菌種選育

菌種選育Loremreferentibus（英語：Strain selection 日語：ひずみの選択 法語：la sélection des souches 俄語：Штаммвыбор 德語：Stammselektion ）微生物菌種是決定發酵產品的工業價值以及發酵工程成敗的關鍵，只有具備良好的菌種基礎，才能通過改進發酵工藝和設備以獲得理想的發酵產品。菌種用途廣泛涉及食品、醫藥、工農業、環保等諸多領域。

基本介紹

• 中文名：菌種選育
• 外文名：Strain selection
• 菌種來源：自然界、菌種保藏機構或生產過程
• 自然選育步驟：採樣，增長培養，培養分離等
• 菌種用途：食品、醫藥、工農業等諸多領域
• 分離的目的：為了取得所需的微生物純種
• 分離方法：劃線分離法、稀釋法和組織分離法

自然選育

自然選育的菌種來源於自然界、菌種保藏機構或生產過程，從自然界中選育菌種的過程較為複雜，而從生產過程或菌種保藏機構得到菌種的自然選育過程較為簡單。

步驟

自然選育的步驟主要是：採樣，增長培養，培養分離和篩選等。採樣　篩選的菌種採集的對象以土壤為主，也可以是植物、腐敗物品和某些水域等。土壤是微生物的匯集地，從土壤中幾乎可以分離到任何所需的微生物，故土壤往往是首選的採集目標。微生物的營養需求和代謝類型與生長環境有很大關係。富集培養　 由於採集樣品中各種微生物數量有很大差異，若估計到要分離的菌種數量不多時，就要人為增加分離的機率，增加該菌種的數量，稱為富集培養。純種培養 儘管通過增長培養的效果很好，但是得到的微生物還是處於混雜狀態，因為樣品中本身含有許多種類的微生物。所以，為了取得所需的微生物純種，增殖培養後必須進行分離。平板分離法由接種環以無菌操作沾取少許待分離的材料，在無菌平板表面進行平行劃線、扇形劃線或其他形式的連續劃線，微生物細胞數量將隨著劃線次數的增加而減少，並逐步分散開來。如果劃線適宜的話，微生物能一一分散，經培養後，可在平板表面得到單菌落。分離方法有三種：即劃線分離法、稀釋法和組織分離法。稀釋分離法　在溶液中再加入溶劑使溶液的濃度變小。亦指加溶劑於溶液中以減小溶液濃度的過程。濃溶液的質量×濃溶液的質量分數=稀溶液的質量×稀溶液的質量分數生產能力考察　初篩一般通過平板稀釋法獲得單個菌落，然後對各個菌落進行有關性狀的初步測定，從中選出具有優良性狀的菌落。例如，對抗生素產生菌來說，選出抑菌圈大的菌落；對於蛋白酶產生菌來說，選出透明圈大的菌落。此法快速、簡便，結果直觀性強。缺點是培養皿的培養條件與三角瓶、發酵罐的培養條件相差大，兩者結果常不一致。

復篩

復篩指對初篩出的菌株的有關性狀作精確的定量測定。一般要在搖瓶或台式發酵罐中進行培養，經過精細的分析測定，得出準確的數據。突變體經過篩選後，還必須經過小型或中型的投產試驗，才能用於生產。誘變育種誘變育種一般步驟 利用各種誘變劑處理微生物細胞，提高基因的隨機突變頻率，擴大變異幅度，通過一定的篩選方法，獲得所需要優良菌株的過程，稱為誘變育種。

注意問題

誘變育種應注意的問題

（1）挑選優良的出發菌株 出發菌株就是用於育種的原始菌株。出發菌株適合，育種工作效率就高。參考以下實際經驗選用出發菌株：①以單倍體純種為出發菌株，可排除異核體和異質體的影響；②採用具有優良性狀的菌株，如生長速度快、營養要求低以及產孢子早而多的菌株；③選擇對誘變劑敏感的菌株。由於有些菌株在發生某一變異後，會提高對其它誘變因素的敏感性，故可考慮選擇已發生其他變異的菌株為出發菌株。④許多高產突變往往要經過逐步累積的過程，才變得明顯，所以有必要多挑選一些已經過誘變的菌株為出發菌株，進行多步育種，確保高產菌株的獲得。

