现代工业微生物育种
微生物遗传育种知识点汇总
复制：通过复制，遗传信息能够在细胞带间传递，同时是转录翻译的前奏。
转录：在一个DNA模板上合成一个与之互补的RNA链，mRNA，A，tRNA。
翻译：是蛋白质生物合成过程中的第一步。翻译是根据中心法则，将成熟的mRNA解码，并生成对应的特定氨基酸序列的过程。
3.1DNA复制
3、遗传与变异是生物界的共同特征，它们之间是辩证统一的。
2.1经典遗传学简述
一、分离定律
1、概念：（1）基因型：生物体全部遗传因子的总称。（2）表型：生物体表现出来的性状的总和。（3）杂交、亲本(P)、子一代(F1)、子二代(F2)、相对性状、显性、隐性。
2、Mendel：单因子杂交实验。
3、分离定律内容：控制一对相对性状的等位基因在形成配子时彼此分离，每个配子只能获得一个等位基因。
1、DNA的半保留复制模型；2、DNA的二向复制模型(θ模型)；3、DNA的滚环复制模型。
3.2转录
1、转录的起始：（1）全酶与模板的DNA接触，生成非专一的,不稳定的复合物在模板上移动；（2）起始识别：全酶与-35序列结合，产生封闭的酶-启动子二元复合物；（3）全酶紧密地结合在-10序列处，模板DNA局部变性，形成开放的启动子二元复合体；（4）酶移动到I，第一个rNTP转录开始,σ因子释放,形成酶-启动子-rNTP三元复合体。
四、基因
1、孟德尔“遗传因子”——生物性状遗传的符号。
2、基因——位于染色体上的遗传功能单位。
（1）等位基因：一对同源染色体同一基因座上的一对基因。等位基因之间存在相互作用——显隐性关系。一个二倍体细胞中等位基因的关系：（1）完全显性：一个等位基因的功能已足够使某个性状表现。（2）不完全显性：当性状的表现对等位基因的功能有数量上的要求。（3）共显性：杂合子同时表现出双亲的特性。
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
工业微生物育种学实验教学改革
工业微生物育种学实验教学改革摘要:本文分析了工业微生物育种学实验教学现状与存在问题,提出了增加实验教学课时、开设综合性实验、转变教学方式、完善考核方式等改革思路和措施,并提出从理论教学课程中分离出实验课,形成独立的实践课程的建议。
关键词:工业微生物育种学实验教学改革综合性实验教学方式考核方式实验过程中学到的知识较理论更加丰富、直观,因此实验在整个教学体系中有着不可替代的作用[1]。
《中共中央国务院关于深化教育改革、全面推进素质教育的决定》中指出:“高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力”[2],如何加强实验教学和创新能力的培养成为当前教学改革的核心。
工业微生物育种学是生物工程专业本科生一门重要的专业课程,既有系统的理论知识又有极强的实践性。
该课程传统的教学体系、内容和模式已不能适应21世纪对人才的要求,笔者近年来对工业微生物育种学实验教学体系进行了一些思考和改革。
1 实验教学现状与存在问题1.1 教学课时较少,教学内容老化虽然生物工程专业是一个实践性很强的专业,但实验教学的学时安排仍然不足。
工业微生物育种学课程共设38个学时,其中实验课时仅为8学时,远不能满足实践能力培养的需要。
实验教学内容老化,多数是单一的重复性验证性实验,如土壤微生物的分离纯化、紫外诱变剂致死率计算,缺少综合性、研究性。
1.2 教学方式以教师为主体传统的实验教学一般教师先讲解实验目的、实验原理、实验步骤,然后学生动手操作。
实验过程中,部分学生对实验内容不经思考和理解,按部就班地被动操作。
这种以教师为主体的教学方式束缚了学生的思想,制约了学生个性的发展,学生的学习积极性与主动性得不到充分发挥,不利于学生思维能力和综合能力的培养。
1.3 教学评价不科学、不全面实验教学质量涵盖科学探究的态度、动手能力、思维能力、创新意识及知识能力等诸多方面[3]。
