代谢控制育种

微生物育种资料名词解释1．富集培养：目的微生物含量较少时，根据微生物生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利生长条件，是目的微生物在最适环境下迅速生长繁殖，数量增加，由劣种变为优势种，以利用分离所需要的菌种。

2．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（氨基酸、维生素、核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺失的营养因子才能生长。

3．常规杂交育种：通过接合、转化、转导、溶源转化和转染等方式来获得重组体的杂交育种方法。

4．原生质体融合育种：通过酶解破除细胞壁后，制备微生物原生质体，然后诱导原生质体融合杂交，双亲本不受亲和力限制，甚至可以打破种属间遗传障碍。

获得远缘杂交重组体的特殊方式。

5．原生质体再生育种：微生物制备原生质体后直接再生，从再生菌落中分离筛选变异菌株，最终得到优良性状提高的正变菌株。

6．原生质体诱变育种：以微生物原生质体为育种材料，采用物理或化学诱变剂处理，然后分离到再生培养基中再生，并从再生菌落中筛选高产突变菌株。

解答1．工业生产的微生物菌种的特性①在遗传上必须是稳定的②易于产生许多营养细胞、包子或其他繁殖体②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⑨菌株诱变处理较敏感，从而可以选育出高产菌株⑩在规定时间内，菌株必须产生与其数量的目的产物，并保持相对地稳定2．工业微生物的发展史（1）诱变育种。

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，从多种多样的变异体中筛选出产量高、性状优良的变异株，并找出发挥这个变株最佳培养基和培养条件，使其在最是环境条件下合成有效产物。

（2）杂交育种。

使双亲或多亲的遗传物质重新组合，以获得综合双亲优良性状的新品种的育种方法。

（3）代谢控制育种。

进行内因改变，通过定向选育某种特定的突变型，以达到大量积累由于产物的目的，定向选育包括改变代谢代谢通路；降低支路代谢终产物产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜通透性。

微生物育种学复习题题型包括填空、选择、名词解释、简答题、问答题名词解释转换:嘌呤与嘌呤之间，嘧啶与嘧啶之间发生互换称为转换置换：在DNA链上的碱基序列中一个碱基被另一个碱基代替的现象称为置换颠换：一个嘌呤替换另一个嘧啶或一个嘧啶替换另一个嘌呤的现象称为颠换移码突变：碱基序列中有一个或几个碱基增加或减少而产生的变异。

转导：由噬菌体将一个细胞的基因传递给另一细胞的过程。

它是细菌之间传递遗传物质的方式之一。

其具体含义是指一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。

转染：指真核细胞由于外源DNA掺入而获得新的遗传标志的过程。

常规转染技术可分为瞬时转染和稳定转染（永久转染）两大类。

端粒：是染色体末端的一个区域，该区域含有DNA重复序列，当体细胞衰老时，重复序列的数量将逐渐减少。

异核体：两株基因型不同的菌株菌丝体在培养过程中紧密接触，接触部分细胞壁溶解、联结、融合、细胞质交流，在共同的细胞质里存在着两个细胞核。

准性生殖：两个体细胞的核融合，及同源染色体的交换，直至基因重组，完成了和有性繁殖相似的繁殖过程。

原生质体：指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。

富集：某些物质通过水、大气和生物作用而在土壤或生物体内显著积累的作用。

基本培养基：仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基，含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。

选择培养基（及各种类培养基概念）：根据微生物的特殊营养需求或其对某些物理、化学因素的抗性而设计的培养基，用来将某种或某类微生物群体中分离出来，具有使混合菌样中劣势菌变为优势菌的功能，广泛用于菌种筛选等领域。

完全培养基: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。

补充培养基:凡只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基。

富集培养：是在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特性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环境下迅速生长繁殖，数量增加，由自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种以利分离到所需要的菌株。

微生物育种学的主要原理和技术摘要微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。

微生物的育种技术已从常规的突变和筛选技术发展到基因诱变、基因重组和基因工程等，育种技术的不断成熟，大大提高了微生物的育种效果。

本文将讲述微生物育种学的主要原理和技术。

关键词：微生物育种原理方法技术1.微生物育种学的主要原理微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进行改造，去除不良性质，增加有益新性状，以提高产品的产量和质量的一种育种方法。

