第五章 工业微生物诱变育种诱变剂..

微生物诱变育种的基本过程
一、筛选目的菌株
在开始微生物诱变育种之前，首先要确定育种的目标，并从中筛选出具有潜在优良性状的目的菌株。

这一步通常需要利用各种生理生化实验和分子生物学技术，对大量菌株进行初步的筛选和鉴定。

二、诱变处理
在确定了目的菌株之后，接下来需要进行诱变处理。

诱变处理通常包括化学诱变和物理诱变两种方式。

化学诱变使用化学诱变剂处理菌株，而物理诱变则利用物理因素（如紫外线、X射线、中子等）处理菌株。

这些诱变因素可以引起菌株基因的突变，进而产生新的性状。

三、突变体的筛选
经过诱变处理后，大量菌株中会存在各种突变体。

为了获得具有优良性状的目标突变体，需要进行筛选。

这一步通常采用各种筛选方法，如单菌落挑取法、稀释涂布平板法等，将突变体从大量菌株中分离出来。

同时，需要通过各种生理生化实验和分子生物学技术，对突变体的性状进行鉴定和筛选。

四、遗传稳定性检测
在筛选出目标突变体后，需要对其遗传稳定性进行检测。

遗传稳定性是指突变体在繁殖过程中，是否能够保持其优良性状的稳定性。

这一步通常采用连续繁殖法和稳定性测定法等方法进行检测，以保证突变体的优良性状能够在后代中得到保留。

五、生产能力测定
最后一步是测定突变体的生产能力。

生产能力是指突变体在实际生产过程中，能否产生足够的产物并保持稳定的产量。

这一步通常采用发酵实验和产物分离纯化等方法进行测定，以保证突变体在实际生产中具有实用价值。

诱变育种方法在微生物育种中的应用概述摘要：在现代发酵工业中，诱变技术（无论是物理还是化学诱变）对于促进微生物发酵从而提高利用反应底物的能力和高产率仍然起着至关重要的作用。

本文主要从工业生产中对于微生物的诱变育种的方法（物理、化学诱变育种等）进行了综述，以及通过几种常见的诱变方式来介绍在微生物育种方面的相关研究进展。

关键词：微生物；诱变育种；物理诱变；化学诱变一、前言现代发酵工程技术的最终产物，一般都是由微生物生产得到的，且通过微生物的发酵生产所取得的效益已经得到了全世界的瞩目和认可。

对工业微生物菌种的优化选育是提高产量和质量的一条有效途径。

以突变和筛选为中心的传统育种技术在工业微生物发展到现在规模的过程中始终起着重要作用。

70年代以来，重组DNA技术和原生质体融合技术开始用于菌种选育。

各种外源基因在原核生物、真核细胞的克隆和表达研究取得了重大成果，使工业微生物育种技术进入了真正意义的分子水平育种时代[1]。

常规的诱变育种方法主要为物理诱变和化学诱变两种。

微生物的诱变育种，是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，通过筛选出产量高、性状优良的突变株，并找出这个突变株最佳培养基和培养条件，使其在最适条件下合成有效产物。

以人工诱发突变为基础的微生物诱变育种，具有速度快、收效大和方法简单等优点，是菌种选育的一个重要途径，在发酵工业菌种选育上具有卓越的成就，迄今为止，国内外发酵工业中所使用的生产菌种绝大部分是人工诱变选育出来的[2]。

理想的工业化菌种必须具备遗传性状稳定、纯净无污染、能产生许多繁殖单位、生长迅速、能于短时间内生产所要的产物、可以长期保存、能经诱变产生变异和遗传、生产能力具有再现性、具有高产量和高收率等特性。

而从自然界分离的野生菌种，不论是在产量上还是在质量上，均难适合工业化生产的要求。

但诱变筛选方法相对简便，是菌种选育的基本、常规和经典方法。

特别是对遗传背景不很清楚的对象，诱变育种更是必不可少。

第五章微⽣物的遗传变异与菌种选育复习题知识讲解第五章微⽣物的遗传变异与菌种选育复习题⼀、名词解释1.遗传型（genotype）遗传型⼜称基因型，是指某⼀⽣物个体所含有的全部遗传因⼦（基因组）所携带的遗传信息。

