《食品微生物學(xué)》課件第四章 微生物遺傳與菌種選育

微生物遺傳與菌種選育

第四章微生物遺傳與菌種選育

4.1微生物遺傳變異4.2微生物的菌種選育

4.3微生物菌種的保藏及復(fù)壯微生物遺傳與菌種選育4.1微生物遺傳變異

4.1.1遺傳與變異概念遺傳與變異是生物體最基本的特征，也是微生物菌種選育的理論基礎(chǔ)。遺傳是指親代傳遞給子代一套實(shí)現(xiàn)與其相同性狀的遺傳信息，這種信息只有當(dāng)子代個(gè)體生活在合適的環(huán)境下，才能表達(dá)出與親代間相似、連續(xù)的性狀。變異是指子代個(gè)體因生活環(huán)境和其他因素發(fā)生改變而與親代間的不連續(xù)、差異性的現(xiàn)象。微生物遺傳與菌種選育4.1.2遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)——核酸生物體的遺傳物質(zhì)究竟是細(xì)胞內(nèi)的什么物質(zhì)？直到20世紀(jì)40年代，先后有三個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，人們才普遍認(rèn)識(shí)核酸（DNA或RNA）是真正的遺傳物質(zhì)。4.1.2.1三個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)（1）肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1928年，英國(guó)科學(xué)家Grif-fith在進(jìn)行肺炎雙球菌的研究中發(fā)現(xiàn)：一種肺炎雙球菌的野生型有毒力、產(chǎn)莢膜、菌落光滑，稱為S型菌落。其突變型無(wú)毒、不產(chǎn)莢膜、菌落粗糙，稱為R型菌落。微生物遺傳與菌種選育Griffith以R型和S的型菌株進(jìn)行遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)：他將活的、無(wú)毒的R型肺炎雙球菌和加熱殺死的有毒S型肺炎雙球菌注入小白鼠體內(nèi)，結(jié)果小白鼠安然無(wú)恙；將活的、有毒的S型肺炎雙球菌和將大量經(jīng)加熱致死的有毒的S型肺炎雙球菌以及無(wú)毒、活的R型肺炎雙球菌混合后分別注射到小白鼠體內(nèi)，結(jié)果小白鼠患病死亡。Griffith稱這一現(xiàn)象為轉(zhuǎn)化作用(圖5-1)。進(jìn)而對(duì)小白鼠進(jìn)行心血分離細(xì)胞培養(yǎng)，其結(jié)果為：加熱致死S菌不生長(zhǎng)；活的R菌長(zhǎng)出R菌；熱死S菌和活的R菌長(zhǎng)出大量的活R型菌和少量的S型菌。實(shí)驗(yàn)表明，加熱致死的S型菌細(xì)胞內(nèi)可能有一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過(guò)某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞并轉(zhuǎn)化產(chǎn)生S型菌，同時(shí)使R型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，這種轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（轉(zhuǎn)化因子）是什么，Griffith對(duì)此并未做出回答。微生物遺傳與菌種選育圖5-1肺炎雙球菌動(dòng)物轉(zhuǎn)化試驗(yàn)微生物遺傳與菌種選育1944年Avery等人在Griffith工作的基礎(chǔ)上，從加熱致死的S型肺炎雙球菌中提取了莢膜多糖、蛋白質(zhì)、RNA和DNA，分別將它們和R型活菌混合，在動(dòng)物體外進(jìn)行培養(yǎng)，觀察哪種物質(zhì)變化能引起轉(zhuǎn)化作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有DNA能起這種作用，而經(jīng)DNA酶處理后，轉(zhuǎn)化現(xiàn)象消失（圖5-2）。1944年Avery等人從熱死S型肺炎雙球菌中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，并在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：

