微生物的遗传变异与菌种选育

微生物的遗传变异与菌种选育一、微生物遗传基础知识1.微生物遗传的基本物质ＤＮＡ作为遗传物质：转化实验噬菌体的感染实验ＲＮＡ作为遗传物质：有些生物只由ＲＮＡ和蛋白质组成。2.微生物的遗传与变异（1）微生物的染色体遗传不同生物体在一个细胞核内，往往有不同数目的染色体。真核微生物常有较多的染色体，如酵母菌属有17条，汉逊酵母属有4条，脉孢菌属有7条等；而在原核微生物中，每一个核质体只是由一个露的、光学显微镜下无法盾到的球状染色体所组成。因此，对原核生物来说，所谓染色体水平，实际上就是核酸水平。(2)原核微生物的质粒(3)诱发突变(4)基因重组凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子的重新组合后，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组(generecombination)或遗传重组。原核微生物的基因重组方式主要有转化、转导、接合和溶原转变等四种。真核微生物的基因重组方式有有性杂交和准性生殖。二、菌种的选育菌种选育，就是利用微生物遗传物质变异的特性，采用各种手段，改变菌种的遗传性状，经筛选获得新的适合生产的菌株，以稳定和提高产品质量或得到新的产品。1.微生物菌种的筛选要想使微生物产生大量的代谢产物，可以通过选育突变株来实现。包括营养缺陷型突变株；抗阻遏抗反馈突变型和抗性突变型2.微生物诱变育种微生物诱变育种的原则：（1）简便有效的诱变剂；（2）优良的出发菌种；（3）处理单孢子悬液；（4）选用最适剂量；（5）利用协同作用；（6）利用生理产量间的相关指标。3.原生质体融合原生质体融合指通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体融合在一起，进而发生遗传重组，产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的融合子的过程。4.基因工程第二节微生物的保藏和分离纯化（2学时）一、菌种的退化1.菌种退化的现象及原因随着菌种保藏时间的延长或菌种的多次转接传代，菌种本身所具有的优良的遗传性状可能得到延续，也可能发生变异。变异有正变（自发突变）和负变两种。菌种退化的主要原因是基因的负突变。菌种的衰退是发生在细胞群体中的一个从量变到质变的逐步演变过程。开始时，群体中只有个别细胞发生负变，这时如不及时发现并采取有效措施，而一味移种传化，则群体中这种负变个体的比例将逐步增大，最后由它们占了优势，从而使整个群体表现出严重的衰退。常见的菌种退化现象中，最易觉察到的是菌落形态、细胞形态和生理等多方面的改变，如菌落颜色的改变，畸形细胞的出现等；菌株生长变得缓慢，产孢子越来越少直至产孢子能力丧失，例如放线菌、霉菌在斜面上多次传代后产生“光秃”现象等，从而造成生产上用孢子接种的困难；还有菌种的代谢活动，代谢产物的生产能力或其对寄主的寄生能力明显下降。2.菌种退化的预防（1）控制传代次数微生物存在着自发突变，而突变都是在繁殖过程中发生而表现出来的。菌种的传代次数越多，产生突变的机率就越高，因而菌种发生退化的机会就越多。所以无论在实验室或生产实践上，习题避免不必要的移种和传代，把必要的传代控制在最低水平，以降低自发突变的机率。（2）创造良好的培养条件在生产实践中，创造和发现一个适合原种生长的条件可以防止菌种退化，如选择合适的培养基、温度和营养等。（3）利用不同类型的细胞进行移种传代在有些微生物中，如放线菌和霉菌，由于其菌的细胞常含有几个核或甚至是异核体，因此用菌丝接种就会出现不纯和衰退，而孢子一般是单核的，用它接种时，就没有这种现象发生。（4）采用有效的菌种保藏方法用于食品工业生产的一些微生物菌种，其主要性状都属于数量性状，而这类性状恰是最容易退化的。