它是⼀种内在的可能性或潜⼒，只有在适当的环境条件下，通过⾃⾝的代谢和发育，才可将遗传型转化成现实的表型。

2.表型（phenotype）表型是某⼀⽣物体所具有的⼀切外表特征和内在特性的总和。

它是遗传型在⼀定环境下通过⽣长和发育后得体现，故是⼀种现实性（具体性状）。

3.变异（variation）变异是⽣物体在某外因或内因的作⽤下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变，其特点是群体中，以极低的概率出现（约10-9-10-5），性状变化幅度⼤，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。

4.饰变（modification）饰变是⼀种不涉及遗传物质结构或数量变化，只发⽣在转录、转译⽔平上的表型变化。

其特点是整个群体中⼏乎每⼀个体都发⽣同样的变化；性状变化的幅度⼩；饰变后的性状是不遗传的。

5.基因（gene）基因是⽣物体内的最⼩遗传功能单位，其本质是⼀段核苷酸序列，它能编码多肽链（通过mRNA）、tRNA或Rrna.6.操纵⼦（operon）操纵⼦是原核⽣物特有的基因形式，由三种功能上密切相关的基因组成，包括结构基因、操纵基因和启动基因。

7.结构基因（structure gene）结构基因是决定某⼀多肽链⼀级结构的DNA模板，它通过转录和转译机制可指导多肽链的合成8.遗传密码（genetic code）DNA链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸序列称为遗传密码，其信息单位是密码⼦（核苷酸三联体）9.质粒（plasmid）直⽴式⼀类游离于核基因组外，具有独⽴复制能⼒的⼩型共价闭合环状dsDNA分⼦（cccDNA）。

10．F质粒（F plasmid）F质粒⼜称F因⼦或致育因⼦。

是⼤肠杆菌等细菌决定其性别并有转移能⼒的质粒。

诱变育种相关知识点总结1. 什么是诱变育种诱变育种是通过化学物质或辐射来诱发植物遗传变异，达到变异性状的目的，然后再通过选择和育种方法来固定和优化这些性状，从而获得具有新性状的植物种质资源。

