食用菌育种学 第四章 诱变育种
诱变育种——精选推荐
诱变育种菌种选育(selection strain)的目的是改良或改变菌种的特性，使其符合工业生产或科研的要求。
菌种选育过程由三个环节组成：一是使菌种产生变异；二是筛选出变异的菌株；三是使变异菌株的特性得到表达。
根据使菌种产生变异的方式的不同，菌种选育可分为自然选育、诱变育种、杂交育种、基因工程这四种方法。
自然选育、诱变育种是利用基因突变来获得优良菌种，具有改良菌种特性的性质。
杂交育种、基因工程是通过DNA重组来获得优良菌种，具有改变菌种特性的性质。
菌种选育是一门应用科学技术。
是以微生物学、微生物遗传学、生物化学、分子生物学、基因工程等学科为理论基础。
菌种选育目的，从生产方面来说，为了提高产量，产生新的生物活性物质，改变产品质量和组分，简化工艺，缩短周期，抵抗不良环境，适应新的原材料。
从科研方面来说，是为了提供分子遗传研究材料，研究生物合成调控机理，分析生物合成途径，获得带遗传标记的菌株，了解菌种遗传背景。
诱变育种诱变育种是通过诱变剂处理提高菌种的突变几率，扩大变异幅度，从中选出具有优良特性的变异菌株。
诱变育种和其他育种方法比较，具有速度快、收效大、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种重要方法。
在生产中应用得十分普遍。
但是诱发突变缺乏定向性，因此诱发突变必须与大规模的筛选工作相配后才能收到良好的效果。
以下分别叙述诱变育种工作流程和诱变育种工作中的三个重要环节：突变的诱发、突变株的筛选突变基因的表达。
1、诱变育种的工作流程诱变育种的工作流程：①出发菌种（沙土管或冷冻管），②斜面（或肉汤培养24小时），③单孢子悬液（或细菌悬液），④诱变处理（处理前后的孢子液或细菌悬液活菌计数），⑤涂布平板，⑥挑取单菌落传种斜面，⑦摇瓶初筛®挑出高产斜面，⑧留种保藏菌种®传种斜面，⑨摇瓶复筛®挑出高产菌株作稳定性试验和菌种特性考察，⑩放大试验罐中试考察大型投产实验。
整个流程按诱变过程和筛选过程两部分说明如下：（一）诱变过程由出发菌种开始，制出新鲜孢子悬浮液（或细菌悬浮液）作诱变处理，然后以一定稀释度涂布平板，至平板上长出单菌落为止的各步骤为诱变过程。
《诱变育种》课件
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
诱变育种的应用
农业育种
抗逆性改良
通过诱变育种，可以培育出抗旱 、抗盐碱、抗病虫害等具有较强 抗逆性的农作物品种，提高农作 物的适应性和产量。
品质改良
诱变育种可以改善农作物的品质 特性，如蛋白质含量、脂肪含量 、纤维长度等，提高农产品的营 养价值和加工性能。
02
加速育种进程
03
解决传统育种局限
诱变育种可以大幅度提高突变频 率，加速育种进程，缩短育种周 期。
传统育种方法难以实现的一些性 状改良，如抗病、抗虫、抗逆等 ，可以通过诱变育种实现。
诱变育种的历史与发展
历史
发展
自20世纪初开始研究诱变育种，经历 了近百年的发展历程。最早的诱变育 种实践可以追溯到1927年美国科学家 通过X射线处理烟草种子，成功获得 了突变体。
DNA损伤修复机制包括同源重组修复、非同源末端连接修复 、碱基切除修复和错配修复等。这些修复机制在维持基因组 稳定性和防止突变发生中起着重要作用。
基因突变与表型变异
基因突变是指基因序列的改变，包括 点突变、插入和缺失等。这些突变可 以导致蛋白质结构和功能的改变，进 而影响表型变异。
