《农业微生物学》课程授课教案（讲义）第九章 基因突变与诱变育种

第九章基因突变与诱变育种 微生物与其他任何生物一样具有遗传性(inheritance)和变异性 (variation),遗传和变异是生命永恒的规律。遗传保证了物种的稳定性，而 变异则是生物进化的主要动力。 微生物的变异主要是由于微生物的基因发生变异所引起的，基因发生突变的 类型及其诱发因素是多样的。人们可以利用这种微生物基因的突变进行定向的筛 选育种。在群体中，自然发生变异的机率极低，但一旦发生后，却是稳定的和可 遗传的。我们也可以利用物理或化学方法，提高突变发生的频率，对微生物进行 诱变育种。 第一节基因突变 一.基因突变概念 突变包括基因突变(gene mutation)或称点突变(point mutation)和 染色体畸变或称多位点突变(chromosomal aberration）两大类型。 基因突变是由于DNA(RNA病毒和噬菌体的RNA)链上的一对或少 数几对碱基的缺失、插入或置换而导致的遗传变化。 染色体畸变则是DNA链上大片段发生变化或损伤所引起的突变类型。这 里包括染色体DNA链上的插入(insertion)、缺失(deletion)、重复 (duplication)、易位(translocation)、倒位(inversion)等。 二.基因突变的类型 不同的碱基变化对遗传信息的改变是不同的，可分为四种类型： 1.同义突变(same-sense mutation) 由于密码子的简并性，某个碱基的变化没有引起氨基酸序列的变化。 这种突变不会发生表型变化。 2.错义突变(mis-sense mutation) 指碱基序列的改变引起产物氨基酸的改变。 有些错义突变严重影响蛋白质活性，甚至使活性完全丧失：而有的基本不影 响蛋白活性。 3.无义突变(nonsense mutation)

1 第九章 基因突变与诱变育种 微生物与其他任何生物一样具有遗传性（ inheritance ）和变异性 （ variation ），遗传和变异是生命永恒的规律。遗传保证了物种的稳定性，而 变异则是生物进化的主要动力。 微生物的变异主要是由于微生物的基因发生变异所引起的，基因发生突变的 类型及其诱发因素是多样的。人们可以利用这种微生物基因的突变进行定向的筛 选育种。在群体中，自然发生变异的机率极低，但一旦发生后，却是稳定的和可 遗传的。我们也可以利用物理或化学方法，提高突变发生的频率，对微生物进行 诱变育种。 第一节 基因突变 一． 基因突变概念 突变包括基因突变（ gene mutation ）或称点突变（ point mutation ）和 染色体畸变或称多位点突变（ chromosomal aberration ）两大类型。 基因突变是由于 DNA （ RNA 病毒和噬菌体的 RNA ）链上的一对或少 数几对碱基的缺失、插入或置换而导致的遗传变化。 染色体畸变则是 DNA 链上大片段发生变化或损伤所引起的突变类型。这 里包括染色体 DNA 链上的插入（ insertion ）、缺失（ deletion ）、重复 （ duplication ）、易位（ translocation ）、倒位（ inversion ）等。 二． 基因突变的类型 不同的碱基变化对遗传信息的改变是不同的，可分为四种类型： 1.同义突变（same-sense mutation） 由于密码子的简并性，某个碱基的变化没有引起氨基酸序列的变化。 这种突变不会发生表型变化。 2.错义突变（mis-sense mutation） 指碱基序列的改变引起产物氨基酸的改变。 有些错义突变严重影响蛋白质活性，甚至使活性完全丧失；而有的基本不影 响蛋白活性。 3. 无义突变（nonsense mutation）

