新型诱变源及其在微生物育种上的研究进展
新型诱变源及其在微生物育种上的研究进展
收稿日期:2005209205.
基金项目:河南科技学院重点科研基金资助项目(4018)。
作者简介:崔艳红(19752),女,助教,硕士,主要从事生物技术在饲料中的应用研究。
崔艳红,李培庆
(河南科技学院动物科学系,河南新乡453003)
摘要:自从人们发现激光、离子注入生物效应后,激光、低能离子与生物体系相互关系的研究就成为了研究的
热点,并且很快在许多领域投入使用;本文简述了新型诱变源激光、离子注入的诱变作用机理、生物效应及其在微生物育种上的应用研究。
关键词:激光;离子注入;诱变作用机理;生物效应;应用
中图分类号:S 335.21 文献标识码:A 文章编号:10032482X (2005)0420005205
New M utagen Source and Its i n M icroorgan is m
Breed i ng Research Progress
CU I Yan 2hong ,et a l .
(H enan In stitu te of Science and T echno logy ,X inx iang ,H enan ,453003,Ch ina )
Abstract :Since the bi o logical effects induced by laser and i on i m p lantati on w ere observed ,the investigati on
of interactive relati onsh i p s betw een laser ,low energy i ons and o rganis m have becom e a rem arkable subject .In recent years ,the laser and i on beam i m p lantati on techniques have been w idely app lied in m any fields and arisen mo re and mo re concern .T h is paper summ arized the m utati on m echanis m and bi o logical effect of laser and i on i m p lantati on ,and their app licati on in m utati on breeding of m icroo rganis m .
Key words :laser ,i on i m p lantati on ,m utati on m echanis m ,bi o logical effect ,app licati on
诱变育种是在研究诱发机制的基础上选择合适的诱变因素、处理剂量及处理方法后,应用合理的筛选程序及适当的筛选办法把优良的菌种选育出来。传统诱变方法的多次诱变往往导致负突变和抗性饱和。因此,开发新的诱变源、提高突变率、扩大突变谱已经成为育种的当务之急,为了寻找一种新的突变频率高、突变谱广的诱变源,各种物理、化学诱变纷纷被引进诱变育种领域。激光、高能电子流和离子注入剂就是为满足当前需要而运用而生的新型诱变剂。
1 激光
1.1 激光诱变作用机理
作为一种新的辐射育种方法,激光在农业上已广泛被采用,并取得了许多理想成果,在微生物育种上尤其是近年来也取得了可喜的进展。激光辐照通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合作用,直接或间接地影响生物有机体,热效应引起酶失活、蛋白质变性,导致生物的生理、遗传变异;压力效应使组织变形、破裂,引起生理及遗传变异;电磁场效应产生自由基导致DNA 损伤,引起突变;光效应是通过一定波长的光子被吸收,跃迁到一定能级,引起生物分子变异。
总之激光通过直接或间接地作用,引起细胞
DNA 或RNA 、
质粒、染色体畸变效应,酶的激活第33卷 第4期河南科技学院学报(自然科学版)
2005年12月V o l .33 N o.4Jou rnal of H enan In stitu te of Science and T echno logy D ec .2005
或钝化,以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。光量子引起细胞内含物中的任何物质一旦发生改变,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,这为育种提供了有利条件。
低剂量辐照对生物体具有刺激作用,随着剂量增加,则产生抑制、损伤以及诱变和致死作用。到目前为止,人们普遍认为低功率激光影响生物体及使生物产生遗传变异的主要机制在于激光的光效应和电磁场效应。但总起来讲,激光与微生物相互作用机理的解释还不完善[1～6]
国内外普遍比较认同的一种解释是光照活化效应。在激光辐照机体时产生光照活化效应,使核仁器抑制解除而被活化,并使DNA2RNA2蛋白质系统活性提高、核糖体上蛋白质合成作用的活性增强,这可使机体内的生物合成增强,特别是三羧酸酶和细胞色素氧化酶活性提高,从而提高细胞利用氧的能力并增强细胞合成A T P的能力。此外,DNA2RNA2蛋白质系统活性的提高还可增强细胞有丝分裂[7],刺激细胞内外的生理再生过程和修复再生过程。一般认为光被呼吸链(或称电子传递链)的光受体吸收是光的生物反应的第一步,呼吸链中光受体的名称、构成、特性等也逐渐被人们所认识,而光在细胞内引起的一系列反应的结果,可能是对DNA2RNA2蛋白质或酶系统的某种修饰,从而刺激微生物新陈代谢加速和生成繁殖速度加快。这中间的一系列反应和反应的中间产物及作用尚待深入研究。
1.2 激光诱变的生物学效应
就某一微生物培养物而言,几乎每一个可见光波段都可以产生生物刺激作用。陈有为(1996)等在进行激光辐照酵母菌刺激效应的研究中,采用激光不同照射剂量,分别照射酿酒酵母菌Sac2 charom ycescerevisiaeA S2.1189的结果表明:两种激光对酵母菌细胞均有致死作用,CO2激光的照射时间与酵母菌细胞的死亡率成正比关系,即随着辐照剂量的增大,细胞存活率降低,致死率提高;H e2N e激光对酵母菌的致死效应则显得较弱,当照射时间在5～20’范围时,对酵母细胞的增殖具有促进作用,其中辐照剂量以10’最佳。在酵母菌细胞数量上的变化方面,两种激光的刺激效应有所不同,H e2N e激光小剂量(5’)能促进细胞增长,H e2N e激光大剂量对酵母菌生长具有抑制作用,而CO2激光抑制酵母细胞生长的作用比H e2N e激光明显。H e2N e激光具有促进酵母菌体细胞的分裂和刺激细胞芽殖生长的作用,由此可以认为,H e2N e激光可刺激细胞酶生理活性的提高,促进酵母菌生长繁殖速度加快,具体的光化作用可能是对DAN2RNA、蛋白质或酶系统的某种修饰[10]。