表型变异是指基因突变导致的个体或 群体在形态、生理和行为等方面的可 观察变化。这些变化可能对生物的适 应性、生存和繁殖能力产生影响。
定义与特点
定义
诱变育种是一种利用物理、化学或生 物诱变剂诱发遗传物质发生突变，从 而产生具有优良性状的新品种的育种 方法。
特点
突变率高，可创造新的遗传资源；可 大幅度改良品种性状；方法简单易行 ，适用范围广。
什么是诱变育种？
什么是诱变育种？
导读：诱变育种能大幅度地增加菌种的变异量，从而人们能从诱变后的群体中筛选优良菌株。
诱变育种常采用物理、化学等诱变剂来动摇菌种的遗传性，直接或间接地作用于核酸物质，能强烈地引起菌种的变异。
诱变育种的诱变剂很多，常用的有紫外线、X光线、Y射线及硫酸二乙醋(DFS)、5-溴尿嘧啶(5-BU)、氮芥(Nm)、N广甲基N亚硝基胍(NTG)等。
诱变育种方法有三个步骤：
一是准备孢子悬浮液，将新鲜的食用菌无菌孢子移入5毫升无菌生理盐水或磷酸缓冲液中，摇匀后即成孢子悬浮液。
孢子悬浮液的浓度以每毫升含孢子106～109个为宜。
二是诱变处理，用诱变剂处理如紫外线处理，诱变处理应在暗箱内进行，箱内装15瓦紫外灯1支，悬挂于30厘米高处，诱变处理时应先开灯20分钟，使波长稳定，然后将悬浮液倒入直径为6厘米的无菌培养皿中，打开皿盖，照射0.5～1分钟。
照射后的孢子悬浮液每毫升所含的活抱子数约在105～108个。
因此要得到单个菌落，必需先用无菌水将照射后的孢子悬浮液稀释1000～10万倍。
然后取释释液0.2毫升涂布于装有琼脂培养基的培养皿上，在25℃下培养5～10天，这时就能在每个平板上得到数十个单菌落。
选纯正、健壮
的单个菌落移入斜面试管内，供进一步测定筛选。
三是挑菌筛选，诱变处理只是扩大了它的变异范围，并不能决定变异的方向，所以诱变最大的困难是筛选，只有在大量的、各种各样的变异中，才能筛选到符合需要的变异个体。
这样就需将诱变后的孢子经培养长出菌落后及时挑菌，选发育健全的单个菌落移入斜面试管内，一个菌落只接一支斜面，待外面长好后，再分别接入2～4瓶原种中，然后进行栽培试验，反复比较各菌落的生产性能，择优留取。
诱变育种相关知识点总结
诱变育种相关知识点总结1. 什么是诱变育种诱变育种是通过化学物质或辐射来诱发植物遗传变异，达到变异性状的目的，然后再通过选择和育种方法来固定和优化这些性状，从而获得具有新性状的植物种质资源。
诱变育种是一种以人为手段来诱发植物遗传变异的育种方法，与传统的育种方法相比，具有变异程度大、种质资源丰富、育种速度快等优点。
2. 诱变种类根据诱变的方法和途径不同，可以将诱变分为两种类型：化学诱变和辐射诱变。
化学诱变是利用化学物质来诱发植物遗传变异的方法。
这种方法主要是通过化学物质对植物体内生成物质代谢和遗传物质的变异，从而诱发植物的新性状。
具体的化学诱变剂包括EMS（乙基甲磺酸甲酯）、DEPC（二乙醇二氯甲烷）、MNU（N- 亚硝基-N-甲基脲）、DMC（二甲胺）等。
辐射诱变是利用辐射来诱发植物遗传变异的方法。
这种方法主要是通过辐射对植物细胞的核酸、酶系、蛋白质等生物大分子的损伤和变异，从而诱发植物的新性状。
具体的辐射诱变包括X射线、γ射线、紫外线、中子射线等。
3. 诱变方法诱变育种的主要方法包括传统育种方法、分子育种方法和生物技术育种方法。
传统育种方法是指通过遗传资源的收集、鉴定以及杂交和选育等方式来获得植物品种的育种方法。
这种方法主要是通过选择和育种的方式来固定和优化诱变得到的新性状，最终获得具有新性状的植物品种。