指某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子变为终止密码子(UAA,UAG, UGA),蛋白质合成提前终止。形成不完整的肽链，产物一般没有活性。 4.移码突变(frameshift mutation) 由于DNA序列发生1-2个核苷酸的缺失或插入，使翻译的阅读框发生改变， 导致从改变位置以后的氨基酸序列完全变化。 结果翻译出来的蛋白与野生型完全不同。但如果缺失或插入的碱基是3的倍 数，则翻译出的多肽上多一个、几个氨基酸或少一个、几个氨基酸，而不打乱后 面的氨基酸顺序。 三.基因突变的表型变化 除了同义突变外，突变可引起多种多样的表型变化。 表型(phenotype):是指可观察到的性状，是特定的基因型在一定环境条件下的 表现。 遗传型（genotype).:又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子，即： 基因的总和。 具有某遗传型的生物，只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育， 才能产生表型。 1.营养缺陷型(auxotroph) 一种缺乏合成其生存所必须的一种或几种营养物的突变型，只能从周围环境 或培养基中获得这些营养或其前体(precursor)才能生长。 常用表示基因型的方法：（所需营养物的前三个英文小写字母） 例如 hiC:组氨酸缺陷型 )A·：色氨酸缺陷型（其中A、C表示同一表型中不同基因的突变） 营养缺陷型突变株不能直接分离，但可通过影印培养法来筛选（如图p219)。 2.抗性突变型(resistant mutant) 由于基因突变使菌株对某种或某几种药物（特别是抗生素）或生物（噬菌体）、 物理因素（紫外）产生抗性的一种突变。 表示方法（所抗药物前三个小写斜体英文字母加上「或s) srr:抗链霉素(resistant)

2 指某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子变为终止密码子（UAA,UAG, UGA），蛋白质合成提前终止。形成不完整的肽链，产物一般没有活性。 4. 移码突变（frameshift mutation） 由于 DNA 序列发生 1-2 个核苷酸的缺失或插入，使翻译的阅读框发生改变， 导致从改变位置以后的氨基酸序列完全变化。 结果翻译出来的蛋白与野生型完全不同。但如果缺失或插入的碱基是 3 的倍 数，则翻译出的多肽上多一个、几个氨基酸或少一个、几个氨基酸，而不打乱后 面的氨基酸顺序。 三． 基因突变的表型变化 除了同义突变外，突变可引起多种多样的表型变化。 表型（phenotype）:是指可观察到的性状，是特定的基因型在一定环境条件下的 表现。 遗传型（genotype）: 又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子，即： 基因的总和。 具有某遗传型的生物，只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育， 才能产生表型。 1. 营养缺陷型（auxotroph） 一种缺乏合成其生存所必须的一种或几种营养物的突变型，只能从周围环境 或培养基中获得这些营养或其前体（precursor）才能生长。 常用表示基因型的方法：（所需营养物的前三个英文小写字母） 例如： his C - : 组氨酸缺陷型 try A - ：色氨酸缺陷型（其中 A、C 表示同一表型中不同基因的突变） 营养缺陷型突变株不能直接分离，但可通过影印培养法来筛选（如图 p219）。 2. 抗性突变型（resistant mutant） 由于基因突变使菌株对某种或某几种药物（特别是抗生素）或生物（噬菌体）、 物理因素（紫外）产生抗性的一种突变。 表示方法（所抗药物前三个小写斜体英文字母加上 r 或 s） str r ： 抗链霉素 (resistant)

ss：对链看素敏感(sensitivity) 3.条件致死突变型(conditional lethal mutant). 指菌株或病毒在某一条件下可以正常生长、繁殖并实现其表型，而在另一条 件下无法生长和繁殖的突变类型。 这是由于突变没有丧失产某种蛋白的能力，但改变了该蛋白在一定条件下的 功能。 最突出的例子是： 温度敏感突变型(temperature-sensitive mutant)(s突变株) E.col5突变株：37℃正常生长：42℃不能生长 T4Ts突变株：25℃感染寄主，37℃不能感染寄主 4.形态突变型(morphological mutant) 指由于突变而产生的个体或群体形态所发生的非选择性突变。 它不象抗性突变那样具有生长优势，也不象1、3那样具有生长劣势，它与 非突变型一样生长在平板上，可通过形态的改变来筛选。 个体形态：孢子有无，孢子颜色，鞭毛有无，荚膜有无等 群体形态：菌落表面光滑，粗糙，噬菌斑的大小或清晰度等 除了上述突变外，还有其它的一些突变型，如高产突变株，致病性突变株（产 毒能力或抗原性等发生改变)，这里就不详细讲了。 四。突变的机制 突变产生的原因是很多，可以是自发的，也可以是诱发的。 (一)自发突变 兹发突变是指不经过诱变剂处理而自然发生的突变。其可能的机制如下： 1.自发突变机制 背景瓶时和环嫦因蒸的透变，」 字宙间的各种射线、高温、自然界存在的一些低浓度的诱变物质等都会引起 自发突变。 微生物自身有害代产物的透变作用， 过氧化氢是微生物体内普遍存在的一种代谢产物，它可能是自发突变的原因 之一。 3

