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1、 营养缺陷型菌株的筛选野生型菌株野生型菌株野生型菌株野生型菌株（wild type strainwild type strain） ：从自然界分离到的微从自然界分离到的微生物在其发生突变前的原始菌株生物在其发生突变前的原始菌株营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型（auxotroph)auxotroph)：野生型菌株经过人工诱变或：野生型菌株经过人工诱变或自然变异自然变异失去合成某种必需营养失去合成某种必需营养（氨基酸、维生素、（氨基酸、维生素、核苷酸等）的能力，只有在核苷酸等）的能力，只有在基本培养基基本培养基中补充所缺中补充所缺乏的营养因子乏的营养因子( (生长因子生长因子) )才能生长
2、繁殖才能生长繁殖原养型原养型原养型原养型（prototrophprototroph）: : 营养缺陷型菌株经过营养缺陷型菌株经过回复突变回复突变或重组变异后产生的菌株，其营养要求与野生型菌或重组变异后产生的菌株，其营养要求与野生型菌株相同株相同营养缺陷型菌株筛选有关培养基l l基本培养基基本培养基（minimal medium, minimal medium, MMMM）：仅能满足野生）：仅能满足野生型菌株生长需要型菌株生长需要l l完全培养基完全培养基（complete medium, complete medium, CMCM）：凡可以满足一）：凡可以满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或
3、半合成培养基切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半合成培养基l l补充培养基补充培养基（supplemental medium, supplemental medium, SMSM）：只能满足）：只能满足相应营养缺陷型菌株生长需要，是在基本培养基中加入相应营养缺陷型菌株生长需要，是在基本培养基中加入了相应营养缺陷型菌株所不能合成的营养因子。了相应营养缺陷型菌株所不能合成的营养因子。5.1 营养缺陷型菌株的选育 营养缺陷性突变为营养缺陷性突变为（单一）基因突变（单一）基因突变，是产生某种营养因子的代谢途径中某个关键是产生某种营养因子的代谢途径中某个关键酶合成基因酶合成基因突变造成相应酶不能产生或不能
4、突变造成相应酶不能产生或不能发挥作用，从而造成相应营养因子不能产生发挥作用，从而造成相应营养因子不能产生l l诱发突变诱发突变l l筛选筛选1 1步：淘汰野生型菌株步：淘汰野生型菌株l l筛选筛选2 2步：检出缺陷类型步：检出缺陷类型l l筛选筛选3 3步：鉴别缺陷种类步：鉴别缺陷种类5.1.1营养缺陷型的诱变 多用亚硝基胍（多用亚硝基胍（NTGNTG）、）、UVUV、亚硝酸等做诱、亚硝酸等做诱变剂；其中变剂；其中亚硝基胍（亚硝基胍（NTGNTG）诱发营养缺陷型的诱发营养缺陷型的频率极高，一般可达频率极高，一般可达1010；电离辐射损伤大，一；电离辐射损伤大，一般不适宜做营养缺陷型诱变剂；用般
5、不适宜做营养缺陷型诱变剂；用完全培养基完全培养基做做后培养后培养5. 1.2 淘汰野生型菌株方法1：抗生素法 细菌：细菌： 用加有青霉素的基本培养基用加有青霉素的基本培养基分离培养诱变处理分离培养诱变处理后的菌体，野生型菌株因为繁殖产生的子细胞不能合后的菌体，野生型菌株因为繁殖产生的子细胞不能合成正常细胞壁而死亡，而对不能繁殖的营养缺陷型细成正常细胞壁而死亡，而对不能繁殖的营养缺陷型细胞因为在基本培养基中不能繁殖而得以保留胞因为在基本培养基中不能繁殖而得以保留 具体具体方法和步骤见方法和步骤见方法和步骤见方法和步骤见P176P176P176P1765. 1.2 淘汰野生型菌株方法1：抗生素法酵
