工业微生物育种学

工业微生物育种学施巧琴吴松刚编著福建科学技术出版社1991·福州本节内容第一章绪论第一节工业微生物育种在发酵工业中的地位第二节工业微生物育种的进展第二章细胞结构与分裂第一节细胞结构第二节细胞分裂第三节染色体第一章绪论工业微生物育种

在

发酵工业

中的地位影响发酵生产的因素发酵工艺的改进发酵设备的更新菌种的选育和改良工业微生物育种对于提高发酵工业产品的产量和质量，进一步开发利用微生物资源，增加发酵工业产品的品种，有极其重要的意义。因此，工业微生物的菌种选育在发酵工业中占有重要地位，是决定发酵产品能否具有工业化生产价值及发酵过程成败与否的关键。想一想有哪些微生物发酵产品？工业微生物菌种的生产要求在遗传上必须是稳定的容易产生许多营养细胞、孢子或其他繁殖体种子的生长必须旺盛、迅速产生所需的产物时间短必须是纯种，不应带有杂菌及噬菌体工业微生物菌种的生产要求比较容易分离提纯有自身保护机制，抵抗杂菌污染能力强能保持较长的良好经济性能在规定时间里，菌株必须产生预期数量的产物，并保持相对稳定菌株对诱变剂处理较敏感，从而可能选育出高产的菌株小结发酵工业中使用的微生物菌种是突变型的，野生型的菌种无法满足上述要求野生型菌种的代谢机制已适应了现存的生态环境这也进一步说明工业微生物育种的重要性工业微生物育种的进展工业微生物育种的基本思想遗传和变异遗传和变异是生物界生命活动的基本属性之一相当于辨证法上的继承和发展工业微生物育种的进展自然突变育种，微生物纯种培养法发明之后，开始微生物纯种的自然选育（如过去的酒精发酵）人工诱变育种，40年代初，Beadle和Tatum采用X射线和紫外线等辐射因子诱变获得各种代谢突变株（如红色面包霉）基因重组育种，包括杂交、转化、转导和原生质体融合等代谢控制育种，50年代谷氨酸发酵取得成功分子定向育种，始于上世纪90年代自然突变育种缺点：1突变频率低2盲目性大推测其优点：1突变得到的优良性状不易退化2一般不会影响到微生物的生长特性（自然突变实质是自然选择）人工诱变育种优点：1能大幅度地提高产品的产量和质量2突变频率比较大缺点：1疲劳效应，指某一菌株长期使用诱变剂处理之后，会对诱变剂不再敏感2会引起菌种生长周期的延长、孢子量减少和代谢减慢等3仍有一定的盲目性基因重组育种（杂交育种）优点：1通过具有不同遗传性状菌株的杂交，使遗传物质进行交换和重新组合，扩大了变异范围，使两亲株的优良性状集中于杂交菌株内，获得新品种。2杂交后的新品种不仅可以克服长期诱变造成的生活力下降，代谢缓慢的缺陷，也可以提高对诱变剂的敏感性。缺点：也有品质退化的现象；此外必须与诱变育种结合使用，才能进一步提高杂交菌种的产量代谢控制育种优点：1获得各种解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而使有用产物选择性地大量生成累积2克服了育种的盲目性，减少了繁重的工作量缺点：也有品质退化的现象分子定向进化育种Moleculardirectedevolution体外分子定向进化研究进展徐卉芳张先恩张用梅

中国科学院武汉病毒研究所,武汉430071/html/200603/199282.html

小结各种育种方法都是基于遗传与变异的生物学规律各种育种方法在现代育种工作中仍都有使用所有育种方法得到的新品种或菌株都存在着品种退化的现象，这是遗传变异规律的体现第二章细胞结构与分裂细胞内的遗传物质的分布细胞核染色体（nucleuschromosome）质粒（plasmid）*转座因子（transposableelement）*线粒体（mitochondrion）叶绿体（chloroplast）质粒（plasmid）

独立于染色体外，能进行自我复制的遗传因子，通常是环状DNA分子，多以超螺旋的形式存在，其大小在1~300kb之间。主要存在于各种微生物细胞中。质粒不是细菌生长繁殖所必须的结构，它仅具有少数的基因，其复制还要依靠宿主细胞的酶系统。它的复制和宿主染色体是同步的，只有这样，质粒才能随着细菌细胞的分裂而稳定地遗传。目前对细菌，特别是大肠杆菌和枯草芽孢杆菌中的质粒研究得比较详细。转座因子