3 str s ： 对链霉素敏感 （sensitivity） 3．条件致死突变型（conditional lethal mutant） 指菌株或病毒在某一条件下可以正常生长、繁殖并实现其表型，而在另一条 件下无法生长和繁殖的突变类型。 这是由于突变没有丧失产某种蛋白的能力，但改变了该蛋白在一定条件下的 功能。 最突出的例子是： 温度敏感突变型（temperature-sensitive mutant）（Ts 突变株） E.coli Ts 突变株: 37 ℃ 正常生长； 42 ℃ 不能生长 T4 Ts 突变株 ：25 ℃感染寄主， 37 ℃不能感染寄主 4. 形态突变型（morphological mutant） 指由于突变而产生的个体或群体形态所发生的非选择性突变。 它不象抗性突变那样具有生长优势，也不象 1、3 那样具有生长劣势，它与 非突变型一样生长在平板上，可通过形态的改变来筛选。 个体形态：孢子有无，孢子颜色，鞭毛有无，荚膜有无 等 群体形态：菌落表面光滑，粗糙，噬菌斑的大小或清晰度 等 除了上述突变外，还有其它的一些突变型，如高产突变株，致病性突变株（产 毒能力或抗原性等发生改变），这里就不详细讲了。 四．突变的机制 突变产生的原因是很多，可以是自发的，也可以是诱发的。 （一）自发突变 兹发突变是指不经过诱变剂处理而自然发生的突变。其可能的机制如下： 1． 自发突变机制 背景辐射和环境因素的诱变： 宇宙间的各种射线、高温、自然界存在的一些低浓度的诱变物质等都会引起 自发突变。 微生物自身有害代谢产物的诱变作用： 过氧化氢是微生物体内普遍存在的一种代谢产物，它可能是自发突变的原因 之一

DNA复制时出钱， a.环出效应：（如图） DNA在复制过程中一条单链上的碱基环出，则在复制时可越过这个小环， 引起插入或缺失突变 b.互变异构效应： 在4种碱基中，T(胸腺嘧啶)，G(鸟嘌呤)会以酮式和烯醇式两种互变异 构形式存在，而A(腺嘌呤)，C(胞嘧啶)会以氨基和亚氨基两种形式存在。 结构的转换一般会倾向于酮式或氨基式，故在DNA双链结构中以A-TG-C 对为主。如果以烯醇式或亚氨基式出现，就会发生T下G,CA碱基对，复制后 发生AT-GC或GC-AT的突变. 如：G与C正确配对形成G-C,但当G以烯醇式出现时，则可与T配 对形成GT,在下轮DNA复制之前，如果GT未能修复为正确的G-C, 则复制时会形成AT,即经过这一过程G-C变成了A-T,即碱基的互变异 构效应。（如图） 2.自发突变的特点 自发性：指在没有人工参与下，生物体自然发生的突变。原因如上。 稀有性：指自发突变的频率（突变率）很低，一般在10610。 突变率：指每一个细胞在每一世代中发生某一特定突变的概率。也 用每单位群体在繁殖一代过程中所形成的突变体的数目表示。 例如：109：表示10°个细胞在分裂成2x10个细胞的过程中，平均形 成一个突变体。 随机性：指突变具有不对应性，这是突变的一个重要特点。即突变性状与引起突 变的原因间无直接对应关系。而且突变的发生从时间、个体、位点和产 生的表型变化等方面都具有明显的随机性。 独立性：基因突变是独立发生的，某一基因的突变与另一基因的突变之间是互不 相关的独立事件。 可遗传和回复性：由于突变的根源是遗传物质结构上发生稳定变化，产生的新性 状是稳定的，可遗传的。同样，突变型基因也可通过突变回复成野生 型基因。回复突变率同样是很低的