胡卫红(2001)等CO2激光辐照酵母菌的生物学效应的研究结果表明,CO2激光对酵母菌细胞生长及生理代谢等方面具有刺激效应;CO2激光对酵母菌具有诱变作用,并已筛选出3株遗传变异菌株[16]。
李兵(2002)等以不同剂量的H e2N e激光照射小鼠,分阶段测试小鼠血清IgG浓度,并与对照组对比分析。结果表明中等剂量H e2N e激光照射可提高小鼠血清IgG水平,可改善机体体液免疫水平[17]。
杨天波(1989)等研究激光对果胶酶产生菌A SP3.396的影响,发现激光能促进此菌的代谢,提高产酶活性。有人用低剂量N2激光辐照谷氨酸生产菌钝齿棒状杆菌T6213,结果细胞的呼吸强度,以12m in的处理组为最高,说明低剂量激光辐照提高了细胞的活力,使新陈代谢旺盛,谷氨酸产量和糖酸转化率比对照组提高单位面积产量31%,另外激光照射后增强了菌体细胞膜的透性,有利于细胞内合成的谷氨酸分泌到细胞外的发酵液中,使产量提高。
1.3 激光在微生物诱变育种中的应用
不同的激光,同一中激光不同的波长、辐射剂量和处理方法的不同,诱变效果会有很大的差异。大量实验表明620nm左右波长的激光对不同的微生物培养物都有明显的生长刺激作用,H e2N e 激光波长为632.8nn,因此H e2N e激光器成为进行此类实验理想的激光器[8.9]。
王瑞丽(1998)等.激光辐照优良根霉菌株的实验结果表明,采用恰当的激光辐照处理根霉菌株和适宜的培养基进行继代培养、复壮和保藏,能够方便、快捷地获得生长速率快、菌丝生长丰满、孢囊增大、糖化霉活性增高的正突变株。
彭益强(2002)等的实验结果表明:15W功率辐照原生质体液20"～4,存活率在8.571%～117.14%之间,正变率在27.45%～100%之间,正变辐度60.69%～124.96%,说明原生质体比孢子耐受激光诱变的能力强,并且诱变效果好。筛
河南科技学院学报(自然科学版) 2005年
选到了一株酶活提高达3.75倍的单个变异菌株。
郭爱莲(2001)等用H e2N e激光(9mW)辐照白腐真菌原生质体10m in,选育得到木质素降解率达43.03%变株,比对照出发株提高木质素降解率50%[11]。
王卫卫(2002)等用H e2N e激光,辐照少根根霉孢子及原生质体,在摇瓶中得到Χ亚麻酸含量比原始菌株提高276.7%的高产株。
2 离子注入
离子注入也是一种新的诱变方法。国外自六十年代中、后期相继把离子注入技术应用于生物学领域的研究。我国在1986年由中国科学院等离子体物理研究所余增亮等首次将氮离子注入水稻,发现了离子注入对生物的诱变效应,开辟了诱变育种的新途径。低能离子生物学在短短的十几年里取得了较大的进展。由于目前研究水平和研究手段的限制,低能离子生物学的研究主要侧重于对离子注入引变机理的探索和对生物效应的研究两方面。
2.1 低能离子注入诱变机理[18.20.21.24]
、固体物理学原理出发,利用现代化的分析技术,已基本弄清了其诱变原理。一般认为,一个植物细胞就像一座运转良好的“城市”,一粒种子就更为复杂。尽管如此,对休眠的种子人们仅把它等效于一种“固定”的靶。一个能量几十至几百千电子伏的离子在它到达终位前,将同靶中分子、原子进行一系列的碰撞。当入射离子能量较高时,它与靶原子分子的作用主要是非弹性碰撞过程(电子阻止过程),使生物分子电离或激发,导致电离损伤。入射离子能量逐渐降低后,弹性碰撞将起主要作用(核阻止过程),通过碰撞、级联和反冲,导致几百个原子移位,留下空位和断键。随着入射离子能量进一步降低,核阻止本领急剧上升,能量损失达到峰值。这时,慢化的原初离子也将以高斯分布的形式沉积下来。如果注入的是活性离子,则它们在沉积过程中将不断地与生物分子键合、置换或者填充空位,形成新的分子基团。伴随着入射离子能量的沉积,其中一小部分能量将随着动量方向指向表面而达到表面,引起生物体表面的二次粒子发射,即溅射。另外,入射离子在单次碰撞时直接把动量传给表面粒子,也会发射较高能量的二次离子。总之,低能离子和生物体作用的原初过程包含了能量的沉积、动量的传递、粒子的注入、电荷的交换四个方面。
2.2 离子束注入的生物效应[18.20.21.24.33]
离子注入生物效应可分为以下几个阶段.(1)物理阶段:入射离子同靶原子发生碰撞,导致原子激发、电离,能量损失,同时慢化的原初入射离子也以高斯分布形式沉积下来.(2)化学阶段:能量的传递、原子的解离及入射离子的沉积可能导致DNA分子的断裂、重排,引起基因突变和染色体畸变.(3)生物阶段:分子损伤不能通过细胞的代谢功能得到修复,表现出下列生物学效应:细胞死亡、细胞突变以及后代的遗传变异。
注入离子的质量沉积产物对DNA的保护作用和对损伤细胞修复的刺激效应,主要体现在质量沉积产物与DNA生物大分子争夺OH等自由基,使DNA的G、T碱基变成G+、T-,导致DNA键断裂,而注入离子的电荷可吸收G+、T -间所传递的电子,或将自己的正电荷转移给它们,使之成为中性,即可降低DNA链的断裂.同时,注入离子的正电荷还可吸收辐射产生的?电子,?电子可吸收因辐射细胞所产生的水分子分解出OH和H,以及辐射所引起水分子的再度激发所产生更多的OH和H,从而减轻OH和H对DNA的辐射损伤。因而微生物细胞的存活率与注入剂量的关系是先降后升再降的“马鞍型”曲线。
离子束注入效应曲线呈“马鞍型”变化:即小剂量注入时存活率较高,随剂量增加存活率下降,但随剂量的增加存活率有所回升,然后逐渐下降。这表明离子注入的射程较短,低剂量时离子只对细胞表面进行损伤和刻蚀,因而存活率较高;随着剂量的增加,细胞表面刻蚀严重,离子损伤及细胞内部产生大量自由基和软射线等,致使存活率下降;但下降到一定值时出现饱和现象,当剂量累计到一定值时,细胞某种修复机制被激活,存活率有所回升;当剂量增加到一定值时,细胞损伤无法修复,存活率再次下降。
2.3 离子注入在微生物诱变育种中的应用
低能重离子在生物诱变育种中的轻损伤、高突变率、突变谱广、安全等特点已逐渐为科研工作者所共识。H e2+、N+、A r+、A r13+、Zn2+、Fe+、C5+、C4+等重离子被广泛试用于红霉素生产菌、之江菌素、纤溶酶、纤维素酶分解菌、糖化酶生产菌、维
