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微生物菌种的选育方法

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微生物菌种的选育方法

发布时间:2022/2/28 来源:海南宝绿春农业开发有限公司

 菌种选育Loremreferentibus(英语:Strain selection 日语:ひずみの选択 法语:la sélection des souches 俄语:Штаммвыбор 德语:Stammselektion )微生物菌种是决定发酵产品的工业价值以及发酵工程成败的关键,只有具备良好的菌种基础,才能通过改进发酵工艺和设备以获得理想的发酵产品。菌种用途广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。

   自然选育

   自然选育的菌种来源于自然界、菌种保藏机构或生产过程,从自然界中选育菌种的过程较为复杂,而从生产过程或菌种保藏机构得到菌种的自然选育过程较为简单。

   自然选育的步骤主要是:采样,增长培养,培养分离和筛选等。采样 筛选的菌种采集的对象以土壤为主,也可以是植物、腐败物品和某些水域等。土壤是微生物的汇集地,从土壤中几乎可以分离到任何所需的微生物,故土壤往往是首选的采集目标。微生物的营养需求和代谢类型与生长环境有很大关系。富集培养  由于采集样品中各种微生物数量有很大差异,若估计到要分离的菌种数量不多时,就要人为增加分离的概率,增加该菌种的数量,称为富集培养。纯种培养 尽管通过增长培养的效果很好,但是得到的微生物还是处于混杂状态,因为样品中本身含有许多种类的微生物。所以,为了取得所需的微生物纯种,增殖培养后必须进行分离。平板分离法由接种环以无菌操作沾取少许待分离的材料,在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线,微生物细胞数量将随着划线次数的增加而减少,并逐步分散开来。如果划线适宜的话,微生物能一一分散,经培养后,可在平板表面得到单菌落。分离方法有三种:即划线分离法、稀释法和组织分离法。稀释分离法 在溶液中再加入溶剂使溶液的浓度变小。亦指加溶剂于溶液中以减小溶液浓度的过程。浓溶液的质量×浓溶液的质量分数=稀溶液的质量×稀溶液的质量分数生产能力考察 初筛一般通过平板稀释法获得单个菌落,然后对各个菌落进行有关性状的初步测定,从中选出具有优良性状的菌落。例如,对抗生素产生菌来说,选出抑菌圈大的菌落;对于蛋白酶产生菌来说,选出透明圈大的菌落。此法快速、简便,结果直观性强。缺点是培养皿的培养条件与三角瓶、发酵罐的培养条件相差大,两者结果常不一致。

   复筛指对初筛出的菌株的有关性状作精确的定量测定。一般要在摇瓶或台式发酵罐中进行培养,经过精细的分析测定,得出准确的数据。突变体经过筛选后,还必须经过小型或中型的投产试验,才能用于生产。诱变育种诱变育种一般步骤 利用各种诱变剂处理微生物细胞,提高基因的随机突变频率,扩大变异幅度,通过一定的筛选方法,获得所需要优良菌株的过程,称为诱变育种。诱变育种应注意的问题

   (1)挑选优良的出发菌株 出发菌株就是用于育种的原始菌株。出发菌株适合,育种工作效率就高。参考以下实际经验选用出发菌株:①以单倍体纯种为出发菌株,可排除异核体和异质体的影响;②采用具有优良性状的菌株,如生长速度快、营养要求低以及产孢子早而多的菌株;③选择对诱变剂敏感的菌株。由于有些菌株在发生某一变异后,会提高对其它诱变因素的敏感性,故可考虑选择已发生其他变异的菌株为出发菌株。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)菌悬液的制备 一般采用生理状态一致(用选择法或诱导法使微生物同步生长)的单细胞或孢子进行诱变处理。所处理的细胞必须是均匀而分散的单细胞悬液。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。由于某些微生物细胞是多核的,即使处理其单细胞,也会出现不纯的菌落。有时,虽然处理的是单核的细胞或孢子,但由于诱变剂一般只作用于DNA双链中的某一条单链,故某一突变无法反映在当代的表型上,而是要经过DNA的复制和细胞分裂后才表现出来,于是出现了不纯菌落,这就叫表型延迟。上述两类不纯菌落的存在,也是诱变育种工作中初分离的菌株经传代后很快出现生产性状“衰退”的主要原因。鉴于上述原因,因此用于诱变育种的细胞应尽量选用单核细胞,如霉菌或放线菌的孢子或细菌的芽孢。
细胞的生理状态对诱变处理也会产生很大的影响。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。