4 DNA 复制时出错： a. 环出效应：（如图） DNA 在复制过程中一条单链上的碱基环出，则在复制时可越过这个小环， 引起插入或缺失突变。 b. 互变异构效应： 在 4 种碱基中，T（胸腺嘧啶）, G（鸟嘌呤）会以酮式和烯醇式两种互变异 构形式存在，而 A（腺嘌呤）, C（胞嘧啶）会以氨基和亚氨基两种形式存在。 结构的转换一般会倾向于酮式或氨基式，故在 DNA 双链结构中以 A-T, G-C 对为主。如果以烯醇式或亚氨基式出现，就会发生 T-G, C-A 碱基对，复制后 发生 AT－GC 或 GC－AT 的突变。 如：G 与 C 正确配对形成 G-C ，但当 G 以烯醇式出现时，则可与 T 配 对形成 G-T ，在下轮 DNA 复制之前，如果 G-T 未能修复为正确的 G-C ， 则复制时会形成 A-T ，即经过这一过程 G-C 变成了 A-T，即碱基的互变异 构效应。(如图) 2． 自发突变的特点 自发性：指在没有人工参与下，生物体自然发生的突变。原因如上。 稀有性：指自发突变的频率（突变率）很低，一般在 10-6~10-9。 突变率： 指每一个细胞在每一世代中发生某一特定突变的概率。也 用每单位群体在繁殖一代过程中所形成的突变体的数目表示。 例如：10-9：表示 109 个细胞在分裂成 2x109 个细胞的过程中，平均形 成一个突变体。 随机性：指突变具有不对应性，这是突变的一个重要特点。即突变性状与引起突 变的原因间无直接对应关系。而且突变的发生从时间、个体、位点和产 生的表型变化等方面都具有明显的随机性。 独立性：基因突变是独立发生的，某一基因的突变与另一基因的突变之间是互不 相关的独立事件。 可遗传和回复性: 由于突变的根源是遗传物质结构上发生稳定变化，产生的新性 状是稳定的，可遗传的。同样，突变型基因也可通过突变回复成野生 型基因。回复突变率同样是很低的

突变的回复：一般指可逆的突变，使表型又回复到野生型状态。 可诱变性：通过诱变剂的作用，可以提高自发突变的频率，但并不改变突变的本 质。 诱变剂仅起提高诱变率的作用。一般可提高10~105倍。 (二)诱发突变及其机制 采用化学、物理和生物等因素显著提高突变频率的手段，称为诱变。 诱变剂(mutagen):能提高突变率的物理、化学和生物因子。 常用的诱变剂如表所示。 1.直接引起碱基置换的化学诱变剂 有亚硝酸、羟胺、烷化剂（如甲基磺酸乙酯，亚硝基胍）等，它们以不同方 式修饰DNA的碱基，然后改变其配对性质而引起突变。 2.间接引起碱基置换的化学诱变剂 如5-溴尿嘧啶(5-BU)等碱基类似物，在DNA复制时掺入。（如图） 5-BU可使细菌的突变率提高近万倍。主要引起ATGC突变，偶尔引起 GC-AT转换 3.引起移码突变的化学诱变剂 一些吖啶类染料和溴化乙锭等是DNA嵌入诱变剂，它们与碱基对结构十分 相似，可插入两个碱基对之间，引起碱基的插入或缺失，导致移码突变。 4.引起染色体畸变（chromosomal aberration)的诱变剂 某些因子，如X射线等的辐射和烷化剂、亚硝酸、转座因子等，还可引起 DNA的大范围损伤，即染色体畸变。 5.致癌剂作为诱变剂 致癌剂：凡是能引起癌症的化学药剂 有些致癌剂可作为诱变剂，但并不是所有有诱变活性的物质都可致癌。 美国Ames教授等建立称为Ames试验的方法，是一种简单快速的细菌检测系 统，用来筛选未知的致癌剂的诱变能力。 其原理是利用鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)的组氨酸营养缺 陷型菌株在致突变物的作用下发生回复突变的性能，来检测物质的致突变性。 般采用纸片点试法和平皿掺入法监测环境污染物的致突变性。当培养基中含有微 5

