接種分離純化與培養(yǎng)第一頁，共六十頁，2022年，8月28日遺傳（heredity

）:上一代生物將自身的一整套遺傳基因穩(wěn)定地傳遞給下一代的特性。變異（variation）：

生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下，發(fā)生遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，而且這種改變穩(wěn)定，具有可遺傳性。遺傳與變異遺傳保證了微生物種的相對穩(wěn)定性、種的存在和延續(xù)，而變異則推動了種的進(jìn)化和發(fā)展。第二頁，共六十頁，2022年，8月28日遺傳型和表型遺傳型（genotype）表型(phenotype)某一生物體個體所含有的全部遺傳因子，即基因的總和

，又稱為基因型。某一生物體所具有的一切外表特征及內(nèi)在特性的總和。

表型的實(shí)現(xiàn)是由生物體的遺傳型和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果。第三頁，共六十頁，2022年，8月28日一、微生物遺傳與變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1.微生物的遺傳物質(zhì)是核酸，核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),除少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)為RNA外，其余均為DNA。2.除少數(shù)病毒的DNA為單鏈外，絕大多數(shù)微生物的DNA是雙鏈的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA存在于染色體與質(zhì)粒上第四頁，共六十頁，2022年，8月28日

（一）染色體染色體是遺傳信息的主要攜帶者，是由脫氧核糖核酸(DNA)和組蛋白組成。不論是真核細(xì)胞還是原核細(xì)胞，它們的大部分DNA都集中在細(xì)胞核或核區(qū)（核質(zhì)體）中。但真核細(xì)胞的細(xì)胞核有核膜包裹，形態(tài)固定的真核，核內(nèi)DNA與組蛋白結(jié)合在一起形成一種在光學(xué)顯微鏡下能見的核染色體；而原核細(xì)胞只有無核膜包裹的呈松散狀態(tài)存在的核區(qū)，其中的DNA呈環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)，不能與任何蛋白質(zhì)第五頁，共六十頁，2022年，8月28日

相結(jié)合。不論真核微生物的細(xì)胞核還是原核微生物細(xì)胞的核區(qū)都是該微生物遺傳信息的大本營和信息庫，因此被稱為核基因組、核染色體組或簡稱基因組。再從細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目來看，不同的微生物的染色體數(shù)目差別很大，真核微生物常有較多的染色體，如酵母菌屬中有的種有17條之多，而原核微生物中常只有一條裸露的環(huán)狀DNA大分子核酸，即一條染色體。第六頁，共六十頁，2022年，8月28日

基因是生物體內(nèi)具有自主復(fù)制能力的最小遺傳功能單位?；颍ㄟz傳因子）是遺傳的基本單元，是DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列?；虻膶?shí)質(zhì)是一條具有特定核苷酸序列的核酸分子片段。染色體是由眾多基因所構(gòu)成的。每個基因大體在1000～1500bp的范圍，相對分子質(zhì)量約為6.7×105。有關(guān)基因的概念和種類是遺傳學(xué)中內(nèi)容最豐富、發(fā)展最迅速的熱點(diǎn)之一。第七頁，共六十頁，2022年，8月28日二、質(zhì)粒（Plasmid）1）質(zhì)粒為染色體外的遺傳物質(zhì)，存在于細(xì)胞質(zhì)中。為閉合環(huán)狀的雙鏈DNA，控制細(xì)菌某些特定的遺傳特性。2）例如：耐藥因子、細(xì)菌素及性菌毛基本均編碼在質(zhì)粒上。3）質(zhì)粒能進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制，失去質(zhì)粒的細(xì)菌仍能正常存活。4）質(zhì)?？赏ㄟ^接合（conjugation）或轉(zhuǎn)化作用（transformation）等將有關(guān)性狀傳遞給另一細(xì)菌。5）人工改造的質(zhì)?？勺鳛榛蚬こ梯d體。第八頁，共六十頁，2022年，8月28日二、突變突變指細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。包括基因突變（又稱點(diǎn)突變）和染色體畸變?；蛲蛔儯╣enemutation）:是指一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變，涉及一對或少數(shù)幾對堿基的置換、缺失或插入，因其發(fā)生的范圍很小，所以又稱點(diǎn)突變（pointmutation）。染色體畸變（chromosomalaberration）:是指染色體較大范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化，如缺失、重復(fù)、倒位、易位等以及染色體數(shù)目的變化。1.突變第九頁，共六十頁，2022年，8月28日同種堿基的置換不同種堿基的置換只涉及1對堿基被另1對堿基所置換1個或少數(shù)幾個堿基對的插入或缺失，使該部位后面遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生改變，并進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的突變。遺傳物質(zhì)在染色體水平發(fā)生較大范圍的變化DNA分子中1對或少數(shù)幾對堿基的突變第十頁，共六十頁，2022年，8月28日2．基因突變基因突變也稱點(diǎn)突變，指的是染色體局部點(diǎn)位內(nèi)的變化，涉及一對或少數(shù)幾對核苷酸的增加、減少或替換。（1）堿基置換在DNA鏈上的堿基序列中一個堿基被另一個堿基代替的現(xiàn)象稱為置換。堿基置換分為兩種類型：一類稱為轉(zhuǎn)換，是指DNA鏈中嘌呤與嘌呤（A與G）之間或嘧啶與嘧啶（T與C）之間發(fā)生互換；另一類為顛換，是指DAN鏈中一個嘌呤被一個嘧啶或一個嘧啶被一個嘌呤所替換。第十一頁，共六十頁，2022年，8月28日