活R菌+S菌的DNA長(zhǎng)出S菌活R菌+S菌的DNA和DNA酶以外的酶長(zhǎng)出S菌活R菌+S菌的DNA和DNA酶長(zhǎng)出R菌活R菌+S菌的RNA長(zhǎng)出R菌活R菌+S菌的莢膜多糖長(zhǎng)出R菌活R菌+S菌的蛋白質(zhì)長(zhǎng)出R菌圖5-2肺炎雙球菌動(dòng)物體外轉(zhuǎn)化試驗(yàn)微生物遺傳與菌種選育實(shí)驗(yàn)表明，只有S型細(xì)菌的DNA才能將肺炎雙球菌的R型轉(zhuǎn)化為S型。純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的是遺傳因子，即DNA才是轉(zhuǎn)化因子。決定微生物遺傳的物質(zhì)也只有DNA。微生物遺傳與菌種選育（2）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)1952年，Hershey和Chase利用同位素對(duì)大腸桿菌的吸附、增殖和釋放實(shí)驗(yàn)研究。因T2噬菌體由含硫元素的蛋白質(zhì)外殼和含磷元素的DNA核心組成，所以可以用32P或35S標(biāo)記T2噬菌體，分別得到32P的T2和35S的T2。將這些標(biāo)記的噬菌體與大腸桿菌混合，經(jīng)短時(shí)間保溫后，T2完成吸附和侵入過(guò)程，經(jīng)組織搗碎器搗碎、離心沉淀，分別測(cè)定沉淀物和上清液中的同位素標(biāo)記。微生物遺傳與菌種選育結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的32P都和細(xì)菌一起出現(xiàn)在淀淀物中，而所有的35S都在上清液中（圖5-3）。這也就意味著，大腸桿菌噬菌體侵染大腸桿菌時(shí)，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼完全留在菌體外，而只有DNA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)使整個(gè)T2噬菌體復(fù)制完成。最后從細(xì)胞中釋放出上百個(gè)具有與親代相同的蛋白質(zhì)外殼的完整的子代噬菌體。從而進(jìn)一步證實(shí)了DNA才是全部遺傳物質(zhì)的本質(zhì)。微生物遺傳與菌種選育圖5-332P和35S標(biāo)記噬菌體感染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)微生物遺傳與菌種選育（3）植物病毒重建實(shí)驗(yàn)1956年，F(xiàn)raenkel-Corat用煙草花葉病毒(TobaccoMosaicVirus,TMV)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。TMV病毒由筒狀的蛋白質(zhì)外殼包裹著一條單鏈RNA分子組成。把TMV在水和苯酚溶液中振蕩，使蛋白質(zhì)和RNA分開(kāi)，純化后分別感染煙草，結(jié)果只有RNA能感染煙草，表現(xiàn)出病害癥狀，而蛋白質(zhì)部分卻不能感染煙草。TMV具有許多不同的株系，由于蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同，因而引起的病狀不同。微生物遺傳與菌種選育從圖5-4可以看出，當(dāng)用TMV的RNA與HRV（霍氏車前花葉病毒）的蛋白質(zhì)外殼重建后的雜合病毒去感染煙草時(shí),煙葉上出現(xiàn)的是典型的TMV病斑，由此分離的蛋白質(zhì)與TMV相似，分離出來(lái)的新病毒也是典型的TMV病毒。反之，用HRV的RNA與TMV的蛋白質(zhì)外殼進(jìn)行重建時(shí)，也可獲得相同的結(jié)論。這就充分說(shuō)明，核酸（這里為RNA）是病毒的遺傳物質(zhì)。因此，我們可以確信無(wú)疑地得出結(jié)論，只有核酸才是遺傳信息的真正物質(zhì)。微生物遺傳與菌種選育圖5-4TMV重建實(shí)驗(yàn)示意圖微生物遺傳與菌種選育4.1.2.2遺傳物質(zhì)存在方式（1）細(xì)胞水平從細(xì)胞水平看，無(wú)論是原核微生物還是真核微生物，遺傳物質(zhì)全部或大部分DNA都集中在細(xì)胞核或核區(qū)中。不同的微生物細(xì)胞或是同種微生物的不同類型細(xì)胞中，細(xì)胞核的數(shù)目是不同的。在細(xì)菌和酵母菌中，盡管在高速生長(zhǎng)階段出現(xiàn)多核現(xiàn)象，但最終一個(gè)細(xì)胞只有一個(gè)核，部分霉菌和放線菌的菌絲細(xì)胞往往是多核的。微生物遺傳與菌種選育在真核微生物的細(xì)胞核中，DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起形成染色體，外包裹一層核膜，從而構(gòu)成的在光學(xué)顯微鏡下清晰可見(jiàn)的完整細(xì)胞核。如霉菌、酵母菌、藻類和原生動(dòng)物等。而原核微生物的細(xì)胞核無(wú)核膜，DNA在細(xì)胞內(nèi)以核質(zhì)體的形式存在。如細(xì)菌、放線菌和藍(lán)細(xì)菌等，也有人把沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒稱為原核微生物。微生物遺傳與菌種選育真核微生物的每個(gè)細(xì)胞核中的染色體數(shù)目較多，且其數(shù)目隨著種類的不同而不同；而原核微生物中，核區(qū)只有一個(gè)由裸露的DNA構(gòu)成的，光學(xué)顯微鏡下無(wú)法看到的、一般呈環(huán)狀的染色體。除此之外，染色體的套數(shù)也有不同。如果在一個(gè)細(xì)胞中只有一套相同功能的染色本，它就是一個(gè)單倍體。在自然界中發(fā)現(xiàn)的微生物，多數(shù)都是單倍體，高等動(dòng)植物的性細(xì)胞都是單倍體；反之，包含著兩套相同功能染色體的細(xì)胞，就稱雙倍體。如高等動(dòng)植物的體細(xì)胞，少數(shù)微生物（如啤酒酵母）的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞及由兩個(gè)單倍體的性細(xì)胞接合或體細(xì)胞結(jié)合后所形成的合子等都是雙倍體。微生物遺傳與菌種選育（2）分子水平在細(xì)胞核中，微生物的遺傳物質(zhì)是核酸，除部分病毒（大多數(shù)為植物病毒）的遺傳物質(zhì)是RNA外，大多數(shù)微生物的遺傳物質(zhì)是DNA，即在DNA大分子上存在著決定某些遺傳性狀的特定區(qū)段——基因，它的物質(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)具有特定核苷酸順序的核酸區(qū)段。一個(gè)基因是由若干個(gè)核苷酸堿基組成的三聯(lián)密碼子所構(gòu)成的。生物體內(nèi)的無(wú)數(shù)蛋白質(zhì)是生物體各種生理功能的執(zhí)行者，但是蛋白質(zhì)并不能自我復(fù)制，它是由DNA分子結(jié)構(gòu)上的遺傳信息來(lái)合成的。微生物遺傳與菌種選育其過(guò)程是首先通過(guò)轉(zhuǎn)錄作用將DNA上的遺傳信息轉(zhuǎn)錄到mRNA上去，形成一條與DNA堿基互補(bǔ)的mRNA鏈，然后再通過(guò)轉(zhuǎn)譯作用由mRNA上的三聯(lián)密碼順序去決定蛋白質(zhì)上的氨基酸的排列順序。這一過(guò)程就是轉(zhuǎn)錄與翻譯。DNA上的特定的核苷酸排列如同遺傳密碼，負(fù)載了所有的遺傳信息?；?qū)嶋H上是一個(gè)具有遺傳功能的核酸片段，密碼子則是遺傳信息的信息單位，而構(gòu)成核酸的基本單位則是核苷酸。在絕大多數(shù)生物的DNA中，都只有四種核苷酸，它們之間唯一區(qū)別就是具有四種不同的堿基。微生物遺傳與菌種選育4.1.2微生物基因突變基因突變指生物體內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。它包括基因突變和染色體畸變。在微生物中，基因突變是最常見(jiàn)、最重要的。4.1.2.1基因突變類型（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型指微生物經(jīng)基因突變引起的代謝障礙而必須添加某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)才能正常生長(zhǎng)的突變型。這種突變型在科研和生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。微生物遺傳與菌種選育（2）條件致死突變型指微生物經(jīng)基因突變后，在某一條件下呈現(xiàn)致死效應(yīng)，而在另一種條件下卻不表現(xiàn)致死效應(yīng)的突變型。如溫度敏感突變型。（3）形態(tài)突變型指由于突變而引起的細(xì)胞形態(tài)變化或菌落形態(tài)的改變的非選擇變異。