第4期 崔艳红等:新型诱变源及其在微生物育种上的研究进展
生素C、花生四烯酸生产菌等微生物中,并取得了可喜的经济效益和社会效益。向砥(2002)等用低能N+注入壮观链霉菌(治疗淋病用抗生素M-141产生菌),效价较出发菌株提高102.3%,培养时间比原菌株缩短48h[23]。浙江农科院微生物研究所研究用离子束辐射糖化酶生产菌,仅仅经过一、二年的时间,糖化酶生产菌的活力已从平均发酵单1.5万提高到2万,其中最高一株达2.6万[26]。
中国科学院等离子体物理研究所先后对淀粉酶菌种和利福霉素生产菌进行离子束改良,经诱变筛选到福霉素菌株的发酵水平提高40%,效价最高可达6800u mL[27]。
许安(1998)等诱变出维生素C生产菌,摩尔转化率最高已达到97.5%,并且已发现这种菌种具有直接转化葡萄糖的能力,葡萄糖重量转化率可达50%[22]。王纪(1998)等用离子注入技术选育出维生素D生产菌的麦角甾醇酵母,发酵水平提高了50%以上,且遗传稳定[28]。
甄卫军(2002)等则利用离子注入选育了2株V C高产菌株,产酸量较出发菌株提高了35.48%、25%。菌源性酶工程方面,离子注入诱变成功的选育了多种酶的高产菌株[19]。陈宇(1997)等研究所用40-60kev剂量的N+注入红霉素生产菌,经诱变筛选后,将红霉素的产量提高了20%以上。与紫外线诱变相比,离子注入诱变具有突变范围广和突变程度高的特点[29]。
施跃峰(2002)等结果表明,各剂量N+离子注入之江菌素产生菌的总变异率达42.4%～73.0%,其中正变异率为58%～382%。通过9批诱变实验,筛选到1株高产菌株9749,效价比出发菌株提高4倍多。通过5代传代,产素性能能稳定遗传,并通过了400L发酵罐中试,表明离子注入处理是一种有潜力的微生物诱变育种新方法[25]。
刘连碧(2001)等应用低能N+离子对柔红霉素产生菌天蓝淡红链霉菌S IP I1482野生型菌株的孢子进行注入诱变选育,获得了柔红霉素产抗能力提高15倍的高产突变株[31]。
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第4期 崔艳红等:新型诱变源及其在微生物育种上的研究进展
微生物的诱变育种
微生物的诱变育种 作者：佚名来源：生物秀时间：2008-4-18 实验仪器大全实验试剂大全 一、实验目的和内容 目的：以紫外线诱变获得用于酱油生产的高产蛋白酶菌株为例，学习微生物诱变育种的基本操作方法。 内容：1．对米曲霉(Aspergills oryzae )出发菌株进行处理，制备孢子悬液。 2．用紫外线进行诱变处理。 3．用平板透明圈法进行两次初筛。 4．用摇瓶法进行复筛及酶活性测定。 二、实验材料和用具 米曲霉斜面菌种； 豆饼斜面培养基、酪素培养基、蒸馏水、0.5%酪蛋白； 三角瓶(300mL、500mL)、试管、培养皿(9cm)、恒温摇床、恒温培养箱、紫外照射箱、磁力搅拌器、脱脂棉、无菌漏斗、玻璃珠、移液管、涂布器、酒精灯。 三、操作步骤 (一)出发菌株的选择及菌悬液制备 1．出发菌株的选择可直接选用生产酱油的米曲霉菌株，或选用高产蛋白酶的米曲霉菌株。2. 菌悬液制备取出发菌株转接至豆饼斜面培养基中，30℃培养3～5d 活化。然后孢子洗至装有1mL 0.lmol/L pH6.0 的无菌磷酸缓冲液的三角瓶中(内装玻璃珠，装量以大致铺满瓶底为宜)，30℃振荡30min，用垫有脱脂棉的灭菌漏斗过滤，制成把子悬液，调其浓度为106～108 个/mL，冷冻保藏备用。 (二)诱变处理 用物理方法或化学方法，所用诱变剂种类及剂量的选择可视具体情况决定，有时还可采用复合处理，可获得更好的结果。本实验学习用紫外线照射的诱变方法。 1．紫外线处理打开紫外灯(30W)预热20min。取5mL 菌悬液放在无菌的培养皿(9cm)中，同时制作5 份。逐一操作，将培养皿平放在离紫外灯30cm(垂直距离)处的磁力搅拌器上，照射l min 后打开培养皿盖，开始照射，与照射处理开始的同时打开磁力搅拌器进行搅拌，即时计算时间，照射时间分别为15 s、30 s、l min、2 min、5 min。照射后，诱变菌液在黑暗冷冻中保存1～2h 然后在红灯下稀释涂菌进行初筛。 2．稀释菌悬液按10 倍稀释至10-6，从10-5和10-6中各取出0.lmL 加入到酪素培养基平板中(每个稀释度均做3 个重复)，然后涂菌并静置，待菌液渗入培养基后倒置，于30℃恒温培养2～3d。 (三)优良菌株的筛选 1. 初筛首先观察在菌落周围出现的透明圈大小，并测量其菌落直径与透明圈直径之比，选择其比值大且菌落直径也大的菌落40～50 个，作为复筛菌株。 2．平板复筛分别倒酪素培养基平板，在每个平皿的背面用红笔划线分区，从圆心划线至周边分成8 等份，1～7 份中点种初筛菌株，第8 份点种原始菌株，作为对照。培养48h 后即可见生长，若出现明显的透明圈，即可按初筛方法检测，获得数株二次优良菌株，进大摇瓶复筛阶段。3．摇瓶复筛将初筛出的菌株，接入米曲霉复筛培养基中进行培养，其方法是，称取麦秩85g，
工业微生物育种复习题
工业微生物育种知识点汇总 1.1工业微生物：包括所有工业上应用的微生物，还包括一些工业生产中必须处理的杂菌。包括细菌、放线菌、单细胞藻类、酵母菌和其他真菌，以及通过各种人工手段改建的新细胞和动、植物的细胞培养物。 1.2 工业微生物育种学：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 1.3 工业微生物育种的目的: 消除不好的品性;加强好的品性;引入全新的特性. 1.4 工业微生物育种方法：自然界中筛选分离；诱变育种；基因重组育种；重组DNA技术。 1.5 Industrial microbial breeding science 工业微生物育种学 2.1 基因型：由遗传信息组成，编码微生物的所有特性。基因型代表潜在的特性，但并不是特性本身。 2.2 表现型：指一些实际的、已表达的特性 2.3 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA 或RNA的过程 2.4 转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。 2.5 翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。 2.6 逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。 