工业微生物育种诱变剂
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第一章绪论一、微生物遗传育种对野生型菌株或低产菌株进行遗传操作和分离筛选,从大量突变体中筛选出性状优良的菌株,并对其发酵条件加以优化,得到适合发酵工业生产的优良菌种(产量、质量、新产物)。
二、微生物遗传育种的具体目标:1、提高产量生产效率和生产效益总是排在一切商业发酵首位的目标2、提高产物的纯度,减少副产物如色素;提高有效组分3、改变菌种形状,改善发酵过程,如改变和扩大菌种的原料结构;改善菌种生长速率;提高斜面孢子化程度;降低需氧量和能耗;耐不良环境;耐目的产物;改变细胞透性,提高产物分泌4、遗传性状特别是生产性状稳定5、改变生物合成途径,获得新产物三、优良发酵菌株应具备哪些特性1、遗传稳定2、易于培养:营养谱广、培养条件易达到3、易于保存(如孢子丰富或产生休眠体)4、种子生长旺盛5、发酵周期短,产量高,产物单一6、产物易于分离纯化第二章微生物遗传学基础一、名词解释:基因:遗传信息的基本单位。
一般指位于染色体上编码一个特定功能产物(如蛋白质或RNA分子等)的一段核苷酸序列。
转化:受体细胞直接吸收了来自供外源DNA片断,并把它整合到自己的基因组中,细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。
转导:外源遗传物质通过噬菌体的携带进入受体细胞,并与受体染色体发生基因重组接合:供体菌通过性菌毛传递不同长度的单链DNA给受体菌,在后者细胞中发生交换、整合,从而使后者获得新的遗传性状的现象。
菌种衰退:菌种在培养或保藏过程中,由于自发突变的存在,出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象,称为菌种的衰退。
二、突变型的种类形态突变型、生化突变型、条件致死突变型、致死突变型、抗性突变型。
三、试质粒的性质及其在基因工程中的应用性质:自我复制、拷贝数高、不相容性、转移性。
应用:基因工程中作为载体将目的基因带入宿主细胞;其所带抗性基因可作为标记基因;降解复杂有机化合物;合成限制性内切酶或修饰酶。
第三章遗传与变异一、基因组对于原核生物来说,就是它的整个染色体;对于二倍体的真核生物来说,是能够维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染色体。
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。
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。
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。
2.在体外(如试管中)利用DNA聚合酶进行DNA合成时需要添加哪些成分。
四种脱氧核苷酸、引物、DNA聚合酶、模板链。
3.大肠杆菌的转录终止子有哪些种类,各有什么特点。
蛋白质翻译的终止密码子有哪几种?大肠杆菌存在两类终止子:(1)不依赖于ρ因子的终止子,或称为简单终止子。
能形成发夹结构外,在终点前还有一系列(6个)尿苷酸;回文对称区通常有一段富含G-C的序列寡聚U序列可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板rU-dA组成的RNA-DNA杂交分子具有特别弱的碱基配对结构;当聚合酶暂停时,RNA-DNA杂交分子解开,转录终止。
(2)依赖于ρ因子的终止子。
回文结构不含富有G-C区;回文结构之后也没有寡聚U,必须在ρ因子存在时才发生终止作用,ρ因子结合在新合成的RNA上,借助水解NTP获得的能量沿RNA链移动。
RNA聚合酶遇到终止子时发生暂停,ρ因子追上酶,ρ因子与酶相互作用,造成RNA释放。
ρ因子与RNA聚合酶一起从DNA上脱落,转录终止。
蛋白质翻译的终止密码子有UAA、UAG、UGA4.用基因工程手段将一个大肠杆菌的乳糖操纵子的阻遏蛋白基因敲除后,这大肠杆菌的β-半乳糖苷酶基因是否在任何情况下都表现为高水平的转录。
不是,乳糖操纵子不仅有反式作用元件(乳糖阻遏子)还受顺时作用因子(DNA 序列如启动子等)的调控。
LAC子CAP是一个积极的乳糖阻遏蛋白的调节是一个负调节因子,两个调整机构调整的基础上存在的碳源性质和协调乳糖操纵子的表达水平。
5.基因发生移框突变后,基因编码的蛋白质一般是变得更短还是更长,为什么?移框突变是指三联体密码的阅读方式改变,造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变,其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。
因此这个不一定。
如果移码后,出现了新终止子,就变短了。
如果没有了终止子,就变长了。
无论变长或变短,都不一定有活性。
6.请设想一种利用转座子向工业微生物菌种中导人外源基因的方案.转座子(Transposon),又名转位子、跳跃基因是一类DNA序列,它们能够在基因组中通过转录或逆转录,在内切酶的作用下,在其他基因座上出现。
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。