6、母菌酵母菌： 用用加有制霉菌素基本培养基加有制霉菌素基本培养基分离培养诱变处理后分离培养诱变处理后的菌体，制霉菌素抑制真菌细胞壁中甾醇合成，从而的菌体，制霉菌素抑制真菌细胞壁中甾醇合成，从而使繁殖中的细胞产生的子细胞死亡，保留营养缺陷型使繁殖中的细胞产生的子细胞死亡，保留营养缺陷型细胞细胞方法2：菌丝过滤法 真菌和放线菌等真菌和放线菌等真菌和放线菌等真菌和放线菌等丝状菌丝状菌丝状菌丝状菌的野生型菌株在的野生型菌株在基本基本培养基培养基中产生中产生菌丝体菌丝体，而营养缺陷型菌株以，而营养缺陷型菌株以孢子孢子形式存在，不能萌发。把诱变处理后的孢子悬液形式存在，不能萌发。把诱变处理后的孢子悬液用液体
7、基本培养基培养，适温振荡培养，使野生用液体基本培养基培养，适温振荡培养，使野生型孢子萌发形成菌丝体，用型孢子萌发形成菌丝体，用灭菌脱脂棉、滤纸等灭菌脱脂棉、滤纸等除去菌丝体除去菌丝体，再培养，再过滤。重复，再培养，再过滤。重复3 34 4次，最次，最大限度地除去野生型菌株，然后再分离大限度地除去野生型菌株，然后再分离方法3：高温杀菌法 对对产芽孢菌产芽孢菌产芽孢菌产芽孢菌，先用，先用完全培养基完全培养基对诱变后的菌对诱变后的菌株培养到产生芽孢，株培养到产生芽孢，再用基本培养基再用基本培养基培养一定时培养一定时间，野生型芽孢萌发成营养细胞，缺陷型芽孢不间，野生型芽孢萌发成营养细胞，缺陷型芽孢不能
8、萌发，这时用能萌发，这时用8080处理一定时间，野生型营养处理一定时间，野生型营养细胞被杀灭，而缺陷型芽孢因为耐热而存活。细胞被杀灭，而缺陷型芽孢因为耐热而存活。5. 1.3 营养缺陷型的检出方法方法1 1：点植对照法（见图：点植对照法（见图7.12)7.12)5. 1.3 营养缺陷型的检出方法方法2 2：影印法（见图：影印法（见图7.13)7.13)5. 1.3 营养缺陷型的检出方法3：夹层法（见图7.14)5. 1.3 营养缺陷型的检出方法3：限量补充法 P178 在基本培养基中补充微量营养缺陷型菌株所在基本培养基中补充微量营养缺陷型菌株所不能合成的营养物质，野生型菌株生长快、菌落不能合成
9、的营养物质，野生型菌株生长快、菌落大，而营养缺陷型菌株生长慢、菌落小。大，而营养缺陷型菌株生长慢、菌落小。5. 1.4 营养缺陷型的鉴定 测定营养缺陷菌株所需营养因子的种类测定营养缺陷菌株所需营养因子的种类5. 1.4.1 5. 1.4.1 鉴定方法鉴定方法 方法一方法一方法一方法一：把纯化好的缺陷型：把纯化好的缺陷型菌株菌株与与基本培养基基本培养基倒混倒混 合平板或涂布合平板或涂布平板平板，再在平板上，再在平板上点接各种营养物点接各种营养物质质（最好稀释成一定浓度，用滤纸片法接入），（最好稀释成一定浓度，用滤纸片法接入），适温培养，观察适温培养，观察生长圈生长圈。此法可以在一个平板上。此法可
10、以在一个平板上对一株菌进行多种营养因子进行测定对一株菌进行多种营养因子进行测定 方法二方法二方法二方法二：在基本培养基中加入某种营养物质，倒混：在基本培养基中加入某种营养物质，倒混合平板，再合平板，再点接菌株点接菌株，观察，观察生长圈生长圈。此法可同时。此法可同时对多个菌株进行测定对多个菌株进行测定5. 1.4.2 缺陷型鉴定步骤 营养因子营养因子类别类别测定测定 营养因子营养因子种类种类测定测定复证复证试验试验 步骤步骤1 1：缺陷型营养因子类别测定：用各类营养因子：缺陷型营养因子类别测定：用各类营养因子的代表物质的混合物：的代表物质的混合物： 氨基酸混合物、酪素水解物或代表氨基酸混合物、酪