2.7 野生型：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。 2.8 突变：指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。而基因突变是在细胞学上看不到遗传物质的变化。 2.9 转化：受体菌在自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因中，而获得部分新的遗传性状的基因转移的过程。 2.10 转导：是以噬菌体为媒介将外源DNA片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。 2.11 接合：在原核细胞中，细菌的接合是指细胞与细胞的相接触，遗传信息从供体细胞中转移到受体细胞中的过程。在真核细胞中，接合是指单倍体的配子融合成双倍体合子的过程。 2.12 DNA的复制过程中，一个亲本双链DNA分子被转换成两个相同的子链DNA 分子。其复制的关键是DNA碱基序列的互补结构。 2.13 转录过程：起始位点的识别；转录起始；链的延伸；转录终止；转录后加工 2.14 蛋白质合成的过程：肽链合成的起始；肽链合成的延伸；肽链合成的终止与释放；合成多肽的输送和加工；蛋白质分子的折叠 2.15 诱变剂;凡能提高基因突变频率的因素.①有化学诱变剂（碱基类似物诱变剂，例如：5-BU 2-AP等；与碱基起化学反应的诱变剂，例如：亚硝酸各种烷化剂等；嵌入诱变剂，例如：原黄素，吖叮黄）②物理诱变剂（辐射和热，例如：紫外线快中子等）③生物诱变剂（转座因子）
菌种诱变方法
微生物诱变育种的方法 摘要:介绍了几种常用的物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等,为微生物诱变育种提供了一个总体的方法框架。 关键词:诱变; 微生物育种 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切，其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏，甚至影响人们的日常生活质量，所以选育优质、高产的微生物菌株十分重要。微生物育种的目的就是要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，人为地使某些代谢产物过量积累，获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为育种途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前，国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。 1 物理诱变 1.1紫外照射 紫外线照射是常用的物理诱变方法之一，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA和RNA的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰260nm，因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释，但比较确定的作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对，所以可能导致突变甚至死亡[2]。 马晓燕[3]等以紫外诱变原生质选育法筛选发酵乳清高产酒精菌株马克斯克 鲁维酵母菌株ZR-20，比优化前的酒精产率提高10.5%，较出发菌株提高了68%。顾蕾[4]等通过紫外诱变红酵母ns-1原生质体，获得类胡萝卜素产量明显提高的突变株，其生物量、色素产量分别为6.15g/L、6.41mg/L，分别比原始菌株提高了67.6%、54.1%。 紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用这种方法。 1.2电离辐射 γ-射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具有很高的能量，能产生电离作用，可直接或间接地改变DNA结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基，或者脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使
浙江大学工业微生物学2000真题
浙江大学2000年工业微生物考研试题 一、是非题（共16分。只需注明 “ 对 ” 或 “ 错 ” ） ? 遗传型相同的个体在不同环境条件下会有不同的表现型。 EMP 和 HMP 代谢途径往往同时存在于同一种微生物的糖代谢中。 如果碱基的置换，并不引起其编码的肽链结构的改变，那么，这种突变现象称为沉默突变。 低剂量照射紫外线，对微生物几乎没有影响，但以超过某一阈值剂量的紫外线照射，则会导致微生物的基因突变。 在宿主细胞内， DNA 病毒转录生成 mRNA ，然后以 mRNA 为模板翻译外壳蛋白、被膜蛋白及溶菌酶。 总状毛霉和米根霉同属藻状菌纲。 大多数微生物可以合成自身所需的生长因子，不必从外界摄取。 产子囊孢子的细胞一定是双倍体，而出芽生殖的细胞可以是双倍体，也可以是单倍体。 E.coli K12( l ) 表示一株带有 l 前噬菌体（ Prophage) 的大肠杆菌 K12 溶源菌株。 因为不具吸收营养的功能，所以，将根霉的根称为“假根”。 因为细菌是低等原核生物，所以，它没有有性繁殖，只具无性繁殖形式。 与单独处理相比，诱变剂的复合处理虽然不能使微生物的总突变率增大，但能使正突变率大大提高。 微生物系统分类单元从高到低依次为界、门、纲、科、目、属、种。 在自然条件下，某些病毒DNA 侵染宿主细胞后，产生病毒后代的现象称为转染（transfect) 。 一个操纵子中的结构基因通过转录、转译控制蛋白质的合成，而操纵基因和启动基因通过转录、转译控制结构基因的表达。 蓝细菌是一类含有叶绿素 a 、具有放氧性光合作用的原核生物。 二填充题（共 30分）： 实验室常见的干热灭菌手段有 a 和 b 等。 实验室常用的有机氮源有 a 和 b 等，无机氮源有 c 和 d 等。为节约成本，工厂中常用e 等作为有机氮源。 细菌的个体形态主要有 a 、 b 和 c 等。 细菌肽聚糖由 a 和 b 交替交联形成基本骨架，再由 c 交差相连，构成网状结构。 a 是芽孢所特有的化学物质。一般它随着芽孢的形成而形成，随芽孢的萌发而消失。 微生物系统命名采用 a 法，即 b 加 c 。 中体 (mesosome) 是 a 内陷而成的层状、管状或囊状结构。它主要功能 b 。 鞭毛主要化学成分为 a ，鞭毛主要功能为 b 。 荚膜的主要化学成分有 a 和 b 等，常采用 c 方法进行荚膜染色。 霉菌细胞壁化学组成是 a 等；酵母菌细胞壁化学组成是 b 和 c 等。 培养基按其制成后的物理状态可分为 a 、 b 和 c 。 枝原体突出的形态特征是 a ，所以，它对青霉素不敏感。 碳源对微生物的主要作用 a 。 Actinomycetes 是一类介于 a 和 b 之间，又更接近于 a 的原核微生物。它的菌丝因其形态和功能不同可分为 c 、 d 和 e 。 霉菌的有性繁殖是通过形成 a 、 b 和 c 三类孢子而进行的。其过程都经历 d 、 e 、 f 三阶段。大多数霉菌是 g 倍体。