如孢子有無(wú)、孢子顏色、鞭毛有無(wú)、莢膜有無(wú)、菌落的大小、外形的光滑、粗糙等。（4）抗性突變型由于基因突變而使原始菌株產(chǎn)生了對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性的變異類型。根據(jù)其抵抗的對(duì)象又分抗藥性、抗紫外線、抗噬菌體等突變類型。這些突變類型在遺傳學(xué)研究中非常有價(jià)值，常被用作選擇性標(biāo)記菌種。微生物遺傳與菌種選育（5）產(chǎn)量突變型通過(guò)基因突變而獲得有用的代謝產(chǎn)物在產(chǎn)量上高于原始菌株的突變株，也稱高產(chǎn)突變株，這在發(fā)酵食品生產(chǎn)及抗生素生產(chǎn)中十分重要。但由于產(chǎn)量性狀是由許多遺傳因子決定的，因此產(chǎn)量突變型的突變機(jī)制是很復(fù)雜的，產(chǎn)量的提高也是逐步積累的。產(chǎn)量突變型實(shí)際上有兩種類型：一類是某代謝產(chǎn)物比原始菌株有明顯提高的，可稱為“正突變”；另一類是產(chǎn)量比其親本有所降低，即稱為“負(fù)突變”。（6）其他突變型如毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物的種類和數(shù)量以及對(duì)某種藥物的依賴等的突變型。微生物遺傳與菌種選育4.1.2.2基因突變的特點(diǎn)（1）自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性自發(fā)性是指微生物各種性狀的突變都可以在在沒(méi)有任何人為的誘變因素的作用下自發(fā)產(chǎn)生。不對(duì)應(yīng)性是指基因突變的性狀與引起突變的因素之間無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。任何誘變因素或通過(guò)自發(fā)突變都可以獲得任何性狀的突變株。如紫外線誘變下可以出現(xiàn)抗紫外線的菌株，但是通過(guò)其他誘變因素或自發(fā)突變也可能獲得同樣的抗紫外線的菌株。同樣，用其他方法引起的突變也可能是任何性狀的突變。微生物遺傳與菌種選育（2）自發(fā)突變概率低雖然自發(fā)突變隨時(shí)都可以發(fā)生，但是突變的頻率是很低的，自發(fā)突變率一般在10—6～10—9之間。盡管基因突變的概率很低，但是微生物的數(shù)量非常巨大，微生物的自發(fā)突變是存在的。（3）獨(dú)立性突變對(duì)每個(gè)細(xì)胞是隨機(jī)的，對(duì)每個(gè)基因也是隨機(jī)的。每個(gè)基因的突變是獨(dú)立的，既不受其他基因突變的影響，也不會(huì)影響其他基因的突變。微生物遺傳與菌種選育（4）穩(wěn)定性由于基因突變使遺傳物質(zhì)發(fā)生了變化，所以突變產(chǎn)生的新的變異性狀是穩(wěn)定的，也是可遺傳的。（5）誘變性通過(guò)人為的誘變劑作用，可將突變率提高10～106倍。由于誘變劑僅僅是提高突變率，所以自發(fā)突變和誘發(fā)突變所獲得的突變菌株并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。（6）可逆性任何突變產(chǎn)生的性狀在以后的遺傳中仍可能由于突變回復(fù)到原先的性狀，實(shí)驗(yàn)證明，回復(fù)突變的概率與突變概率基本是相同微生物遺傳與菌種選育4.1.3微生物基因重組將兩個(gè)不同性狀的個(gè)體細(xì)胞內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移在一起，經(jīng)過(guò)遺傳分子間的重新組合，形成新的遺傳型個(gè)體的過(guò)程，稱基因重組或遺傳重組。在基因重組時(shí)，不發(fā)生任何堿基對(duì)結(jié)構(gòu)上的變化。重組后生物體新的遺傳性狀的出現(xiàn)完全是基因重組的結(jié)果。基因重組是分子水平上的概念，可以理解成是遺傳物質(zhì)分子水平上的雜交，而雜交則是細(xì)胞水平的概念。雜交必然包含有重組，而重組則不僅限于雜交一種形式。它可以在人為設(shè)計(jì)的條件下發(fā)生，使之服務(wù)于人類育種的目的。微生物遺傳與菌種選育4.1.3.1原核微生物的基因重組原核微生物的基因重組方式主要有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和溶原轉(zhuǎn)變等四種。（1）轉(zhuǎn)化(transformation)是指一個(gè)受體細(xì)胞吸收來(lái)自另一供體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)（DNA片段），通過(guò)交換組合把它整和到自己的基因組中去，從而獲得了后者某些遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化后的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子，供體菌的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子。呈質(zhì)粒狀態(tài)的轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化頻率最高。微生物遺傳與菌種選育受體細(xì)胞只有在感受態(tài)的情況下才能吸收轉(zhuǎn)化因子。感受態(tài)是指細(xì)胞能從環(huán)境中接受轉(zhuǎn)化因子的這一生理狀態(tài)。處于感受態(tài)的細(xì)菌，其吸收DNA的能力比一般細(xì)菌大1000倍。感受態(tài)可以產(chǎn)生，也可以消失。感受態(tài)的出現(xiàn)受該菌株的遺傳特性、生理狀態(tài)（如菌齡等）、培養(yǎng)環(huán)境等的影響。例如肺炎雙球菌的感受態(tài)出現(xiàn)在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的中后期，枯草芽孢桿菌等細(xì)菌則出現(xiàn)在對(duì)數(shù)期末和穩(wěn)定初期。轉(zhuǎn)化時(shí)在培養(yǎng)基中加入環(huán)腺苷酸(cAMP)可以使感受態(tài)水平提高近萬(wàn)倍。微生物遺傳與菌種選育具體轉(zhuǎn)化過(guò)程如下：先從供體菌提取DNA片段，接著DNA片段與感受態(tài)受體菌的細(xì)胞表面特定位點(diǎn)結(jié)合，在結(jié)合位點(diǎn)上，DNA片段中的一條單鏈逐步降解為核苷酸和無(wú)機(jī)磷酸而解體，另一條鏈逐步進(jìn)入受體細(xì)胞，這是一個(gè)消耗能量的過(guò)程。進(jìn)入受體細(xì)胞的DNA單鏈與受體菌染色體組上同源區(qū)段配對(duì)，而受體菌染色體組的相應(yīng)單鏈片段被切除，并被進(jìn)入受體細(xì)胞的單鏈DNA所取代，隨后修復(fù)合成，連接成部分雜合雙鏈。然后受體菌染色體進(jìn)行復(fù)制，其中雜合區(qū)段被分離成兩個(gè)，一個(gè)類似供體菌，一個(gè)類似受體菌。當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，此染色體發(fā)生分離，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化子。微生物遺傳與菌種選育影響轉(zhuǎn)化效率的因素：受體細(xì)胞的感受態(tài)，它決定轉(zhuǎn)化因子能否被吸收進(jìn)入受體細(xì)胞；受體細(xì)胞的限制酶系統(tǒng)和其他核酸酶，它們決定轉(zhuǎn)化因子在整合前是否被分解；受體和供體染色體的同源性，它決定轉(zhuǎn)化因子的整合。在原核微生物中，轉(zhuǎn)化是一種比較普遍的現(xiàn)象，除肺炎雙球菌外，目前還在嗜血桿菌屬、芽孢桿菌屬、奈氏桿菌屬、葡萄球菌屬、假單孢桿菌屬、黃單孢桿菌屬等以及若干放線菌和藍(lán)細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)具有轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。另外，真核微生物如酵母、粗糙鏈孢霉和黑曲霉中也發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。微生物遺傳與菌種選育（2）轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為媒介，把一個(gè)菌株的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入另一個(gè)菌株，并使這個(gè)菌株獲得另一個(gè)菌株遺傳性狀。轉(zhuǎn)導(dǎo)又分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalized

transduction)是指轉(zhuǎn)導(dǎo)型噬菌體能傳遞供體菌株任何基因。如大腸桿菌P1噬菌體、傷寒沙門氏菌的P22噬菌體等都能進(jìn)行普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。它的轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率為10-5～10-8。能進(jìn)行普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體，含有一個(gè)使供體菌株染色體斷裂的酶。微生物遺傳與菌種選育當(dāng)噬菌體DNA被噬菌體蛋白外殼包裹時(shí)，正常情況下，是將噬菌體本身的DNA包裹進(jìn)蛋白衣殼內(nèi)，但也有異常情況出現(xiàn)，供體染色體DNA

(通常和噬菌體DNA長(zhǎng)度相似)偶然錯(cuò)誤地被包進(jìn)噬菌體外殼，而噬菌體本身的DNA卻沒(méi)有完全包進(jìn)去，裝有供體染色體片段的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。轉(zhuǎn)導(dǎo)顆?？梢愿腥臼荏w菌株，并把供體DNA注入受體細(xì)胞內(nèi)，與受體細(xì)胞的DNA進(jìn)行基因重組，形成部分二倍體。通過(guò)重組，供體基因整合到受體細(xì)胞的染色體上，從而使受體細(xì)胞獲得供體菌的遺傳性狀，產(chǎn)生變異，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。微生物遺傳與菌種選育特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)是指溫和噬菌體侵染而形成的某一溶源細(xì)菌群被誘導(dǎo)裂解時(shí)，其中極少數(shù)個(gè)體的DNA可能與噬菌體的DNA發(fā)生若干特定基因轉(zhuǎn)換，從而被整合到噬菌體的基因組上，當(dāng)該噬菌體周到次感染受體細(xì)胞時(shí)，就使受體細(xì)胞獲得了這一特定遺傳現(xiàn)象。它的轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率為10-6。特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)是在大腸桿菌K12的溫和型噬菌體中被首次發(fā)現(xiàn)的。微生物遺傳與菌種選育（3）接合(conjugation)接合是通過(guò)供體菌和受體菌的直接接觸傳遞遺傳物質(zhì)。接合有時(shí)也稱雜交。在細(xì)菌中，接合現(xiàn)象研究最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌的接合與其細(xì)菌表面的性纖毛有關(guān)，大腸桿菌有雄性和雌性之分，而決定它們性別的是F因子的有無(wú)。F因子又稱致育因子，能促使兩個(gè)細(xì)胞之間的接合，是一種質(zhì)粒。F因子約有6×104對(duì)核苷酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為5×107，約占大腸桿菌總DNA含量的2％。F因子具有自主地與細(xì)菌染色體進(jìn)行同步復(fù)制和轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞中去的能力。它既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可以整合到染色體基因組上；它既可以通過(guò)接合而獲得，也可以通過(guò)理化因素的處理而從細(xì)胞中消除微生物遺傳與菌種選育雌性細(xì)菌不含F(xiàn)因子，稱為F-菌株，雄性含有F因子，并且根據(jù)F因子在細(xì)胞中存在情況的不同而有不同名稱，例如，一種雄性細(xì)胞含有游離在細(xì)胞染色體之外的F因子，這樣的細(xì)菌稱為F+菌株；；另一種雄性細(xì)胞的F因子被整合在細(xì)菌染色體上，成為細(xì)菌染色體的一部分，不呈游離狀態(tài)的，這種細(xì)菌稱為Hfr菌株(high

frequency

recombination)，即高頻重組菌株；還有一種是F因子能被整合到細(xì)胞核DNA上，也能從上面脫落下來(lái)，呈游離存在，但在脫落時(shí)，F(xiàn)因子有時(shí)能帶一小段細(xì)胞核DNA，這種含有游離存在的但又帶有一小段細(xì)胞核DNA的F因子的細(xì)菌稱為F′菌株。上述三種雄性菌株與雌性菌株接合時(shí)，將產(chǎn)生三種不同的結(jié)果：微生物遺傳與菌種選育①F+菌株與F-菌株接合的結(jié)果是產(chǎn)生兩個(gè)F+，其接合過(guò)程為：F+

菌株的F因子的一條DNA單鏈在特定的位置上發(fā)生斷裂，斷裂的單鏈逐漸解開(kāi)，同時(shí)留下另一條環(huán)狀單鏈為模板，通過(guò)模板的旋轉(zhuǎn)，一方面解開(kāi)的一條單鏈通過(guò)性纖毛而推入F-菌株中，另一方面，又在供體細(xì)胞內(nèi)，重新組合成一條新的環(huán)狀單鏈，以取代解開(kāi)的單鏈，此即為滾環(huán)模型。在F-菌株細(xì)胞中，外來(lái)的供體DNA單鏈上也合成一條互補(bǔ)的新DNA鏈，并隨之恢復(fù)成一條環(huán)狀的雙鏈F因子，這樣，F(xiàn)-就變成了F+