其原理如下：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2.微生物育种学的主要技术2.1 自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。

一般认为自然突变有两种原因引起，即多因素低剂量效应和互变异构效应。

所谓多因素低剂量效应，是指在自然环境中存在着低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量的诱变物质和微生物自身代谢产生的诱变物质等作用引起的突变。

互变异构效应是指四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配。

自然突变可能会产生两种截然不同的结果，一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降；另一种是对生产有益的突变。

为了保证生产水平的稳定和提高，应经常地进行生产菌种自然选育，以淘汰退化的，选出优良的菌种。

自然选育是一种简单易行的选育方法，可以达到纯化菌种，防止菌种退化，稳定生产，提高产量的目的。

但是自然选育的效率低，因此经常要与诱变育种交替使用，以提高育种效率。

由于DNA的半保留复制以及校正酶系的校正作用和光修复、切除修复、重组修复、诱导修复等作用，使得自发突变几率极低，一般为10-6～10–10。

所以常规育种时间较长，工作量较大。

通过常规育种提高菌种生产能力、筛选高产菌株的效率较低，效果不明显。

生长素信号转导通路的分子机制和应用研究进展植物生长素是一种极为重要的植物激素，它能够控制植物的许多生长和发育过程。

而这种激素作用的机制，则主要通过生长素信号转导通路来实现。

这一过程涉及到成千上万个分子和细胞的相互作用，因此，对于它的研究至关重要。

本文将简要介绍生长素信号转导通路的分子机制和最新应用研究进展。

一、生长素信号转导通路的分子机制生长素信号转导通路可以分为三个主要步骤：识别、传导和响应。

这三个步骤是相互衔接的，因此任何一个环节出现问题，都可能导致整个通路的中断。

下面我们将对它们一一进行介绍。

1. 识别生长素信号的识别是通路的第一步。

这一步骤难点在于识别膜上生长素受体（Auxin Receptor，简称AR），因为AR具有高度的选择性和亲和力。

2018年，Ortiz-Ramírez等通过高分辨率的电子显微镜技术，成功解析了水稻的生长素受体SAUR-ABB1的三维结构，并对其结构进行了系统的分析。

研究发现，在生长素的作用下，SAUR-ABB1会形成二聚体，并将生长素成功识别和结合，从而实现对信号的传导。

2. 传导在生长素信号识别后，通路的第二步是传导，即将信号从AR传递到下游分子。

目前有两种传导机制被广泛采用：RUB活化蛋白介导的和TIR1介导的。

在RUB介导的机制中，RUB蛋白介导AR与另一种蛋白类固醇受体（Steroid receptor）结合，从而触发信号传导。

而在TIR1介导的机制中，则是通过TIR1和Auxin/Indole-3-Acetic Acid（Aux/IAA）蛋白的结合来实现信号传递。

该机制因其可控性和高效性而被广泛采用。

3. 响应生长素信号的响应是通路的最后一个环节。

在该环节中，信号将激活多种下游响应分子如AUX/IAA、ARF、Ubiquitin ligase等。

这些分子的作用将进一步调节植物的生长和发育过程。

二、应用研究进展生长素信号转导通路的研究得以推进，主要得益于新型基因编辑技术CRISPR/Cas9的应用。

第8章代谢控制育种概念：在了解代谢产物生物合成途径、遗传控制和代谢调节机制的基础上，设计对特定突变型的筛选（定向选育），选育出解除正常代谢调节、或绕过微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使有用代谢产物选择性地大量合成和积累1 初级代谢的调节控制1.1 酶合成的调节诱导（induction）：促进酶合成的调节阻遏(repression)：阻碍酶合成的调节组成酶(constitutive enzyme)：细胞完成基本生物功能常备的酶类诱导酶(induced enzyme)：细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的酶类1.1.1 酶合成调节的类型1.1.1.1 诱导诱导物：能促进诱导酶产生的物质，是酶的底物或其结构类似物同时诱导：当诱导物存在时，微生物同时合成几种诱导酶顺序诱导：当诱导物存在时，微生物先合成能分解此物的酶，再依次合成分解各种中间产物的酶1.1.1.2 阻遏1.当代谢途径中某物质过量时，通过阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成，从而彻底地控制代谢和减少该物质的合成。