5 突变的回复： 一般指可逆的突变，使表型又回复到野生型状态。 可诱变性：通过诱变剂的作用，可以提高自发突变的频率，但并不改变突变的本 质。 诱变剂仅起提高诱变率的作用。一般可提高 10~105 倍。 （二）诱发突变及其机制 采用化学、物理和生物等因素显著提高突变频率的手段，称为诱变。 诱变剂（mutagen）：能提高突变率的物理、化学和生物因子。 常用的诱变剂如表所示。 1. 直接引起碱基置换的化学诱变剂 有亚硝酸、羟胺、烷化剂(如甲基磺酸乙酯，亚硝基胍)等，它们以不同方 式修饰 DNA 的碱基，然后改变其配对性质而引起突变。 2．间接引起碱基置换的化学诱变剂 如 5-溴尿嘧啶(5-BU)等碱基类似物，在 DNA 复制时掺入。（如图 ） 5-BU 可使细菌的突变率提高近万倍。主要引起 AT-GC 突变，偶尔引起 GC-AT 转换。 3．引起移码突变的化学诱变剂 一些吖啶类染料和溴化乙锭等是 DNA 嵌入诱变剂，它们与碱基对结构十分 相似，可插入两个碱基对之间，引起碱基的插入或缺失，导致移码突变。 4. 引起染色体畸变 （ chromosomal aberration ）的诱变剂 某些因子，如 X 射线等的辐射和烷化剂、亚硝酸、转座因子等，还可引起 DNA 的大范围损伤，即染色体畸变。 5. 致癌剂作为诱变剂 致癌剂：凡是能引起癌症的化学药剂 有些致癌剂可作为诱变剂，但并不是所有有诱变活性的物质都可致癌。 美国 Ames 教授等建立称为 Ames 试验的方法,是一种简单快速的细菌检测系 统，用来筛选未知的致癌剂的诱变能力。 其原理是利用鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)的组氨酸营养缺 陷型菌株在致突变物的作用下发生回复突变的性能，来检测物质的致突变性。一 般采用纸片点试法和平皿掺入法监测环境污染物的致突变性。当培养基中含有微

量组氨酸时，倾注过量菌液的平板上形成一层微小的菌落，但当受到致突变物作 用时，缺陷型菌株回复为野生型菌株，这时在培养基上长出明显的菌落。 6.紫外线的诱变机制 DNA在26Onm处对紫外有最大吸收，因此，最有效的诱变就发生在这个波 长处。 紫外线可使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体。二 聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构发生扭曲变形，阻碍碱基 间的正常配对，从而可能引起突变或死亡。在互补双链结构间形成嘧啶二聚体的 机会较少，但一旦形成，就会妨碍双链的解开而影响DNA复制，并使细胞死 亡。 紫外辐射可引起各种形式的转换和颠换(GCAT最多)，还可引起缺失、重 复和移码突变。 光复活作用（光修复） 紫外诱变引起的突变在光照下可发生回复突变，这一过程是高度专一的，只 作用于由紫外引起的嘧啶二聚体的修复。 光解酶（光复活酶photolyase）在有光环境中能直接修复DNA而不需切 除部分碱基。嘧啶二聚体是一切光解酶的靶，此酶在黑暗中能专一性地识别并能 与二聚体结合成酶-DNA复合物，在有光时可催化一个二次光化学反应，此反 应利用可见光提供的能量，切断二聚体之间的连接，使DNA恢复原状，酶再释 放出来。 五。突变体的选择和检出 如以营养缺陷型为诱变筛选目标，则一般包括诱变、淘汰野生型、检出和鉴 定营养缺陷型等4个环节。针对不同的研究微生物类群选用适合的抗生素杀死 野生型细胞的方法达到浓缩营养缺陷型细胞的目的。再用逐个检出法或影印接种 法检出和鉴定营养缺陷型细胞。分述如下： 诱变： 淘达野生型抗生素法青霉素，制霉菌素（抑制甾醇的合成） 菌丝过滤法（适于真菌和放线菌）