11、素水解物或代表氨基酸类氨基酸类氨基酸类氨基酸类 酵母浸汁，其中氨基酸、维生素、碱基都有酵母浸汁，其中氨基酸、维生素、碱基都有 维生素混合物，代表维生素混合物，代表维生素类维生素类维生素类维生素类 核酸碱基混合物，代表核酸碱基混合物，代表核苷酸类核苷酸类核苷酸类核苷酸类步骤2：缺陷型营养因子种类测定 缺陷型营养因子类别确定后，再用该类营养缺陷型营养因子类别确定后，再用该类营养因子的各种代表物质因子的各种代表物质纯净物纯净物做试验，以确定其缺做试验，以确定其缺陷哪一种或几种营养因子。可以陷哪一种或几种营养因子。可以先把该类物质分先把该类物质分先把该类物质分先把该类物质分成几组成几组成几组成几组进行
12、测定进行测定进行测定进行测定，逐步缩小范围，最后菌体测定，逐步缩小范围，最后菌体测定到种类到种类 (P180) (P180) 常用浓度：氨基酸常用浓度：氨基酸110mg/mL;110mg/mL;维生素类维生素类0.010.1mg/mL0.010.1mg/mL 氨基酸和维生素分组分别见氨基酸和维生素分组分别见P182P182表表7.147.14和表和表7.157.155.2 营养缺陷型突变株的应用l l工业微生物育种中，用于积累代谢中间产物工业微生物育种中，用于积累代谢中间产物l l作为杂交、重组育种的遗传标记作为杂交、重组育种的遗传标记l l用于微生物代谢途径研究用于微生物代谢途径研究l l在
13、转化、转导、原生质体融合、质粒和转座子研在转化、转导、原生质体融合、质粒和转座子研究中用作标记菌株究中用作标记菌株6 温度敏感突变株的筛选P184 温度敏感突变株（温度敏感突变株（temperature-sensitive mutant, temperature-sensitive mutant, TSTS突变体突变体）：）： 突变株在一定温度范围内（突变株在一定温度范围内（许可温度许可温度）正常生长，其表型）正常生长，其表型和野生型没有区别，但超出这一温度范围（和野生型没有区别，但超出这一温度范围（非许可温度非许可温度），），则则不能生长或生长微弱不能生长或生长微弱甚至死亡（条件致死）或甚至
14、死亡（条件致死）或某些代谢某些代谢停止或减弱停止或减弱。 TS TS突变主要是由必需基因发生突变，突变主要是由必需基因发生突变，致使该基因在一定温致使该基因在一定温度条件下无法正常表达度条件下无法正常表达，或其编码的酶失活，造成细胞不，或其编码的酶失活，造成细胞不能正常生长。能正常生长。6.1 TS突变株的选育方法6.1.1 TS6.1.1 TS突变株的诱发突变株的诱发 TS TS突变主要由基因突变主要由基因错义突变错义突变所致，要选择易于引所致，要选择易于引起碱基置换的亚硝基类、磺酸酯类化合物，或亚起碱基置换的亚硝基类、磺酸酯类化合物，或亚硝酸、硝酸、UVUV等诱变剂。等诱变剂。6.1.2
15、6.1.2 淘汰野生型菌株淘汰野生型菌株/TS/TS菌株富集培养菌株富集培养 1 1 抗生素法：加入抗生素，在抗生素法：加入抗生素，在非许可温度非许可温度下培养下培养一定时间，一定时间，杀灭杀灭在该温度下生长的在该温度下生长的野生型菌株野生型菌株，再离心除去抗生素，分离再离心除去抗生素，分离 2 2 其它方法其它方法 (P185) H (P185) H3 3放射性同位素前体法放射性同位素前体法6.1.3 TS突变株分离筛选l l 富集培养后，用完全培养基先在富集培养后，用完全培养基先在许可温度许可温度下培下培养，再用养，再用影印法、点植法影印法、点植法等方法在许可温度和等方法在许可温度和非非许
