微生物的生長與控制-微生物的菌種選育（食品微生物學課件）

微生物的菌種選育目錄/Contents01菌種選育的概念02菌種選育的步驟03菌種選育的后續(xù)工作微生物的菌種選育01菌種選育的概念菌種選育，就是利用微生物遺傳物質(zhì)變異的特性，采用各種手段，改變菌種的遺傳性狀，經(jīng)篩選獲得新的適合生產(chǎn)的菌株，以提高產(chǎn)品質(zhì)量或發(fā)展新品種。在應用微生物加工制造和發(fā)酵生產(chǎn)各種食品及其代謝產(chǎn)物時，首先要挑選符合生產(chǎn)要求的菌種，這是選種工作的任務。其次是根據(jù)菌種的遺傳特點，改良已有菌種的生產(chǎn)性能，使產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量不斷提高，或使它更適應于工藝的要求，這是育種工作的任務。02菌種選育的步驟生產(chǎn)上使用的微生物菌種，最初都是從自然界中篩選出來的。自然界的微生物種類非常多，分布極廣，它們在自然界多是以混雜的形式群居在一起的。要從自然界找到我們需要的菌種，就必須把它從許許多多不同的雜菌中分離出來，然后根據(jù)生產(chǎn)上的要求和菌種的特性，采用各種不同的篩選方法，挑選出性能良好，符合生產(chǎn)要求的純種。自然界工業(yè)菌種分離篩選的主要步驟有采樣、增殖培養(yǎng)、純種分離和性能測定等幾個步驟。如果產(chǎn)物與食品制造有關(guān)，還需對菌種進行毒性鑒定。02菌種選育的步驟（1）采樣由于土壤是微生物生活的大本營，其中包括各種各樣的微生物，因此，如果我們不知道生產(chǎn)某種產(chǎn)品的微生物屬類及某些特征時，一般都可以土壤為樣品進行分離。一般離表層5～15cm深處的微生物數(shù)量最多。如果我們知道所需菌種的明顯特征，則可直接采樣。例如分離啤酒酵母可直接從酒廠的酒糟中采樣；分離抗噬菌體的新菌株可以從污染噬菌體的發(fā)酵液中采樣；分離能利用糖質(zhì)原料、耐高滲的酵母菌可以采集加工蜜餞、糖果、蜂蜜的環(huán)境土壤等。02菌種選育的步驟（1）采樣采樣應充分考慮采樣的季節(jié)性和時間因素，以溫度適中、雨量不多的秋初為好。采樣的方法是在選好合適地點后，用小鏟子除去表層土，然后用無菌刮鏟、土樣采集器等取離地面5～15cm的土壤幾十克，盛人預先消毒過的牛皮紙袋、聚乙烯袋或玻璃瓶中，扎好并標上樣本的種類、采樣的地點、時間以及環(huán)境情況等，以備查考。02菌種選育的步驟（2）增殖培養(yǎng)在一般情況下，采來的樣品都可直接進行分離。但如果樣品中我們所需要的微生物數(shù)量不夠多時，就得設(shè)法增加所要菌種的數(shù)量，以增加分離的機率，這種人為的增加該菌種數(shù)量的方法稱為增殖培養(yǎng)法(也叫富集培養(yǎng)法)。02菌種選育的步驟（2）增殖培養(yǎng)培養(yǎng)基*中添加物的量/g培養(yǎng)條件采集樣品待分離微生物pH值供氧條件------------------------------尿素50葡萄糖20葡萄糖20+碳酸鈣20葡萄糖20葡萄糖20+碳酸鈣20乙醇40+乳酸鈣207.07.07.08.52.56.57.07.06.0通氣通氣厭氧通氣厭氧厭氧通氣厭氧通氣土壤80℃熱處理10min的土壤80℃熱處理10min的土壤80℃熱處理10min的土壤土壤牛乳土壤、下水污泥、糞便乳酪果實、未滅菌的啤酒需氧的氨基酸氧化菌芽孢桿菌梭狀芽孢桿菌耐堿性尿素分解菌厭氧八疊球菌乳酸菌大腸桿菌丙酸菌醋酸菌某些細菌增殖培養(yǎng)條件的控制02菌種選育的步驟（3）純種分離通過增殖培養(yǎng)，具有某一特性的微生物大量存在，但它不是唯一的，仍有其他類型的微生物與其混雜生長。為了取得所需微生物的純種，就必須對此進行分離和純化，常用的純種分離方法有稀釋分離法、平板劃線分離法和組織分離法3種。02菌種選育的步驟（4）純種培養(yǎng)純培養(yǎng)是將分離到的目的菌種接種到試管斜面上培養(yǎng)擴大的培養(yǎng)方法。經(jīng)過分離培養(yǎng)，在平板上出現(xiàn)很多單個菌落，通過菌落形態(tài)觀察，選出所需菌落，然后對其進行菌體形態(tài)鑒定，對于符合目的菌特性的菌落，可轉(zhuǎn)移到試管斜面純培養(yǎng)?？紤]到每個菌落的生產(chǎn)能力差別，往往同類菌株盡量多保存些斜面。02菌種選育的步驟（5）生產(chǎn)性能測定從自然界中分離得到的純種稱為野生型菌株，它只是篩選的第一步，所得菌種是否具有生產(chǎn)上的實用價值，能否作為生產(chǎn)菌株，還必須采用與生產(chǎn)相近的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件，通過三角瓶進行小型發(fā)酵試驗進行發(fā)酵生產(chǎn)性能的測定，然后才能決定取舍。03菌種選育的后續(xù)工作剛從自然界分離篩選出來的菌種，一般來講，其發(fā)酵生產(chǎn)活力往往還是比較低的，不能夠達到生產(chǎn)的要求。因此還必須經(jīng)過多次重復篩選，結(jié)合研究它們在形態(tài)和生理上的特點，找出它們生長和發(fā)酵生產(chǎn)的最適培養(yǎng)條件，并進行菌種的選育工作以便滿足生產(chǎn)之需要。