发酵工艺学.菌种选育(1).ppt

第二章　菌种选育理论与技术 （Ⅰ） 概述　　　　　　　　 自然选育 诱变育种 概述 对于工业微生物发酵生产来说，决定其生产水平高低的最主要因素有三个： 生产菌种 发酵工艺 提取工艺 菌种选育是一门应用科学技术。 理论基础:微生物学、微生物遗传学、生物化学、分子生物学、基因工程等学科。 目的: ？ 菌种选育的基本内容: 根据菌种自然变异而进行的自然选育。 用人工方法引起菌种变异或形成新的杂种, 再按照工业生产的要求进行筛选来获的新的变种或杂种。 包括诱变育种、杂交育种、原生质体育种、基因工程育种。 §1 自然选育 概念：利用微生物在一定条件下产生自发突变的原理，通过分离，筛选排除衰退型菌株，选择维持原有生产水平的菌株的纯种选育的方法。 1.1菌种退化和变异的原因 总的来说：内因＋外因 遗传基因型的分离 要点：遗传物质的多样化，群体繁殖 2. 自发突变的结果 可能原因： 1）沙土管长期保藏 2)连续传代 3）新陈代谢产生的诱变物质 4）增变基因、死亡基因的存在 3. 经诱变剂处理后的退化变异。 优点：简单易行 缺点：效率低、进展慢 难以获得高产突变株 　　　以微生物的自然变异作为基础的生产选种机率并不很高，一个基因的自然突变频率仅10-6-10-10左右。 目的：纯化、复壮菌种 §2 诱变育种 2.1概念：以人工诱变手段诱发微生物基因突变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从变异体中找出产量高、性状优良的突变株，并找出其最佳培养基和最佳培养条件，使其在最适的环境条件下合成有效产物。 2.2优点：速度快、收效大、方法简单 是当前的一种主要方法 2.3理论基础： 基因突变(诱发突变) 诱发突变 重要概念 前突变：诱变剂造成DNA分子某一位置的结构改变。 突变：由于染色体或基因本身的变化而产生遗传性状的变异。 表型迟延：表型改变落后于基因型改变的现象。 诱变过程 突变的诱发过程 1. 诱变剂接触DNA分子前及对DNA分子的损伤 2. DNA损伤的修复：五种方式 3.从前突变到突变 4.从突变到突变型 分离性延迟和生理性延迟可理解为“质”和“量” 16 DNA损伤修复的五种方式 光复活作用 切补修复 重组修复 SOS修复系统 DNA多聚酶的校正作用 2.4诱变育种方案设计 制定筛选目标 诱发突变 常用诱发剂及其特点 诱变剂的选择 　　不稳定菌株－－－－温和诱变剂 稳定菌株－－－－强烈的、广谱的诱变剂 低剂量诱变剂有利于高产菌株的稳定性 C.突变株的筛选 物理诱变剂 　　紫外线、X-射线、 γ-射线、 快中子 　　特点：紫外线方便、有效、使用安全，其他的几种射线有一定的穿透力 化学诱变剂 　　碱基类似物、吖啶类、烷化剂 　　特点：高效、经济、但应注意使用安全 2.5诱变育种步骤 出发菌株的选择 处理菌悬液的制备 诱变处理 中间培养 分离和筛选 出发菌株的选择 1.选择纯种 2. 平均发酵单位要高，且发酵单位的波动幅度要小，摇瓶间所测得结果的最高值和最低值之差要小。 3.有良好的代谢特性。 4.选择对诱变剂敏感的菌株。 5.选用多个出发菌株进行诱变收效较快。 诱变剂的选择 野生型菌株(遗传性不稳定):用缓和的诱变剂。 遗传性稳定的菌株:先要用强烈的不常用的诱变谱广的诱变剂处理，使其发生强烈的变异，然后再用缓和的诱变剂进行处理或多次自然分离。 要考虑诱变剂的作用机理来选择诱变剂，两种诱变剂复合使用效果好。 最适剂量(有2种观点)：杀菌率90%－99%较好，甚至99.9%;杀菌率75%－85%。 2.6突变株的筛选（Selection） 随机筛选 (Random selection) 摇瓶筛选法 初筛一般是一个菌株只做一个摇瓶，从大量菌株中选出10-20%较好的菌株，淘汰80-90%的菌株；而复筛中摇瓶培养一般是一个菌株培养3瓶，并要重复3-5次，选出3-5个较好的菌株，再做进一步比较，选出最佳的菌株。 ????????????????? 复杂、耗时??????????? 琼脂块筛选法 　 简单、快速，但不准确 理性化筛选 又称定向筛选 (Oriented selection) 运用遗传学、生物化学的原理，根据 产物已知的或可能的生物合成途径、代谢 调控机制和产物分子结构来进行设计和采 用一些筛选方法，以打破微生物原有的代 谢调控机制，获得能大量形成产物的高产 突变株。 初级代谢产物： 微生物代谢产生的，并是微生物自