2.末端产物阻遏（end-product repression）:由于某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏3.分解代谢物阻遏（catabolite repression）:当有两种C/N源分解底物同时存在时，细胞优先利用分解快的底物，并阻遏合成利用慢的底物的相关酶的合成4.分解代谢物阻遏实质是分解代谢反应链中的某些中间代谢物或末端产物过量积累而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象5.葡萄糖效应：当葡萄糖和乳糖同时存在时，微生物优先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗尽后，才开始利用乳糖，出现“二次生长”。

葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成1.1.2 酶合成调节的机制1.操纵子：一组功能上相关且紧密连锁的基因。

由启动基因、操纵基因和结构基因组成2.启动基因(promoter):依赖于DNA的RNA聚合酶结合位点3.操纵基因(operator):能与调节蛋白结合，阻遏转录4.结构基因(structural gene): 编码多肽基因5.调节基因（regulator gene):位于相应操纵子附近，编码组成型调节蛋白(regulatory protein),此蛋白为变构蛋白，存在与操纵基因结合的位点，以及与效应物结合的位点6.效应物(effector):一类低分子量的信号物质，如诱导物（inducer)和辅阻遏物（corepressor）7.调节蛋白有两类,一类称为阻遏物(repressor),他能与操纵基因结合，阻遏转录，但当与诱导物结合时，则不能与操纵基因结合，转录发生；另一类称为阻遏物蛋白（aporeperssor）,只有与辅阻遏物结合后，才能与操纵基因结合，阻遏转录8.诱导型操纵子：当诱导物存在时，其转录频率才最高，并随后转译出大量诱导酶，出现诱导现象，如乳糖、半乳糖和阿拉伯糖分解代谢操纵子9.阻遏型操纵子：只有当缺乏辅阻遏物时，其转录频率才最高。

代谢工程在工业微生物育种中的应用摘要：传统的诱变育种仍是目前发酵工业菌种选育中最常用的育种技术，以基因工程技术为主的多元化育种方式的发展，为代谢途径操作引入了全新的理念和方法，使代谢工程得以发展。

代谢工程是对细胞代谢网络的代谢流量及代谢控制进行定量地、系统地分析，并通过DNA重组技术和相关的遗传学手段对微生物细胞进行代谢改造，提高其目的产物代谢量。

本文论述了微生物代谢工程的理论基础及其在发酵工业微生物育种中的应用现状。

关键词：代谢工程；代谢途径；菌种选育发酵工业自20世纪40年代发展至今，在青霉素等抗生素的发酵生产、赖氨酸等一系列氨基酸的发酵生产以及核苷酸、有机酸等物质的发酵产业发展中起了极其重要的作用。

在工业微生物育种的过程中，对个别基因进行改造的经典基因工程技术不能保证对微生物代谢网络结构和功能的准确分析和高效利用，影响了相关行业的生产效率的稳定和经济效益的提高。

目前，几乎所有重要工业微生物模式菌种的基因组全序列已经或即将公布，转录组、蛋白质组、代谢组、通量组等数据资源正在迅速扩展。

充分利用组学数据中包含的有用信息，可以更有效地改造和控制细胞性能、提高底物利用以及产品的产率、改善微生物工业适应性，促进工业生物技术发展[1]。

菌种筛选和持续不断的改良贯彻于发酵生产过程的始终，以基因工程为核心的现代生物技术正越来越显示出其在菌种改良上的魅力，将最终成为微生物育种的主导技术[2]。

建立在重组DNA技术基础之上的代谢工程技术，可以更容易地选择菌种的改良靶点，构建具有新的代谢途径的微生物细胞，提高其发酵性能，生产特定目的产物，从而可以推动发酵工业的发展。

一、代谢工程概述代谢工程（Metabolic engineering），又称途径工程（Pathway engineering），是指利用生物学原理，系统地分析细胞代谢网络，并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径，通过遗传修饰，完成细胞特性改造的应用性学科。