（2）菌懸液的製備 一般採用生理狀態一致（用選擇法或誘導法使微生物同步生長）的單細胞或孢子進行誘變處理。所處理的細胞必須是均勻而分散的單細胞懸液。分散狀態的細胞可以均勻地接觸誘變劑，又可避免長出不純菌落。由於某些微生物細胞是多核的，即使處理其單細胞，也會出現不純的菌落。有時，雖然處理的是單核的細胞或孢子，但由於誘變劑一般只作用於DNA雙鏈中的某一條單鏈，故某一突變無法反映在當代的表型上，而是要經過DNA的複製和細胞分裂後才表現出來，於是出現了不純菌落，這就叫表型延遲。上述兩類不純菌落的存在，也是誘變育種工作中初分離的菌株經傳代後很快出現生產性狀“衰退”的主要原因。鑒於上述原因，因此用於誘變育種的細胞應儘量選用單核細胞，如黴菌或放線菌的孢子或細菌的芽孢。

細胞的生理狀態對誘變處理也會產生很大的影響。細菌在對數期誘變處理效果較好；黴菌或放線菌的分生孢子一般都處於休眠狀態，所以培養時間的長短對孢子影響不大，但稍加萌發後的孢子則可提高誘變效率。

（3）選擇簡便有效、最適劑量的誘變劑 誘變劑主要有兩大類，即物理誘變劑和化學誘變劑。物理誘變劑如紫外線、X射線、γ射線和快中子等；化學誘變劑種類極多，主要有烷化劑、鹼基類似物和吖啶類化合物。最常用的烷化劑有N-甲基-N′-硝基-N-亞硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS) 、甲基亞硝基脲(NMU)、硫酸二乙酯(DES)和環氧乙烷等。目前常用的誘變劑主要有紫外線(UV)、硫酸二乙酯、N-甲基-N′-硝基-N-亞硝基胍(NTG)和亞硝基甲基脲(NMU)等。後兩種因有突出的誘變效果，所以被譽為“超誘變劑”。劑量的選擇受處理條件、菌種情況、誘變劑的種類等多種因素的影響。劑量一般指強度與作用時間的乘積。在育種實踐中，常採用殺菌率來作各種誘變劑的相對劑量。要確定一個合適的劑量，通常要進行多次試驗。在實際工作中，突變率往往隨劑量的增高而提高，但達到一定程度後，再提高劑量反而會使突變率下降。根據對紫外線、X射線和乙烯亞胺等誘變效應的研究結果，發現正變較多地出現在偏低的劑量中，而負變則較多地出現於偏高的劑量中，還發現經多次誘變而提高產量的菌株中，更容易出現負變。因此，在誘變育種工作中，目前比較傾向於採用較低的劑量。例如，過去在用紫外線作誘變劑時，常採用殺菌率為99%的劑量，而近年來則傾向於採用殺菌率為30%～75%的劑量。

（4）突變體的篩選 誘變處理使微生物群體中出現各種突變型，其中絕大多數是負變株。要獲得預定的效應表型主要靠科學的篩選方案和篩選方法，一般要經過初篩和復篩兩個階段的篩選。

