补充材料---提高初级、次级代谢产物产量的方法
提高代谢产物产量的方法
提高代谢产物产量的方法一、提高初级代谢产物产量的方法1、使用诱导物与糖类和蛋白质降解有关的水解酶类大都属诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就会增加胞外酶的产量。
如加入槐糖（1，2-b-D-葡二糖）诱导木霉菌的纤维素酶的合成；木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成。
2、除去诱导物——选育组成型产生菌更为有效的方法是改变菌株的遗传特性，除取对诱导物的需要，即选育组成型突变株。
使调节基因发生突变，不产生有活性的阻遏蛋白；或者操纵基因发生突变不再能与阻遏物相结合，都可达到此目的。
3、降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生高分子的多糖类、蛋白质等的分解代谢产物（如能被迅速利用的单糖、氨基酸及脂肪酸等）都会阻遏分解其聚合物的水解酶的生成。
采用限量流加这类物质或改用难以被水解的底物的方法，可减少阻遏作用的发生，而获得较高的酶产量。
4、解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株5、解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株6、防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株诱变产生的高产菌菌，在生产过程中易于发生回复突变，使生产不稳定。
双重营养缺陷型产生回复突变的几率很小，易于获得遗传性较稳定的菌株；利用高产突变株对抗生素敏感性的不同，加适量抗生素防止回复株增殖，也是一种方法。
7、改变细胞膜的通透性8、筛选抗生素抗性突变株抗生素作用机制多样；筛选抗生素抗性突变株，有可能改变代谢调节，获得过量生产的菌株。
9、选育条件抗性突变株其中温度敏感突变株常被用于提高代谢产物产量。
如乳糖发酵短杆菌的温度敏感突变株，在30℃生长良好，在37℃生长微弱；但能在富含生物素的培养基中积累谷氨酸，而野生型菌株却受生物素的反馈抑制。
在富含生物素的天然培养基中进行发酵时，可先在正常温度下进行培养以得到大量菌体，适当时间后提高温度，可获得谷氨酸的过量生产。
10、调节生长速率11、加入酶的竞争性抑制剂单氟乙酸在微生物细胞内可转变为单氟柠檬酸，对乌头酸酶有竞争抑制作用。
细胞工程学复习题
细胞工程学习题1．诱导试管苗生根时，培养基的调整应A．加大盐的浓度B．加活性炭C．加大分裂素的浓度D．加大生长素的浓度2．下列实验中可能获得三倍体植株的是A．小麦的茎尖培养B．番茄花药培养C．玉米胚乳培养D．玉米花粉培养3．动物体内各种类型的细胞中，具有最高全能性的细胞是A．体细胞B．生殖细胞C．受精卵D．干细胞4．下列哪个是植物离体培养常用的主要糖类A．葡萄糖B．果糖C．麦芽糖D．蔗糖5．农杆菌介导的转化方法主要适用于A．草本植物B．木本植物C．单子叶植物D．双子叶植物6．原生质体纯化步骤大致有如下几步：①将收集到的滤液离心，转速以将原生质体沉淀而碎片等仍悬浮在上清液中为准，一般以500r／min离心15min。
用吸管谨慎地吸去上清液。
②将离心下来的原生质体重新悬浮在洗液中(除不含酶外，其他成分和酶液相同)，再次离心，去上清液，如此重复三次。
③将原生质体混合液经筛孔大小为40～100um的滤网过滤，以除去未消化的细胞团块和筛管、导管等杂质，收集滤液。
④用培养基清洗一次，最后用培养基将原生质调到一定密度进行培养。
一般原生质体的培养密度为104～106／ml。
正确的操作步骤是：（）A ①②③④B②③①④C③①②④D③②①④7．常用的细胞融合剂是A．刀豆球蛋白B．聚乙二醇（PEG）C．细胞松弛素B D．脂质体8．利用细胞杂交瘤技术制备单克隆抗体过程中，HAT培养基用来进行A．细胞融合B．杂交瘤选择C．检测抗体D．动物免疫9．下列过程中，没有发生膜融合的是A．植物体细胞杂交B．受精过程C．氧进入细胞中的线粒体D．单克隆抗体的产生10．科学家用小鼠骨髓瘤细胞与某种细胞融合，得到杂交细胞，经培养可产生大量的单克隆抗体。
