微生物遺傳變異與育種

——工業微生物菌種的篩選一、前言理想工業發酵菌種具有的特征：1.純種培養物；2.遺傳性狀穩定；3.生長速度快；4.能利用廉價、來源廣、成分簡單的培養基；5.能忍耐不良環境因素如溫度、pH、離子強度、剪切力等；6.快速生產目的產物，不產或少產毒性物質或副產物；二、微生物菌種獲得的途徑微生物的自然分布土壤空氣水動植物體各種極端環境三、工業微生物的篩選（一）微生物樣品的采集根據篩選的目的、微生物的分布情況、菌種的主要特征及其生態環境等因素，確定具體的時間、環境和目標物。土壤采樣(1)采樣對象—土壤細菌和放線菌

一般園田土和耕作過的沼澤土酵母和霉菌

富含碳水化合物的土壤和沼澤地中,如一些野果生長區和果園內采樣的對象也可以是植物、腐敗物品、某些水域等。土壤采樣(2)采樣方式選點—在選好適當地點，用小鏟子除去5cm表土取土—取離地面5-15cm處的土約10g，盛入清潔的牛皮紙袋或塑料袋中扎好。標記—記錄采樣時間、地點、環境條件等，分離—將樣品逐步分批寄回，及時分離。土壤采樣影響因素（1）土層的縱剖面：

最好的土層是5~25cm（2）土壤的pH：

偏堿土壤（pH7.0~7.5），細菌、放線菌；

偏酸土壤（pH7.0以下），霉菌、酵母菌；（3）土壤有機質含量和通氣狀況（4）表面的植被（5）地理條件（6）季節條件（二）富集培養定義：一類使混合微生物群體中某特定微生物比例激增的培養方法。目的：提高分離效率控制因素：碳源、氮源、pH、溫度、需氧量控制培養基的營養成分控制培養條件添加抑制劑1.控制培養基的營養成分營養成分：碳源、氮源、無機鹽類、生長因子等。成分用量K2HPO41gMgSO4?7H2O0.2gFeSO4?7H2O0.05gCaCl20.02g微量元素溶液0.1ml蒸餾水1L表1:基礎培養及成分1.控制培養基的營養成分控制增值培養基中營養成分,特別適合分離水解酶類(纖維素酶、淀粉酶類等)的生產菌，可在富集培養基中以相應底物作為唯一碳源，加入含菌樣品，并給目的微生物以最佳的培養條件培養，能利用該底物的菌類得以繁殖，而其他微生物則因得不到碳源而無法生長。但是許多的碳源、氮源可被多種多種微生物利用，不適于用作控制條件。2.控制培養條件（1）pH：一般通過添加磷酸鹽緩沖液體系、碳酸鈣，必要時加酸、堿方式進行調節；（2）培養溫度和熱處理：耐高溫菌株，50~60℃溫度培養；如細菌芽孢；（3）通風：一般篩選的微生物都是好氧菌，有時也分離厭氧菌，對于嚴格厭氧菌，除了配置特殊的培養基外，還需要厭氧培養箱、厭氧罐等設備。3.添加抑制劑被分離的微生物添加物質及其質量濃度/(mg?mL-1)被抑制的微生物放線菌放線菌酮（50），抑霉菌素（50），環己亞胺（50），匹馬霉素（50），丙酸鈉（4）霉菌環己亞胺+多粘菌素+枯草菌素，多粘菌素B（50）+青霉素（1）細菌放線菌酮（50~500），制霉菌素（100），曲骨霉菌素（500）霉菌、酵母菌原蟲霉素（5）原生動物革蘭氏陽性菌多粘菌素B（5）革蘭氏陰性菌革蘭氏陰性菌青霉素（1），月桂酸鈉（2）革蘭氏陽性菌酵母菌氯霉素（100），青霉素（20）+鏈霉素（40），玫瑰紅（50）+放線菌酮（10）細菌放線菌酮霉菌霉菌氯霉素（100），青霉素（20）+鏈霉素（40），玫瑰紅（35~67）細菌細菌、酵母菌（三）分離純化為了獲得某一特定的微生物菌種，必須進行微生物的分離純化，把最需要的菌株直接從樣品中分離出來；（1）常規的分離方法獲得的菌落均勻，獲得純種的概率大，特別適合分離具有蔓延性的微生物操作簡單，方便快捷稀釋涂布法劃線分離法

將待測樣品適當稀釋，使其中的微生物充分分散成單個細胞，取一定量的稀釋液接種到培養基上，經過繁殖每個單細菌長成肉眼可見的菌落，即一個菌落代表樣品中的一個單細胞。根據菌落數，稀釋倍數，接種量可推算出原樣品中的含菌數。稀釋涂布分離法一般用菌落形成單位（colonyformingunits，CFU）來表示原樣品中的細胞數。劃線分離法b.連續劃線分離法

a.分區劃線分離法

固體培養基中滲入溶解性差、可被特定菌利用的營養成分，造成不透明的培養基背景。菌落利用此物質形成透明圈。利用某種營養缺陷型微生物作為工具菌，若待篩選菌具有將前體物轉化成營養物的能力，工具菌就能圍繞該菌生長。待篩選的菌株能分泌產生某些能抑制工具菌生長的物質指示劑直接摻入或噴灑固體培養基，菌落周圍形成變色圈。（2）平皿反應快速檢出法10/5/202318菌種分離篩選流程確定采樣環境

采樣

設計實驗方案充分查閱資料增殖培養

確定增殖條件純種分離

劃線、稀釋與組織分離

菌種篩選

純種鑒定、生產能力考查毒性試驗其他鑒定微生物遺傳變異與育種

——微生物遺傳學主要內容遺傳變異的物質基礎微生物的染色體分子結構微生物基因組染色體外遺傳成分現代發酵技術一、遺傳變異的物質基礎Q：蛋白質還是核酸？（一）經典轉化實驗（二）噬菌體感染實驗（三）植物病毒的重建實驗

經典轉化實驗

研究對象：肺炎鏈球菌結論：DNA是遺傳物質分別加入到培養R型細菌的培養基中只得到R型既有R型,也有S型DNADNA+DNA酶蛋白質RNA多糖只得到R型只得到R型只得到R型R型S型噬菌體感染實驗研究對象：大腸桿菌T2

噬菌體結論：DNA是遺傳物質植物病毒的重建實驗研究對象：TMV結論：RNA是遺傳物質大多數生物DNA某些RNA一、遺傳變異的物質基礎核酸

絕大多數生物的遺傳物質是DNA，所以說核酸是主要的遺傳物質；DNA主要存在于細胞核內的染色體上，所以說染色體是遺傳物質的主要載體。二、微生物的染色體分子結構染色體概述染色體（Chromosome）是細胞內具有遺傳性質的物體，易被堿性染料染成深色，所以叫染色體。其本質是脫氧核甘酸，是細胞核內由核蛋白組成、能用堿性染料染色、有結構的線狀體，是遺傳物質基因的載體。細胞核染色體棒狀可染色結構生命的基本單位。細胞有絲分裂時可見（一）原核微生物擬核體與真核生物相比，原核微生物的染色體要簡單的多，其染色體通常只有一個核酸分子（DNA或RNA），其遺傳信息的含量也比真核生物少的多；病毒染色體只含有一個DNA或者RNA分子，可以是單鏈也可以是