菌株。微生物遺傳與菌種選育②F′菌株與F—接合產(chǎn)生二個(gè)F′菌株。F′+F-→F′+F′③Hfr菌株與F-菌株接合的情況比較復(fù)雜。接合結(jié)果也不完全一樣。在大多數(shù)情況下，受體細(xì)菌仍是F-菌株，只有在極少數(shù)情況下，由于遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的完整，受體細(xì)胞才能成為Hfr菌株。其原因如下：當(dāng)Hfr菌株與F-菌株發(fā)生接合時(shí)，Hfr染色體在F因子處發(fā)生斷裂，由環(huán)狀變成線狀。緊接著，由于F因子位于線狀染色體之后，處于末端，所以必然要等Hfr的整條染色體全部轉(zhuǎn)移完后，F(xiàn)因子才能進(jìn)入到F-細(xì)胞。微生物遺傳與菌種選育而由于一些因素的影響，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，Hfr染色體常常發(fā)生斷裂，因此Hfr菌株的許多基因可以進(jìn)入F-菌株，越是前端的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)越多，在F—菌株中出現(xiàn)重組子的時(shí)間就越早，頻率也高。而對(duì)于F因子，其進(jìn)入F-菌株的機(jī)會(huì)很少，引起性別變化的可能性也非常小。這樣Hfr與F-菌株接合的結(jié)果重組頻率雖高，但卻很少出現(xiàn)F+菌株?？傊?，通過(guò)Hfr菌株與F-菌株接合，在大多數(shù)情況下，受體細(xì)菌仍然是F-菌株，只有在極少數(shù)情況下，由于遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移完整，受體細(xì)胞才能成為Hfr菌株。Hfr+F-→Hfr+F-Hfr+F-→Hfr+Hfr微生物遺傳與菌種選育（4）溶原性轉(zhuǎn)變這是一種與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似，但又有本質(zhì)不同的現(xiàn)象。首先是它的溫和型噬菌體不攜帶任何供體菌的基因，其次是這種噬菌體是正常的完整的，而不是異常情況下產(chǎn)生的缺陷型噬菌體。溶原轉(zhuǎn)變的典型例子是不產(chǎn)毒素的白喉棒狀桿菌，菌株被噬菌體侵染而發(fā)生溶原化時(shí)，會(huì)變成產(chǎn)毒素的致病菌株。其他如沙門氏菌、紅曲霉、鏈霉菌等也具有溶原轉(zhuǎn)變的能力。微生物遺傳與菌種選育4.1.3.2真核微生物的基因重組真核微生物的基因重組方式有有性雜交和準(zhǔn)性生殖（1）有性雜交是指在微生物的有性繁殖過(guò)程中，兩個(gè)性細(xì)胞相互接合，通過(guò)質(zhì)配、核配后形成雙倍體的合子，隨之合子進(jìn)行減數(shù)分裂，部分染色體可能發(fā)生交換而進(jìn)行隨機(jī)分配，由此而產(chǎn)生重組染色體及新的遺傳型，并把遺傳性狀按一定的規(guī)律性遺傳給后代的過(guò)程。凡是能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌和霉菌，都能進(jìn)行有性雜交。微生物遺傳與菌種選育（2）準(zhǔn)性生殖是一種類似于有性生殖但比它更原始的一種生殖方式。它可使同一種生物的兩個(gè)不同來(lái)源的體細(xì)胞經(jīng)融合后，不經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂和接合的交替，不產(chǎn)生有性孢子和特殊的囊器，僅導(dǎo)致低頻率的基因重組，重組體細(xì)胞和一般的營(yíng)養(yǎng)體細(xì)胞沒(méi)有什么不同。準(zhǔn)性生殖多見(jiàn)于一般不具典型有性生殖的酵母和霉菌。微生物遺傳與菌種選育4.2微生物的菌種選育菌種選育，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，以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量或得到新的產(chǎn)品。良好的菌種是微生物發(fā)酵工業(yè)的基礎(chǔ)。在應(yīng)用微生物生產(chǎn)各類食品時(shí)，首先是挑選符合生產(chǎn)要求的菌種，其次是根據(jù)菌種的遺傳特點(diǎn)，改良菌株的生產(chǎn)性能，使產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量不斷提高。如發(fā)現(xiàn)菌種的性能下降時(shí)，還要設(shè)法使它復(fù)壯。最后還要有合適的工藝條件和合理先進(jìn)的設(shè)備與之配合，這樣菌種的優(yōu)良性能才能充分發(fā)揮。微生物遺傳與菌種選育4.2.1從自然界中分離菌種的步驟生產(chǎn)上使用的微生物菌種，最初都是從自然界中篩選出來(lái)的。自然界的微生物種類多，分布廣，它們?cè)谧匀唤绱蠖嗍且曰祀s的形式群居于一起的。而現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)是以純種培養(yǎng)為基礎(chǔ)，故首先必須把我們所需要的菌從許許多多的雜菌中分離出來(lái)，然后采用各種不同的篩選手段，挑選出性能良好、符合生產(chǎn)需要的純種是工業(yè)育種的關(guān)鍵一步。自然界工業(yè)菌種分離篩選的主要步驟是：采樣、增殖培養(yǎng)、培養(yǎng)分離和篩選。如果產(chǎn)物與食品制造有關(guān)，還需對(duì)菌種進(jìn)行毒性鑒定。微生物遺傳與菌種選育4.2.1.1采樣以采集土壤為主，也可以從植物腐敗物及某些水域中采樣。從何處采樣，這要根據(jù)選菌的目的、微生物的分布狀況及菌種的特征與外界環(huán)境關(guān)系等，進(jìn)行綜合地、具體地分析來(lái)決定。由于土壤是微生物生活的“大本營(yíng)”，其中包括各種各樣的微生物，但微生物的數(shù)量和種類常隨土質(zhì)的不同而不同。一般在有機(jī)質(zhì)較多的肥沃土壤中，微生物的數(shù)量最多，中性偏堿的土壤以細(xì)菌和放線菌為主，酸性紅土壤及森林土壤中霉菌較多，果園、菜園和野果生長(zhǎng)區(qū)等富含碳水化合物的土壤和沼澤地中，酵母和霉菌較多，淺層土比深層土中的微生物多，一般離表層5～15cm深處的微生物數(shù)量最多。微生物遺傳與菌種選育采樣應(yīng)充分考慮采樣的季節(jié)性和時(shí)間因素，以溫度適中，雨量不多的秋初為好。采樣方式是在選好適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)后，用無(wú)菌刮鏟、土樣采集器等，采集有代表性的樣品盛入清潔的聚乙烯袋、牛皮袋或玻璃瓶中，扎好并標(biāo)上樣本的種類及采集日期、地點(diǎn)以及采集地點(diǎn)的地理、生態(tài)參數(shù)等。