诱变和筛选方法在微生物育种中的应用
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一、实验目的1. 掌握紫外诱变技术的原理和方法。
2. 了解紫外诱变在微生物育种中的应用。
3. 通过实验,筛选出具有较高产酶能力的突变菌株。
二、实验原理紫外诱变技术是利用紫外线照射微生物,使微生物DNA发生突变,从而获得具有优良性状的菌株。
紫外线照射能导致DNA分子中碱基对的改变、缺失或插入,进而影响基因的表达,产生新的遗传性状。
三、实验材料1. 菌种:产淀粉酶枯草芽孢杆菌。
2. 器材:紫外线照射装置、超净工作台、电磁力搅拌器、低速离心机、培养皿、涂布器、10mL离心管、(1、5、10mL)吸管、250mL三角瓶、恒温摇床、培养箱、直尺、棉签、橡皮手套、洗耳球。
3. 培养基和试剂:无菌水、75%酒精、0.5%碘液、碘片1g、碘化钾2g、蒸馏水200mL、可溶性淀粉2g、牛肉膏1g。
四、实验方法1. 菌种活化:将产淀粉酶枯草芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基中,37℃培养24小时,得到活化菌种。
2. 菌悬液制备:将活化菌种接种于牛肉膏蛋白胨液体培养基中,37℃、180r/min 振荡培养3小时,制成菌悬液。
3. 紫外诱变:将菌悬液置于紫外照射装置下,距离20~30cm,照射时间分别为1、2、3分钟,设置对照组(未照射)。
4. 细菌复苏:将照射后的菌悬液涂布于牛肉膏蛋白胨培养基平板上,37℃培养24小时,观察菌落生长情况。
5. 初筛:挑选生长速度较快、菌落形态异常的菌落,进行进一步的淀粉酶活性测定。
6. 淀粉酶活性测定:将挑选的突变菌株接种于可溶性淀粉培养基中,37℃培养24小时,用碘液检测淀粉酶活性。
7. 验证与保存:对具有较高淀粉酶活性的突变菌株进行验证,并保存于甘油管中。
五、实验结果1. 紫外线照射时间对菌落生长的影响:照射1分钟时,菌落生长速度明显降低;照射2分钟时,菌落生长速度有所下降;照射3分钟时,菌落生长速度明显下降。
2. 淀粉酶活性测定结果:经过筛选,发现突变菌株A的淀粉酶活性最高,为对照组的1.5倍。
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。
微生物育种的方法
1. 自然选育法呀,就好像在一大群微生物里挑选出最厉害的那个“冠军”!比如从一堆野生酵母中选出发酵能力超强的那株。
2. 诱变育种呢,就如同给微生物来一场刺激的冒险,让它们发生奇妙变化!像用紫外线照射细菌,说不定就会产生新特性呢。
3. 杂交育种啊,不就像是让微生物们来一场“联姻”,结合各自的优点!就像把两种优良的霉菌进行杂交。
4. 基因工程育种,哇哦,这简直是在微生物的世界里进行高端定制呀!好比给微生物植入特定的基因,让它拥有我们想要的功能。
5. 原生质体融合育种,这就像是让微生物们打破隔阂,融合出全新的强大个体!比如把两种不同的杆菌的原生质体融合在一起。
6. 代谢控制育种,这不就是巧妙地控制微生物的代谢路径嘛,让它们乖乖听话!像引导微生物更多地产生我们需要的产物。
7. 分子育种,这可是深入到分子层面的神奇操作呀,能塑造出独特的微生物!比如通过分子手段对微生物进行精准改造。
8. 高通量筛选育种,就好像在茫茫人海中快速找到那个最合适的微生物!像是从大量的微生物样本中迅速筛选出目标。
9. 组合育种,这不就是把各种方法组合起来,发挥出最大效果嘛!就如同给微生物来一套全方位的提升策略。
10. 适应性进化育种,这简直是让微生物在环境中不断成长和进化呀!好比让微生物在特定条件下逐渐变得更强大。
原创不易,请尊重原创,谢谢!。
工业微生物育种实验细菌营养缺陷型菌株的诱变和筛选鉴定关于菌株的几个概念:野生型菌株:从自然界分离到的微生物在其发生突变前的原始状态。