与骨髓瘤细胞融合的是A．经过免疫的B细胞B．没经过免疫的T细胞C．经过免疫的T淋巴细胞D．没经过免疫的B淋巴细胞二填空题1、在植物组织培养基中，添加_____细胞分裂素_____ 能促进合成细胞分裂素，有利于细胞的分裂与分化，促进芽的形成2、在植物组织培养基中，添加_____肌醇_____ 能促进糖类物质的转化，也能促进愈伤组织的生长以及胚状体的形成3、生长素是由__色氨酸_____通过一系列中间产物形成，在植物组织培养中生长素主要是用来刺激细胞的分裂和诱导根的分化，吲哚乙酸（IAA）、2、4-二氯苯养乙酸（2、4-D）、吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸（IBA）等为类生长素。
提高代谢产物的方法
植物细胞培养代谢产物的制备 (2)
• 利用植物细胞大规模悬浮培养为生产有用代谢产物提 供了有效途径，但是由于植物细胞容易积聚、细胞分 化、剪切力敏感、代谢途径复杂性等因素使工业规模 化培养受到限制。迄今为止，只有极少量的植物细胞 培养实现了工业化，例如两步法生产紫草宁、迷迭香 宁酸、肉桂酰丁二胺等。 • 植物细胞培养在放大过程中往往产量会比实验室摇瓶 培养或小型反应器培养下降许多。放大培养还存在许 多技术问题。
• pH
PH会影响培养液的渗透压、酸碱度，酶的活性，从而影响 细胞代谢。 植物细胞液体培养的pH 变化范围在5－6 之间，最佳的起始 pH在5.5－5.8 之间。如果对培养液pH进行控制，将有利于次级 代谢产物的生成。
• 流体性质 由于植物细胞培养过程中容易结团，同时， 不少细胞在培养过程中容易分泌粘多糖等物质，
• 诱导子促进次生产物积累与其种类和浓度有关
诱导子对南方红豆杉细胞培养合成紫杉醇的影响 诱导子 M-JA 适宜浓度（mM） 与对照比提高产物效率 （倍） 0.1 7.0
花生四烯酸
硝酸铈胺 水杨酸 硝酸盐
0.1
1.0 0.1 0.01
6.5
5.5 4.5 3.0
• 光照 光对细胞代谢产物的合成有很重要的影响。光照时间长短、 光质、光强等都会对代谢产物合成和积聚产生作用。光对许多 酶有诱导或抑制作用。如：黄酮及黄酮类醇糖苷累积的所有酶 的活性的增加是在培养物受光照，特别是子外观下发生的。
（三） 提高次级代谢产物产量的途径
• 培养设备：选择或设计合适的生物反应器。
• 培养工艺：诱导子添加、前体喂养、添加竞争途径代
谢产物抑制剂、培养条件（培养基、环境条件）优化 与控制、流加培养。
• 培养技术：固定化培养技术、两相培养技术、两步法
次级代谢产物的生物合成与调节
氯霉素，利福霉素等
怎样解除这种分解代谢物调整？
六、能荷调整（磷酸盐旳调整）
↓*2
八氢番茄红素
↓
六氢番茄红素
↓
ζ—胡萝卜素
↓
链孢红素
↓
番茄红素
↙
↘
γ—胡萝卜素
δ—胡萝卜素
↓
↓
海胆酮 ←─β—胡萝卜素
α—胡萝卜素
↓
Байду номын сангаас
↓
↓
角黄素
β—隐黄质
叶黄素
↓
↓
虾青素
玉米黄素
↓↑
环氧玉米黄素 → 辣椒红素
↓↑
紫黄素
→ 辣椒玉红素
↓
新黄素
类胡萝卜素旳生物合成途径
•次级代谢酶旳专一性低
相对来说催化初级代谢产物合成旳酶专一性强，催化 次级代谢产物合成旳某些酶专一性不强，所以在某种 次级代谢产物合成旳培养基中加入不同旳前体物时， 往往能够造成机体合成不同类型旳次级代谢产物。
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七、细胞膜透性旳调整
外界物质旳吸收或代谢产物旳分泌都需经细胞 膜旳运送，如发生障碍，则胞内合成代谢物不 能分泌出来，影响发酵产物收获，或胞外营养 物不能进入胞内，也影响产物合成，产量下降。
在青霉素发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物能 力旳大小影响青霉素发酵单位旳高下。假如输 入硫化物能力增长，硫源供给允足，合成青霉 素旳量就增多。