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)境土壤樣本；分離利用石蠟、烷烴、芳香烴的微生物可以從油田中采樣；分離啤酒酵母可以直接從酒廠的酒糟中分離等。微生物遺傳與菌種選育4.2.1.2增殖培養(yǎng)一般情況下，采來(lái)的樣品可以直接進(jìn)行分離，但是如果樣品中我們所需要的菌類含量并不很多，就要設(shè)法增加所要菌種的數(shù)量，以增加分離的機(jī)率。增加該菌種的數(shù)量，這種人為的方法稱為增殖培養(yǎng)（又叫富集培養(yǎng)法）。進(jìn)行增殖培養(yǎng)是根據(jù)所分離菌種的培養(yǎng)條件、生理特性來(lái)確定特定的增殖條件，其手段是通過(guò)選擇性培養(yǎng)基控制營(yíng)養(yǎng)條件、生長(zhǎng)條件、加入一定的抑制劑等，其目的是使其他微生物盡量處于抑制狀態(tài)，要分離的微生物（目的微生物）能正常生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)多次增殖后成為優(yōu)勢(shì)菌群。微生物遺傳與菌種選育4.2.1.3純種分離通過(guò)增殖培養(yǎng)，雖然目的微生物大量存在，但它不是唯一的，仍有其他微生物與其混雜生長(zhǎng)狀態(tài)，因此還必須分離和純化。常用的純種分離方法有稀釋分離法、劃線分離法和組織分離法。（1）稀釋分離法將樣品進(jìn)行適當(dāng)稀釋，然后將稀釋液涂布于培養(yǎng)基平板上進(jìn)行培養(yǎng)，待長(zhǎng)出獨(dú)立的單個(gè)菌落，進(jìn)行挑選分離。微生物遺傳與菌種選育（2）劃線分離法首先倒培養(yǎng)基平板，然后用接種針（接種環(huán)）挑取樣品，在平板上劃線。劃線方法可用分步劃線法或一次劃線法，無(wú)論用哪種方法，基本原則是確保培養(yǎng)出單個(gè)菌落。（3）組織分離法主要用于食用菌菌種分離。分離時(shí)，首先用10%漂白粉或75%酒精對(duì)子實(shí)體進(jìn)行表面消毒，用無(wú)菌水洗滌數(shù)次后，移植到培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)基上，于適宜溫度培養(yǎng)數(shù)天后，可見(jiàn)組織塊周圍長(zhǎng)出菌絲，并向外擴(kuò)展生長(zhǎng)。微生物遺傳與菌種選育4.2.1.4純種培養(yǎng)經(jīng)過(guò)分離培養(yǎng)，在平板上出現(xiàn)很多單個(gè)菌落，通過(guò)菌落形態(tài)觀察，選出所需菌落，然后取菌落的一半進(jìn)行菌種鑒定，對(duì)于符合目的菌特性的菌落，可將之轉(zhuǎn)移到試管斜面純培養(yǎng)。4.2.1.5生產(chǎn)性能測(cè)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(shí)用價(jià)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(guò)三角瓶進(jìn)行小型發(fā)酵試驗(yàn)，以求得適合于工業(yè)生產(chǎn)用菌種。如果此野生型菌株產(chǎn)量偏低，達(dá)不到工業(yè)生產(chǎn)的要求，可以留之作為菌種選育的出發(fā)菌株。微生物遺傳與菌種選育4.2.2微生物的誘變育種誘變育種是利用物理和化學(xué)誘變劑處理微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變率在同提高，再?gòu)闹泻Y選出少數(shù)符合育種目的的突變株。誘變育種的主要手段是以合適的誘變劑處理大量而分散的微生物細(xì)胞，在引起大部分細(xì)胞死亡的同時(shí)，使存活細(xì)胞的突變率迅速提高，再設(shè)計(jì)既簡(jiǎn)便、快速又高效的篩選方法，進(jìn)而淘汰負(fù)突變并把正突變中效果最好的優(yōu)良菌株挑選出來(lái)。微生物遺傳與菌種選育誘變育種是國(guó)內(nèi)外提高菌種產(chǎn)量、性能的主要手段。誘變育種具有極其重要的意義，當(dāng)今發(fā)酵工業(yè)所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎都是通過(guò)誘變育種而大大提高了生產(chǎn)性能。其中最突出的例子是青霉素的生產(chǎn)菌種，通過(guò)誘變育種，從最初的幾百發(fā)酵單位提高到目前的幾萬(wàn)的發(fā)酵單位。誘變育種不僅能提高菌種的生產(chǎn)性能而且能改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量、擴(kuò)大品種和簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序等目的。從方法上講，它具有方法簡(jiǎn)便、工作速度快和效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。因此，雖然目前在育種方法上，雜交、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)以及基因工程、原生質(zhì)體融合等方面的研究都在快速地發(fā)展，但誘變育種仍為目前比較主要、廣泛使用的育種手段。微生物遺傳與菌種選育確定出發(fā)菌↓菌種的純化選優(yōu)↓出發(fā)菌株性能測(cè)定同步培養(yǎng)↓制備單細(xì)胞（單孢子）懸液↓誘變劑選擇與誘變劑量的預(yù)試驗(yàn)↓ 誘變處理↓平板分離↓計(jì)形態(tài)變異菌落數(shù)、計(jì)算突變率挑選突變菌落純培養(yǎng)↓突變株的初步篩選↓重復(fù)篩選↓搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)選出突變株進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)4.2.2.1誘變育種的步驟:微生物遺傳與菌種選育（1）出發(fā)菌株的選擇在誘變育種中，出發(fā)菌株的選擇，會(huì)直接影響到最后的誘變效果。具體方法是選取自然界新分離的野生型菌株，它們對(duì)誘變因素敏感，容易發(fā)生變異；選取生產(chǎn)中由于自發(fā)突變而經(jīng)篩選得到的菌株，與野生型菌株相類似，容易達(dá)到較好的誘變效果；這也是誘變育種常用的方法；選取每次誘變處理都有一定提高的菌株，往往多次誘變可能效果迭加，積累更多的提高。（2）同步培養(yǎng)在誘變育種中，處理材料一般采用生理狀態(tài)一致的單孢子或單細(xì)胞，即菌懸液的細(xì)胞應(yīng)盡可能達(dá)到同步生長(zhǎng)狀態(tài)，這稱為同步培養(yǎng)。微生物遺傳與菌種選育（3）單細(xì)胞或單孢子菌懸液的制備在誘變育種中要求待處理的菌懸液呈分散的單細(xì)胞或單孢子狀態(tài)，這樣一方面可以均勻地接觸誘變劑，另一方面又可避免長(zhǎng)出不純的菌落。菌懸液一般可用生理鹽水或緩沖溶液配制，如果是用化學(xué)誘變劑處理，因處理時(shí)