诱变育种是一种以人为手段来诱发植物遗传变异的育种方法，与传统的育种方法相比，具有变异程度大、种质资源丰富、育种速度快等优点。

2. 诱变种类根据诱变的方法和途径不同，可以将诱变分为两种类型：化学诱变和辐射诱变。

化学诱变是利用化学物质来诱发植物遗传变异的方法。

这种方法主要是通过化学物质对植物体内生成物质代谢和遗传物质的变异，从而诱发植物的新性状。

具体的化学诱变剂包括EMS（乙基甲磺酸甲酯）、DEPC（二乙醇二氯甲烷）、MNU（N- 亚硝基-N-甲基脲）、DMC（二甲胺）等。

辐射诱变是利用辐射来诱发植物遗传变异的方法。

这种方法主要是通过辐射对植物细胞的核酸、酶系、蛋白质等生物大分子的损伤和变异，从而诱发植物的新性状。

具体的辐射诱变包括X射线、γ射线、紫外线、中子射线等。

3. 诱变方法诱变育种的主要方法包括传统育种方法、分子育种方法和生物技术育种方法。

传统育种方法是指通过遗传资源的收集、鉴定以及杂交和选育等方式来获得植物品种的育种方法。

这种方法主要是通过选择和育种的方式来固定和优化诱变得到的新性状，最终获得具有新性状的植物品种。

分子育种方法是指通过对植物基因组的解析和改良等方式来获得植物品种的育种方法。

这种方法主要是通过对植物基因组的修改和介入来获得具有新性状的植物品种。

生物技术育种方法是指通过生物技术手段来获得植物品种的育种方法。

这种方法主要是通过生物技术手段来获得具有新性状的植物品种。

4. 诱变机理诱变发生的机理主要包括两个方面：一是遗传物质的突变，二是染色体的不稳定性。

（1）遗传物质的突变：遗传物质的突变是指植物遗传物质DNA序列的变化。

这种变化可以通过点突变、基因缺失、重复序列、整个染色体的遗传变异等多种方式来实现，从而使植物出现新的性状。

⼯业微⽣物育种全解1.⼯业微⽣物育种在发酵⼯业中的作⽤如何？其⽬的是什么？⼯业微⽣物育种建⽴在：（1）遗传和变异（微⽣物遗传学）的基础之上；（2）物理和化学诱变剂的发现和应⽤；（3）⼯业⾃动化（⾃动仪表装置和微机）。

⼯业微⽣物育种在发酵⼯业中占有重要地位，是决定该发酵产品能否具有⼯业化价值及发酵过程成败与否的关键。

2.⼯业微⽣物发展经历了哪⼏个阶段？1)⾃然选育阶段2)⼈⼯诱变选育阶段3)杂交育种阶段4)代谢控制育种阶段5)基因⼯程育种阶段3.⼯业微⽣物育种的核⼼指标有哪些？1)在遗传上必须是稳定的。

稳定性。

2)易于产⽣许多营养细胞、孢⼦或其它繁殖体。

3)必须是纯种，不应带有其他杂菌及噬菌体。

4)种⼦的⽣长必须旺盛、迅速。

5)产⽣所需要的产物时间短。

转化率。

6)⽐较容易分离提纯。

7)有⾃⾝保护机制，抵抗杂菌污染能⼒强。

8)能保持较长的良好经济性能。

产率。

9)菌株对诱变剂处理较敏感，从⽽可能选育出⾼产菌株。

10）在规定的时间内，菌株必须产⽣预期数量的⽬的产物，并保持相对地稳定。

4.⾰兰⽒阳性和阴性菌的细胞壁结构有何差异？它们对溶菌酶和青霉素的敏感有何不同？5.缺壁细菌有哪些类型和异同？制备缺壁细菌主要有哪些途径？原⽣质体：G+菌经溶菌酶或青霉素处理；球状体：G-菌，残留部分细胞壁。

是研究遗传规律和进⾏原⽣质体育种的良好实验材料。

L型细菌：⾃发突变形成细胞壁缺陷菌株；6.原⽣质体制备时，为什么不同微⽣物要选择不同的酶？举例说明。

酶在原⽣质体制备中主要⽤来酶解细胞壁的，不同的微⽣物其细胞壁成分及含量可能不同，所以要⽤不同的酶。

酵母菌的细胞壁主要成分有葡聚糖、⽢露聚糖蛋⽩质、⼏丁质。

霉菌的细胞壁：主要成分是纤维素、⼏丁质、葡聚糖等。

藻类的细胞壁：主要成分有纤维素构成结构⾻架。

7.基因组、基因、密码⼦、简并、同义密码⼦的概念是什么？⼀、基因组1. 原核⽣物就是它的整个染⾊体，原核⽣物的基因组较⼩，DNA的含量低，如E.coli的DNA分⼦质量为2.4×109Da，相当于4.2×106bp，含有3000-4000个基因，SV40病毒仅5个基因。