即使在较好的保藏条件下，还是存在这种情况。因此，有必要研究和制定出更有效的菌种保藏方法以防止菌种退化。二、菌种的复壮1.纯种分离通过纯种分离，可把退化菌种的细胞群体中一部分仍保持原有典型性状的单细胞分离出来，经过扩大培养，就可恢复原菌株的典型性状。常用的分离纯化方法很多，大体上可将它们时纳成两类，一类较粗放，只能达到菌落纯的水平，即从种的水平来说是纯的，例如在琼脂平板上进行划线分离、表面涂布或与琼脂培养基混匀后浇铺平板的方法以获得单菌落等方法；另一类是较精细的单细胞或单胞子分离方法，它可以达到细胞纯即菌株纯的水平。这类方法种类很多，既有简便的利用培养皿或凹玻片等分离室的方法，也有利用复杂的显微操纵器的种种分离方法。如果遇到不长孢子的丝状菌，则可用无菌小刀切取菌落边缘的菌丝类端进行分离移植，也可用无菌毛细管插入菌丝尖端，以截取单细胞而进行纯种分离。2.通过宿主体内生长进行复壮对于寄生性微生物的退化菌株，可通过接种至相应昆虫或动、植物寄主体内以提高菌株的毒性。如经过长期人工培养的苏云金芽孢杆菌，会发生毒力减退、杀虫率降低等现象，这时可将退化的菌株，去感染菜青虫的幼虫(相当于一种选择性培养基)，然后再从病死的虫体内重新分离典型产毒菌株。如此反复多次，就可提高菌株的杀虫效率。3.淘汰已衰退的个体有人曾对5406抗生菌的分生孢子，采用-10-30℃的低温处理5-7天，使其死亡率达到80%。结果发现，在抗低温的存活个体中，留下了未退化的健壮个体。三、菌种的保藏1.菌种保藏原理菌种保藏的方法很多，原理也大同小异。首先要挑选典型菌种的优良纯种。最好采用它们的休眠体(如分生孢子、芽孢等)；其次，还要创造一个最有利休眠的环境条件，诸如干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养以及添加保护剂或酸度中和剂等。2.菌种保藏方法水分对生化反应和一切生命活动至关重要，因此，干燥尤其是深度干燥，在保藏中的地位就显而易见了。硅胶、无水氯化钙尤其是五氧化二磷是良好的干燥剂，当然，高度真空可同时达到驱氧和深度干燥的目的。除水分外，低温乃是保藏中另一重要因素。在低温保藏中，细胞体积较大的一般要比较小的对低温更为敏感，而无细胞壁的则比有细胞壁的敏感。其原因是与低温会细胞内的水分形成冰晶，从而引直细胞结构尤其是细胞膜的损伤有关。如果放到低温(不是一般冰箱)下进行冷冻时，适当采用速冻的方法，则因产生的冰晶小而可减少对细胞的损伤。当低温下开始升温对，冰晶又会长大，故快速升温也可减少对细胞的损伤。当然，不同微生物的最适冷冻和升部署速度也是不同的。例如，有人发现，酵母的冷冻速度以每分钟10℃为宜(而红细胞则相应地为2，000℃)。冷冻时的介质对细胞损伤与否也有显著的影响，例如，0.5mol/L左右的甘没或二甲亚砚可透入细胞，并通过降低强烈的脱水作用而保护细胞；大分子物质如糊精、血清白蛋白或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)虽不能透入细胞，但可能是通过和细胞表面结合的方式而防止细胞膜受冻伤。在实践中，发现用较低的温度进行保藏时效果理为理想，如液氮温度(-195℃)比干冰温度(-70℃)好，-70℃好，-70℃比-20℃好。3.食品微生物菌种的保藏（1）定期移植保藏法（2）石蜡油封存法（3）蒸馏水或溶液悬浮保藏法（4）液氮超低温保藏法（5）干燥保藏法4.影响菌种存活及长期保藏的主要因素（1）培养条件和菌龄（2）菌种悬液的浓度（3）保护剂（4）冻结速度（5）干燥程度（6）保藏条件（7）恢复培养四、微生物分离纯化的一般方法1.平板划线法2.稀释涂皿分离3.单细胞分离4.菌丝尖端切割5.利用选择培养基分离