工業(yè)微生物的菌種選育演示文稿

工業(yè)微生物的菌種選育演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)優(yōu)選工業(yè)微生物的菌種選育當(dāng)前第2頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)三、菌種選育的目的1、提高發(fā)酵產(chǎn)量2、改進(jìn)菌種的性能3、產(chǎn)生新的發(fā)酵產(chǎn)物4、去除多余的組分第一節(jié)概述當(dāng)前第3頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)（一）菌種選育的理論基礎(chǔ)（二）突變誘發(fā)的過程四、菌種選育的基本理論第一節(jié)概述當(dāng)前第4頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)（一）菌種選育的理論基礎(chǔ)遺傳和變異

基因突變是指由于染色體和基因本身的變化而產(chǎn)生的遺傳性狀的變異。當(dāng)前第5頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)前突變：誘變劑所造成的DNA分子的某一位置的結(jié)構(gòu)改變稱為前突變。影響前突變產(chǎn)生的的因素細(xì)胞對(duì)誘變劑的透性細(xì)胞質(zhì)和酶的影響基因所處的狀態(tài)1、前突變形成（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第6頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)

1）光復(fù)活作用

2）切補(bǔ)修復(fù)

3）重組修復(fù)

4）SOS修復(fù)系統(tǒng)（多數(shù)誘變來(lái)源于此）

5）DNA多聚酶的校正作用2、DNA損傷的修復(fù)（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第7頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第8頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第9頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)SOS修復(fù)系統(tǒng)

它允許新生的DNA鏈越過胸腺嘧啶二聚體而生長(zhǎng)。其代價(jià)是保真度的極大降低，這是一個(gè)錯(cuò)誤潛伏的過程。

（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第10頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)校正差錯(cuò)：光復(fù)活作用、切補(bǔ)修復(fù)引起差錯(cuò)：重組修復(fù)、SOS修復(fù)系統(tǒng)。3、從前突變到突變（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第11頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)表型遲延：表型的改變落后于基因型的改變分離型遲延(基因雜合)經(jīng)誘變處理后，細(xì)胞中的基因處于不純的狀態(tài)，突變型基因由于屬于隱性基因而暫時(shí)得不到表達(dá)，需經(jīng)過復(fù)制、分離，在細(xì)胞中處于純的狀態(tài)時(shí)，其性狀才得以表達(dá)。生理性遲延

新的表型必須等到原有基因的產(chǎn)物稀釋到某一程度后才能表現(xiàn)出來(lái)。4、從突變到突變型（二）突變誘發(fā)的過程當(dāng)前第12頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)從菌種保藏中心購(gòu)買育種從自然界中篩選誘變雜交育種基因工程育種四、菌種來(lái)源第一節(jié)概述當(dāng)前第13頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)CGMCC中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心（ChinaGeneralMicrobiologicalCultureCollectionCenter）成立于1979年，是以提供專業(yè)技術(shù)服務(wù)為主的公益性機(jī)構(gòu)，1995年獲得布達(dá)佩斯條約國(guó)際保藏中心的資格，是我國(guó)唯一同時(shí)提供一般菌種資源服務(wù)和專利生物材料保存的國(guó)家級(jí)保藏中心。中心設(shè)立在中國(guó)科學(xué)院微生物研究所。