pH值會(huì)變化，必須要用緩沖溶液。除此之外，還應(yīng)注意分散度，方法是先用玻璃珠振蕩分散，再用脫脂棉或?yàn)V紙過(guò)濾，經(jīng)處理，分散度可達(dá)90％以上，供誘變處理較為合適。微生物遺傳與菌種選育（4）誘變劑選擇與誘變劑量確定首先選擇合適的誘變劑，然后確定其使用劑量。常用誘變劑有兩大類：物理誘變劑和化學(xué)誘變劑。

常用的物理誘變劑有紫外線、x射線、γ射線、等離子、快中子、α射線、β射線、超聲波等。常用的化學(xué)誘變劑有堿基類似物、烷化劑、羥胺、吖定類化合物等。

物理誘變劑中最常用的有紫外線，由于紫外線不需要特殊貴重設(shè)備，只要普通的滅菌紫外燈管即能做到，而且誘變效果也很顯著，因此被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)育種。微生物遺傳與菌種選育化學(xué)誘變劑的種類很多，根據(jù)它們對(duì)DNA的作用機(jī)制，可以分為三大類：第一類是烷化劑，例如硫酸二乙酯、亞硝酸、甲基磺酸乙酯、N-甲基-N’-亞硝基胍、亞硝基甲基尿等。第二類是一些堿基類似物，例如

5-溴尿嘧啶、5-氨基尿嘌呤、2-氨基嘌呤、8-氮鳥(niǎo)嘌呤等。第三類是吖啶類。

決定化學(xué)誘變劑劑量的因素主要有誘變劑的濃度、作用溫度和作用時(shí)間。微生物遺傳與菌種選育無(wú)論是物理誘變還是化學(xué)誘變，要確定一個(gè)合適的劑量，通常要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，就一般微生物而言，誘變頻率往往隨劑量的增高而增高，但達(dá)到一定劑量后，再提高劑量會(huì)使誘變頻率下降。根據(jù)對(duì)紫外線、x

射線及乙烯亞胺等誘變劑誘變效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)正突變較多地出現(xiàn)在較低的劑量中。而負(fù)突變則較多地出現(xiàn)在高劑量中，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)經(jīng)多次誘變而提高產(chǎn)量的菌株中，高劑量更容易出現(xiàn)負(fù)突變。因此，在誘變育種工作中，目前較傾向于采用較低劑量。微生物遺傳與菌種選育（5）

分離和篩選近年來(lái)，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(duì)篩選方法加以簡(jiǎn)化，以代替大量的搖瓶培養(yǎng)工作，并將初篩和復(fù)篩兩個(gè)階段結(jié)合在一起進(jìn)行，其目的是利用形態(tài)突變直接淘汰低產(chǎn)變異菌株和利用平皿反應(yīng)直接挑取高產(chǎn)變異菌株。平皿反應(yīng)是指每個(gè)變異菌落產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物與培養(yǎng)基內(nèi)的指示物在培養(yǎng)基平板上作用后表現(xiàn)出一定的生理效應(yīng)，如變色圈、透明圈、生長(zhǎng)圈、抑菌圈等，這些效應(yīng)的大小表示變異菌株生產(chǎn)活力的高低，以此作為篩選的標(biāo)志。常用的方法有紙片培養(yǎng)顯色法、透明圈法、瓊脂塊培養(yǎng)法等。微生物遺傳與菌種選育4.2.2.2營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選在誘變育種工作中，營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變體的篩選及應(yīng)用有著十分重要的意義。營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株是指通過(guò)誘變而產(chǎn)生的缺乏合成某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶堿基等)的能力，必須在其基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)缺陷的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)才能正常生長(zhǎng)繁殖的變異菌株。其變異前的菌株稱為野生菌株。

微生物遺傳與菌種選育凡是能滿足野生菌株正常生長(zhǎng)的最低成分的合成培養(yǎng)基，稱為基本培養(yǎng)(MM)；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)，如蛋白質(zhì)、酵母膏等，能滿足各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基，稱為完全培養(yǎng)基(CM)；在基本培養(yǎng)基中只是有針對(duì)性的加入某一種或某幾種自身不能合成的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，以滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，稱為補(bǔ)充培養(yǎng)基(SM)。