微生物的遺傳與變異目錄/Contents01遺傳與變異的概念02遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)03遺傳物質(zhì)在細胞內(nèi)存在方式環(huán)境因素對微生物生長的影響微生物的遺傳與變異01遺傳與變異的概念遺傳（heredity）:上一代生物將自身的一整套遺傳基因穩(wěn)定地傳遞給下一代的特性。變異（variation）：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下，發(fā)生遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，而且這種改變穩(wěn)定，具有可遺傳性。遺傳保證了微生物種的相對穩(wěn)定性、種的存在和延續(xù)，而變異則推動了種的進化和發(fā)展。遺傳是相對的，變異是絕對的。01遺傳與變異的概念微生物是遺傳學研究中的明星:微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系;很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖;對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。02遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)微生物的遺傳物質(zhì)是核酸，核酸分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。02遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)35S-蛋白質(zhì)（外殼）的噬菌體感染實驗32P-核酸（核心）的噬菌體感染實驗02遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)煙草花葉病毒（TMV）重建實驗03遺傳物質(zhì)在細胞內(nèi)存在方式染色體核酸基因和密碼子核苷酸微生物的誘變育種目錄/Contents01誘變育種的概念02誘變育種的環(huán)節(jié)03誘變育種的步驟04誘變育種的注意事項微生物的誘變育種01誘變育種的概念誘變育種就是利用物理的或化學誘變劑處理均勻分散的微生物群體，促進其突變頻率大幅度提高，從中挑選少數(shù)符合育種目的的突變菌株，以供生產(chǎn)實踐或科學實驗之用。誘變育種的主要手段是使用合適的誘變劑處理大量而分散的微生物細胞，在引起絕大多數(shù)細胞死亡，使存活細胞的突變頻率迅速提高，再設(shè)計既簡單、快速又高效的篩選方法，進而淘汰負突變菌株，并把正突變菌株中少數(shù)變異幅度最大的優(yōu)良菌株巧妙的挑選出來。02誘變育種的環(huán)節(jié)2個主要環(huán)節(jié)：誘變（隨機）選用合適的誘變劑和誘變劑量處理大量均勻、分散的微生物細胞，以引起絕大多數(shù)細胞致死的同時，使存活個體中的突變頻率大大提高。篩選（定向）設(shè)計有效的篩選方法，將少量正突變株中的優(yōu)良菌株挑選出來。03誘變育種的步驟確定出發(fā)菌株同步培養(yǎng)制備單細胞(或單抱子)菌懸液挑取疑似突變菌落純培養(yǎng)平板分離誘變處理誘變劑的選擇與確定誘變劑量菌種的純化選優(yōu)突變株的初步篩選重復篩選選出突變株出發(fā)菌株的性能測定活菌濃度測定計突變菌落數(shù)，計算突變率用簡單快捷的方法搖瓶發(fā)酵試驗04誘變育種的注意事項（1）出發(fā)菌株的選擇出發(fā)菌株指用于誘變育種的起始菌株。出發(fā)菌株的選擇標準：具有有利性狀（如高產(chǎn)、生長速度快、營養(yǎng)要求粗放、標記明顯等），對誘變劑敏感。出發(fā)菌株的來源：野生型菌株；從生產(chǎn)中選育的自發(fā)突變菌株；誘變獲得的高產(chǎn)菌株04誘變育種的注意事項（2）同步培養(yǎng)在誘變育種中，一般采用生理狀態(tài)一致的單細胞或單孢子，所以誘變處理前，菌懸液的細胞應盡可能達到同步生長狀態(tài)。溫度培養(yǎng)基成份控制光照和黑暗交替培養(yǎng)誘導法機械方法離心方法過濾分離法硝酸纖維素濾膜法04誘變育種的注意事項（3）單細胞或單孢子菌懸液的制備菌懸液還要有合適的濃度，一般處理霉菌孢子或酵母菌細胞懸浮液的濃度大約106個／mL左右，放線菌或細菌密度大些，可在108個／mL左右。懸浮液的細胞數(shù)可用平板活菌計數(shù)，也可用血球計數(shù)器或光密度法測定，但以平板活菌計數(shù)較為準確。04誘變育種的注意事項（4）誘變劑選擇與誘變劑劑量確定①誘變劑的選擇（高效，簡便）物理誘變劑：頻度低、大損傷，難修復，且操作簡便；化學誘變劑：頻度高，點突變，易回復突變，操作麻煩。

(NTG——超誘變劑）UV是最常用的一種誘變劑。04誘變育種的注意事項（4）誘變劑選擇與誘變劑劑量確定②劑量的選擇最適劑量：在提高突變率的基礎(chǔ)上，既能擴大變異幅度，又能使變異向正突變范圍移動的劑量。突變率隨劑量的增加而提高，但到達一定程度后，再提高劑量,反而會使突變率下降。正變較多出現(xiàn)在偏低劑量中，而負變較多出現(xiàn)在偏高劑量中。在產(chǎn)量變異工作中，常采用相對殺菌率為70~75%,甚至30~70%的劑量。04誘變育種的注意事項（5）分離和篩選近年來，人們?yōu)榱丝s短篩選周期，盡量減少不必要的工作量，往往對篩選方法加以簡化，以代替大量的搖瓶培養(yǎng)工作，并將初篩與復篩兩個