营养缺陷型:野生型菌株经过人工诱变或自然突变失去合成某种营养的能力,只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长。
原养型:营养缺陷型菌株经回复突变或重组后产生的菌株,其营养要求在表型上和野生型相同关于培养基:基本培养基(minimal medium,MM):仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基,用[-]来表示。
完全培养基(complete medium,CM):凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。
用[+]来表示。
补充培养基(supplemental medium,SM):凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组全培养基,它是在基本培养基中加入该菌株不能合成的营养因子而组成。
摘要:本实验选用紫外线为诱变剂,来诱发大肠杆菌突变,并用青霉素法淘汰野生型,逐个测定法检出缺陷型,获得100#大肠杆菌菌株,最后经生长谱法鉴定出该菌株为脯氨酸缺陷型。
关键词:大肠杆菌紫外线营养缺陷型青霉素逐个测定法生长谱法一、实验目的1、了解营养缺陷型突变株选育的原理。
2、学习并掌握细菌氨基酸营养缺陷型的诱变、筛选与鉴定方法。
二、实验原理筛选营养缺陷型菌株一般具有四个环节:诱变处理、营养缺陷性的浓缩、检出、鉴定缺陷型。
本实验选用紫外线为诱变剂,来诱发突变,并用青霉素法淘汰野生型,逐个测定法检出缺陷型,最后经生长谱法鉴定细菌的营养缺陷型。
三、实验器材离心机,紫外线照射箱,冰箱,恒温箱,高压灭菌锅;三角烧瓶,试管,离心管,移液管,培养皿,接种针四、实验材料(一)菌种E.coli(二)培养基、1LB培养液:酵母膏,0.5g;蛋白胨,1g;NaCl,0.5g;水,100ml,pH7.2 121℃灭菌15min22×LB培养液:其它不变,水,50ml。
3基本培养基:葡萄糖0.5 g,(NH4)2SO4 0.1 g,柠檬酸钠0.1 g,MgSO4·7H2O0.02 g,K2HPO4 0.4 g,KH2PO4 0.6 g,重蒸水100 mL,pH 7.2,110℃灭菌20 min。
微生物菌种选育方式(一)关键词:地衣芽孢杆菌诺卡氏菌 ATCC 北京标准物质网微生物菌种选育技术在现代生物技术中具有十分重要的地位,经历了自然选育、诱变育种、杂交育种、代谢控制育种和基因工程育种五个阶段,各个阶段并不孤立存在,而是相互交叉,相互联系的。
新的育种技术的发展和应用促进了生产的发展。
1.自然选育随着微生物学的发展,特别是在发明微生物的纯培养技术之后,出现了微生物纯种的自然选育。
以基因自发突变为基础选育优良性状菌株的这种方法,是最早应用微生物遗传学原理.进行育种实践的一个实例。
由于微生物体内存在光复活、切补修复、重组修复、紧急呼救修复等修复机制以及DNA聚合酶的校正作用,使得自发突变几率极低,一般为10-6~10-10这样低的突变率导致自然选育耗时长、工作量大,影响了育种工作效率。
在这种情况下,就出现了诱变育种技术。
2.诱变育种1927年,Miller发现X射线能诱发果蝇基因突变。
之后,人们发现其他一些因素也能诱发基因突变,并逐渐弄清了一些诱变发生的机理,为工业微生物诱变育种提供了前提条件。
1941年,Beadle 和 Tatum 采用X射线和紫外线诱变红色面包霉,得到了各种代谢障碍的突变株。
在这之后,诱变育种得到了极大发展。
诱变育种是以诱变剂诱发微生物基因突变,通过筛选突变体,寻找正向突变菌株的一种诱变方法。