當(dāng)前第14頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)當(dāng)前第15頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)一、定義二、方法三、特點(diǎn)及應(yīng)用第二節(jié)自然選育當(dāng)前第16頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)自然選育：在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工誘變處理，根據(jù)菌種的自發(fā)突變而進(jìn)行菌種篩選的過程。自發(fā)突變：就是指某些微生物在沒有人工參與下所發(fā)生的那些突變。一、定義多因素低劑量的誘變效應(yīng)互變異構(gòu)效應(yīng)第二節(jié)自然選育當(dāng)前第17頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)二、菌種自然選育方法單菌落分離法菌種單細(xì)胞懸液瓊脂板分離挑取單菌落測(cè)定生產(chǎn)能力細(xì)菌：轉(zhuǎn)種到新鮮肉湯培養(yǎng)基中培養(yǎng)放線菌、霉菌：石英砂震蕩打散孢子，棉花或?yàn)V紙過濾第二節(jié)自然選育當(dāng)前第18頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)三、特點(diǎn)及應(yīng)用簡(jiǎn)單易行、自發(fā)突變的效率低。純化菌種，防止菌種衰退、穩(wěn)定產(chǎn)量和提高產(chǎn)量第二節(jié)自然選育當(dāng)前第19頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)1、目前生產(chǎn)用菌種的特點(diǎn)多為人工誘變而來(lái)。代謝調(diào)控系統(tǒng)失控。生活力比野生菌株弱。容易發(fā)生變異。菌種衰退原因的分析當(dāng)前第20頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)2、菌種遺傳特性的改變1）異核現(xiàn)象--導(dǎo)致菌種這一微生物群體發(fā)生變異2）自發(fā)突變3）回復(fù)突變或產(chǎn)生分離子--形成具有不同基因型的個(gè)體異核體孢子遺傳特性和生長(zhǎng)速度不同菌種遺傳特性發(fā)生改變相鄰菌絲細(xì)胞吻合回復(fù)突變：突變基因再次發(fā)生突變又恢復(fù)原來(lái)的基因，這類突變稱為回復(fù)突變。當(dāng)前第21頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)1）一個(gè)菌種不是純一的群體。3、菌種生理狀態(tài)的改變2）培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的影響3）某些培養(yǎng)條件下，某些基因所處的狀態(tài)不同，使得菌種的生理狀態(tài)不同。主要是因?yàn)榕囵B(yǎng)條件不適當(dāng)。當(dāng)前第22頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)一、定義及特點(diǎn)二、誘變劑三、誘變育種的主要環(huán)節(jié)第三節(jié)誘變育種當(dāng)前第23頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)第三節(jié)誘變育種誘變育種：通過誘變劑處理提高菌種的突變頻率，擴(kuò)大變異幅度，然后采用簡(jiǎn)便、高效的篩選方法，從中選出具有優(yōu)良特性的變異菌株的方法。特點(diǎn)：速度快、收效大、方法簡(jiǎn)便，但缺乏定向性。一、定義及特點(diǎn)當(dāng)前第24頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)第三節(jié)誘變育種物理誘變劑：射線如紫外線、X-射線、γ-射線，快中子；化學(xué)誘變劑：氮芥、化學(xué)因子如堿基類似物、5-氟尿嘧啶、亞硝酸、亞硝基胍等。生物誘變劑：溶原性噬菌體，人工構(gòu)建的質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子二、誘變劑當(dāng)前第25頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)第三節(jié)誘變育種突變的誘發(fā)↓突變株的篩選↓突變高產(chǎn)基因的表現(xiàn)當(dāng)前第26頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)1.出發(fā)菌株的選擇2.誘變處理3.篩選4.突變菌株高產(chǎn)基因的表達(dá)第三節(jié)誘變育種三、誘變育種的主要環(huán)節(jié)當(dāng)前第27頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)選擇純種菌株（排除異核體）優(yōu)良性狀的菌株（產(chǎn)生孢子、生長(zhǎng)速度）對(duì)誘變劑敏感的菌株同時(shí)選擇幾株不同的優(yōu)良菌株1.出發(fā)菌株的選擇當(dāng)前第28頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)1）選擇原則不穩(wěn)定菌株→溫和的、常用的誘變劑；穩(wěn)定菌株→強(qiáng)烈的、不常用的、誘變譜廣的誘變劑不經(jīng)常使用一種誘變劑，也不宜頻繁更換。注意考慮誘變劑本身的特點(diǎn)。