（transposableelement）位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。转座因子可从染色体或质粒的一个位点转移到另一个位点，或者在两个复制子之间转移BarbaraMeClintock（美国遗传学家）首先在玉米中发现的，并因此荣获1983年度诺贝尔奖第二节细胞分裂两大生物类群细胞结构

和分裂方式的不同真核微生物原核微生物细胞核有核膜，内有核仁细胞核无核膜，内无核仁染色体为星棒状或线状，有两条以上染色体染色体呈环状，仅有一条染色体细胞进行有丝分裂和减数分裂没有这两中分裂，细胞的增加靠无丝分裂，即复制方式有丝分裂间期的精细划分和

有丝分裂的时间比间期1（G1）和间期2（G2）将DNA合成期（S期）和有丝分裂期分离开来。

减数分裂和有丝分裂的区别同源染色体：指遗传内容相同的染色体，它们的形态，大小差不多一致，其中一条来自父本，一条来自母本。在减数分裂时，同源染色体发生联会，即遗传物质的交换。姐妹染色单体：一条染色体复制形成的两条遗传物质完全相同的染色单体。两个概念姐妹染色单体第三节染色体形态结构数目倍性染色体形态各种生物的染色体形态不同：细菌和放线菌是环状或球状；一般霉菌等真核生物的染色体是线状或棒状同一种生物的不同染色体形态不同：着丝点的位置差异可使染色体的二臂长短不一，这种差异表现在它们各自所控制的性状不同细胞进行分裂时，各阶段的染色体形态不同：一般观察染色体形态时，选择细胞分裂时进行观察，此时，染色体比较粗染色体结构1膜：渗透性的2染色丝：共有两条，相互缠绕并行于整个染色体中3染色体基质：透明的液体4着丝点：位于染色体近端、近中或中间，显示出一个明显的缢痕点，它不易着色5纺锤丝：由微管系统组成染色体的数目生物种类染色体（对）人23果蝇4水稻12红色面包霉3细菌1生物的细胞内虽有一核和多核之分，但就染色体数目来说，每个细胞核内都是相同的。生物细胞内的染色体数目随生活史的变化而变化，一般是成倍的变化。染色体的倍性高等动植物是多细胞生物，它们的卵子和精子含有各种形态和性状染色体对中的一条，即一组染色体，称为单倍体（n）而在其体细胞核内含有各种形态和性状的染色体各一对，称二倍体（2n）。染色体的倍性细菌和放线菌细胞核内的染色体是单倍的（n）；霉菌的菌丝体细胞核内的染色体也是单倍的，只有在有性生殖过程中出现二倍体细胞（合子）；酵母的情况有些特殊，细胞核中的染色体有时出现二倍体，有时出现单倍体。染色体的倍性在生物界有时会产生三倍体或多倍体，一般在特殊环境条件下易于产生，如沙漠、高山或者某些诱变物质（秋水仙素）处理。其机制就是在细胞分裂时期，破坏纺锤丝和细胞板，使已经复制的染色体不能分配到二个子细胞而形成多倍体。不过这种多倍体一般是不稳定的，遇到外界环境的刺激就会发生突变。第四节真核生物的生活史生活史生活史：是指生物生长发育一个循环周期的一系列变化，其中主要指生物的二倍体和单倍体的交替生存的改变。生物在整个生活周期中可以从形态、细胞功能和染色体数目的变化几个方面来完成它的整个生长发育过程。1多细胞的高等动植物它们的体细胞是二倍体，通过减数分裂产生两性生殖细胞，即精、卵细胞。两性细胞相互融合后，形成二倍体的受精卵，通过有丝分裂长成新的二倍体个体。真核微生物真核微生物多属于单倍体生物。它们的体细胞是单倍的，用来接合的两个体细胞不需要进行减数分裂就可以成为接合子，它们是二倍体细胞，经过减数分裂产生单倍体的有性孢子，有性孢子萌发后产生单倍体的营养体。因此真核微生物生活史中的大部分时期是单倍体阶段。真菌的生活周期包括无性繁殖、有性繁殖或准性繁殖有的真菌本身能产生有性孢子，但也有可能进行准性繁殖。真菌的生活史真菌的主要繁殖方式是无性繁殖，由分生孢子萌发成菌丝，再形成分生孢子。有性繁殖比无性繁殖少得多，只在特定的条件下才出现。准性繁殖不产生有性孢子的半知菌纲中的真菌往往以准性繁殖来完成它们的生活史。准性繁殖是指两个遗传性状有一定差异的菌丝体细胞的核融合，同源染色体交换，直至基因重组，（完成了和有性繁殖相似的过程）产生重组的二倍体，再经单倍体化，完成的生殖过程。本节