长期以来实验课教学一般以学生的出勤率和实验报告质量作为考核标准,这种考核方式不能科学、全面地考查学生的综合实践能力,无法激励学生思考和实践,造成学生对实验课不重视,不消化实验内容,不积极动手操作,篡改实验数据,编制实验报告等现象比较普遍。
微生物原生质体融合育种技术及其应用
微生物原生质体融合育种技术及其应用摘要：工业微生物菌种选育在发酵工业中占有重要地位。
微生物原生质体融合(microbialprotoplast fusion)技术具有重组频率高、受结合型或致育型限制小以及遗传物质传递完整等优点,是微生物育种最常用的方法之一。
结合相关研究进展,分析了原生质体融合技术的组成,包括制备、再生、融合的影响因素以及融合子的筛选方法,重点评述了原生质体融合技术应用在微生物育种中的最新进展,以及微生物原生质体融合技术的发展前景。
关键词：微生物原生质体融合遗传育种基因组重组引言：微生物菌种是发酵工业中的一个关键因素,它决定了发酵过程的成败及某一发酵产品是否具有工业化价值。
自然界中的原始菌株大多不具有很高的工业化价值,因此需要对菌株进行选育和改良,以提高产品的质量,降低成本。
原生质体融合技术是起源于20世纪60年代的一项重要的菌种改良技术,是将亲株细胞分别去除细胞壁后进行融合,经基因组间的交换重组,获得融合子的过程。
与其他育种技术相比,原生质体融合技术具有重组频率高、受结合型或致育型限制小以及遗传物质传递完整且不需要完全了解作用机制等优点,因而被国内外微生物育种学者广泛应用。
1974年,匈牙利的Ferenczy成功将白地霉(Geotrichum candidum)营养缺陷型突变株的原生质体进行融合,使原生质体融合技术首次应用于微生物中。
接下来的几十年,该技术的基本实验方法逐步完善,现已作为一项十分有用的技术广泛应用于工业微生物菌种选育中。
本文就原生质体融合技术的过程及其应用于微生物育种方面的最新进展做了简要综述,并分析了目前存在的问题及未来的发展方向。
1 资料和方法：1.1 资料来源由第一作者在CNKI进行检索。
网址：/。
英文资料的检索时间范围为2007/2012；中文资料的检索时间范围为2007/2012。
英文检索词为“protoplast fusion、research、progressions”；中文检索词为“原生质体融合、应用、研究进展”。
微生物菌种选育方式(一)
微生物菌种选育方式(一)关键词：地衣芽孢杆菌诺卡氏菌 ATCC 北京标准物质网微生物菌种选育技术在现代生物技术中具有十分重要的地位，经历了自然选育、诱变育种、杂交育种、代谢控制育种和基因工程育种五个阶段，各个阶段并不孤立存在，而是相互交叉，相互联系的。
新的育种技术的发展和应用促进了生产的发展。
1．自然选育随着微生物学的发展，特别是在发明微生物的纯培养技术之后，出现了微生物纯种的自然选育。
以基因自发突变为基础选育优良性状菌株的这种方法，是最早应用微生物遗传学原理．进行育种实践的一个实例。
由于微生物体内存在光复活、切补修复、重组修复、紧急呼救修复等修复机制以及DNA聚合酶的校正作用，使得自发突变几率极低，一般为10-6～10-10这样低的突变率导致自然选育耗时长、工作量大，影响了育种工作效率。
在这种情况下，就出现了诱变育种技术。
2．诱变育种1927年，Miller发现X射线能诱发果蝇基因突变。
之后，人们发现其他一些因素也能诱发基因突变，并逐渐弄清了一些诱变发生的机理，为工业微生物诱变育种提供了前提条件。
1941年，Beadle 和 Tatum 采用X射线和紫外线诱变红色面包霉，得到了各种代谢障碍的突变株。
在这之后，诱变育种得到了极大发展。
诱变育种是以诱变剂诱发微生物基因突变，通过筛选突变体，寻找正向突变菌株的一种诱变方法。
诱变剂包括物理诱变剂、化学诱变剂和生物诱变剂。
其中，物理诱变剂包括紫外线、X射线、射线、快中子等；化学诱变剂包括烷化剂(如甲基磺酸乙酯、硫酸二乙酯、亚硝基胍、亚硝基乙基脲、乙烯亚胺及氮芥等)、天然碱基类似物、脱氨剂(如亚硝酸)、移码诱变剂、羟化剂和金属盐类(如氯化锂及硫酸锰等)；生物诱变剂包括噬菌体等。