分子育种方法是指通过对植物基因组的解析和改良等方式来获得植物品种的育种方法。
这种方法主要是通过对植物基因组的修改和介入来获得具有新性状的植物品种。
生物技术育种方法是指通过生物技术手段来获得植物品种的育种方法。
这种方法主要是通过生物技术手段来获得具有新性状的植物品种。
4. 诱变机理诱变发生的机理主要包括两个方面：一是遗传物质的突变，二是染色体的不稳定性。
（1）遗传物质的突变：遗传物质的突变是指植物遗传物质DNA序列的变化。
这种变化可以通过点突变、基因缺失、重复序列、整个染色体的遗传变异等多种方式来实现，从而使植物出现新的性状。
诱变育种概述
工业上遇到的霉菌大多数不产生有性孢子，没有典型的有性过程。
细胞杂交得到的分生孢子还是无性孢子，形态上无特殊变化。
准性循环（体细胞杂交）的三个连续过程
准性生殖：
霉菌杂交：指通过体细胞的核融合和遗传因子的重组， 即通过准性过程而不是通过性细胞的融合。
工业上遇到的霉菌大多数不产生有性孢子，没有典型的有性过程。
四、原生质体融合技术
原生质体：有时指去了壁的细胞，是生 活细胞内全部具有生命的物质的总称， 由原生质所构成。原生质体一般由细 胞膜、细胞质和细胞核三部分组成， 是细胞内各类代谢活动的主要场所。
四、原生质体融合技术
定义：将遗传性状不同的两种菌(包括种间、种内及属间)融合 为一个新细胞的技术。即实现遗传重组。
↓ ——观察单菌落形态并统计其形态变异率 挑取单菌落传种斜面
摇瓶初筛 ↓ ——对照组 挑出高产斜面 ↓ 菌种保藏（砂土管、冻干管或制备固体孢子） ↓ 传种斜面（或直接用固体孢子） 摇瓶复筛（复筛次数及摇瓶数以及培养基种类根据情况决定） ↓ ——对照组 挑出高产菌株 作稳定性试验和菌种特性考察 ↓ 放大试验罐、中试考察 ↓ 大型投产试验
菌悬液的细胞浓度一般控制为： 真菌孢子或酵母细胞106107个/ml，放线菌或细菌108个/ml。 菌悬液一般用生理盐水（0.85%NaCl）稀释。
诱变处理
诱变剂及诱变剂量选择
在诱变处理前，一般应预先做诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲 线，选择合适的处理剂量。
不同微生物，使用的剂量不同；诱变率随诱变剂剂量的增加而提高 。但达到一定剂量后，再加大剂量反而会使突变率下降。
乙基磺酸乙酯（EMS）、亚硝基胍、 亚硝酸、氮芥等。
生物诱变剂
噬菌体、转座因子
诱变育种
食品微生物学 第四章微生物遗传与菌种选育 第二节微生物的菌种选育
微生物遗传与菌种选育
4.2.2.1 诱变育种的步骤:
确定出发菌 ↓
菌种的纯化选优 ↓出发菌株性能测定
同步培养 ↓
制备单细胞（单孢子）悬液 ↓
诱变剂选择与诱变剂量的预试验 ↓
诱变处理 ↓
平板分离 ↓计形态变异菌落数、↓
重复筛选 ↓摇瓶发酵试验
选出突变株进行生产试验
如果此野生型菌株产量偏低，达不到工业生产的要求， 可以留之作为菌种选育的出发菌株。
微生物遗传与菌种选育
4.2.2 微生物的诱变育种
诱变育种是利用物理和化学诱变剂处理微生物细胞群， 促进其突变率在同提高，再从中筛选出少数符合育种目的的 突变株。
诱变育种的主要手段是以合适的诱变剂处理大量而分散 的微生物细胞，在引起大部分细胞死亡的同时，使存活细胞 的突变率迅速提高，再设计既简便、快速又高效的筛选方法， 进而淘汰负突变并把正突变中效果最好的优良菌株挑选出来。
微生物遗传与菌种选育