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的篩選一般要經(jīng)過(guò)誘變、淘汰野生型菌株、檢出缺陷型和確定生長(zhǎng)譜四個(gè)環(huán)節(jié)。微生物遺傳與菌種選育4.2.3食品工業(yè)微生物的雜交育種雜交育種是指將兩個(gè)基因型不同的菌株的有性孢子或無(wú)性孢子及其細(xì)胞，互相聯(lián)結(jié)、細(xì)胞核融合，隨后細(xì)胞核進(jìn)行減數(shù)分裂或有絲分裂，遺傳性狀出現(xiàn)分離和重新組合的現(xiàn)象，產(chǎn)生具有各種新性狀的重組體，然后經(jīng)分離和篩選，獲得符合要求的生產(chǎn)菌株。由此可見(jiàn)，微生物的雜交現(xiàn)象包括有性雜交及菌體細(xì)胞重組兩個(gè)方面。微生物遺傳與菌種選育盡管一些優(yōu)良菌種的選育主要是采用誘變育種的方法，但是某一菌株長(zhǎng)期使用誘變劑處理后，其生活能力一般要逐漸下降，如生長(zhǎng)周期延長(zhǎng)、孢子量減少、代謝減慢、產(chǎn)量增加緩慢等。而雜交育種是選用已知性狀的供體和受體菌種作為親本，因此不論在方向性還是自覺(jué)性方面，都比誘變育種前進(jìn)了一大步，所以它是微生物菌種選育的另一重要途徑。但由于雜交育種的方法復(fù)雜，工作進(jìn)度慢，因此還很難象誘變育種那樣得到普遍的推廣和應(yīng)用。微生物遺傳與菌種選育4.2.3.1酵母菌的雜交育種酵母菌的育種在食品工業(yè)中占有極其重要的地位。它的雜交育種工作也開(kāi)展得較早，也取得有益的成果。例如在面包酵母種間進(jìn)行雜交，獲得了許多生產(chǎn)性能良好的菌株，它們的繁殖能力和發(fā)酵能力比親本菌株強(qiáng)；采用面包酵母和酒精酵母雜交，其雜交種的酒精發(fā)酵能力沒(méi)有下降而發(fā)酵麥芽糖的能力卻比親本菌株高。微生物遺傳與菌種選育在啤酒釀造中，用上面酵母和下面酵母雜交，得出的雜種可生產(chǎn)出濃度和香味更好的啤酒等。以上這些酵母均具有不同的交配型，因而都是通過(guò)有性雜交獲得。對(duì)于無(wú)典型有性生殖的酵母菌如假絲酵母，可通過(guò)準(zhǔn)性生殖過(guò)程進(jìn)行雜交。但是酵母菌的雜交育種中大多數(shù)為有性雜交。酵母菌通過(guò)有性雜交進(jìn)行雜交育種主要包括子囊孢子的形成、子囊孢子的分離和酵母雜交種的獲得三個(gè)步驟。微生物遺傳與菌種選育4.2.3.2霉菌的雜交育種在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的霉菌大部分是屬于半知菌，它們不具有典型的有性生殖過(guò)程，因此霉菌的雜交育種主要是通過(guò)體細(xì)胞的核融合和基因重組，即通過(guò)準(zhǔn)性生殖過(guò)程而不是通過(guò)性細(xì)胞的融合。例如：通過(guò)對(duì)黑曲霉的雜交育種，得到了多倍體的新種，其檸檬酸產(chǎn)量比原始菌株高幾十倍；醬油曲霉通過(guò)體細(xì)胞的重組及多倍體化，提高了蛋白酶的活性等。目前霉菌的雜交育種主要是在種內(nèi)，偶爾有種間的。但親本菌株的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，則越不易成功。霉菌的雜交育種的步驟選擇直接親本、異核體的形成、轉(zhuǎn)移單菌落和雙倍體的檢出。微生物遺傳與菌種選育4.3.4原生質(zhì)體融合育種原生質(zhì)體融合指通過(guò)人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體融合在一起，進(jìn)而發(fā)生遺傳重組，產(chǎn)生同時(shí)帶有雙親性狀的、遺傳性穩(wěn)定的融合子的過(guò)程。原生質(zhì)體融合是在20世紀(jì)70年代以后才發(fā)展起來(lái)的一種育種新技術(shù)，是一種有效的轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)的方法。能進(jìn)行原生質(zhì)體融合的細(xì)胞是極其廣泛的，無(wú)論是真核微生物還是原核微生物都可以進(jìn)行原生質(zhì)體融合，甚至是高等動(dòng)植物也可以進(jìn)行。原生質(zhì)體融合的優(yōu)點(diǎn)有；重組率高，遺傳物質(zhì)的傳遞更加完整，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)親緣的菌株間的基因重組，還可以進(jìn)行多細(xì)胞間的基因重組。因此，現(xiàn)在正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

微生物遺傳與菌種選育4.3微生物菌種保藏法及復(fù)壯4.3.1微生物菌種保藏方法在微生物發(fā)酵工業(yè)中，具有良好性狀的生產(chǎn)菌種的獲得十分不容易，如何利用優(yōu)良的微生物菌種保藏技術(shù)，使菌種經(jīng)長(zhǎng)期保藏后不但存活健在，而且保證高產(chǎn)突變株不改變表型和基因型，特別是不改變初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物的高產(chǎn)能力，即很少發(fā)生突變，這對(duì)于菌種極為重要。微生物遺傳與菌種選育4.3.1.1菌種保藏原理微生物菌種保藏技術(shù)很多，但原理基本一致。首先挑選優(yōu)良純種，最好是它們的休眠體（如分生孢子、芽孢等）；其次創(chuàng)造一個(gè)有利于休眠條件，如采用低溫、干燥、缺氧、缺乏營(yíng)養(yǎng)、添加保護(hù)劑或酸度中和劑等方法，使微生物生長(zhǎng)在代謝不活潑，生長(zhǎng)受抑制的環(huán)境中。微生物遺傳與菌種選育4.3.1.31．菌種保藏方法（1）低溫保藏法主要是利用低溫對(duì)微生物的生命活動(dòng)有抑制作用的原理進(jìn)行保藏。根據(jù)所用的溫度高低可分為兩類：一類是普通低溫保藏法，即將斜面菌種或菌種懸浮液直接放入0～4℃冰箱保存，但時(shí)間不宜太長(zhǎng)，如放線菌每3個(gè)月移接一次；酵母菌每4～6個(gè)月移接一次；霉菌每6個(gè)月移接一次。另一類是利用低溫進(jìn)行凍結(jié)保藏法，如用-20℃以下的超低溫冰箱、干冰或液氮保藏，為了保藏的結(jié)果更加令人滿意，通常在培養(yǎng)物中加入一定的冷凍保護(hù)劑；同時(shí)還要認(rèn)真掌握好冷凍速度和解凍速度。冷凍保藏的缺點(diǎn)是培養(yǎng)物運(yùn)輸較困難。液氮保藏菌種的存活率遠(yuǎn)比其他保藏方法高且回復(fù)突變的發(fā)生率極低。由于其溫度可達(dá)到-1950C，因此液氮巳成為工業(yè)微生物菌種保藏的最好方法之一。微