6 量组氨酸时，倾注过量菌液的平板上形成一层微小的菌落，但当受到致突变物作 用时，缺陷型菌株回复为野生型菌株，这时在培养基上长出明显的菌落。 6．紫外线的诱变机制 DNA 在 260nm 处对紫外有最大吸收，因此，最有效的诱变就发生在这个波 长处。 紫外线可使同链 DNA 的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体。二 聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构发生扭曲变形，阻碍碱基 间的正常配对，从而可能引起突变或死亡。在互补双链结构间形成嘧啶二聚体的 机会较少，但一旦形成，就会妨碍双链的解开而影响 DNA 复制，并使细胞死 亡。 紫外辐射可引起各种形式的转换和颠换（GC-AT 最多），还可引起缺失、重 复和移码突变。 光复活作用（光修复） 紫外诱变引起的突变在光照下可发生回复突变，这一过程是高度专一的，只 作用于由紫外引起的嘧啶二聚体的修复。 光解酶（光复活酶 photolyase ）在有光环境中能直接修复 DNA 而不需切 除部分碱基。嘧啶二聚体是一切光解酶的靶，此酶在黑暗中能专一性地识别并能 与二聚体结合成酶－DNA 复合物，在有光时可催化一个二次光化学反应，此反 应利用可见光提供的能量，切断二聚体之间的连接，使 DNA 恢复原状，酶再释 放出来。 五． 突变体的选择和检出 如以营养缺陷型为诱变筛选目标，则一般包括诱变、淘汰野生型、检出和鉴 定营养缺陷型等 4 个环节。针对不同的研究微生物类群选用适合的抗生素杀死 野生型细胞的方法达到浓缩营养缺陷型细胞的目的。再用逐个检出法或影印接种 法检出和鉴定营养缺陷型细胞。分述如下： 诱变： 淘汰野生型：抗生素法 青霉素，制霉菌素(抑制甾醇的合成) 菌丝过滤法(适于真菌和放线菌)

差别杀菌法（芽孢耐热，营养细胞不耐热） 检出缺陷型：夹层培养法（图） 限量补给法 逐个检出法 影印培养法 鉴定缺陷型：生长谱法 第二节微生物的诱变育种 一 自发突变育种 1.从生产中选育 在发酵生产中，微生物也会以一定频率发生自发突变。富于实际经验和善于 细致观察的人们就可以及时抓住这类良机来选育优良生产菌种。例如，从污染噬 菌体的发酵液中可能分离到抗噬菌体的再生菌。如在酒精工业中，曾有过一株分 生孢子为白色的糖化酶“上酒白种”，就是在原有孢子为黑色的字佐美曲霉 (Aspergillus usamii)3758自发突变后，及时从生产过程中挑选出来的。这 一菌株不仅产生丰富的白色分生孢子，而且糖化率比原菌株强，培养与发酵条件 也比原菌株粗放。 2.定向培育 定向培育一般是指用某一特定因素长期处理某一微生物培养物，同时不断对 它们进行转种传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。 由于自发突变的频率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程一般十分缓慢。 近年来，用梯度培养皿(gradient plate）法筛选抗代谢拮抗物的变异菌株， 提高相应代谢产物产量，是定向培育工作的一大进展。 抗代谢拮抗物：正常代谢物（氨基酸，维生素，嘌呤，嘧啶等）的结构类似 物。异烟肼便是一种，它是吡哆醇的类似物，可抑制微生物的生长繁殖，选育抗 异烟肼抑制作用的变异菌株，可获得吡哆醇的高产菌株。在酵母的育种工作中， 用此法获得了吡哆醇产量提高了7倍的突变株。 二，诱变育种 是指利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞，显著提高其突变率。然后采用 简便、快速、高效的筛选方法，从中选出高产、抗药或营养缺陷型等符合育种目

7 差别杀菌法(芽孢耐热，营养细胞不耐热) 检出缺陷型：夹层培养法（图） 限量补给法 逐个检出法 影印培养法 鉴定缺陷型： 生长谱法 第二节 微生物的诱变育种 一． 自发突变育种 1．从生产中选育 在发酵生产中，微生物也会以一定频率发生自发突变。富于实际经验和善于 细致观察的人们就可以及时抓住这类良机来选育优良生产菌种。例如，从污染噬 菌体的发酵液中可能分离到抗噬菌体的再生菌。如在酒精工业中，曾有过一株分 生孢子为白色的糖化酶“上酒白种”，就是在原有孢子为黑色的宇佐美曲霉 （ Aspergillus usamii ） 3758 自发突变后，及时从生产过程中挑选出来的。这 一菌株不仅产生丰富的白色分生孢子，而且糖化率比原菌株强，培养与发酵条件 也比原菌株粗放。 2．定向培育 定向培育一般是指用某一特定因素长期处理某一微生物培养物，同时不断对 它们进行转种传代，以达到积累和选择合适的自发突变体的一种古老育种方法。 由于自发突变的频率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程一般十分缓慢。 近年来，用梯度培养皿（ gradient plate ）法筛选抗代谢拮抗物的变异菌株， 提高相应代谢产物产量，是定向培育工作的一大进展。 抗代谢拮抗物：正常代谢物（氨基酸，维生素，嘌呤，嘧啶等）的结构类似 物。异烟肼便是一种，它是吡哆醇的类似物，可抑制微生物的生长繁殖，选育抗 异烟肼抑制作用的变异菌株，可获得吡哆醇的高产菌株。在酵母的育种工作中， 用此法获得了吡哆醇产量提高了 7 倍的突变株。 二，诱变育种 是指利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞, 显著提高其突变率。然后采用 简便、快速、高效的筛选方法，从中选出高产、抗药或营养缺陷型等符合育种目