4.2.1.4 纯种培养 经过分离培养，在平板上出现很多单个菌落，通过菌落
形态观察，选出所需菌落，然后取菌落的一半进行菌种鉴定， 对于符合目的菌特性的菌落，可将之转移到试管斜面纯培养。 4.2.1.5 生产性能测定
从自然界中分离得到的纯种称为野生型菌株，它只是筛 选的第一步，所得菌种是否具有生产上的实用价值，能否作 为生产菌株，还必须采用与生产相近的培养基和培养条件， 通过三角瓶进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌 种。
微生物遗传与菌种选育
4.2.2.2 营养缺陷型突变株的筛选
在诱变育种工作中，营养缺陷型突变体的筛选及应用有 着十分重要的意义。营养缺陷型菌株是指通过诱变而产生的 缺乏合成某些营养物质(如氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱 基等)的能力，必须在其基本培养基中加入相应缺陷的营养 物质才能正常生长繁殖的变异菌株。其变异前的菌株称为野 生菌株。
《诱变育种》课件
3 现代诱变育种的发展
利用化学、生物等多种手段进行诱变育种的研究和实践。
诱变育种的方法
物理性诱变
1. 辐射诱变 2. 化学诱变
生物性诱变
• 细菌诱变 • 病毒诱变
诱变育种的应用
优质、高产的农作物选 育
通过诱变育种，培育出品质 优良、产量丰富的农作物， 提高农业生产效益。
抗病、抗虫的新品种选 育
利用诱变育种技术，培育对 病虫害具有抗性的新品种， 减少农药的使用。
新颖的食品品种创新
通过诱变育种，创造出新颖、 美味的食品品种，满足人们 对食物的多样化需求。
诱变育种的优势及局限性
诱变育种与常规育种的对比
诱变育种相比常规育种，具有更大的变异性和突变 概率。
诱变育种的优势及局限性
优势：加快遗传进程，拓宽育种资源，创新新品种。
局限性：可能产生负面突变，需要大量的时间和资 源。
诱变育种的前景
1
诱变育种技术的进一步发展
通过不断改进和优化诱变育种技术，提高突变效果和育种速度。
2
诱变育种在未来的应用前景
Hale Waihona Puke 诱变育种可以为农业、食品安全和生物多样性等领域带来更多创新和突破。
总结
诱变育种的重要性
《诱变育种》PPT课件
欢迎各位参加我们的《诱变育种》PPT课件。本课件将深入介绍诱变育种的概 念、方法、应用、优势、局限性和前景。希望通过本课件的学习，大家能对 诱变育种有更深入的理解。
诱变育种的历史沿革
1 19世纪末 - 20世纪初
早期诱变育种方法的发展和应用。
2 20世纪20年代 - 30年代
诱变育种是农业、食品和生物科学领域的重要研究 方向，具有巨大的潜力。
食用菌育种学 第四章 诱变育种
4.1 营养缺陷型菌株的分离和筛选
4. 营养缺陷型的鉴定
(1) 鉴定方法 ① 一个平皿中加入一种营养物质以测定生长因子需求情况。 ②生长谱法：在同一平皿上测定许多种生长因子的需求情况。
(2) 营养缺陷型鉴定步骤 ① 缺陷型类别的测定
a: 氨基酸混合物、酪素水解物或蛋白胨，代表氨基酸 b: 酵母浸出液，其中氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶均有 c: 维生素混合物，代表维生素类 d: 核酸碱基混合液或酵母核酸，代表嘌呤、嘧啶类
诱变育种的主要环节
诱变育种工作的三个主要环节：
1. 诱发突变
出发菌株、诱变剂及其剂量的选择、影响诱变效果的因素等
2. 突变株的筛选
筛选条件(培养基和培养条件)、便捷的筛选方法等