16、可温度许可温度下分别培养，对照结果即可检出下分别培养，对照结果即可检出 TS TS突变突变体；体；l l 也可同一平板先在非许可温度培养，长出野生也可同一平板先在非许可温度培养，长出野生型菌株，做好记号，再转许可温度培养，则后长型菌株，做好记号，再转许可温度培养，则后长出的为出的为TSTS菌株。菌株。6.2 TS突变株在发酵工业中应用6.2.1 6.2.1 在谷氨酸发酵中的应用在谷氨酸发酵中的应用 增加谷氨酸产量的关键在于改变菌体的增加谷氨酸产量的关键在于改变菌体的细胞膜细胞膜结构和功能结构和功能，通过一些有效方法使谷氨酸产生菌，通过一些有效方法使谷氨酸产生菌由由谷氨酸非积累型转变为积累型。谷
17、氨酸非积累型转变为积累型。 Momose Momose 等以乳糖发酵杆菌等以乳糖发酵杆菌NO2256NO2256为出发菌为出发菌株，选育出细胞膜结构或功能缺损的株，选育出细胞膜结构或功能缺损的TSTS突变株突变株8888号，号，通过温度来调节细胞膜透性通过温度来调节细胞膜透性。当在许可温度。当在许可温度(30)(30)下培养繁殖得到一定量菌体后，升温致非许下培养繁殖得到一定量菌体后，升温致非许可温度可温度(37)(37)培养，使细胞膜的合成、结构或功能培养，使细胞膜的合成、结构或功能发生障碍，结果突变株能在高浓度生物素培养基中发生障碍，结果突变株能在高浓度生物素培养基中分泌大量谷氨酸分泌大量谷
18、氨酸。6.2.2 TS突变株在丝氨酸发酵中的应用 P189 P189 以以C1C1化合物为唯一碳源的微生物合成细胞组化合物为唯一碳源的微生物合成细胞组分是通过丝氨酸途径来实现的（见图分是通过丝氨酸途径来实现的（见图7.19).7.19).要提高要提高丝氨酸产量，关键在于丝氨酸产量，关键在于阻断丝氨酸降解阻断丝氨酸降解。日本味。日本味之素公司的之素公司的MoringgaMoringga筛选到筛选到TSTS突变株，它们在突变株，它们在3030丝氨酸降解正常，但在丝氨酸降解正常，但在38384040失去降解丝失去降解丝氨酸的能力，因而大量分泌丝氨酸氨酸的能力，因而大量分泌丝氨酸6.2.3 6.2.3
19、 微生物单细胞蛋白（微生物单细胞蛋白（SCPSCP）的生产）的生产 P 189 P 1897 抗噬菌体菌株的选育7.1 噬菌体概述l噬菌体的特点l烈性噬菌体及其繁殖l温和性噬菌体及其繁殖-溶源化l噬菌体的专一性l噬菌体的变异7.1 噬菌体概述l l专一性噬菌体的获得、纯化专一性噬菌体的获得、纯化l l噬菌斑噬菌斑l l烈性噬菌体效价测定重层琼脂法（见烈性噬菌体效价测定重层琼脂法（见P192P192图图7.20)7.20) 每每mLmL中所含有的侵染性噬菌体粒子数称为效中所含有的侵染性噬菌体粒子数称为效价，单位为价，单位为U/mLU/mL刺突tail pins噬菌体形态（Phage, bacte
20、riophage）95nm95nmheadnecktail（24环）尾丝(tail fibers)65nm烈性噬菌体繁殖-裂解途径JSU-micro吸附：病毒表面的结合蛋白与细胞的受体蛋白形成专一结合。病毒有较严格的宿主专一性侵入与脱壳：病毒粒子进入细胞并蜕去衣壳，关键是病毒核酸进入细胞。囊膜和衣壳脱去，核酸释放，病毒粒子解体释放：病毒粒子从细胞中释放，（再去侵染周围的其它细）。裂解式：细胞破裂，病毒粒子一起释放，出现一步生长；温和式：细胞不死不破，病毒粒子逐步释放，囊膜病毒此时获得囊膜生物合成：病毒核酸转录、复制、蛋白合成。由病毒遗传信息“指挥”，细胞执行，合成出多套病毒核酸和衣壳蛋白装配：