（1）筛选营养缺陷型回复突变株
(整理)发酵工程名词解释
fermentation(发酵)：利用生物细胞（含动植物、微生物），在合适条件下经特定的代谢途径转变成所需产物菌体的过程。
fermentation engineering(发酵工程)：是发酵原理与工程学的结合，是研究由生物细胞（包括动植物、微生物）参与的工艺过程的原理和科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。
bioengineering(生物工程)：以生物科学和生物技术为基础，结合化学工程，机械工程，控制工程，环境工程等工程科学，研究或发展利用生物体系或其中的一部分生产有益于社会的产品或达到一定社会目标的过程科学。
广义上说是指运用生物科学知识及工程学的原理，开发利用生物材料为人类社会提供产品和服务的工程技术。
狭义上是指以基因工程技术为核心的现代生物技术的总称biocatalyst(生物催化剂)：指传统发酵所利用的微生物外，还包括现在生物技术所利用的动植物细胞或细胞中的酶isolation of strain(菌种分离)：根据生产要求和菌种特征性采用各种不同的筛选方法从众多的杂菌种分离出所需的性能良好的纯种Strain breeding (菌种选育)：从分离筛选获得的有价值菌种中经过人工选育出各种突变体以大幅提高了菌种产生有价值的代谢产物的水平，改进产品质量，去除不需要的代谢产物或产生新代谢产物Nature breeding(自然选育)：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Mutation breeding (诱变育种)：利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学因素试剂处理微生物细胞提高基因突变率，再通过适当的筛选方法获得所需的高产优质植株Cross breeding(杂交育种)：通过杂交方法，将不同植株的遗传物质进行交换、重组，使不同菌株的优良性状集中在重组体中，克服长期诱变引起的生活力下降等缺陷Protoplast fusion(原生质体融合)：用酶分别酶解两个两个出发菌株的细胞壁，在高渗环境中释放出原生质，将他们混合，在助溶剂或电场作用下使他们互相凝聚，发生细胞融合，实现遗传重组Genetically engineered breeding(基因工程育种)：使用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来，在离体条件下进行切割，获得代表某一性状的目的基因，把该目的基因与作为载体的DNA 分子连接起来，然后导入某一受体细胞中，让外来的目的基因在受体细胞中进行正常的复制和表达，从而获得目的产物Culture preservation/maintenance of culture(菌种保藏)：根据菌种的生理生化特点，人为创造条件使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异Degeneration of culture/strain deterioration(菌种退化)：通常是指在较长时期传代保藏后，菌株的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象Rejuvenation of culture(菌种复壮)：使衰退的菌种重新恢复原来的优良特性Inoculum enlargement(种子扩大培养)：指将保藏在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入固体试管斜面活化后，在经过摇瓶或静置培养，以及种子罐逐级扩大培养而获得发酵产量高、生产性能稳定、数量充足、不被杂菌和噬菌体污染的生产菌种的纯种制备过程Seed age(接种龄)：指种子罐中培养的菌丝体移入下一级种子罐或发酵罐式的培养时间Seed