诱变剂包括物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。
其中,物理诱变剂包括紫外线、X射线、射线、快中子等;化学诱变剂包括烷化剂(如甲基磺酸乙酯、硫酸二乙酯、亚硝基胍、亚硝基乙基脲、乙烯亚胺及氮芥等)、天然碱基类似物、脱氨剂(如亚硝酸)、移码诱变剂、羟化剂和金属盐类(如氯化锂及硫酸锰等);生物诱变剂包括噬菌体等。
物理诱变剂因其价格经济,操作方便,所以应用最为广泛;化学诱变剂多是致癌剂,对人体及环境均有危害,使用时须谨慎;生物诱变剂应用面窄,其应用也受到限制。
现今,诱变育种已取得了显著的成果,如青霉素生产菌的青霉素产量在40年内增加了近万倍,达到lO万u/ml左右;谷氨酸产生菌经紫外诱变处理,产酸率提高了3l%;用亚硝酸钠、紫外线等物化方法诱变产碱性蛋白酶的地衣芽孢杆菌,使其从原来的以玉米粉为碳源转变为以大米为碳源进行发酵产酶,后用紫外诱变,最终筛选出F一8014菌株,产酶量提高了37%。
微生物遗传育种学
微生物遗传育种学是研究微生物的遗传变异、遗传改良及育种技术的学科。
微生物指的是细菌、真菌、病毒等单细胞生物。
微生物遗传育种学主要关注微生物在遗传水平上的变异、变异的调控机制以及如何通过遗传改良来获得具有特定性状的微生物株系。
微生物遗传育种学的研究内容包括:
1. 遗传变异的检测与分析:通过分子生物学、基因组学等技术手段,研究微生物中存在的遗传变异,探究变异的产生机制和变异位点的定位。
2. 遗传改良的策略和方法:通过基因工程、突变育种、自然选择等手段,改良微生物的遗传性状,如产量、耐受性、代谢能力等,以提高微生物在工业生产、环境修复、药物开发等方面的应用性能。
3. 突变育种的应用:通过诱变剂或辐射等方法,诱发微生物的突变,筛选出具有特定性状的突变株系,进一步进行遗传改良。
4. 基因工程的应用:通过外源基因的引入、基因的删除或修改等手段,改变微生物的基因组,使其具有特定的功能或产物。
通过微生物遗传育种学的研究与应用,可以获得具有工业、农业、医疗等方面应用潜力的微生物种类,为人类社会的发展和生活带来诸多好处。
引言:微生物菌种的选育是一项重要的研究领域,其在农业、医药、环境保护等多个领域具有广泛的应用价值。
本文结合相关研究成果,探讨了微生物菌种选育的方法,旨在为相关领域的科研工作者提供参考。
概述:微生物菌种的选育是指通过对微生物的筛选和培养,选择出具有特殊功能或者优良特性的微生物菌株。
其方法包括了菌种筛选、培养条件优化等多个环节。
本文将以此为主线,结合实际案例,详细阐述微生物菌种选育的方法。
正文内容:1. 菌种筛选1.1 传统筛选方法传统筛选方法包括菌落形态观察、生理生化指标检测、抗性测定等。
通过对菌落形态和生理生化特性的观察,可以初步确定菌株的特性。
同时,通过对菌株的抗性测定,可以筛选出具有耐药或者耐环境逆境特性的菌株。
1.2 分子生物学方法分子生物学方法可以应用PCR等技术,快速检测目标菌株的特定基因或者特性。
这些特定基因可能与目标菌株的优良性状相关,通过筛选出含有这些特定基因的菌株,可以更加精确地进行微生物菌种的选育。
2. 菌种培养条件优化2.1 培养基配方优化培养基是微生物菌种培养的基础,其配方的优化对于菌种的生长和代谢具有重要影响。
通过调整培养基中的碳源、氮源、矿质元素等成分,可以优化菌株的生长条件。
2.2 培养条件控制培养条件的控制对于微生物菌株的生长和产生特定代谢产物等方面具有重要影响。
温度、pH值、培养时间等因素的调控,可以使菌株在适宜的环境中进行生长和代谢,从而保证其优良特性的表达。
3. 菌株遗传改良3.1 重组DNA技术重组DNA技术可以通过将目标基因导入到菌株中,使其具有特定的功能特性。
通过引入外源基因,可以使菌株产生特定的代谢产物,或者具有特定的酶活性等特性。
3.2 融合技术融合技术是指将两个或者多个菌株进行融合,从而形成新的菌株。