21、生物合成的多套病毒核酸和衣壳蛋白组装成很多完整的病毒粒子。依靠生物大分子间的分子作用力自动完成繁殖-烈性噬菌体的裂解途径 JSU-micro噬菌斑(plaque)：在培养敏感指示菌的平板在培养敏感指示菌的平板上因病毒繁殖而使一定区域的菌体裂解，出现透明的上因病毒繁殖而使一定区域的菌体裂解，出现透明的溶菌斑块溶菌斑块下层培养基下层培养基双层培养基双层培养基敏感菌敏感菌+上层培养基上层培养基噬菌体稀释液噬菌体稀释液培养培养噬菌斑噬菌斑噬菌斑噬菌斑敏感菌菌苔敏感菌菌苔 JSU-micro双层平板法琼脂平板菌液+噬菌体试样+琼脂培养基培养10天计数噬菌斑噬菌斑数=单位试样中噬菌体数噬菌斑照片JSU-m
22、icro繁殖温和噬菌体的溶源化途径有些噬菌体侵入细菌后，其核酸能整合到细菌染色体上, 成为前噬菌体，与细菌染色体一起复制、一起传给子细胞。这类噬菌体称为温和噬菌体，这种繁殖途径称为溶源化途径；含有前噬菌体的细菌称为溶源化细菌。前噬菌体偶尔会脱离细菌染色体，自行消失，或进入裂解途径大量繁殖，裂解细菌JSU-micro溶源菌的特性细菌的溶源性具有遗传性溶源菌对同源噬菌体具有免疫性溶源性细菌在培养中不易被查觉非溶源细胞自发裂解和诱导裂解：有少数前噬菌体可自发或诱发裂解宿主细胞，进入裂解途径溶源性细胞可获得一些新的生理特性复愈:溶源菌失去前噬菌体烈性噬菌体污染造成发酵工业损失严重：轻者使发酵周期延长、
23、产量下降，重者造成倒罐温和噬菌体污染难于发觉噬菌体危害的防治：定期更换菌种、抗噬菌体菌株选育、药物防治JSU-micro噬菌体的危害及其防治7.2 抗噬菌体菌株的选育程序 抗噬菌体菌株的选育程序（抗噬菌体菌株的选育程序（以专一噬菌体做以专一噬菌体做选择因子选择因子）：菌株诱变处理）：菌株诱变处理分离在含有噬菌体分离在含有噬菌体的平板上的平板上 挑取挑取抗性菌落抗性菌落，制备斜面菌种，制备斜面菌种 用用含有噬菌体的液体培养基摇瓶培养筛选（重复含有噬菌体的液体培养基摇瓶培养筛选（重复2 23 3次）次） 分离在含有噬菌体的平板上分离在含有噬菌体的平板上 挑取抗性挑取抗性菌落菌落抗性菌株的特性试验抗
24、性菌株的特性试验 具体过程见具体过程见P195196P1951967.3 抗噬菌体菌株的特性研究7.3.1 7.3.1 抗噬菌体抗噬菌体稳定性稳定性试验：分别接种到含高浓度噬试验：分别接种到含高浓度噬菌体的斜面培养基、种子培养基和发酵培养基中菌体的斜面培养基、种子培养基和发酵培养基中培养一定时间，再用重层琼脂法培养，看是否出培养一定时间，再用重层琼脂法培养，看是否出现噬菌斑；还要做连续传代培养，看抗性是否稳现噬菌斑；还要做连续传代培养，看抗性是否稳定。定。7.3.2 7.3.2 抗性菌株的抗性菌株的产量性能产量性能7.4 7.4 抗噬菌体菌株选育实例抗噬菌体菌株选育实例 P197200 P19
25、7200思 考 题1 1 名词解释：微生物诱变育种；基本培养基；完全培养基；名词解释：微生物诱变育种；基本培养基；完全培养基； 补充培养基；营养缺陷型菌株；温度敏感突变株补充培养基；营养缺陷型菌株；温度敏感突变株2 2 微生物诱变育种主要阶段微生物诱变育种主要阶段3 3 诱变前的主要准备工作诱变前的主要准备工作4 4 诱变育种的主要步骤诱变育种的主要步骤5 5 最适剂量的选择原则最适剂量的选择原则6 6 突变株筛选方法和原则突变株筛选方法和原则7 7 自身产物耐受筛选法自身产物耐受筛选法8 8 琼脂块法筛选方法的原理和步骤琼脂块法筛选方法的原理和步骤9 9 淘汰野生型菌株淘汰野生型菌株, , 保留营养缺陷型菌株的方法和原理保留营养缺陷型菌株的方法和原理 10 10 营养缺陷型的鉴定方法营养缺陷型的鉴定方法, , 图示和文字说明图示和文字说明11 11 营养缺陷型的鉴定步骤营养缺陷型的鉴定步骤