的的突变株。 诱变育种除能提高产量外，还可达到改进产品质量、扩大品种和简化生产工 艺等目的，仍是目前广泛使用的育种手段。以高产为目标的诱导育种大致路线如 下： 出发菌株锈变」 「染亮整 少数存活 厂多数负变 多数幅皮小 少数正变 「多数不宜损产 少数适宣产 存活率 完变率 正变车 “高产车 “相产 诱变育种的几个原则： 1.挑选优良的出发菌株 这会提高育种的工作效率，选择出发菌株时，应考虑以下几点： 选用遗传性单一的纯系菌株 选用对诱变剂敏感的菌株 选用有有利性状的菌株 来自生产中的自发突变菌株 2.选择简单有效的诱变剂及合适剂量 最方便的为UV照射，应选择合适的照射时间和距离。 “超诱变剂”一一NTG,应选择合适的浓度和处理时间 3.单细胞或单孢子悬液处理 最好选用单核细胞诱变，如单细胞的细菌、霉菌或放线菌的分生孢子或细菌 的芽孢等，在诱变前把它们制成单细胞的、均匀的悬液状态，可使细胞均匀地接 触诱变剂，又可避免长出不纯菌落。 4.复合诱变剂的处理 有时利用诱变剂对菌体进行复合处理，可以显著提高突变率，因为复合处理 会出现一定的协同效应。复合处理法可分为：同一诱变剂的重复使用，两种或多

8 的的突变株。 诱变育种除能提高产量外，还可达到改进产品质量、扩大品种和简化生产工 艺等目的，仍是目前广泛使用的育种手段。以高产为目标的诱导育种大致路线如 下： 诱变育种的几个原则： 1． 挑选优良的出发菌株 这会提高育种的工作效率，选择出发菌株时，应考虑以下几点： 选用遗传性单一的纯系菌株 选用对诱变剂敏感的菌株 选用有有利性状的菌株 来自生产中的自发突变菌株 2. 选择简单有效的诱变剂及合适剂量 最方便的为 UV 照射，应选择合适的照射时间和距离。 “超诱变剂”——NTG，应选择合适的浓度和处理时间。 3. 单细胞或单孢子悬液处理 最好选用单核细胞诱变，如单细胞的细菌、霉菌或放线菌的分生孢子或细菌 的芽孢等，在诱变前把它们制成单细胞的、均匀的悬液状态，可使细胞均匀地接 触诱变剂，又可避免长出不纯菌落。 4. 复合诱变剂的处理 有时利用诱变剂对菌体进行复合处理，可以显著提高突变率，因为复合处理 会出现一定的协同效应。复合处理法可分为：同一诱变剂的重复使用，两种或多

种诱变剂的同时或先后使用等。 筛选的方案和方法： 为了从诱变处理后的微生物中挑选出目的突变株，就要采用适当的筛选方案 和方法，以减少工作量，提高工作效率 筛选方案： 筛选过程一般分为初筛和复筛两个阶段，初筛以量为主，是为了筛选突变株， 可在平板或摇瓶中进行；复筛以质为主，是为了筛出高产或符合需要的突变株， 般采用摇瓶培养。 筛选方法举例：琼脂块法（如图） 9

9 种诱变剂的同时或先后使用等。 筛选的方案和方法： 为了从诱变处理后的微生物中挑选出目的突变株，就要采用适当的筛选方案 和方法，以减少工作量，提高工作效率。 筛选方案： 筛选过程一般分为初筛和复筛两个阶段，初筛以量为主，是为了筛选突变株， 可在平板或摇瓶中进行；复筛以质为主，是为了筛出高产或符合需要的突变株， 一般采用摇瓶培养。 筛选方法举例：琼脂块法（如图）