（2）移碼突變在DNA序列中由于一對或少數(shù)幾對核苷酸的插入或缺失而使其后全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生移動，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)錄和翻譯錯誤的突變叫移碼突變（圖6-4）。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株。移碼突變只屬于DNA分子的微小損傷，其結(jié)果只涉及有關(guān)基因中突變點(diǎn)后面的遺傳密碼閱讀框架發(fā)生錯誤。第十二頁，共六十頁，2022年，8月28日3.突變型的類型表型是指具有一定遺傳型的生物體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和?；蛲蛔兊念愋秃芏?，從篩選菌株的實(shí)用目的出發(fā)，按突變體表型特征的不同，可把突變分成以下幾種類型。第十三頁，共六十頁，2022年，8月28日(1)形態(tài)突變型形態(tài)突變型是指由突變引起的個體形態(tài)或菌落形態(tài)的變異。如細(xì)菌的鞭毛、芽孢或莢膜的有無，霉菌或放線菌的孢子有無或顏色變化，菌落的大小，菌落表面的光滑、粗糙，以及噬菌斑的大小或清晰度等的突變。第十四頁，共六十頁，2022年，8月28日(2)營養(yǎng)缺陷型野生型菌株因發(fā)生基因突變而喪失合成一種或幾種生長因子、堿基或氨基酸的能力，因而無法再在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖，只能在補(bǔ)充了相應(yīng)生長因子的補(bǔ)充培養(yǎng)基上或在含有天然營養(yǎng)物質(zhì)的完全培養(yǎng)基上才能生長的變異類型，稱為營養(yǎng)缺陷型。營養(yǎng)缺陷型突變株在遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳工程和工業(yè)微生物育種等工作中有著重要的應(yīng)用。第十五頁，共六十頁，2022年，8月28日(3)抗性突變型指野生型菌株因發(fā)生基因突變而產(chǎn)生的對某種化學(xué)藥物、致死物理因素或噬菌體具有抗性的變異類型。根據(jù)其抵抗的對象可分為抗藥性突變型、抗紫外線突變型或抗噬菌體突變型等。它們十分常見且極易分離，一般只需要在含抑制生長濃度的某藥物、相應(yīng)的物理因素或在相應(yīng)噬菌體平板上涂上大量的敏感細(xì)胞群體，經(jīng)一定時間培養(yǎng)后即可獲得?？剐酝蛔冃驮谶z傳學(xué)基本理論的研究中十分有用，它常作為選擇性標(biāo)記菌株。第十六頁，共六十頁，2022年，8月28日(4)致死突變型致死突變型是指由于基因突變而造成菌體死亡的突變類型。通?？煞譃轱@性致死和隱性致死，雜合狀態(tài)的顯性致死和純合狀態(tài)的隱性致死都會導(dǎo)致個體的死亡。在單倍體生物中兩種類型都會引起個體的死亡。