融合后的菌株可能具有不同菌株的优点,如抗性能力、代谢能力等,从而提高菌株的综合性能。
4. 菌株功能验证4.1 体外实验通过在实验室中建立靶点验证体系,对选育出的菌株进行功能验证。
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。
一、实验目的本实验旨在通过人工诱变的方法,提高菌株的特定生理活性或代谢产物产量,进而选育出具有优良性状的新菌株。
实验选取了某种微生物作为研究对象,通过物理或化学诱变手段,诱导其发生基因突变,并对突变株进行筛选和鉴定,最终获得具有较高代谢活性或产物产量的菌株。
二、实验材料与仪器1. 实验材料:- 微生物菌株:实验所用的微生物菌株为XXX,来源于XXXX。
- 诱变剂:实验中使用的诱变剂为XXXX,购买于XXXX公司。
- 培养基:实验所用的培养基为XXXX培养基,配方如下:- 蛋白胨:10g- 酵母提取物:5g- 氯化钠:5g- 琼脂:15-20g- 水:1000mL- 其他:无菌水、无菌操作台、恒温培养箱、显微镜、显微镜载物台、显微镜油镜等。
2. 实验仪器:- 紫外分光光度计- 高压蒸汽灭菌器- 高速离心机- 磁力搅拌器- 电子天平- 移液器- 培养皿- 离心管- 吸管三、实验方法1. 诱变处理:- 将菌株接种于XXXX培养基中,在恒温培养箱中培养至对数生长期。
- 将培养好的菌株用无菌水稀释至适宜浓度。
- 将稀释后的菌株均匀涂布于含有诱变剂的培养皿中。
- 将培养皿置于恒温培养箱中,根据实验设计进行不同时间的诱变处理。
- 处理结束后,将培养皿放入无菌操作台中,用无菌铲刀挑取适量突变株,接种于新的培养皿中,进行扩大培养。
2. 突变株筛选:- 对诱变后的菌株进行表型观察,记录突变株的形态、颜色、生长速度等特征。
- 对突变株进行生理生化特性测定,如酶活性、代谢产物产量等,筛选具有优良性状的突变株。
- 将筛选出的突变株进行分子生物学鉴定,如基因序列分析、DNA指纹图谱等,以确定突变株的遗传稳定性。
3. 诱变效果评价:- 对诱变前后的菌株进行对比分析,评价诱变处理的效果。
- 根据突变株的生理生化特性和分子生物学鉴定结果,确定诱变成功与否。
四、实验结果与分析1. 诱变处理效果:实验结果表明,诱变处理后的菌株出现了多种突变现象,如形态变异、颜色变化、生长速度变化等。
关于微生物育种中化学诱变技术的综述姓名:周旭班级;11生工1 学号:20110801120摘要:化学诱变是一种传统而经典的微生物育种技术,不仅在高产工业菌株选育中得到广泛应用,而且近来还用于改造野生菌株代谢功能,以发现新产活性产物。
本文简要综述常用化学诱变剂及其作用机制,以及化学诱变技术在微生物育种领域中的新近应用研究进展。
关键词:微生物育种;化学诱变剂;诱变机制;应用1前言菌种优劣对于微生物药物的工业化生产具有决定性意义。
野生菌株往往因产率低而不能直接用于工业生产,而需要通过菌种改良,选育高产优良菌株。
微生物药物的工业化生产对菌株的这种需求带动了各种育种技术的蓬勃发展,而育种技术则通过不断提供优良菌株又促进了微生物药物产业的持续发展。
在育种研究中,近来还发现有些突变株可代谢产生新产物,具有可供作药源新菌株资源的潜在应用前景,使育种技术进一步拓展了新的应用研究发展空间。
微生物人工诱变育种技术按诱导突变类型可分为物理诱变、化学诱变和生物诱变三大类[1]。
化学诱变是一种传统而经典的微生物育种技术,不仅在高产工业菌株选育中得到广泛应用,而且还用于改造野生菌株的代谢功能,从而发现新产活性产物。
在实际应用中,化学诱变既有利用某一种化学诱变剂的单一诱变,也有组合利用化学或其他多种诱变剂的复合诱变,还有化学诱变联合抗生素抗性筛选等。
本文简要综述常用化学诱变剂及其作用机制,以及化学诱变技术在微生物育种领域中的新近应用研究进展。
