔，周围基质中的DNA可渗进细胞，但有时也会使细胞受到严重损伤。②显微注射法：显微注射（microinjection）是在显微镜直视下，向细胞核内直接注射外源基因，这种方法应是有效的。③脂质体法：脂质体（liposome）法是应用人工脂质体包装外源基因，再与靶细胞融合，使之表达。8.6微生物育种从自然界直接分离到的野生型菌株积累产物的能力往往很低，无法满足工业生产的需要，这就要求我们对它们进行菌种改造，即育种。育种的手段很多，从微生物育种发展的历史看，主要有：定向培育、诱变育种、细胞融合和基因工程育种等技术。一、诱变育种诱变育种是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产实践或科学研究用。当前发酵工业和其他生产单位所使用的高产菌株，几乎都是通过诱变育种而大大提高了生产性能的菌株。诱变育种除能提高产量外，还可达到改善产品质量、扩大品种和简化生产工艺等目的。诱变育种具有方法简单、快速和收效显著等特点，故仍是目前被广泛使用的主要育种方法之一。选用理、化致变剂处理均匀而分散的微生物细胞群促使其突变率显著提高采用简便、快速和高效的筛选法筛选出少数符合育种目的的突变株来供生产实践与研究应用。诱变育种的环节筛选方略营养缺陷型突变株；抗阻遏和抗反馈突变型；抗性突变型：抗生素抗性突变、条件抗性突变。营养缺陷型突变株通过诱变处理,获得了产L-赖氨酸的不同营养缺陷型突变株,其中以高丝氨酸缺陷型突变株产L-赖氨酸的能力最强。抗阻遏和抗反馈突变型抗阻遏和抗反馈突变型都是由于代谢失调所造成的，它们都有共同的表型，即在细胞中已经有大量最终代谢产物时仍然继续不断地合成这一产物。获得抗阻遏和抗反馈突变型的一般常用的方法是通过诱变处理后，选育结构类似物抗性突变株，这些抗性突变株就包括了抗阻遏和抗反馈二种类型突变。所谓结构类似物抗性菌株，即是那些在含有类似物的环境中，其生长不被抑制的菌株。这种抗性菌株是由于变构酶结构基因或调节基因发生突变的结果，使结构类似物不能与结构发生了变化的阻遏蛋白或变构酶结合，细菌也照样合成终产物，生长不受抑制。例如对氟苯丙氨酸是苯丙氨酸的结构类似物，因此对氟苯丙氨酸抗性菌株所产生的苯丙氨酸也不能与阻遏蛋白或变构酶结合，这样必然会在有苯丙氨酸存在的情况下，细胞仍然不断地合成苯丙氨酸，使其得到过量积累，这就是抗阻遏或抗反馈突变株。二、体内基因重组育种重组方式:主要有转化、转导、接合和原生质体融合。转化；转化在原核生物中是一个较普遍的现象转导：转导现象在自然中比较普遍，是低等生物进化中获取新基因的重要方式接合：在细菌与放线菌中都存在着接合现象原生质体融合：能进行融合的细胞是极其广泛的，包括 原核与真核生物的细胞一原生质体融合简介1957年，日本的冈田善雄发现灭活的仙台病毒可以诱发细胞融合，从而奠定了细胞融合的技术基础。目前普遍采用的化学融