第十七頁，共六十頁，2022年，8月28日(5)條件致死突變型突變后的菌體在某種條件下可以正常地生長、繁殖并呈現(xiàn)其固有的表型，而在另一種條件下則發(fā)生死亡，這種突變型稱為條件致死突變型。溫度敏感突變型是最典型的條件致死突變型。有些菌體發(fā)生突變后對溫度變得敏感了，在較窄的溫度范圍內(nèi)才能存活，超出此溫度范圍則死亡。其原因是突變使某些重要蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，以致會在某特定溫度下具有的功能，而在另一溫度下則無此功能。如有些大腸桿菌突變菌株能在37℃下生長，但不能在42℃下生長；噬菌體T4的幾個突變株在25℃下有感染力，而在37℃下則失去感染力。第十八頁，共六十頁，2022年，8月28日(6)產(chǎn)量突變型通過基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變株稱為產(chǎn)量突變型。若產(chǎn)量顯著高于原始菌株的稱為正變株；而把產(chǎn)量顯著低于原始菌株的稱為負(fù)變株。篩選高產(chǎn)正變株的工作對生產(chǎn)實(shí)踐極為重要，但由于產(chǎn)量高低是由多個基因決定的，因此在育種實(shí)踐上，只有把誘變育種與重組育種和遺傳工程育種很好的結(jié)合起來，才能取得良好的效果。第十九頁，共六十頁，2022年，8月28日4.基因突變的特點(diǎn)自發(fā)性菌種衰退的根本原因不對應(yīng)性突變的性狀與突變的原因無關(guān)系稀有性自發(fā)突變幾率低（10-6~10-10）突變率：每一個細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。（某一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株的數(shù)目）獨(dú)立性某基因的突變率不受它種基因突變率的影響可誘變性自發(fā)突變的頻率可因誘變劑的影響而提高（10-3~10-6

）穩(wěn)定性基因突變后的新性狀是穩(wěn)定的可逆性野生型菌株某一性狀可發(fā)生正向突變，也可發(fā)生反向的回復(fù)突變。第二十頁，共六十頁，2022年，8月28日基因重組（generecombination）：將兩個不同性狀個體的基因通過一定的方式轉(zhuǎn)移到一起，并發(fā)生重新組合，產(chǎn)生新的遺傳性狀的過程，稱為基因重組(generecombination)或遺傳重組。

重組：遺傳物質(zhì)在分子水平上發(fā)生的交換；雜交：在細(xì)胞水平上遺傳物質(zhì)的交換.

雜交必然包含著重組，但重組不僅限于雜交這一形式。4、基因重組第二十一頁，共六十頁，2022年，8月28日原核生物的基因重組類型

4種形式：1）轉(zhuǎn)化

2）轉(zhuǎn)導(dǎo)

3）接合

4）原生質(zhì)體融合第二十二頁，共六十頁，2022年，8月28日四、菌種的選育一、菌種的自然選育二、誘變育種三、原生質(zhì)體融合四、基因工程育種第二十三頁，共六十頁，2022年，8月28日一、菌種的自然選育利用自發(fā)突變進(jìn)行的育種工作

1.從生產(chǎn)中選育

2.定向培育優(yōu)良品種一般指用特定因素長期處理微生物群體，同時不斷地對它們進(jìn)行移種傳代，以達(dá)到積累并選擇相應(yīng)的自發(fā)突變株的目的。例：卡介苗（牛型結(jié)核分枝桿菌的減毒活菌苗）特點(diǎn)：選育時間長，工作量大，無方向性第二十四頁，共六十頁，2022年，8月28日二、誘變育種誘變育種的基本環(huán)節(jié)第二十五頁，共六十頁，2022年，8月28日誘變育種中的幾個原則