物理诱变剂因其价格经济，操作方便，所以应用最为广泛；化学诱变剂多是致癌剂，对人体及环境均有危害，使用时须谨慎；生物诱变剂应用面窄，其应用也受到限制。
现今，诱变育种已取得了显著的成果，如青霉素生产菌的青霉素产量在40年内增加了近万倍，达到lO万u／ml左右；谷氨酸产生菌经紫外诱变处理，产酸率提高了3l％；用亚硝酸钠、紫外线等物化方法诱变产碱性蛋白酶的地衣芽孢杆菌，使其从原来的以玉米粉为碳源转变为以大米为碳源进行发酵产酶，后用紫外诱变，最终筛选出F一8014菌株，产酶量提高了37％。
微生物基因工程育种方法
微生物基因工程育种是利用基因工程技术对微生物进行遗传改良，以实现特定目的的育种。
以下是一些常见的微生物基因工程育种方法：
1. 选择合适的目标微生物：
-选择适合进行基因工程改良的目标微生物，如细菌、酵母等。
-确保目标微生物具有明确的育种目标和应用场景。
2. 基因克隆与表达：
-利用重组DNA技术将感兴趣的基因从其他生物体中克隆到目标微生物中。
-通过适当的启动子和调控元件实现目标基因在目标微生物中的高效表达。
3. 基因组编辑：
-利用CRISPR-Cas9等基因组编辑技术对目标微生物的基因组进行精确编辑，实现有针对性的改良。
-可以插入、删除或修改目标基因，以改变微生物的性状和功能。
4. 代谢工程：
-通过改良微生物的代谢途径和代谢产物合成途径，实现特定产物的高效合成。
-优化微生物代谢通路，增强产物产量和纯度。
5. 蛋白工程：
-对目标微生物中的蛋白质进行改良，提高其稳定性、活性或特定功能。
-可以设计新的蛋白质结构，实现特定功能的表达和应用。
6. 表型筛选与优化：
-利用高通量筛选技术对基因工程微生物进行表型筛选，选出具有目标性状的优良菌株。
-不断优化育种过程，提高目标微生物的产量、稳定性和适应性。
通过以上基因工程技术和方法的综合应用，可以有效地实现微生物的育种改良，满足不同领域的需求，如工业生产、环境修复、医药健康等。
在开展微生物基因工程育种时，需要严格遵循相关法规和伦理要求，确保安全性和可持续性。
微生物 诱变育种
紫外损伤的光复活作用
DNA损伤的修复
切补修复 切补修复是在内切核酸酶、
外切核酸酶、DNA聚合酶以及 连接酶的协同作用下将嘧啶 二聚体酶切除去，继而重新 合成一段正常的DNA链以填补 酶切所留下的缺口，使损伤 的DNA分子恢复正常的修复方 式。由于整个过程不依赖于 可见光，所以切补修复也称 暗修复。切补修复几乎存在 于所有的微生物中。
也可用长了菌落的平板直接照射。 一般照射剂量4~10万伦琴。
此外还能引起染色体畸变，即因 染色体断裂引起染色体的倒位、 缺损和重组等。但发生了染色体
断裂的细胞常常不稳定。
化学诱变因素
化学诱变剂用量很少，诱变时设
备简单，只要一般实验室的玻璃 器皿就行，所以其应用发展较快。
碱基类似物
碱基类似物是指与DNA结构中的四种碱基 A、T、G、C在化学结构上相似的一类物 质。如5-溴尿嘧啶（BU）和5-溴脱氧尿
紫外损伤的切补修复
紫外线照射的操作方法
在暗室中安装的15瓦紫外线灯管最 好装有稳压装置，以求剂量稳定。
处理时，可将5毫升菌悬液放在直径 5厘米的培养皿中，置磁力搅拌器上， 使培养皿底部离灯管30厘米左右， 培养皿底要放平，处理前应先开灯 20~30分钟预热稳定。照射时启动磁 力搅拌器，以求照射均匀。
诱变育种
第一节基因突变
突变泛指细胞内（或病毒颗粒 内）的遗传物质的分子结构或 数量突然发生的可遗传的变化。
突变往往导致产生新的等位基 因及新的表现型。狭义的突变 专指基因突变，也称点突变， 而广义的突变则包括基因突变 和染色体畸变。
突变的几率一般很低，约为106~10-9。
突变是工业微生物产生变种 的根源，是育种的基础，但 也是菌种发生退化的主要原 因。
微生物育种的相关筛选的方法及其重要价值
微生物育种的相关筛选的方法及其重要价值微生物育种是通过选择和培育具有特定性状的微生物菌株，以满足特定需求或发展新的工业功能。
为了实现这一目标，筛选方法是不可或缺的工具。
本文将介绍微生物育种中常用的筛选方法，并探讨其重要价值。