工业微生物育种
转谷氨酰胺酶生产菌株的诱变选育方案 学生： 摘要：通过诱变育种选育转谷氨酰胺酶工业生产菌株，使目的菌株产酶量高、酶活高、到达最大产酶量的时间短，生长周期、最适产酶温度等条件尽可能地符合工厂要求。 关键字：筛选；工业菌株；诱变育种 前言： 工业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。工业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。 微生物发酵要想取得优良成绩, 有赖于优良菌种的利用。从工业发酵的观点来看发酵菌种的优异生产性能等于经选育的、符合经济要求的优良遗传背景加上经人为精心设计的、优化的发酵环境。菌种选育的最终目标, 就是通过人工干预, 使选出的优良菌种在优化环境中尽可能表现出优异性状。菌种分离、筛选、改良是贯彻微生物发酵始终的工作。 一．菌种选育的具体目标 (1) 提高产量。 (2) 提高产物的纯度。减少副产物; 提高有效组分;减少色素等杂质。 (3) 改变菌种性状。改善发酵过程, 包括: 改变和扩大菌种所利用的原料结构; 改善菌种生长速度; 提高斜面孢子化程度; 改善菌丝体形状, 采用菌球菌丝体发酵;少用消泡剂或使菌种耐合成消泡剂; 改善对氧的摄取条件, 降低需氧量及能耗; 耐不良环境: 抗噬菌体的侵染,耐高温、耐酸碱、耐自身所积累的代谢产物; 改善细胞透性, 提高产物的分泌能力等。 (4) 菌种的遗传性状。生产性状稳定。 (5) 改变生物合成途径。以获得新产品。 二．获取优良菌种的有效途径 广义上说, 菌种改良可描述为采用任何科学技术手段( 物理、化学、生物学、工程学方法以及它们的各种组合)处理微生物菌种, 从中分离得到能显示所要求表型的变异菌种。 菌种改良的基本途径: 突变和选择; 基因重组( 遗传重组) 和基因工程( 遗传工程) MTG 生产菌株的诱变育种 诱变的方式包括了各种物理射线、化学诱变剂以及生物方面的噬箘体等等。用得最多的是前两种，也有将几种方式混合使用的。国内的王璋教授还曾借助“神舟”4 号飞船搭载MTG 生产菌种在外太空进行诱变实验，取得不错的效果。
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。 筛选：水解酶产生菌 (2)显色圈法原理：在底物平板中加入特定的指示剂或显色剂， 根据颜色变化，将目的微生物快速分离出来。 筛选：果胶酶产生菌、分离谷氨酸产生菌、分离解 脂微生物、分离内肽酶产生菌 (3)生长圈法原理：将待测菌涂布于含高浓度的工程菌并缺少所 需营养物的平板上进行培养，若某菌株能合 成平板所需的营养物，在该菌株的菌落周围 便会形成一个混浊的生长圈。 筛选：氨基酸、核苷酸和维生素产生菌 (4)抑菌圈法原理：待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质， 或能分泌某种酶并将无毒的物质水解成对工具菌有毒的物 质，从而在该菌落周围形成工具菌不能生长的抑菌圈。 筛选：抗生素产生菌
工业微生物学3章习题
工业微生物学3章 1、 什么是营养物质？营养物质有哪些生理功能？ 营养指物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的过程，这些能量和物质即为营养物质。 营养物质的生理功能有：为生物提供必需的能量，结构合成物质，调节生物体的新陈代谢，为生物提供良好的生理环境。 4、什么是能源？试以能源为主，对微生物营养类型进行分类能源是指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。 能源是指能为微生物的生命活动提供必需的能量来源的营养物质和辐射能。 以能源，碳源不同可将微生物分成四大类: 7、什么是生长因子？它主要包括哪几类化合物？是否任何微生物都需要生长因子？如何才能满足微生物对生长因子的需求？ 生长因子：某些微生物不能从普通的碳源。氮源合成，而需要另处少量加入来满足生长需要的有机物质。 主要包括：氨基酸，维生素，嘌呤和嘧啶及其衍生物、甾醇、胺类、C4～C6 的分枝或直链脂肪酸等。 各种微生物所需的生长因子互不相同，有的需要多种，有的不需要，培养条件也会影响微生物对生长因子的需求。 为了满足微生物对生长因子的需求，一般要在培养基本中添加少量的该种生长因子。 9、为什么实验室配制培养基时，一般采用蛋白胨而不是以蛋白质为氮源？为什么枯草杆菌能水原明胶，而大肠杆菌则不能？ 蛋白胨是水解产物，微生物可直接利用，另处蛋白胨比蛋白质更易保存，所以实验室一般用蛋白质胨作氮源。 大肠杆菌是G+ 菌，它的细胞壁中含有脂多糖和外壁层，使蛋白分解酶无法穿过细胞壁，来到胞外水解明胶，而枯草杆菌是G-菌，情况相反，因而可以水解明胶。 13、什么是选择性培养基？它在工业微生物学工作中有何重要性？试举一例并分析其中的选择性原理。 根据某种某类微生物的特殊营养要求，或对某些物理，化学条件的抗性而设计的培养基，称为选择性培养基，其重要性在于它可以使混合菌样中的劣势变成优势菌，从而提高该菌的筛选效率。 例如，已知结晶紫可以抑制革兰氏阳性菌，那么，在革兰氏阳，阴性菌的混合培养物中加入结晶紫，即可使革兰氏阳性菌的生长受到抑制，而分离对象革兰氏阴性菌则可趁机大大增殖，在数量占据优势。 16、什么是微生物的最适生长温度？温度对同一微生物的生长速度，生长量代谢速度及各代谢产物的累积的影响不否相同？研究这一问题有何实践意义？ 最适生长温度是某微生物分裂代时最短成生长速率最高时的培养温度。同一微生物的不同生理过程有着不同的最适温度，温度对同一微生物的生长速度，生长量，代谢速度及各代谢产物的累积量的影响各不相同。 研究这一问题，使我们能根据目标产物的情况，选择最适温度，以提高发酵生产效率。 19、 24、导酵母菌接种到含有葡萄糖和最低限度无机盐的培养液中，并分装到烧瓶A 和B 中，将烧瓶A 放在30 的好氧培养中，烧瓶B 放在30 的 氧培养。问： A 哪个培养能获得更多的A TP ？A B 哪个培养能获得更多的酒精：B C 哪个培养中的细胞世代时间更短？A D 哪个培养能获得更多的细胞量？A E 哪个培养液的吸光更高？A 能 源 CO2(自养型)------- 自养型 有机碳化物-------光能异养型 光： 光能营养型 化合物： 化能营养型