volume/inoculum size(接种量)：指移入种子液的体积和接种后培养液体积的比Fermentation industrial raw material(发酵工业原料)：通常以糖质或淀粉质等碳水化合物为主，加入少量有机氮源和无机氮源，只要不含毒物，一般无精制的必要Fermentation medium(发酵培养基)：是指提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按照一定的比例配置的多种营养物质的混合物Growth factor(生长因子)：具有刺激细胞生长活性的因子。
基因工程技术在改进微生物菌种方面的应用
N
N (CH2)10CH3
H
氧甲基转移酶
OCH3
N
N
H
N (CH2)10CH3 H
构建重组质粒(带甲氧基转移酶)
转化到氧甲基转移酶缺陷变株 转化菌株
十一烷基灵菌红素产量提高5倍
增加限速酶的其它例子-4:
例4. 泰洛星 (Tylosin) 产生菌:弗氏链霉菌 (S.fradiae)
acetyl CoA + malonyl CoA polyketide pathway
增加抗性基因拷贝提高抗生素的产量-2
例2. 螺旋霉素抗性基因srmB
重组质粒
转化 S.ambofaciens（生二素链霉菌）
转化子
使螺旋霉素产量提高。
Hale Waihona Puke (二) 改进代谢产物的组分
链霉菌产生的次级代谢产物常常是一组结构相似的混 合物。每个化合物称为它的一个组分。多组分产生的分子基 础是因为次级代谢产物的合成酶对底物的选择性不强以及合 成途径中分支途径的存在。
O
H3C
CH2
O
mmy
H3C
COOH
Methylenomycin（次甲霉素）
次甲霉素是由天蓝色链霉菌产生的抗生素， 研究结果表明，次甲霉素是由天蓝色链霉 菌携带的质粒SCP I 编码的。在其生物合 成结构基因的上游，存在一个负调节基因mmy。
克隆到质粒上 转化变青链霉菌
转化子 （次甲霉素高产表达）
3.增加抗性基因的拷贝数
将带有正调节基因片段的重组质粒转化到生产菌株 中，由于转录功能的增强，使生物合成结构基因得以高水 平的表达，提高了代谢产物的产量。
反之，对于负调节基因，通过基因工程的手段，将其 祛除或失活，就能解除阻扼作用，同样导致使生物合成结 构基因高水平的表达，提高代谢产物的产量。
微生物学思考题
第一章的复习思考题1，发酵及发酵工程的定义狭义“发酵”的定义在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。
同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。
广义“发酵”的定义工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。
它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。
产品有菌体细胞、酶，细胞代谢产物，生物转化产品等。
Fermentation Engineering应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
2，发酵工程的特点发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。
1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。
2，发酵所用的原料简单粗放。
通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。
微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。
基于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。
4，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。