指利用物理或化學(xué)誘變劑處理微生物群體細(xì)胞，促進(jìn)其突變率顯著提高，然后設(shè)法從中選取少數(shù)符合育種目的的突變株。2個主要環(huán)節(jié)：誘變（隨機(jī)）選用合適的誘變劑和誘變劑量處理大量均勻、分散的微生物細(xì)胞，以引起絕大多數(shù)細(xì)胞致死的同時，使存活個體中的突變頻率大大提高。篩選（定向）設(shè)計(jì)有效的篩選方法，將少量正變株中的優(yōu)良菌株挑選出來。第二十六頁，共六十頁，2022年，8月28日1.出發(fā)菌株（originalstrain）出發(fā)菌株指用于誘變育種的起始菌株。

具有有利性狀（如高產(chǎn)、生長速度快、營養(yǎng)要求粗放、標(biāo)記明顯等）；對誘變劑敏感野生型菌株；從生產(chǎn)中選育的自發(fā)突變菌株；誘變獲得的高產(chǎn)菌株出發(fā)菌株的選擇標(biāo)準(zhǔn)：出發(fā)菌株的來源：第二十七頁，共六十頁，2022年，8月28日2.菌懸液的制備(1)選用單細(xì)胞或單孢子懸液（均勻、分散）目的：①使每個細(xì)胞能均勻接觸誘變劑；

②減少表型延遲現(xiàn)象（誘變后性狀的分離及退化現(xiàn)象）(2)同步培養(yǎng)（生理狀態(tài)一致）(3)菌齡：對誘變劑最敏感時期

營養(yǎng)細(xì)胞：對數(shù)期孢子或芽孢：萌發(fā)前期(4)菌懸液的制備方法

物理誘變：生理鹽水配制化學(xué)誘變：緩沖液配制(5)菌懸液的濃度

酵母菌，霉菌的孢子：106個/mL

細(xì)菌，放線菌孢子：108個/mL

第二十八頁，共六十頁，2022年，8月28日3.誘變劑的選擇及處理方法(1)誘變劑的選擇（高效，簡便）

物理誘變劑：頻度低、大損傷，難修復(fù)，且操作簡便；

化學(xué)誘變劑：頻度高，點(diǎn)突變，易回復(fù)突變，操作麻煩。

(NTG——超誘變劑）UV是最常用的一種誘變劑第二十九頁，共六十頁，2022年，8月28日(2)劑量的選擇

突變率隨劑量的增加而提高，但到達(dá)一定程度后，再提高劑量,反而會使突變率下降。正變較多出現(xiàn)在偏低劑量中，而負(fù)變較多出現(xiàn)在偏高劑量中。

在產(chǎn)量變異工作中，常采用相對殺菌率為70~75%,甚至30~70%的劑量。UV的劑量:固定UV功率和照射距離,以照射時間長短來確定劑量多少。最適劑量：在提高突變率的基礎(chǔ)上，既能擴(kuò)大變異幅度，又能使變異向正突變范圍移動的劑量。常以殺菌率來表示相對劑量（劑量-存活率曲線）第三十頁，共六十頁，2022年，8月28日(3)誘變處理方法單因素處理或多因素的復(fù)合處理：①同一誘變劑的重復(fù)使用；②兩種或多種誘變劑的先后使用；③兩種或多種誘變劑的同時使用.第三十一頁，共六十頁，2022年，8月28日4.中間培養(yǎng)（CM，培養(yǎng)過夜）目的：克服表型延遲表型延遲（phenotypiclag）：表型的改變落后于基因型改變的現(xiàn)象.

分離性延遲：

突變的基因經(jīng)DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂后變成純合狀態(tài)，表型才能表現(xiàn)出來。

生理性延遲：

由雜合狀態(tài)變?yōu)榧兒蠣顟B(tài)，突變表型仍不能表現(xiàn)出來。分離性延遲的原因:對數(shù)生長期中，單核細(xì)胞常出現(xiàn)雙核現(xiàn)象，多核細(xì)胞的核也成倍增加，誘變對數(shù)期的細(xì)胞時，突變通常發(fā)生在一個核上，故其變異或非變異的細(xì)胞必須經(jīng)過一代或幾代繁殖才能分離，這種純種變異細(xì)胞出現(xiàn)的推遲現(xiàn)象稱為分離延遲現(xiàn)象。生理性延遲的原因:當(dāng)變異細(xì)胞由雜合狀態(tài)變?yōu)榧兒蠣顟B(tài)時,由于雜合期所合成的非變異的蛋白或酶仍然發(fā)揮作用,必須經(jīng)過細(xì)胞多代分離后,才能將這些非變異的酶稀釋掉,最終達(dá)到變異后應(yīng)該表現(xiàn)的形態(tài),如營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選過程。