   (3)选择简便有效、最适剂量的诱变剂 诱变剂主要有两大类,即物理诱变剂和化学诱变剂。物理诱变剂如紫外线、X射线、γ射线和快中子等;化学诱变剂种类极多,主要有烷化剂、碱基类似物和吖啶类化合物。最常用的烷化剂有N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS) 、甲基亚硝基脲(NMU)、硫酸二乙酯(DES)和环氧乙烷等。目前常用的诱变剂主要有紫外线(UV)、硫酸二乙酯、N-甲基-N′-硝基-N-亚硝基胍(NTG)和亚硝基甲基脲(NMU)等。后两种因有突出的诱变效果,所以被誉为“超诱变剂”。剂量的选择受处理条件、菌种情况、诱变剂的种类等多种因素的影响。剂量一般指强度与作用时间的乘积。在育种实践中,常采用杀菌率来作各种诱变剂的相对剂量。要确定一个合适的剂量,通常要进行多次试验。在实际工作中,突变率往往随剂量的增高而提高,但达到一定程度后,再提高剂量反而会使突变率下降。根据对紫外线、X射线和乙烯亚胺等诱变效应的研究结果,发现正变较多地出现在偏低的剂量中,而负变则较多地出现于偏高的剂量中,还发现经多次诱变而提高产量的菌株中,更容易出现负变。因此,在诱变育种工作中,目前比较倾向于采用较低的剂量。例如,过去在用紫外线作诱变剂时,常采用杀菌率为99%的剂量,而近年来则倾向于采用杀菌率为30%~75%的剂量。

   (4)突变体的筛选 诱变处理使微生物群体中出现各种突变型,其中绝大多数是负变株。要获得预定的效应表型主要靠科学的筛选方案和筛选方法,一般要经过初筛和复筛两个阶段的筛选。杂交育种杂交育种法杂交育种(bybridization)指不同种群、不同基因型个体间进行杂交,并在其杂种后代中通过选择而育成纯合品种的方法。杂交可以使双亲的基因重新组合,形成各种不同的类型,为选择提供丰富的材料;基因重组可以将双亲控制不同性状的优良基因结合于一体,或将双亲中控制同一性状的不同微效基因积累起来,产生在各该性状上超过亲本的类型。

   正确选择亲杂交育种技术选择 

    1.选择亲本的原则首先要尽可能选用综合性状好,优点多,缺点少,优缺点或优良性状能互补的亲本,同时也要注意选用生态类型差异较大、亲缘关系较远的亲本杂交,如江西的荷包红鲤和云南的元江鲤。在亲本中最好有一个能适应当地条件的品种。要考虑主要的育种目标,选作育种目标的性状至少在亲本之一应十分突出。当确定一个品种为主要改良对象,针对它的缺点进行改造才能收到好的效果,如草鱼的抗病性。采用的组合方式 

   2.杂交方式亲本确定之后,采用什么杂交组合方式,也关系育种的成败。

   通常采用的有单杂交、复合杂交、回交等杂交方式。 

   (1)单杂交即两个品种间的杂交(单交)用甲×乙表示,其杂种后代称为单交种,由于简单易行、经济,所以生产上应用最广,一般主要是利用杂种第一代,如丰鲤、福寿鱼。

   (2)复合杂交即用两个以上的品种、经两次以上杂交的育种方法。如果单交不能实现育种所期待的性状要求时,往往采用复合杂交,其目的在于创造一些具有丰富遗传基础的杂种原始群体,才可能从中选出更优秀的个体。复合杂交可分为三交、双交等。三交是一个单交种与另一品种的再杂交,可表示为(甲×乙)×丙,例如(荷包红鲤×元江鲤)×散鳞镜鲤一三杂交鲤。双交是两个不同的单交种的杂交,可表示为(甲×乙)×(丙×丁)或(甲×丙)×(乙×丙),例如(蓝非鲫×尼罗非鲫)×(莫桑比克非鲫×尼罗非鲫)。

   (3)回交即杂交后代继续与其亲本之一再杂交,以加强杂种世代某一亲本性状的育种方法。当育种目的是企图把某一群体乙的一个或几个经济性状引入另一群体甲中去,则可采用回交育种。如鲮鱼具有许多优良性状,但不能耐受低温,需要进行遗传改良。可先用耐受低温的湘华鲮与鲮杂交,杂交子一代再与鲮回交,回交后代继续同鲮进行多次回交,对回交子代选择的注意力必须集中在抗寒性这个目标性状上,从而最终育成一个具有抗寒性的优良的。

基因工程育种

   随着DNA的内部结构和遗传机制的秘密一点一点呈现在人们眼前,特别是当人们了解到遗传密码是由RNA转录表达的以后,生物学家不再仅仅满足于探索、提示生物遗传的秘密,而是开始跃跃欲试,设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。

   如果将一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,就可以按照人类的愿望,设计出新的遗传物质并创造出新的生物类型,这与过去培育生物繁殖后代的传统做法完全不同。 这种做法就像技术科学的工程设计,按照人类的需要把这种生物的这个“基因”与那种生物的那个“基因”重新“施工”,“组装”成新的基因组合,创造出新的生物。这种完全按照人的意愿,由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术,就称为“基因工程”,或者说是“遗传工程”。

   基因工程是生物工程的一个重要分支,它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。

   所谓基因工程(genetic engineering)是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术,是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内,使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。它是用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,把它与作为载体的DNA分子连接起来,然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中,以让外源物质在其中“安家落户”,进行正常的复制和表达,从而获得新物种的一种崭新技术。

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