5，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。
6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。
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第二节提高初级代谢产物产量的方法我们知道，初级和次级代谢产物在遗传控制、合成途径等方面存在差异的，因而获得发酵过量生产的方法也不同。
由于次级代谢产物的合成远离初级代谢的主要途径，微生物细胞对其合成控制较弱，因此，改变环境条件易于影响其表达，基因型改变后的产量变异幅度也较大，而初级代谢产物则与此相反。
这在选择提高代谢产物方法时应予考虑。
提高初级代谢产物产量的方法主要有以下几种：1.使用诱导物与糖类和蛋白质降解有关的水解酶类大都属诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就会增加胞外酶的产量。
如加入槐糖（1，2-β-D-葡二糖）诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。
但诱导物的价格往往比较贵，经济上未必合算。
加入廉价的含有诱导物的原料，如槐豆荚等某些种籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木聚糖，培养过程中可陆续被水解产生槐糖、木糖，这就是经常采用的方法。
但是，玉米芯等这类不溶性聚合物的分解过程缓慢，以其唯一碳源时，培养周期比较长，产品的体积生产率仍难大幅度提高。
可考虑先使微生物在廉价的可溶性碳源中迅速生长，形成大量菌体后，再加入诱导物诱导水解酶类生成的方法。
诱导物的浓度过高及能被迅速利用时，也会发生酶合成的阻遏，这在纤维二糖对纤维素酶的产生，对二糖对半纤维素酶生产中都已观察到，这也是使用诱导物时应予注意的。
2.除去诱导物——选育组成型产生菌在发酵工业中，要选择到一种廉价、高效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导物在工艺上也多不便，更为有效的方法是改变菌株的遗传特性，除去对诱导物的需要，即选育组成型突变株。
通过诱变处理，使调节基因发生突变，不产生有活性的阻遏蛋白，或者操纵基因发生突变不再能与阻遏物相结合，都可达到此目的。
迄今尚未见由于结构基因发生改变而得到组成型的报道。
已设计出多种选育组成型突变株的方法，其主要原则是创造一种利于组成型菌株生长而不利于诱导型菌株生长的培养条件，造成对组成型的选择优势以及适当的识别两类菌落的方法，从而把产生的组成型突变株选择出来。
例如把大肠杆菌半乳糖苷酶的诱导型菌株经诱变处理后，先后含乳糖的培养基中培养，由于组成型突变株半乳糖苷酶的合成不需诱导即能产生，因此可较诱导型的出发菌株较早开始生长，在一定时期内菌数的增加便较快，如持续进行培养时，由于诱导酶形成后，原菌株生长速率亦逐渐增加，这种选择性造成的差别就会减少，可用交替在乳糖、葡萄糖培养基中进行培养的方法。
两者利用葡萄糖时的生长速率是相同的，乳糖为碳源造成的组成型菌株的优势生长会持续下去，最后由平板分离就易于得到组成型突变株。
以乳糖为限制性生长因子进行连续培养时，生长速率较低的诱导型菌株就会被冲洗掉，也是利用了上述原理。
诱导型菌株不经诱变处理，利用其自发突变，用连续培养方法，也能得到组成型突变株。
在平板上识别组成型突变株的方法，主要是利用在无诱导物存在时进行培养，它能产生酶，加入适当的底物进行反应显示酶活加以识别。
经常使用酶解后可以有颜色变化的底物，便于迅速检出组成型菌落。
如甘油培养基平板中培养大肠杆菌时，诱导型菌株不产酶，组成型菌株可产生半乳糖苷酶。
菌落长出后喷布邻硝基苯半乳糖苷，组成型菌株的菌落由于能水解它而呈现硝基苯的黄色，诱导型则无颜色变化。
另如羧甲基纤维素被内切纤维素酶水解后，由于暴露出更多的还原性末端而能被刚果红所染色。