工业微生物育种诱变剂
第一章工业微生物育种诱变剂 1物理诱变剂的总类：物理辐射分为电离辐射和非电离辐射。 包括紫外线、X射线、r射线。快中子。微波，超声波、电磁波、激光射线和宇宙线等。（X 射线、r射线属于电离辐射，紫外线属于非电离辐射） 2物理诱变剂对微生物的影响实质：由高能辐射导致生物系统损伤，继而发生遗传变异的一系列复杂的连锁反应过程。 3辐射作用的时相阶段： 物理阶段——直接作用DNA或作用于水 物理化学阶段——激发和电离DNA分子或激发电离水分子 化学阶段——产生生物自由基 生物学阶段——分子发生变化，变异或死亡 4细菌中紫外线对DNA的影响：促使G:C A:T的转换； DNA链断裂，单链或双链；嘧啶或嘌呤被氧化脱去氨基；碱基分子结构中碳与碳之间的链断裂形成开环现象；辐射击中单个核苷酸后，使碱基或磷酸酯游离出来；交联作用 5辐射引起的生物学效应的影响因素：微生物的遗传背景；微生物的生理状态；可见光；细胞水分；温度；空气或氧气。 6紫外线的诱变机理及原因？ 机理：(1)DNA与蛋白质交联(2)胞嘧啶与尿嘧啶之间的水合作用(3)DNA链断裂，形成嘧啶二聚体 原因：形成嘧啶二聚体 7DNA损伤修复中光修复与暗修复的主要机理？ 光修复：嘧啶二聚体被一种光激活酶结合形成复合物，这种复合物在可见光下由于光激活酶获得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。 暗修复：嘧啶二聚体的5’端限制性内切酶和外切酶的作用下，造成单链断裂，接着在外切核酸酶的作用下，切除嘧啶二聚体。然后再DNA聚合酶Ⅰ、Ⅲ的作用下，并以另一条完整的单链做模板合成正确的碱基对序列，最后由连接酶完成双链结构。 8紫外线有效波长（诱变）范围是：200~300nm 9紫外线的剂量以什么计算？绝对剂量：erg/mm2；相对剂量：照射时间、杀菌率表示 10紫外线诱变的步骤方法（以及应用，包括如何计数、致死率的计算） 步骤：（1）出发菌株的选择将细菌斜面培养至对数期，霉菌或放线菌培养至孢子刚成熟（2）前培养培养基中可添加咖啡碱或异烟肼等抗修复物质。将菌体培养至最佳状态（对数期）。 （3）制备菌悬液离心去除培养基，用生理盐水制备菌悬液，要求菌体浓度108，107， 106 mL-1等 （4）紫外线照射紫外灯预热20min；避免光修复。 （5）后培养将照射完毕的菌悬液加入到适合于正突变体增殖的培养基中，在适宜温度下培养1.5-2h。 （6）稀释涂皿后培养结束后，从中取一定量培养物，经不同稀释，涂皿，并且以未经紫外线照射过的菌悬液做对照皿，培养后，挑取菌落，以待筛选。 11化学诱变剂的概念：一类能够对DNA起作用、引起遗传变异的化学物质。 12以5-BU为例，详述碱基类似物的诱变机理：（见书43页） 答：诱变作用是取代核酸分子中碱基的位置，再通过DNA的复制，引起突变，因此，也叫掺入诱变剂。 1）争产掺入错误复制
最新浙江大学工业微生物真题
浙江大学工业微生物92-97 1992 年攻读硕士学位研究生入学考试试题 一填空（共15分） 1、细菌一般进行a 繁殖，即b 。酵母的繁殖方式分为有性和无性两类，无性繁殖又可分为c ，d 两种形式，有性繁殖时形成 e ；霉菌在有性繁殖中产生的有性孢子种类有 f ，g ，h ；在无性繁殖中产生的无性孢子种类有i ，j ，k ；放线菌以l 方式繁殖，主要形成m ，也可以通过n 繁殖。 2、一摩尔葡萄糖通过EMP途径和TCA循环彻底氧化，在原核微生物中产生a 摩尔ATP，在真核微生物中产生b 摩尔ATP，这是因为在真核微生物中，c 不能通过线粒体膜，只能借助于d 将EMP途径产生的磷酸二羟丙酮还原成 e ，后者可进入线粒体，将氢转移给f ，形成g ，自身又回复到磷酸二羟丙酮。这一过程称为“穿梭”，每次穿梭实际损失h 个ATP。 3、微生物基因突变的机制包括a 、b 及c 。诱发突变的方法分为物理方法和化学方法，物理方法主要是d ， e ， f 和g ；化学诱变剂包括h ，i 和j 。 二是非题（叙述正确的在括号写T，错误的写F，共10分） 1、自养型、专性厌氧型微生物不是真菌（） 2、在酵母细胞融合时，用溶菌酶破壁（） 3、从形态上看，毛霉属细菌都有假根（） 4、营养缺陷型菌株不能在基本培养基上正常生长（） 5、产黄青霉在工业生产上只用于生产青霉素（） 6、分子氧对专性厌氧微生物的抑制和制死作用是因为这些微生物内缺乏过氧化氢酶（） 7、同工酶是指能催化同一个反应，有相同控制特征的一组酶（） 8、基因位移是借助于酶或定向酶系统实现的主动输送，因此不需要消耗能量（） 9、培养基中加入一定量NaCl的作用是降低渗透压（） 10、噬菌体的RNA必须利用寄主的蛋白质合成体系翻译，因此只能在寄主体内繁殖（） 三. 名词解释（共15分） 1、抗代谢物 2、温和噬菌体 3、阻遏酶 4、转化 5、活性污泥 四在恒化器中培养微生物，在稳态操作时，μ=D，D为稀释率，μ可用Monod公式描述：求：a. 恒化器出口底物浓度S0和微生物浓度X0 b. 当稀释率D增加到一定程度后会产生“清洗”现象，求发生清洗现象的最小稀释率Dcrit c. 单位体积细胞产率可以用细胞出口浓度X0与稀释率的乘积DX0表示。求当DX0达到最大值时的稀释率Dmax 五. 简要叙述工业微生物研究和实验中的微生物培养基必须具备的要素和对于大规模生产 时对培养基的基本要求。（15分） 六. 以肌苷酸生产菌为例，说明营养缺陷型菌株筛选的机理及筛选的方法。（15分） 七. 试述革兰氏阳性菌和阴性菌在细胞壁组成上的差别，并判断下述几种微生物的染色结果是什么。 a. 枯草芽孢杆菌 b. 金黄葡萄球菌 c. 大肠杆菌 d. 乳链球菌 e.假单孢菌 1993年攻读硕士学位研究生入学考试试题 一填空（共15分，每格0.5分）
(整理)工业微生物育种复习资料.