3. 最佳环境条件的调整
突变株最佳培养条件的确定
1.1 诱变前对出发菌株的了解
1. 区分不同菌落类型
1.1 诱变前对出发菌株的了解
复筛：以质和精为主，反复多次，结合自然分离，选育高 产或其他优良菌株。
3.1 诱变育种的基本环节
3.2 诱变育种的基本环节
1. 常规筛选程序
3.2 诱变育种的基本环节
2. 简便筛选程序
3.3 分离和筛选
1. 随机筛选
即摇瓶筛选 优点：不管种子或发酵过程的生产条件、生理条件如何，都与发酵罐 大生产条件相近，可以模拟进行。 缺点：在突变率小的情况下，如果菌落挑取少，很难筛选到理想的突 变株。
2.3 单孢子(年轻、健壮
细胞生理活性方面既要同步，又要处于最旺盛的对数期。 对于细菌来说，常常通过前培养达到要求。 对于丝状菌来说，制备菌悬液时力求90％以上为单孢子，并务必
除去菌丝片段，因为一般菌丝是多核的。 菌悬液的孢子或细菌数可用平板计数、血球计数器计数和光密度
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主要原因：遗传因素 由遗传因素造成的不同类型菌落是一种变异现象，属不同 遗传特性的个体，而且可以遗传给下一代。
其它原因：非遗传因素，如培养基组成或培养条件的改变 等 非遗传因素产生的“变异”是一种假变异，不能遗传；菌 种重新移回原来的培养基和培养条件，形态可恢复原状。
1. 选择具备一定生产能力或某种特性的菌株作为出 发菌株
2. 选择纯种作出发菌株 3. 选择出发菌株应考虑其稳定性 4. 连续诱变育种过程中如何选择出发菌株
2.1 出发菌株
2. 对出发菌株的具体要求
–4. 连续诱变育种过程中如何选择出发菌株
2.1 出发菌株
2. 对出发菌株的具体要求 5. 选择出发菌株的其它因素 6. 采用多出发菌株(3-4个) 7. 菌种代谢特点
2.3 单孢子(或单细胞)悬液的制备
1. 供试菌株的孢子或菌体要年轻、健壮
细胞生理活性方面既要同步，又要处于最旺盛的对数期。 对于细菌来说，常常通过前培养达到要求。 对于丝状菌来说，制备菌悬液时力求90％以上为单孢子，并务必
除去菌丝片段，因为一般菌丝是多核的。 菌悬液的孢子或细菌数可用平板计数、血球计数器计数和光密度
2.1 出发菌株
1. 对一般出发菌株的要求
野生菌株:产量低，但对诱变因素敏感，变异幅 度大，正突变率高；
最好是由生产育种中的自发变异株 采用具有有利性状的菌株 考虑选择己发生过其他变异的菌株 选择增变菌株的变异株以堤高致变敏度 选取能累积少量所需产物或前体物菌株
2.1 出发菌株
2. 对出发菌株的具体要求
1.3 影响菌种生长发育的主要因素
1. 培养基 2. 培养基斜面制备技术 3. 移种的密度 4. 温度 5. 湿度 6. 药品和原材料质量
1.4 对其它条件的了解
了解菌种有效产物中的各种组分在代谢合成过程中 与培养条件的关系
建立一个准确、简便、快速检测产物的方法 研究最佳的菌种保藏培养基和培养条件
养至孢子刚刚萌发 加入缓冲液
为了研究遗传因素引起的不同菌落类型，应尽量避 免非遗传因素引起的菌落形态变化，以免鱼目混珠、 干扰试验结果。
1.2 菌种特性与生产性能关系
1. 多方面考查菌种的生活史，了解它们的形态、生理、生 化等生物学特性，以及这些特性与代谢产物合成的关系。 土霉素产生菌斜面孢子培养3~4天好于9~10天
2. 研究菌种的某些生物学特性与产量合成的相关性。 头孢霉素产量与孢子大小和数量成正比.