2常用化学诱变剂2.1碱基类似物作为化学诱变剂的碱基类似物主要有嘧啶类似物和嘌呤类似物两大类。
其中,常用嘧啶类似物有5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、6-氮杂尿嘧啶(6-NU)等;嘌呤类似物有2-氨基嘌呤(2-AP)、6-巯基嘌呤(6-MP)、8-氮鸟嘌呤(8-NG)等[2]。
2.2烷化剂烷化剂类化学诱变剂种类较多,如硫芥(氮芥)类、环氧衍生物类、乙撑亚胺类、硫酸(磺酸)酯类、重氮烷类、亚硝基类等。
第二章 微生物育种的原理和方法微生物育种原理和方法微生物育种筛选方法微生物育种原理和方法一、微生物育种原理方法:突变、体内重组体外重组(基因工程)1、从自然界中获得新菌种微生物资源分布:土壤、水、空气、动植物及其腐败残骸都是微生物的主要栖居和生长繁殖场所2、分离微生物新种的步骤 采样、增殖、纯化和性能测定等步骤3、典型的微生物采样和筛选方法生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制不会有代谢产物的积累解除或突破微生物的代谢调节控制目的产物积累微生物育种的目的直接从自然界分离得到的菌株为野生型菌株。
往往低产甚至不产所需的产物,只有经过进一步的人工改造才能真正用于工业生产二、诱变育种方法1、物理诱变:紫外线2、化学诱变:5-溴尿密啶1)紫外线诱变机理:造成DNA链的断裂,或使DNA分子内或分子之间发生交联反应2)诱变过程中需要注意光复活作用:微生物等生物的细胞内存在光复活酶,光复活酶识别胸腺嘧啶二聚体,并与之结合形成复合物(此时的光复活酶没有活性),可见光光能(300-500nm)激活光复活打开二聚体,将DNA复原。
暗修复:细胞内还存在另一种修复体系,它不需要光激活,可修复由紫外线、γ射线和烷化剂等对DNA造成的损伤。
暗修复体系有四种酶参与反应。
紫外诱变的特点:方便、诱变效果很好的常用诱变剂由此说明紫外线照射引起微生物突体形成是一个复杂的生物学过程。
紫外线引起DNA结构的改变仅仅使微生物,于亚稳定状态,点亚稳定到稳定的突变体的形成需要“定时间和过程,所以在实际诱变工作中要采取某些措施避免以上的修复作用,要注意避光或加入某些物质,提高突变的频率。
因此,用紫外线进行诱变时,照射或分离均应在红光下进行。
3)化学诱变剂诱变机理:5-溴尿嘧啶诱变——碱基类似物机理:与碱基的结构类似,在DNA复制时,它们可以被错误地掺入DNA,引起诱变效应注意的参数:参数:浓度、时间、缓冲液三、诱变育种的基本过程诱变育种的基本过程如下:1)出发菌株的选择A、一是考虑出发菌株是否具有特定生产性状的能力或潜力,即菌株是否具有产生特定代谢产物的催化酶系的基因。
突变体的筛选与应用随着科学技术的飞速发展和应用,许多领域的研究和探索都取得了巨大的进展,其中包括基因突变体的筛选与应用。
基因突变体指的是基因发生了不同程度的变异,从而使其表现出不同的性状和功能。
针对这些基因突变体,人们可以通过筛选和优化后,进行相应的应用。
本文将探讨基因突变体的筛选方法和应用场景。
一、基因突变体的筛选方法1. 自然筛选法自然筛选法是指通过自然界的选择和适应,从大量基因中寻找具备优势的基因进行筛选。
例如,对于植物品种的筛选,就常常使用自然筛选法。
对于同种植物而言,只有具备更强的适应能力和生存能力,才能更好地适应环境。
因此在大自然的选择中,更强的基因得以保存并被传递。
2. 人工诱变法人工诱变法是指通过一定的化学物质或者物理手段,对基因进行人工改变和筛选。
例如,使用化学物质亚硝胺,可以使基因变异并且加速突变的发生。
在通过人工诱变法进行筛选之后,可以寻找到表现出更加优秀特性的基因。
3. 基因工程法基因工程法是指通过对基因进行人工组合和切除,达到对基因进行性状调整或“迭代”的目的,最终达到更优异的性状。