UV→DNA的嘧啶堿基；亞硝酸→嘌呤堿基2.誘變處理當(dāng)前第29頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)高劑量：致死率90%-99.9%變異幅度大，但負(fù)變株多低劑量：致死率75%-80%負(fù)變株少，且突變菌株穩(wěn)定2）誘變劑量的選擇當(dāng)前第30頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)3.篩選根據(jù)步驟可以分為初篩和復(fù)篩初篩菌株的量要大，發(fā)酵和測(cè)試的條件都可粗放些，采用一個(gè)菌種進(jìn)一個(gè)搖瓶的方法進(jìn)行初篩復(fù)篩對(duì)發(fā)酵和測(cè)試條件要求應(yīng)逐步提高，復(fù)篩一般每個(gè)菌株進(jìn)3~5個(gè)搖瓶，如果生產(chǎn)能力繼續(xù)保持優(yōu)異，再重復(fù)篩選幾次。初篩和復(fù)篩均要有親株作對(duì)照比較生產(chǎn)能力是否優(yōu)良。復(fù)篩后的優(yōu)良菌株要考查其穩(wěn)定性、菌種特性和最適培養(yǎng)條件當(dāng)前第31頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)根據(jù)操作方法可分為隨機(jī)篩選和理性化篩選

隨機(jī)篩選

理性化篩選從產(chǎn)物形成的生理生化途徑著手，進(jìn)行有的放矢的篩選。如營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性突變株等。經(jīng)過誘變處理后，進(jìn)行平板分離，隨機(jī)挑選單菌落，篩選高產(chǎn)菌株當(dāng)前第32頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)

1）搖瓶篩選法

單菌落→傳種斜面→模擬發(fā)酵瓶→測(cè)定發(fā)酵能力

2）瓊脂塊篩選法

打孔取塊→鑒定平板測(cè)定發(fā)酵能力→(須經(jīng)搖瓶復(fù)篩)隨機(jī)篩選當(dāng)前第33頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)3）篩選自動(dòng)化和篩選工具微型化當(dāng)前第34頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)96孔板高通量孵育篩選當(dāng)前第35頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株篩選理性化篩選

所謂營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株是微生物經(jīng)誘變劑處理后產(chǎn)生的一種生化突變體。由于基因突變，它失去了合成某種物質(zhì)（氨基酸、維生素或核苷酸堿基）的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)，大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株需要補(bǔ)加一定種類的有機(jī)物質(zhì)后才能生長(zhǎng)。當(dāng)前第36頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)1）篩選用培養(yǎng)基⑴基本培養(yǎng)基：凡是能滿足某種野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分的合成培養(yǎng)基，稱為基本培養(yǎng)基；常以‘[-]’表示；⑵在基本培養(yǎng)基中加入一些富含氨基酸、維生素及含氮堿基之類的天然有機(jī)物質(zhì)如蛋白胨、酵母膏等，以滿足該微生物的各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株都能生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基，稱為完全培養(yǎng)基，常用‘[+]’表示；⑶在基本培養(yǎng)基中只是有針對(duì)性地加入某一種或某幾種營(yíng)養(yǎng)缺陷成分，以滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，稱為補(bǔ)充培養(yǎng)基，補(bǔ)充培養(yǎng)基可按所加入營(yíng)養(yǎng)成分相應(yīng)地用‘[A]’、‘[B]’等來(lái)表示。當(dāng)前第37頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)2）營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株篩選的一般方法

（1）誘變劑處理（2）淘汰野生型菌株①抗生素法②菌絲過濾法（3）檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型（4）鑒定營(yíng)養(yǎng)缺陷型當(dāng)前第38頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型①夾層培養(yǎng)法

②限量補(bǔ)充培養(yǎng)法

③影印接種法

④

逐個(gè)檢出法

當(dāng)前第39頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)將突變菌株放到完全致死的環(huán)境中，一次性篩出抗性突變株。包括：抗生素、金屬離子、溫度、噬菌體