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，减少副如色素；提高有效产物组分 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。 第四章工业微生物诱变育种 一、物理诱变剂基本作用过程 物理过程：能量吸收和传递物理化学作用：分子激发 化学过程：DNA断裂、碱基异构、碱基化学共价交联、碱基脱氨基等 生物学过程：经过DNA修复、复制、细胞分裂、代谢，产生死亡、基因突变、染色体畸变、染色体倍性变化等，使细胞死亡或形成各种突变体 二、紫外线的诱变机制 1、造成NDA断裂、与蛋白质交联、形成胸腺嘧啶二聚体 2、形成胸腺嘧啶二聚体是UV 引起突变的主要原因。形成于单链相邻TT间、或双链间 3、单链上出现TT二聚体，复制可能在此停止，或超越这一点继续复制，使子代DNA形成缺口，碱基错误插入该缺口，造成突变 4、双链间出现TT二聚体造成复制无法进行 三、DNA中TT二聚体的修复方法 1、光复活：90％，可见光，在黑暗下TT与一种光激活酶结合成较稳定的复合物，但在可见光下这种酶吸收光能而解离，二聚体重新分解！！！紫外诱变时照射和分离均应在黑暗或红光下进行 1、切补修复：4种酶参与，识别、内切、外切、延伸、连接。紫外诱变照射后在冰
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。
工业微生物育种
工业微生物育种简介 刘春波-12生工2-20120802224 摘要：本文综述了工业微生物遗传育种的历史地位，介绍了遗传育种的方法和机理，并对其前景进行了展望。微生物遗传育种，所谓微生物遗传育种，即菌种改良，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[1]，使我们获得所需要的高产、优质和低耗的菌种，其目的是改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。 关键词：工业微生物；遗传育种；方法；机理 工业微生物菌株选育在工业发酵中占有重要地位。用于工业生产的微生物菌种，最好具有以下特征：1.在遗传上必须是稳定的。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，不应带有其它杂菌及噬菌体。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.比较容易分离纯化。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能力。9.菌株对诱变处理较敏感，从而提高产量潜力高[2]。 1 历史地位 菌种选育技术的广泛应用为我们提供了各种类型的突变菌株，使得在食品工业、医药、农业、环境保护、化工能源、矿产开发等领域产生众多新的产品，促使传统产业的技术改造和新型产业的产生，同时使诸如抗生素、有机酸、维生素、色素、生物碱、激素以及其它生物活性物质等产品的产量成倍甚至成千万倍地增长，并且产品的质量也不断的提高。与此同时链霉素、土霉素、金霉素和氯霉素等抗生素也大规模的生产起来；在代谢控制育种的推动下使得产氨基酸、核苷酸、有机酸等次生代谢产物的高产菌株大批投入生产；由基因工程构建的工程菌株使得微生物次生代谢产物生产能力迅速提高，而且生产出微生物本生不能生产的外源蛋白质，如胰岛素、生长激素、单克隆抗体和细胞因子等等。由此可见工业微生物遗传育种技术是工业发酵工程的核心技术，在其作用下人们获得了许多的高产优质菌株，为生产实践发展起了强大的推动作用。 2 机理及方法 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。这类突变没有人工参与并非是没有原因的，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[3]。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。
工业微生物学教学大纲
课程名称：工业微生物学 课程编码：04043100 英文名称：Industrial Microbiology 学时：54 学分：3 适用专业：生物工程，制药工程，食品科学与工程，生物技术，食品质量与安全 课程类别：必修 课程性质：学科基础课 先修课程：生物化学 教材：《微生物学》路福平等，中国轻工业出版社，2005 一、课程性质与任务 工业微生物学是为生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业开设的一门重要技术基础课。通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位、在自然界中的分布与作用、特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。 虽然工业微生物学是我校生物工程，制药工程，食品科学与工程，食品质量与安全，生物技术专业重要的一门基础生物学课程，但因为学习时间有限，因而本课程不能详尽无遗地讲解微生物学的各个方面，在内容的选择和安排上要注意做到主次分明、概念清楚、由浅入深、理论联系实际，为提高教学质量与教学效果创造有利条件。 二、课程教学的基本要求 工业微生物学是生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业的一门重要技术基础课，以阐述微生物的形态结构与功能、微生物的营养、环境因素对微生物生长的影响以及微生物的遗传育种为主，同时适当介绍微生物的生态学、微生物的分类以及传染与免疫等知识。考虑到学生已经在生物化学课中学过各种物质代谢的知识，所以在工业微生物学中不再讲解，只介绍微生物的产能方式如呼吸和发酵。通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位，在自然界中的分布与作用，特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。 为适应相应专业的发展，还要求比较系统地掌握发酵专业中有关微生物的形态、生理、培养、鉴别、检出、筛选、保藏等方面的知识；了解微生物对营养物质的需要和营养物质在生命活动中的功能，具有选择与配制培养基的能力；掌握灭菌的原理与方法；了解环境因素与微生物生命活动的关系、了解微生物的生长发育、呼吸与发酵之间的关系、了解微生物在自然界中的分布及微生物间的相互关系和寻找新菌种的途径。通过对遗传变异知识的学习使学生具有分离、筛选和培育微生物新菌种的能力。 三、课程内容及教学要求 第一章绪论
工业微生物课后习题答案汇总教材
第一章绪论 4．什么是微生物？它主要包括哪些类群？ 答：微生物并不是生物分类学上的名词，他是包括所有形体微小的单细胞，或个体结构简单的多细胞，或没有细胞结构的低等生物的通称。它包括属于原核类的细菌（真细菌和古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体和衣原体，属于真核类的真菌（酵母菌，霉菌），原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒，拟病毒和阮病毒）。 13．微生物有哪五大共性？其中最基本共性的是哪个？为什么？ 答：微生物五大共性分别是：(1)体积小，面积大；(2)吸收多，转化快；(3)生长旺，繁殖快；(4)适应强，易变异；(5)分布广，种类多。其中最基本的特性是体积小，面积大。微生物是一个突出的小体积大面积系统，从而赋予它们具有不同于一切大生物的五大共性，因为一个小体积大面积系统，必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，故而产生了其余四个共性。巨大的营养物质吸收面和代谢废物的排泄面使微生物具有了吸收多，转化快，生长旺，繁殖快的特点。环境信息的交换面使微生物具有适应强，易变异的特点。而正是因为微生物具有适应强，易变异的特点，才能使其分布广，种类多。 第二章微生物的结构与分类 8．微生物学名的命名原则有哪些？“Bacillus subtilis (Ehrenberg)Cohn”的含义是什么？ 答：命名原则在书本32页最后1行到33页倒数第3行或课件第二章（1）的37-41张（二、微生物的命名）。含义是：芽孢杆菌属的一种 9.试绘出细菌的结构简图，注明其一般结构和特殊结构，以及它们的主要生理功能。 答：细菌的结构简图（见图2.3.9） 一般构造：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是所有细菌都有的构造。 特殊构造：鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌都有的构造。 细胞壁的功能：1、决定了革兰氏染色的性质；2、决定细菌的基本形态；3、决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变化的破坏）4、决定对溶菌酶的敏感性；5、决定了对青霉素的抗性；6、为鞭毛运动提供支点；7、决定细胞的抗原性；8、决定细菌的毒性（致病性） 细胞膜的功能：a控制细胞内外物质(营养物质和代谢废物)的运送、交换；b 维持细胞内正常渗透压的渗透屏障作用；c细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜物质等大分子的合成