例如,针对某些基因的异常情况,通过基因工程手段,可以进行剪切或者修复,从而使其保持正常的情况。
4. 高通量筛选法高通量筛选法指的是利用大规模的核酸序列对基因进行筛选。
这种筛选方法快速而准确,不仅适用于植物、动物的研究,也适合微生物的研究。
例如,针对细菌的基因突变体的筛选,异源菌体突变体的筛选等等。
二、基因突变体的应用场景1. 植物育种领域在植物的育种领域,基因突变体的应用广泛。
基于自然筛选法或人工诱变法的探索,不仅能够提高植物的产量,也能够增强植物的抗病性、耐旱性和抗逆境能力。
例如,在小麦、水稻等作物的育种领域,基因突变体的应用已经是不可或缺的一部分。
2. 动物遗传疾病领域在动物的遗传疾病领域,通过对基因进行筛选和优化,也有了很大的发展。
例如,现在犬只股骨头缺血性坏死的治疗,就可以通过基因离子输送和基因突变体的探索解决,使得患病的犬只得到了更好的治疗。
化学诱变处理及筛选的实验篇一:化学诱变处理及筛选的实验是一个重要的研究领域,广泛应用于植物育种、微生物改造和药物发现等领域。
化学诱变的目的是通过诱导基因突变,产生新的性状或改良现有性状,从而获得更好的物种或品种。
在化学诱变处理中,常用的处理方法包括化学物质处理、辐射处理和基因编辑等。
化学物质处理是通过使用化学诱变剂,如乙烯基化合物或亚硝酸盐等,来诱导基因突变。
这些化学物质能够引起DNA的损伤和突变,从而改变生物体的遗传性状。
辐射处理则是利用辐射源,如X射线、γ射线或质子束等,照射生物体,诱导DNA的损伤和突变。
基因编辑则是利用现代生物技术手段,如CRISPR-Cas9系统,直接对基因进行精确的编辑和改造。
在诱变处理后,需要对处理材料进行筛选,以筛选出具有目标性状的变异体。
筛选方法多种多样,根据不同的研究目的和对象的不同,可采用不同的筛选指标。
对于植物育种来说,常见的筛选指标包括植株形态、生长速度、抗病性、耐旱性等。
对于微生物改造来说,常见的筛选指标包括产物产率、酶活性、代谢产物等。
对于药物发现来说,常见的筛选指标包括生物活性、毒性、吸收性等。
化学诱变处理及筛选实验的关键在于选择合适的处理方法和筛选指标。
不同的处理方法和筛选指标会影响变异体的产出率和筛选效果。
因此,在进行实验之前,需要进行充分的前期调研和试验,选择最适合的处理方法和筛选指标,以提高实验的成功率和效率。
总之,化学诱变处理及筛选的实验在植物育种、微生物改造和药物发现等领域具有重要的应用价值。
通过诱导基因突变和筛选目标性状,可以获得具有更好性状的物种或品种,推动科学研究和产业发展的进步。
篇二:化学诱变处理及筛选的实验化学诱变是一种通过化学物质诱导基因突变的方法,用于增加植物或微生物的遗传变异。
通过诱变,可以产生新的性状和特性,为植物育种以及微生物改良提供了一种有效的手段。
化学诱变处理的实验一般分为两个步骤:诱变处理和筛选。
首先,需要选择合适的化学诱变剂。
诱变和筛选方法在微生物育种中的应用
摘要: 本文综述了近年来国内微生物育种研究中理化因子等诱变方法和一些筛选方法的应用,并略述了理化诱变因子的诱变效应机制,以及这些诱变和筛选方法在科研和生产中的重要作用.
关键词:诱变筛选理化因子
引言
微生物育种的目的就是要人为地使某些代谢产物过量积累,把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导,或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状,获得所需要的高产、优质和低耗的菌种.为达到这一目的,必须对微生物作诱变处理.在这一过程中,诱变和筛选是微生物育种的两个主要环节.目前, 国内微生物育种界主要采用的仍是常规的理化因子等诱变方法以及对目标菌株的筛选与检出方法.