雜交育種

雜交育種雜交育種法雜交育種（bybridization）指不同種群、不同基因型個體間進行雜交，並在其雜種後代中通過選擇而育成純合品種的方法。雜交可以使雙親的基因重新組合，形成各種不同的類型，為選擇提供豐富的材料；基因重組可以將雙親控制不同性狀的優良基因結合於一體，或將雙親中控制同一性狀的不同微效基因積累起來，產生在各該性狀上超過親本的類型。正確選擇親雜交育種技術選擇　1．選擇親本的原則首先要儘可能選用綜合性狀好，優點多，缺點少，優缺點或優良性狀能互補的親本，同時也要注意選用生態類型差異較大、親緣關係較遠的親本雜交，如江西的荷包紅鯉和雲南的元江鯉。在親本中最好有一個能適應當地條件的品種。要考慮主要的育種目標，選作育種目標的性狀至少在親本之一應十分突出。當確定一個品種為主要改良對象，針對它的缺點進行改造才能收到好的效果，如草魚的抗病性。採用的組合方式　2.雜交方式親本確定之後，採用什麼雜交組合方式，也關係育種的成敗。

雜交方式

通常採用的有單雜交、複合雜交、回交等雜交方式。　（1)單雜交即兩個品種間的雜交(單交)用甲×乙表示，其雜種後代稱為單交種，由於簡單易行、經濟，所以生產上套用最廣，一般主要是利用雜種第一代，如豐鯉、福壽魚。　（2)複合雜交即用兩個以上的品種、經兩次以上雜交的育種方法。如果單交不能實現育種所期待的性狀要求時，往往採用複合雜交，其目的在於創造一些具有豐富遺傳基礎的雜種原始群體，才可能從中選出更優秀的個體。複合雜交可分為三交、雙交等。三交是一個單交種與另一品種的再雜交，可表示為(甲×乙)×丙，例如(荷包紅鯉×元江鯉)×散鱗鏡鯉一三雜交鯉。雙交是兩個不同的單交種的雜交，可表示為(甲×乙)×(丙×丁)或(甲×丙)×(乙×丙)，例如(藍非鯽×尼羅非鯽)×(莫三比克非鯽×尼羅非鯽)。　（3)回交即雜交後代繼續與其親本之一再雜交，以加強雜種世代某一親本性狀的育種方法。當育種目的是企圖把某一群體乙的一個或幾個經濟性狀引入另一群體甲中去，則可採用回交育種。如鯪魚具有許多優良性狀，但不能耐受低溫，需要進行遺傳改良。可先用耐受低溫的湘華鯪與鯪雜交，雜交子一代再與鯪回交，回交後代繼續同鯪進行多次回交，對回交子代選擇的注意力必須集中在抗寒性這個目標性狀上，從而最終育成一個具有抗寒性的優良的。

基因工程育種

隨著DNA的內部結構和遺傳機制的秘密一點一點呈現在人們眼前，特別是當人們了解到遺傳密碼是由RNA轉錄表達的以後，生物學家不再僅僅滿足於探索、提示生物遺傳的秘密，而是開始躍躍欲試，構想在分子的水平上去干預生物的遺傳特性。　如果將一種生物的DNA中的某個遺傳密碼片斷連線到另外一種生物的DNA鏈上去，將DNA重新組織一下，就可以按照人類的願望，設計出新的遺傳物質並創造出新的生物類型，這與過去培育生物繁殖後代的傳統做法完全不同。　這種做法就像技術科學的工程設計，按照人類的需要把這種生物的這個“基因”與那種生物的那個“基因”重新“施工”，“組裝”成新的基因組合，創造出新的生物。這種完全按照人的意願，由重新組裝基因到新生物產生的生物科學技術，就稱為“基因工程”，或者說是“遺傳工程”。　基因工程是生物工程的一個重要分支，它和細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程共同組成了生物工程。　所謂基因工程（genetic engineering)是在分子水平上對基因進行操作的複雜技術，是將外源基因通過體外重組後導入受體細胞內，使這個基因能在受體細胞內複製、轉錄、翻譯表達的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當的工具酶進行切割後，把它與作為載體的DNA分子連線起來，然後與載體一起導入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源物質在其中“安家落戶”，進行正常的複製和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術。