微生物诱变育种研究进展
微生物诱变育种研究进展 摘要：本文综述了国内外微生物诱变育种领域的研究新进展，对生物学效应及诱变微生物的机理进行了总结。从物理诱变、化学诱变及复合诱变三个方面介绍了诱变效应、作用机制及在实践中的应用，并对微生物诱变育种的研究进展进行了概述。 关键词：微生物；诱变育种；机制；研究进展 常规的诱变育种方法主要为物理诱变育种和化学诱变育种。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，从多种多样的变异菌体中筛选出产量高、性状优良的突变株，并且找出发挥这个突变株最佳培养基和培养条件，使其在最适的环境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1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。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。近年来，随着新诱变因子的不断发现和筛选体系的进一步完善，微生物诱变育种有了长足的发展。 1 微生物诱变育种的作用 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。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。微生物发酵工业中，诱变育种主要有以下作用: 提高有效产物的产量；改善菌种特性，提高产品质量；简化工艺条件；开发新品种，产生新物质；用于研究推测产物的生物合成途径；与其他育种方法相结合[1]。 2诱变育种的过程 诱变育种包括三个重要环节：突变的诱发、突变株的筛选突变基因的表达。 2.1突变的诱发 突变的诱发受到菌种的遗传特性、诱变剂、菌种的生理状态以及诱变处理时环境条件的影响。出发菌株就是用来进行诱变试验的菌株。出发菌株的选择是诱变育种工作成败的关键。功的经验。诱变作用不但决定于诱变剂，还与出发菌株的遗传背景有关。菌种的生理状态、被处理菌株诱变前的预培养和诱变后的培养条件以及诱变处理时的外界条件等都会影响诱变效果。
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第一章绪论 3．将下列人物与他们对微生物学的贡献进行划线配对。 爱尔利希（Ehrlich）(f) a第一个观察细菌的人 弗莱明(Fleming)(e) b第一个观察植物细胞并取名的人 胡克(Hooke)(b) c彻底否定自生论 科赫(Koch)(d) d证明微生物引起疾病 李斯特(Lister)(g) e第一个发现青霉素 巴斯德(Pasteur)(c) f首先使用人工合成化学治疗剂 列文虎克(Van Leeuwenhoek)(a) g第一个在外科手术中使用消毒剂 4．什么是微生物？它主要包括哪些类群？ 答：微生物并不是生物分类学上的名词，他是包括所有形体微小的单细胞，或个体结构简单的 多细胞，或没有细胞结构的低等生物的通称。它包括属于原核类的细菌（真细菌和古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体和衣原体，属于真核类的真菌（酵母菌，霉菌），原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒，拟病毒和阮病毒）。 13．微生物有哪五大共性？其中最基本共性的是哪个？为什么？ 答：微生物五大共性分别是：(1)体积小，面积大；(2)吸收多，转化快；(3)生长旺，繁殖快；(4)适应强，易变异；(5)分布广，种类多。其中最基本的特性是体积小，面积大。微生物是一个突 出的小体积大面积系统，从而赋予它们具有不同于一切大生物的五大共性，因为一个小体积大 面积系统，必然有一个巨大的营养物质吸收面、代谢废物的排泄面和环境信息的交换面，故而 产生了其余四个共性。巨大的营养物质吸收面和代谢废物的排泄面使微生物具有了吸收多，转 化快，生长旺，繁殖快的特点。环境信息的交换面使微生物具有适应强，易变异的特点。而正 是因为微生物具有适应强，易变异的特点，才能使其分布广，种类多。 第二章微生物的结构与分类 8．微生物学名的命名原则有哪些？“Bacillus subtilis (Ehrenberg)Cohn”的含义是什么？ 答：命名原则在书本32页最后1行到33页倒数第3行或课件第二章（1）的37-41张（二、微生物的命名）。含义是：芽孢杆菌属的一种 9.试绘出细菌的结构简图，注明其一般结构和特殊结构，以及它们的主要生理功能。 答：细菌的结构简图（见图 2.3.9） 一般构造：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体、核糖体等，是所有细菌都有的构造。 特殊构造：鞭毛、菌毛、性菌毛、荚膜和芽孢等，并非所有细菌都有的构造。 细胞壁的功能：1、决定了革兰氏染色的性质；2、决定细菌的基本形态；3、决定细胞的抗膨压（保护细胞免受渗透压变化的破坏）4、决定对溶菌酶的敏感性；5、决定了对青霉素的抗性；6、为鞭毛运动提供支点；7、决定细胞的抗原性；8、决定细菌的毒性（致病性） 细胞膜的功能：a控制细胞内外物质(营养物质和代谢废物)的运送、交换； b 维持细胞内正常渗 透压的渗透屏障作用；c细胞壁各种组分（LPS、肽聚糖、磷壁酸）和荚膜物质等大分子的合成
2微生物的诱变育种
微生物的诱变育种 一、教学目标及基本要求： 1. 理解诱变剂对微生物的杀菌和诱变双重生物学效应； 2. 学习紫外线诱变的方法和测定诱变剂最适剂量的方法。 二、实验原理 紫外线的生物学效应主要是它能引起DNA结构的变化而造成的。 紫外线具有杀菌和诱变双重生物学效应，随着紫外线照射时间的增加，杀菌率和突变率随之提高。但当照射时间延长到某一程度时，继续延长照射时间，其杀菌率虽然增加，突变率却下降。 紫外线的强度单位(剂量)为尔格/mm2，由于测定困难，在实际诱变育种中，常用紫外线照射时间或细胞的死亡率表示相对剂量，其中以细胞死亡率表示具有实际意义。 本实验以枯草芽孢杆菌为出发菌株，以营养缺陷的突变作为诱变效应的指标，测定紫外线诱变剂的最适剂量。以照射时间为横坐标，以细胞存活率或死亡率和突变率为纵坐标作图，突变率最高值相对应的照射时间即为最适剂量。 三、实验材料 1. 菌种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 2. 培养基肉汤培养基（附录Ⅱ-1.1），细菌基本培养基（附录Ⅱ-1.9） 3. 其它生理盐水，诱变箱，磁力搅拌器，涂布棒，离心管，离心机，培养皿等。 四、方法与步骤 1. 菌体的培养取斜面菌种1环，接种于盛有20ml肉汤培养基的250ml三角瓶中，37℃振荡培养(120r/min)16~18h。取1ml培养液转接于另一只盛有20ml肉汤培养基的250ml三角瓶中，37℃振荡培养(120r/min)6~8h。 2. 细胞悬浮液的制备取10ml培养液，3500/min离心10min，收集菌体，沉淀用10ml 生理盐水洗涤离心2次，之后将菌体充分悬浮于12ml生理盐水中。 3. 活菌计数法测定细胞悬浮液的浓度取1ml细胞悬浮液，逐步稀释为10-1、10-2、10-3……。取最后3个稀释度的菌液各1ml，置于无菌空平皿中，然后倾注15ml融化并冷却至45~50℃的肉汤固体培养基，轻轻充分混匀，凝固后于37℃倒置培养1~2天，计数每皿的菌落数（每个稀释度作三个平行）。按下式计算每毫升细胞悬浮液菌体的浓度（N0）。 菌体浓度(个/ml) = 菌落数(按杂菌总数计数原则)×稀释倍数 4. 诱变处理 (1) 取10ml菌液于φ90mm的培养皿中（带有磁棒），将皿放置于诱变箱内的磁力搅拌器上。 (2) 开启紫外灯，预热20min，开启磁力搅拌器，打开皿盖，分别照射15、30、45、60、75、90s。 (3) 取不同时间诱变处理的菌液1ml，以肉汤固体培养基平板，按照上述菌落计数的方法进行适当稀释后，采用肉汤固体培养基倾注法测定处理液中存活的细胞浓度（每个照射剂量做三个稀释度，每一稀释度平行做三个平皿）。将结果填入表1。 表1 紫外线对枯草芽孢杆菌存活率的影响