现代工业微生物育种一、诱变育种诱变育种是通过使用物理或化学方法，如紫外线、X射线、化学诱变剂等，诱导微生物发生基因突变，从而产生具有新性状的菌株。

这种方法可以大幅度提高微生物的变异频率，为育种工作提供了丰富的材料。

二、基因工程育种基因工程育种是通过人工构建基因表达载体，将其导入到微生物中，从而实现基因的转移和表达。

这种方法可以定向地改造微生物的遗传物质，使其表达出所需的性状。

基因工程育种具有高度定向性和可预测性，是现代工业微生物育种的重要手段之一。

三、代谢工程育种代谢工程育种是通过改变微生物的代谢途径，提高其代谢产物的产量或改变代谢产物的性质，从而获得所需的菌株。

这种方法需要对微生物的代谢过程有深入的了解，并能够精确地调控其代谢网络。

代谢工程育种在现代工业微生物育种中具有重要的应用价值。

四、组合生物合成育种组合生物合成育种是通过构建多个基因的组合文库，并筛选出具有所需性状的菌株。

这种方法类似于基因工程育种，但具有更高的遗传复杂性，可以创造出更丰富的变异类型。

组合生物合成育种在现代工业微生物育种中已经成为一种重要的策略。

五、定向进化育种定向进化育种是一种模拟自然进化过程的育种方法。

它通过对大量随机突变体进行筛选和选择，以实现所需性状的定向进化和优化。

定向进化育种可以在短时间内获得高度适应特定条件的优良菌株，具有很高的应用价值。

六、菌种保藏与复壮菌种保藏与复壮是工业微生物育种的重要环节。

通过科学的保藏方法，可以保持菌种的活力和遗传稳定性；而复壮则是通过一定的手段使保藏的菌种恢复活力，以保证其用于生产的性能。

七、基因组编辑育种基因组编辑育种是利用基因编辑技术对微生物基因组进行精确的编辑和改造，以实现定向改良和创造新品种的目的。

目前常用的基因组编辑技术包括CRISPR-Cas9系统、ZFNs和TALENs等。

基因组编辑育种具有高度精确性和可控性，为现代工业微生物育种提供了强有力的工具。

工业微生物育种复习题解析第一章绪论1.什么是工业微生物？作为工业微生物应具备哪些特征？答：工业微生物：对自然环境中的微生物经过改造，用于发酵工业生产的微生物。

具备特征：(1)菌种要纯(2)遗传稳定且对诱变剂敏感(3)成长快，易繁殖(4)抗杂菌和噬菌体的能力强(5)生产目的产物的时间短且产量高(6)目的产物易分离提纯2.工业微生物育种的基础是什么？答：工业微生物育种的基础是遗传和变异。

3.常用的工业微生物育种技术有哪些？答：常用技术：(1)自然选育【选择育种】(2)诱变育种(3)代谢控制育种(4)杂交育种(5)基因工程育种第二章微生物育种的遗传基础1.基因突变的类型有哪些？答：有碱基突变，染色体畸变2.叙述紫外线诱变的原理？答：原理：紫外线对微生物诱变作用，主要引起DNA的分子结构发生改变（同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体），从而引起菌体遗传性变异。

3.基因修复的种类有哪些？答：种类：(1)光复活修复(2)切除修复(3)重组修复(4)SOS修复4.真核微生物基因重组的方式有哪些？答：方式：(1)有性杂交(2)准性生殖(3)原生质体融合第三章出发菌株的分离与筛选1.什么是富集培养？答：富集培养：指在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境中的优势种，以利于分离到所需要的菌株。

2.哪些分离方法能达到“菌落纯”？哪些分离方法能达到“细胞纯（菌株纯）”？答：菌落纯：稀释分离法、划线法、组织法细胞纯：单细胞或单孢子的分离法3.分离好氧微生物常用的方法有哪些？答：(1)稀释涂布法(2)划线分离法(3)平皿生化反应分离法4.平皿生化反应分离法有哪些？分别用来筛选哪些菌？各自原理如何？答：(1)透明圈法原理：在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基混浊，能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明圈，圈的大小可以放映该菌株利用底物的能力。

工业微生物菌种的选育——诱变选育（1）工业微生物菌种的选育——诱变选育（1）诱变选育诱变育种是指利用各种诱变剂的物理因素和化学因素处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需的高产优质菌种的育种方法。

诱变育种具有速度快、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种主要方法，使用普遍。

诱变育种的理论基础是基因突变，所谓突变是指由于染色体和基因本身的变化而产生的遗传性状的变异。

诱变育种的步骤与方法（一）、工业育种的一般步骤（图）（二）、诱变育种方案设计诱变育种方案包括突变的诱发、突变株的筛选和突变高产基因的表现。

1、出发菌株的选择工业上用来进行诱变处理的菌株，称为出发菌株。

出发菌株选择目前主要依据实际经验，总结如下：①以单倍体纯种为出发菌株；②采用具有优良性状的菌株；③选择对诱变剂敏感的菌株；④许多高产突变往往要经过逐步累积的过程，才变得明显，所以有必要多挑选一些已经过诱变的菌株为出发菌株，进行多步育种，确保高产菌株的获得。