一·诱变方法
1. 物理因子诱变
1.1紫外(UV)
DNA和 RNA的嘌呤和嘧啶有很强的紫外光吸收能力,最大的吸收峰在 260nm 紫外辐射能作用于DNA ,因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂. 对于紫外的作用已有多种解释 ,但研究的比较清楚的一个作用是使 DNA 分子形成嘧啶二聚体,即两个相邻的嘧啶共价连接.二聚体出现会减弱双键间氢键的作用 , 并引起双链结构扭曲变形 ,阻碍碱基间的正常配对,从而有可能引起突变或死亡.二聚体的形成 ,会妨碍双链的解开,因而影响DNA的复制和转录.紫外辐射可以引起转换、颠换、移码突变或缺失等.
紫外线是常用的物理诱变因子,是诱发微生物突变的一种非常有用的工具. 由于 UV 的能量比X-射线和γ-射线低得多,在核酸中能造成比较单一的损伤, 所以在 DNA 的损伤与修复的研究中,UV也具有一定的重要性.
1.2 低能离子
低能离子生物学是我国首创的研究领域.离子注入生物体既存在能量、动量交换过程,又存在粒子沉积过程. 而动量、能量和质量三种作用都有其不同的生物学效应.离子注入与生物体相互作用存在峰值. 在峰值范围内,注入离子与生物体相互作用是局部的、双重的和不易修复的.在离于注入过程中,生物分子将吸收能量 , 经历着复杂的物理和化学的变化,这些变化的中间体是各类自由基. 所产生的活性自由基,能引起其它正常生物分子的损伤.可使细胞中的染色体畸变,DNA链发生断裂,也可使质粒DNA造成断裂点.由于低能离子在微生物诱变育种中的高效 ,它正在得到越来越广泛的应用.而且因为离子注入射程的可控性 , 随着微束技术和精确定位技术的发展 ,定位诱变将成为可能.
1.3 γ-射线
γ-射线属于电离辐射,是电磁波.一般具有很高的能量,能产生电离作用, 因而直接或间接地改变DNA结构.其直接效应是,脱氧核糖的碱基发生氧化,或脱氧核糖的化学键和糖 - 磷酸相连接的化学键,DNA的单链或双链键断裂.其间接
效应是电离辐射使水或有机分子产生自由基,这些自由基与细胞中的溶质分子起作用 , 发生化学变化,作用于DNA分子而引起缺失和损伤.此外,电离辐射还能引起染色体畸变,发生染色体断裂,形成染色体结构的缺失、易位和倒位等.电离辐射通常用于不能使用其他诱变剂的诱变过程.γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一,实际应用的电离辐射还有X - 射线、β- 射线和快中子等.
1.4激光
激光是一种光量子流 ,又称光微粒.激光辐射可以通过产.生光、热、压力和电磁场效应的综合应用.直接或间接地影响有机体,引起细胞DNA或 RNA.质粒. 染色体畸变效应,酶的激化或钝化,以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变.光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用,都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异. 不同种类的激光辐射生物有机体,所表现出的细胞学和遗传学变化也不同作为一种新的诱变源,激光以其高亮度、高方向性、高相干性以及单色性 , 在微生物育种领域已得到广泛应用.而且,不同种类的激光辐照微生物,所表现出的细胞学和遗传学变化也不同,这也给微生物诱变育种提供了便利条件.
1.5 空间条件、磁场、高温
国家开展863高技术航天领域空间诱变育种的研究,取得了很好的成绩.空间环境具有强辐射、微重力、高洁净、高真空等特点,有诱发突变的因素.在空间生命科学领域中 , 微重力和宇宙射线的生物学效应,是最重要的.宇宙射线作用于生物体的最直接效应是引起生物体内发生电离,产生许多次高能电子和自由基,自由基对生物大分子造成损伤,使生物产生变异病变,组织损伤致死等效应.
磁场及高温等诱变方法在微生物育种中也有运用,但并不很多.