可由此方便地检出纤维素酶产生菌。
3.降解分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生高分子的多糖、蛋白质等的分解代谢产物（如能被迅速利用的单糖、氨基酸以及脂肪酸、磷酸盐）都会阻遏分解其聚合物的水解酶类的生成。
因此用限量流加这类物质或改用难以被水解的底物的方法，都可减少阻遏作用的发生，而获得较高的酶产量。
但是由于它并未改变产生菌的遗传特性，只是暂时改变了酶的合成速率，因此结果往往不稳定。
更有效的方法是筛选抗降解物阻遏的突变株。
4.解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株从遗传学角度来考虑，如调节基因发生突变，使产生的阻遏蛋白失活，不能与末端分解代谢产物结合，或操纵基因发生使阻遏蛋白不能与其结合，都能获得抗分解代谢阻遏的突变株。
前者为隐性突变，后者为显性突变，都能由此导致酶的过量产生。
可以直接以末端代谢产物为底物来筛选抗阻遏突变株，如以葡萄糖、甘油为碳源筛选纤维素酶抗阻遏突变株。
但更多地是利用选育结构类似物抗性菌株的方法。
它所依据的机制是，结构类似物由于在分子结构上与分解代谢的末端产物相类似，因此它能与阻遏蛋白相结合，如调节基因发生突变而使阻遏蛋白不能与结构类似物结合，即出现抗性菌株。
由于分子结构上的类似，这种抗性菌株产生的阻遏蛋白也不能与正常的分解代谢产物相结合，即同时也具有对相应的分解代谢产物阻遏作用的抗性，而能导致相应酶类的过量生产。
由于结构类似物与正常代谢产物结构上的差异，它与阻遏蛋白的结合往往是不可逆的。
氨基酸类的结构类似物也不能用以合成具有正常功能的蛋白质，因此它在细胞中会达到较高的浓度。
这都是用结构类似物为底物筛选抗阻遏菌株，较之用正常的分解代谢末端产物更为有效的原因。
如果结构类似物与调节酶相结合，所获得的便是抗反馈抑制的抗性菌株。
筛选抗阻遏和抗反馈的双重突变则更易于获得高产菌株。
对一末端产物的生成途径了解的愈加清楚，就能定向选育多重突变株，而得到过量生产。
菌株选育中常用的结构类似物列于表4-1。
表中的类似物未区分其在作用机制上是抗阻遏或抗反馈，这是由于有的作用机制尚未完全弄清楚，有的则因菌种而异。
有些酶的合成可为铵盐、磷酸盐类所阻遏，用筛选对这类化合物的结构类似物有抗性的突变株的方法，也可达到脱阻遏的效果。
如构巣曲霉的蛋白酶的合成可为铵盐所阻遏，筛选抗甲基铵盐的抗性突变株，其蛋白酶合成即不为铵盐所阻遏。
表4-1 结构类似物及代谢末端产物5.解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制菌株如上所述，在生物合成途径中广泛存在着反馈抑制调节——末端产物抑制合成途径（包括分歧途径）中第一个酶的活力，因此，降低末端产物的浓度就能积累代谢途径中间体，如同培养基中去除阻遏物一样，这种方法的实施比较困难，比较有效的方法是选育对末端产物有抗性的突变株。
如天门冬氨酸激酶是赖氨酸生物合成途径中的调节酶，有黄色短杆菌分离到对赖氨酸的类似物（ε-氨基半胱氨酸）有抗性的突变株，它对天冬氨酸激酶的反馈抑制不敏感，赖氨酸的产量可达57mg/ml。
解除反馈抑制的另一种方法是选育营养缺陷型。
即筛选丧失了合成途径中某种酶，而必需提供某一中间代谢产物才能生长的突变株。
限量供给此中间产物就能降低或解除末端产物的反馈抑制，而获得另一种间产物的过量生产。
这在较简单的直线式合成途径中，已获得不少成功的实例。
谷氨酸经过乙酰谷氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸而合成精氨酸（图4-7）。
经诱变处理后得到的瓜氨酸营养缺陷型失去了催化鸟氨酸合成瓜氨酸的鸟氨酸转氨甲酰酶的能力，必需供给瓜氨酸或精氨酸时，此菌才能生长。
控制供给适当的精氨酸或瓜氨酸，使菌体生长，但又不知引起反馈抑制时（精氨酸抑制N-乙酰谷氨酸酶活力），就能使鸟氨酸大量产生。
如选育丧失精氨酸琥珀酸合成酶的精氨酸缺陷型，就能得到瓜氨酸的过量生产。