①抗生素抗性突變：提高產(chǎn)量；

②抗噬菌體突變：消除噬菌體污染；③條件抗性突變：如溫度，可提高產(chǎn)量；抗性突變株篩選當(dāng)前第40頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)培養(yǎng)基發(fā)酵條件4.突變菌株高產(chǎn)基因的表達(dá)當(dāng)前第41頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)制備菌懸液細(xì)菌要處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，此時(shí)，生長(zhǎng)狀態(tài)同步，生理活性一致，細(xì)胞濃度較高。霉菌、放線菌要用孢子。保證菌懸液均勻用玻璃珠振蕩，使細(xì)胞均勻分散。維持一定的細(xì)胞濃度真菌和酵母一般是106-107個(gè)/毫升，放線菌和細(xì)菌是108個(gè)/毫升。舉例（紫外線育種）當(dāng)前第42頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)誘變單細(xì)胞懸液放置于培養(yǎng)皿中，放入無(wú)菌攪拌子。將培養(yǎng)皿置于磁力攪拌器上，打開磁力攪拌器和培養(yǎng)皿蓋，打開紫外燈，計(jì)時(shí)。培養(yǎng)達(dá)到要求時(shí)間后，蓋上培養(yǎng)皿蓋，在紅外燈下稀釋分離，涂平板，用黑布包扎，在適當(dāng)溫度下培養(yǎng)。誘變最有效的波長(zhǎng)是260nm左右（253－265nm），紫外燈的功率為15W，距離固定在30cm左右。當(dāng)前第43頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)一、定義和特點(diǎn)二、原理三、常規(guī)的雜交育種：準(zhǔn)性生殖方式雜交四、原生質(zhì)體融合技術(shù)第四節(jié)雜交育種技術(shù)當(dāng)前第44頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)雜交育種一般是指兩個(gè)不同基因型的菌株通過接合或原生質(zhì)體融合使遺傳物質(zhì)重新組合，再?gòu)闹蟹蛛x和篩選出具有新性狀的菌株。一、定義和特點(diǎn)定向雜交后對(duì)誘變劑敏感—消除誘變效應(yīng)飽和改變產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量操作復(fù)雜，技術(shù)要求高，推廣和應(yīng)用受限特點(diǎn)當(dāng)前第45頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)

將兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型個(gè)體的方式，稱為基因重組（generecombination）。二、原理1.理論基礎(chǔ)－基因重組2.重組與雜交的關(guān)系重組→分子水平，雜交→細(xì)胞水平雜交中必然包含著重組；重組則不限于雜交這一形式。當(dāng)前第46頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)

(一)遺傳標(biāo)記

所謂營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株是微生物經(jīng)誘變劑處理后產(chǎn)生的一種生化突變體。由于基因突變，它失去了合成某種物質(zhì)（氨基酸、維生素或核苷酸堿基）的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)，大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株需要補(bǔ)加一定種類的有機(jī)物質(zhì)后才能生長(zhǎng)。

營(yíng)養(yǎng)標(biāo)記菌株（營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株）是最常用的遺傳標(biāo)記之一。三、常規(guī)的雜交育種當(dāng)前第47頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)(二)異核體形成當(dāng)前第48頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)(三)雜合二倍體的形成*提高異核二倍體的培養(yǎng)溫度*用紫外線照射異核體特點(diǎn)：體積、DNA含量明顯大于直接親本；具有較高的酶活性，生長(zhǎng)速率和糖的利用率較快。提高異核體形成雜合二倍體的常用方法：當(dāng)前第49頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)（四）重組1染色體交換發(fā)生在體細(xì)胞的有絲分裂過程中。特點(diǎn)：形成的兩個(gè)子細(xì)胞仍為雙倍體細(xì)胞，但基因型不同。2染色體單倍化當(dāng)前第50頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)基因重組甲

生長(zhǎng)快、產(chǎn)量低乙生長(zhǎng)慢、產(chǎn)量高生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高應(yīng)用

當(dāng)前第51頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)

面包酵母:對(duì)麥芽糖及葡萄糖的發(fā)酵力強(qiáng)，產(chǎn)生CO2多，生長(zhǎng)快；

酒精酵母:產(chǎn)酒率高而對(duì)麥芽糖、葡萄糖的發(fā)酵力弱

雜交:就得到了既能生產(chǎn)酒精，又能將其殘余菌體用作面包廠和家用發(fā)面酵母的優(yōu)良菌種。當(dāng)前第52頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)四、原生質(zhì)體融合用脫壁酶處理，將微生物細(xì)胞壁除去，制成原生質(zhì)體，再用聚乙二醇（PEG）促進(jìn)原生質(zhì)體融合，從而獲得異核體或重組子，這一技術(shù)叫原生質(zhì)體融合。當(dāng)前第53頁(yè)\共有57頁(yè)\編于星期五\8點(diǎn)（一）原生質(zhì)體融合育種步