第二节 诱变育种的步骤与方法
诱变育种的原则
诱变育种具有方法简单、投资少、收获大等优点， 最大缺点是缺乏定向性。因此，除了深入开展诱变机 制研究外，在诱变育种过程中应注意:
挑选优良易诱的出发菌株 处理均匀的单胞或孢悬液 选择简便有效的诱变剂 选用最适剂量及作用时间 充分利用致变剂的协同效应 寻求可见的选择性相关指标 设计高效筛选方案与方法
诱变育种的注意事项
1. 在诱变育种前，应该对大生产的设备和工艺具有相当的知 识和全面的了解。
2. 诱变育种工作量大，周期长，对一般周期为7～10天的抗生 素菌种来说，一代诱变需2～3月，因此事先需作好充分准备， 如全面了解菌种培养特征和生化特征，以及有关培养条件对 其影响等，最后再进行严密设计，确定正确的选育程序和方 法。
菌体计数， 振荡10min
调整浓度
过滤
制备菌悬液
低温(2℃)10min 离心洗涤
加入适量嘧啶、嘌呤 或酵母膏，继续振荡
培养20～60 min
2.3 单孢子(或单细胞)悬液的制备
2. 菌悬液制备方法
(2) 产孢子菌类
处理材料是孢子，而不是菌丝。
成熟而新 鲜的孢子
液体培养基 振荡培 离心洗涤 振荡打碎孢子 过滤 菌体计数，
高产突变型菌株是一种数量性状的遗传变异，是由多基因 决定的：
1. 这些基因不可能通过一次诱变全部引起突变 2. 高产菌株产量的提高，是多代诱发突变积累的结果。只有那
些每次诱变后有1～2个控制产量的基因突变，使产物合成稍有 增加，又能维持其最起码代谢平衡的菌株才能生存下来。 3. 高产菌株的环境适应能力差，育种时必须注意调整环境条件。
目标：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
诱变育种的目标及用途
青霉素产生菌选育历史
第一节 诱变育种的试验设计和准备工作
诱变的不可预测性
诱变育种 微生物
正变株 负变株
高产菌株的缺陷： (1)孢子数量减少 (2)生活周期延长 (3)可能发生回复突变
发生概率大
诱变育种的复杂性
法测定。 制备菌悬液通常采用生理盐水，如果用化学诱变剂处理时，则应
采用相应的缓冲液配制。
2.3 单孢子(或单细胞)悬液的制备
2. 菌悬液制备方法
(1) 细菌 采用同步化的预培养方法：
20～24h 培养 的新鲜斜面
基本培养基 35～37℃振 荡培养至对数期
6℃培养1h ， 使之同步生长
含玻璃珠三角瓶
2.2 出发菌株的纯化
一般丝状菌的野生菌株多数为异核体，如果菌种背 景复杂，用诱变剂处理后的变株中，负变率将增加。 因此，微生物菌种选育之前的出发菌株和新变种获 得之后，都要进行自然分离，即菌种纯化。
常用的纯化方法有划线分离法和稀释分离法；若仍 达不到要求，则需采用显微镜操纵器分离单孢子， 培养形成单菌落，得到纯菌株。
诱变育种的主要环节
诱变育种工作的三个主要环节：
1. 诱发突变
出发菌株、诱变剂及其剂量的选择、影响诱变效果的因素等
2. 突变株的筛选
筛选条件(培养基和培养条件的调整
突变株最佳培养条件的确定
1.1 诱变前对出发菌株的了解
1. 区分不同菌落类型
1.1 诱变前对出发菌株的了解
第四章 诱变育种
第一节 诱变育种的试验设计和准备工作 第二节 诱变育种的步骤与方法 第三节 突变株的分离与筛选 第四节 营养缺陷型菌株的筛选
诱变育种的目标及用途
概念：选用理、化致变剂处理均匀而分散的微生物细胞群， 促使其突变率显著提高；采用简便、快速和高效的筛选法 筛选出少数符合育种目的的突变株来供生产实践与研究应 用。