上述的直线式合成途径中，用营养缺陷型方法只能使中间代谢产物积累而不能使末端产物积累。
在分歧途径中则能得到使末端产物过量产生的营养缺陷型突变。
谷氨酸棒杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸的合成是与分歧代谢途径相联系的（图4-8），筛选高丝氨酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用而获得赖氨酸的过量生产。
这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸激酶不被抑制，只有两者的协同效应才能造成抑制。
在限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用也很难发生。
6.防止回复突变的产生和筛选负突变菌株的回复突变菌株经诱变产生的高产菌株，在生产过程中易于发生回复突变，使生产不稳定。
双重营养缺陷型发生回复突变的机率较小，易于获得遗传性较稳定的菌株。
如筛选得到的是抗结构类似物的高产菌株，可在培养液中加入适当结构类似物，以防止回复突变株的增殖。
利用高产株和回复突变对抗生素敏感性的不同，加适量抗生素防止回复株增殖，也是一类方法。
负突变株的回复突变株亦可用来提高代谢产物的过量产生。
在无阻遏物或末端代谢产物存在的条件下选育不产酶的负变株，继续进行诱变后转接在阻遏物或末端产物存在的条件下筛选产酶突变株，有可能获得高产菌株。
对其机制尚缺少深入的研究。
有的研究结果表明，抗阻遏突变株是启动基因突变得结果，抗反馈突变株是调节酶的变构中心发生了改变而催化中心未改变。
7.改变细胞膜的通透性微生物细胞吸收作为代谢所需要的底物和离子是依靠定位在细胞膜上的主动运输系统来进行，与产能代谢过程相偶联。
运输系统有高度的专一性，这主要取决于其蛋白质的组成，即透性酶。
透性酶的合成与由其输送的酶类一样也受调节控制。
细胞质膜和细胞壁的结构也影响物质的进出。
当控制物理、化学条件或者筛选细胞膜、细胞壁结构组成的突变株以改进物质的进出速率，影响代谢过程时，都有可能造成代谢产物过量生产。
谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-N-瓜氨酸精氨酸图 4-7 谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成途径 葡萄糖天冬氨酸异亮氨酸 图4-8 由天冬氨酸合成苏氨酸、蛋氨酸和赖氨酸的途径 反馈抑制微生物细胞分泌到细胞外的蛋白质，特别是水解酶类，大多数是糖蛋白。
酶分子中结合糖类与酶的催化活力无关，估计只要是利于分泌至胞外。
同一类酶系中的不含糖类的酶组分，往往是结合在细胞膜上而很少分泌至胞外。
加入表面活性剂，则有可能因改变细胞膜的通透性而获得水解酶类的高产。
由于表面活性剂种类繁多，性质各异，尚未有规律可循。
如加入吐温80可增加里氏木霉纤维素酶产量，但对其它菌株就未得到同样效果。
筛选细胞膜、细胞壁组成成分改变的突变株，由此影响物质的进入和排出，也能获得高产菌株。
如镰刀菌类对多烯类化合物的抗性菌株（细胞膜组分突变株），其碱性蛋白酶和麦角固醇的产量都有提高。
而细胞壁组成成分的变异则易于得到易于脱壁获得原生质体或便于产物提取的菌株。
8.筛选抗生素抗性突变株抗生素种类繁多，其抑制微生物代谢的机制各不相同，一些主要抗生素的作用机制已比较清楚。
筛选抗生素抗性突变体，也能取得由此而改变代谢调节，获得过量生产的结果。
衣霉素可抑制细胞膜糖蛋白的生成。
枯草杆菌的衣霉素抗性突变株的α-淀粉酶的产量较亲株提高了5倍，研究结果表明，是由于分泌机制改变的结果。
抗利福平的蜡状芽孢杆菌的无芽孢突变株的β-淀粉酶产量提高了7倍，这是由于芽孢形成的延迟利于β-淀粉酶的形成，而利福平的突变株往往失去了形成芽孢的能力。
谷氨酸棒杆菌的抗青霉素突变株的谷氨酸产量亦会增加。
对金属离子的抗性和对有丝分裂的抑制剂抗性的突变株，也被用于改变细胞代谢调节以得到代谢产物的高产。