2.化学因子诱变
化学诱变剂是一类能和DNA 起作用而改变其结构 , 并引起DNA变异的物质. 其作用机制都是与 DNA 起化学作用,从而引起遗传物质的改变,因而诱变效应与其理化特性有很大关系.
2.1烷化剂
NTG是最有效,也是用得最广泛的化学诱变剂之一.依靠NTG诱发的突变主要是 GC— AT转换,另外还有小范围切除、移码突变及 GC对的缺失.在自然条件下NTG容易分解,而在酸性(PH5. 5)条件下会产生 HN02.虽然 HNO2 本身就是诱变剂,但在NTG有活性时(PH6~9),它却无诱变效果.在碱性条件下,NTG会形成重氮甲烷(CH2N2),它是引起致死和突变的主要原因. 它的效应很可能是CH2N2 对DNA 的烷化作用引起的,另外,烷化剂中的EMS和DES,也是应用较为广泛的诱变剂。
2.2其它
除烷化剂外,常用的化学诱变剂还有嵌合剂,如吖啶橙;碱基类似物,如 52溴尿嘧啶(5 -Bu) ;以及抗生素类等.总之,化学诱变剂在微生物育种中的应用较多,有的诱变效果也较为理想.但因其对人体的致畸致癌作用,实际应用中也受到一定的限制.
3.复合因子诱变
复合诱变包括两种或多种诱变剂的先后使用;同一种诱变剂的重复作用;两种或多种诱变剂的同时使用.普遍认为,复合诱变具有协同效应.如果两种或两种以上诱变剂合理搭配使用,复合诱变较单一诱变效果好.复合因子较单一因子诱变效果有很大优势.但因目前大多微生物,尤其是抗生素产生菌的遗传背景不清
楚,往往对诱变剂,特别是复合诱变剂的选择使用,带有很大的盲目性.
二·筛选方法
1.初筛和复筛
除了诱变过程的最适条件外,突变菌株的分离和筛选也是微生物育种的关键环节.筛选一般分初筛和复筛两个阶段。
初筛可在摇瓶中完成,也可采用琼脂块法,即将适宜的反应试剂喷涂在平板上正在生长的菌落中,或采用混合指示剂在培养基上染色,直接观察特定的酶活性,或者将待测菌落打落,放置在涂有特定菌的检定盘上,依抑菌圈的大小定量测定菌株的抗菌活性物质的含量.初筛得到的高产菌株,再进行摇瓶复筛,对其生产性能作更精确的定量测定.
2.随机筛选和定向筛选
在初筛阶段进行的高产菌株的检出方法又有随机筛选和定向筛选之分.随机筛选具有很大的盲目性,且工作量很大.定向筛选常用来筛选抗性突变株和营养缺陷型突变株,其筛选效率远高于随机筛选.
2.1抗性突变株的筛选
抗性突变包括抗代谢产物,抗代谢类似物 ,抗噬菌体,抗前体及其类似物, 抗重金属离子或抗特定的有毒物质,抗培养基中的某些成分等.代谢产物等的积累,往往对其自身的合成具有反馈调节作用,筛选的抗性突变株,可以消除这些不利因素的抑制或阻遏作用,达到积累目的产物的作用.这些方法在抗生素生产中尤为重要,抗生素产生菌的抗性基因与抗生素合成的结构基因和调控基因紧密联锁而易发生共突变.在抗生素菌种选育中,抗性突变株往往就是高产突变株.
2.2营养缺陷型的筛选
营养缺陷型的本质是一种减低或消除末端产物以解除反馈抑制,使代谢途径中的中间产物或分枝合成途径中的末端产物得以积累.微生物育种中的筛选环节极为繁杂,工作量很大.同时,代谢产物生产能力强弱是数量性状,数量性状是微效多基因与环境条件相互作用的结果.由于发酵条件的不稳定性,发酵及测定操作中的人为误差,使得准确筛选的困难很大.如果建立起自动化测量等工作,效率及准确率将会大大提高.目前,重组 DNA 和原生质体融合等方法已用于菌种选育,但用于大规模生产的还不多,常规的诱变和筛选方法在微生物育种工作中仍占主导地位.
参考文献
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