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。

微生物的代谢与调控吴俊康 220130450（东南大学能源与环境学院江苏南京210096）摘要：本文叙述了微生物的代谢过程，微生物代谢的自我调节和人工调控以及微生物代谢和调控在工农业生产中的应用。

微生物的代谢过程包括能量代谢和物质代谢，能量代谢包括吸能代谢和放能代谢，物质代谢包括合成代谢和分解代谢，物质代谢和能量代谢密不可分，往往生命体在物质代谢的同时伴随着能量代谢；同时本文所叙述的微生物的代谢调节过程包括细胞内酶水平的自我调节和人工调控。

利用微生物的代谢途径并通过外界的人工调控获得特定的代谢产物，在工农业生产中已广泛应用，因此，研究微生物的代谢途径和调控，是微生物工农业应用极其重要的一部分。

关键词：微生物；代谢；调节Abstract：In this paper，the metabolism of microorganisms is discussed，including the process of microbial metabolism，the way of their self-control and artificial control，and the application of microbial metabolism in industry and agriculture.The process of metabolism can be classified as energy metabolism，including endergic and exergenic reactions，and material metabolism，including. anabolic and catabolic metabolism，which always have the interwovenness.At the same time，the way of self-control and artificial control of the metabolism is also introduced in this article，covering the level of enzyme in the cell.Now that using and controlling microbial metabolism for some targeted product has been widely applicated in industry and agriculture，so doing many researches on the process and contol of microbial metabolism is an extremely important part of their application.Keywords：microorganisms；microbial metabolism；metabolic regulation目录第一章微生物的代谢................................................................................................. - 2 -1.1 微生物代谢的分类与特点 ......................................................................................- 2 -1.1.1 代谢的分类 .....................................................................................................- 2 -1.1.2 代谢的特点 .....................................................................................................- 3 -1.2 微生物的能量代谢....................................................................................................- 3 -1.2.1 ATP与生物氧化 .............................................................................................- 4 -1.2.2 发酵...................................................................................................................- 6 -1.2.3 好氧呼吸....................................................................................................... - 13 -1.2.4 无氧呼吸....................................................................................................... - 16 -1.3 微生物的物质代谢................................................................................................. - 19 -1.3.1 微生物的合成代谢 ..................................................................................... - 19 -1.3.2 微生物的分解代谢 ..................................................................................... - 27 -1.3.3 合成代谢和分解代谢的联系.................................................................... - 27 - 第二章微生物的代谢调节....................................................................................... - 29 -2.1 微生物的自我调节................................................................................................. - 29 -2.1.1 酶活性的调节 .............................................................................................. - 30 -2.1.2 酶合成的调节 .............................................................................................. - 32 -2.1.3 其他调节....................................................................................................... - 37 -2.2 人工调控 .................................................................................................................. - 39 -2.2.1 遗传学法....................................................................................................... - 39 -2.2.2 生物化学法 .................................................................................................. - 39 - 第三章微生物代谢及调控的应用........................................................................... - 41 -3.1 代谢调控应用 ......................................................................................................... - 41 -3.1.1 代谢控制育种 .............................................................................................. - 41 -3.1.2 代谢控制发酵 .............................................................................................. - 42 -3.1.3 其他................................................................................................................ - 42 -3.2 案例——生料酿酒 ................................................................................................. - 43 -3.2.1 生料酿酒简介 .............................................................................................. - 43 -3.2.2 生料酿酒的基本原理................................................................................. - 43 -3.2.3 生料酒曲的生产工艺................................................................................. - 44 -3.2.4 生料酿酒工艺 .............................................................................................. - 45 -3.2.5 生料酿酒在我国的应用............................................................................. - 46 -前言新陈代谢是生命的最基本的特征，生物从外界吸取所需物质和能量，经过复杂的生物化学变化，转化成自身的物质，并贮存能量；同时，生物分解自身的物质，释放能量；细胞不断的吸收释放物质和能量，使机体不断地自我更新，从而保证机体生长、发育、繁殖、运动等生命活动正常进行，这就是生物的新陈代谢。