一、筛选方法1.传统筛选方法：传统筛选方法是指基于微生物生长、代谢、生理特征以及形态特征等方面进行的筛选。
常见的传统筛选方法包括菌落形态分析、生理生化检测、生产物质分析等。
这些方法简单易行，成本较低，适用于分离和鉴定微生物菌株。
2.高通量筛选方法：高通量筛选方法利用自动化和机器学习等技术，实现对大量样品的快速筛选。
常见的高通量筛选方法包括微孔板筛选、微阵列技术、流式细胞术等。
这些方法能够高效地筛选出具有特定产物或特定代谢能力的菌株，并加速微生物育种的进程。
3.分子筛选方法：分子筛选方法基于微生物的遗传信息，通过检测特定基因或基因群的表达和变异情况，实现对菌株的筛选。
常见的分子筛选方法包括聚合酶链反应（PCR）、基因芯片技术、基因测序等。
这些方法具有高灵敏度和高分辨率，能够准确地鉴定菌株，并筛选出具有特定基因组或基因表达特征的菌株。
4.代谢组学筛选方法：代谢组学筛选方法通过分析微生物代谢产物的组成和变化，实现对菌株的筛选。
常见的代谢组学筛选方法包括气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）、液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）等。
这些方法能够全面地分析菌株的代谢产物，了解其代谢通路和代谢谱系，从而筛选出具有特定代谢能力的菌株。
二、重要价值1.发现新的功能菌株：微生物具有丰富的代谢和生理功能，通过筛选方法能够发现新的微生物菌株，探索其新的功能和应用价值。
例如，通过高通量筛选方法发现了具有高温耐受性、低成本生产重要生化物质等特点的菌株，为工业领域和生物制药领域提供了新的应用途径。
2.提高产物产量和质量：微生物育种的目标之一是提高目标产物的产量和质量。
通过筛选方法能够选择出优良的菌株，通过优化培养条件和代谢调控等手段，实现特定产物的高效生产。
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现代工业微生物育种
一、诱变育种
诱变育种是通过使用物理或化学方法，如紫外线、X射线、化学诱变剂等，诱导微生物发生基因突变，从而产生具有新性状的菌株。
这种方法可以大幅度提高微生物的变异频率，为育种工作提供了丰富的材料。
二、基因工程育种
基因工程育种是通过人工构建基因表达载体，将其导入到微生物中，从而实现基因的转移和表达。
这种方法可以定向地改造微生物的遗传物质，使其表达出所需的性状。
基因工程育种具有高度定向性和可预测性，是现代工业微生物育种的重要手段之一。
三、代谢工程育种
代谢工程育种是通过改变微生物的代谢途径，提高其代谢产物的产量或改变代谢产物的性质，从而获得所需的菌株。
这种方法需要对微生物的代谢过程有深入的了解，并能够精确地调控其代谢网络。
代谢工程育种在现代工业微生物育种中具有重要的应用价值。
四、组合生物合成育种
组合生物合成育种是通过构建多个基因的组合文库，并筛选出具有所需性状的菌株。
这种方法类似于基因工程育种，但具有更高的遗传复杂性，可以创造出更丰富的变异类型。
组合生物合成育种在现代工业微生物育种中已经成为一种重要的策略。
五、定向进化育种
定向进化育种是一种模拟自然进化过程的育种方法。
它通过对大量随机突变体进行筛选和选择，以实现所需性状的定向进化和优化。
定向进化育种可以在短时间内获得高度适应特定条件的优良菌株，具有很高的应用价值。
六、菌种保藏与复壮
菌种保藏与复壮是工业微生物育种的重要环节。
通过科学的保藏方法，可以保持菌种的活力和遗传稳定性；而复壮则是通过一定的手段使保藏的菌种恢复活力，以保证其用于生产的性能。
七、基因组编辑育种
基因组编辑育种是利用基因编辑技术对微生物基因组进行精确的编辑和改造，以实现定向改良和创造新品种的目的。
目前常用的基因组编辑技术包括CRISPR-Cas9系统、ZFNs和TALENs等。
基因组编辑育种具有高度精确性和可控性，为现代工业微生物育种提供了强有力的工具。