菌种的选育和筛选(自然育种,诱变育种,其他育种方法)

经过分离筛选获得的菌种需要通过选育，才能提高代谢产物的产量、改进产品质量、简化工艺、提高产品附加值。根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经运用行之有效的微生物育种方法。育种的手段很多，主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。

1.自然育种

在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，选育出优良菌种的过程称为自然选育。菌种的自发突变存在两种可能性：是菌种衰退，生产性能下降；另一种是代谢更加旺盛，生产性能提高。实际上自发突变的频率较低，出现优良性状菌株的可能性也比较小。国内生产菌育种的个阶段是在20世纪六七十年代初期，从自然界大规模筛选高产菌，如AS1299、天津短杆菌T6-10，以及棒杆菌s941等。

2.诱变育种

生产菌育种的第二个阶段是20世纪70年代后的遗传育种阶段，将野生谷氦酸生产菌进行有目的的改造，选育出了许多优于出发菌的优良高产菌株，如WTH-1、FM84-415等，这些生产菌种主要是通过以诱变为主的微生物育种而获得。随着谷氦酸发酵生产的发展这些菌种的产酸能力获得了很大的提高。诱变育种是指用人工的方法处理微生物，使它们发生突变，再从中筛选出符合要求的突变菌株，供生产和科学实验用。诱变育种与其他育种方法相比，具有操作简便、速度快和收效大的优点。诱变育种包括出发菌种的选择、诱变处理和筛选突变株三部分

（1）选择出发菌种出发菌种是指用于诱变的原始菌种。出发菌种可以是从自然界分离出来的野生型菌种，也可以是生产中正在使用的菌种，还可以从菌种保藏机构购买。选择的原则是菌种要对诱变剂的敏感性强、变异幅度大、产量高

（2）诱变处理为了使每个细胞都能均匀接触诱变剂，通常要将出发菌种先制成单细胞（或单孢子）悬液，再进行诱变处理。诱变剂的种类、剂量大小、处理时间长短等，都要视具体情况和条件而定，并经过预备实验之后才能最终确定。诱变剂包括物理诱变剂和化学诱变剂。物理诱变剂有紫外线、X射线、γ射线、快中子等。化学诱变剂有N甲基N硝基-亚（NTG）、硫酸二乙酯（DES）、甲基亚（NMU）等。在育种实践中，常采用杀菌率作为各种诱变剂的相对剂量。目前倾向于采用杀菌率较低的剂量。诱变剂复合处理对育种有利，两种或多种诱变剂可同时使用或先后使用，同一种诱剂也可重复使用。

（3）筛选突变株菌种经诱变处理后会产生各种各样的突变类型，但其中绝大多数是负突变菌株。筛选的目标是将诱变后可能出现的正突变菌株从大量的突变菌株中分离鉴定出来。一般先通过快速定性法，即对平板稀释法获得的各个菌落进行有关性状的初步测定，从中筛选出具有优良性的菌落，然后对初筛后获得的菌株进行有关性状的精确定量，即复筛。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。

为了缩短筛选周期，可以利用变异株的平皿反应直接挑取高产变异株。平皿快速检测法是利用菌体在特定固体培养基平板上的生理生化反应，将肉眼观察不到的产量性状转化成可见的“形态”变化。实际是指每个变异菌落产生的代谢产物与培养基内的指示物在平板上表现出的一些容易观察判断的生理效应，比如变色圈、透明圈、生长圈、抑菌圈等。

3.其他育种方法

为在生产中大量积累谷氦酸，谷氦酸高产菌的选育也是目前为提高产量的研究热点。随着分子生物学和分子遗传学的发展，越来越多的生物工程新技术用于选育谷氦酸生产菌，已有原生质体融合、转化、转导、重组D№A构建工程菌等一系列育种方法。可以利用基因工程技术等技术手段从分子水平上对出发菌株进行定向改造，国外通过对野生型谷氦酸棒杄菌中丙酮酸羧化酶基因重组菌硏究显示，与野生型谷氦酸棒杆菌相比，基因重组菌可以使谷氦酸产量提高7倍。在已有菌株的基础上构建生产菌的基因工程菌，目前还处于研究阶段。