2、出发菌株的纯化为什么要对出发菌株进行纯化呢？这是因为微生物容易发生变异和染菌，同时一般丝状菌的野生菌株多为异核体。

生产菌在不断移代过程中，菌丝间接触、吻合后，易产生异核体、部分结合子、杂合二倍体及自然突变株等。

这些都会造成细胞内遗传物质的异质化，使遗传性状不稳定。

通过纯种分离，从中挑选所需的优良菌株。

常用划线分离和稀释分离法，并结合显微镜操纵器分离单孢子。

3、单孢子悬液的制备诱变育种要求所处理的细胞必须是处于对数生长期同步生长的细胞，并且是均匀状态的单细胞悬液。

首先是细胞的生理状态对诱变处理也会产生很大的影响，如细菌在对数期诱变处理效果较好；霉菌或放线菌的分生孢子一般都处于休眠状态，所以培养时间的长短对孢子影响不大，但稍加萌发后的孢子则可提高诱变效率。

其次是分散状态的细胞可以均匀地接触诱变剂，又可避免长出不纯菌落。

由于在许多微生物的细胞内同时含有几个核，所以即使用单细胞悬浮液处理，还是容易出现不纯的菌落。

交流】抛砖引玉－－谈谈微生物诱变育种由于微生物自身的自然诱变几率非常低，所以我们在工业微生物育种时，会采用一些人工的诱变剂，物理类的象紫外线，X射线，快中子，微波，超声波，电磁波，激光射线和宇宙线等，其中对微生物诱变效果较好的，应用较广的是紫外线，X射线，快中子。

近年来，诱变育种仍备受育种工作者的欢迎，而且还开发了一些新型诱变剂，用于工业微生物育种。

象微波，红外射线，激光，高能电子流，离子注入。

其中离子注入法做为一种新的生物诱变技术已经引起国内外学者的极大关注。

离子注入是20世纪80年代兴起的一种材料表面处理的高新技术，主要用于金属材料表面的改性。

1986年在中国科学院等离子体物理研究所被用于农作物育种，之后又被用于工业微生物的诱变育种，成果显著。

附上文章一篇－－－离子束应用于生物品种改良的研究进展..CAJ离子束应用于生物品种改良的研究进展..CAJ (210.15k)这一段时间我正在思考这个问题，在这方面非常愿意和战友们讨论。

请教popstar 战友，有无近10年的关于诱变育种的国外文献。

谢谢国内有关微生物诱变方法的文献非常多。

大体包括：物理诱变剂方面：紫外线，X射线、γ射线、中子、β粒子、α粒子，微波、红外射线、激光、高能电子流、离子注入等；化学诱变剂方面：碱基类似物、烷化剂、脱氨剂、移码诱变剂、羟化剂、金属盐类等。

生物诱变剂方面（其实这就是基因工程育种，在这里姑且叫作生物诱变剂）：噬菌体和基因诱变剂。

正如你所说国内关于诱变的文章很多，很可惜我现在还没有精力收集国外的文章，国内的文献已经足够我参考了，要是太分心大老板会有想法的，毕竟工厂还是讲效益的地方。

还是那句话“抛砖引玉”。

希望我这张帖子能够吸引更多的同行进来参加讨论，能分享到更多的好见解，微生物版更要越做越好。

现有的关于菌株诱变方法的文章，可以说都是报道了一个操作方法，实验结果中都会说产量提高了多少多少，而无机理的深入探讨。

这样的实验没有一点重复性，也许这种文章每天都可以编一篇，这样的文章有参考价值？！你说的很有道理，不排除有的文章一天可以编一篇，但你也不能完全否认国内文章的质量，毕竟不是每个人的文章都是编的；毕竟有的厂筛到了好的菌种，真的赚钱了。