生理性延遲:第三十二頁，共六十頁，2022年，8月28日5.突變株的篩選

初篩復(fù)篩(1)初篩（以量為主）（a）利用形態(tài)變異：需預(yù)先測定形態(tài)與產(chǎn)量的相關(guān)性（b）根據(jù)平板顏色反應(yīng)直接挑選透明圈法（蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶）；抑菌圈法（抗生素）；變色圈法（檸檬酸）、顯色圈（氨基酸）；沉淀圈法（外毒素）透明圈直徑（H）/菌落直徑（C）：產(chǎn)量高低（初篩指標(biāo)）2.復(fù)篩（以質(zhì)為主，定量測定）搖瓶培養(yǎng)，直接檢測所需產(chǎn)物方法需簡便、快速2步第三十三頁，共六十頁，2022年，8月28日三、原生質(zhì)體融合1.定義：通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，以獲得兼有雙親遺傳性狀的穩(wěn)定重組子的過程。

融合子意義：打破了微生物的種界界限，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣菌株的基因重組?？墒惯z傳物質(zhì)傳遞更為完整、獲得更多基因重組的機(jī)會?？膳c其他育種方法相結(jié)合，如把常規(guī)誘變和原生質(zhì)體誘變所獲得的優(yōu)良性狀，組合到一個單株中。第三十四頁，共六十頁，2022年，8月28日

兩親本菌株的選擇和遺傳標(biāo)記的制作（選擇不同的營養(yǎng)缺陷型，

（A:[a+b-],B:[a-b+]）對藥物抗性差異）

原生質(zhì)體的制備（高滲條件）

原生質(zhì)體再生（測定再生率）

融合（PEG、離心沉淀、電脈沖等）

融合子的檢出（直接檢出法和間接檢出法）

實(shí)用性菌株的篩選2.操作過程：第三十五頁，共六十頁，2022年，8月28日

基因工程基因工程是指在基因水平上的遺傳工程，它是用人為方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)拿高M(jìn)行切割后，把它與載體DNA分子連接起來形成具有自我復(fù)制能力的DNA分子——復(fù)制子，并將它轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中擴(kuò)增和表達(dá)?；蚬こ淌?0世紀(jì)70年代初誕生的一門嶄新的生物技術(shù)科學(xué)?；蚬こ膛c當(dāng)前發(fā)展的蛋白質(zhì)工程、酶工程和細(xì)胞工程共同構(gòu)成了當(dāng)代新興的學(xué)科領(lǐng)域——生物技術(shù)工程。生物技術(shù)工程的興起為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的進(jìn)步提供了巨大潛力?；蚬こ滩僮鬟^程大致可歸納為以下主要步驟：目的基因的獲得；載體的選擇；目的基因與載體DNA的體外重組；重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞以及重組菌的篩選與鑒定（圖6-8）。四、基因重組和雜交育種

第三十六頁，共六十頁，2022年，8月28日第三十七頁，共六十頁，2022年，8月28日1．目的基因的獲得

利用各種不同的限制性內(nèi)切酶切割下人們所需要的基因，也就是某些DNA片段。那里面含有一種或幾種遺傳信息的全套遺傳密碼。目的基因的獲得是基因工程操作的關(guān)鍵。第三十八頁，共六十頁，2022年，8月28日2．載體的選擇

載體是攜帶目的基因并將其轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和表達(dá)的運(yùn)載工具。作為載體DNA分子，應(yīng)具備以下幾個條件。①是一個有自我復(fù)制能力的復(fù)制子。②能在受體細(xì)胞內(nèi)大量繁殖，即有較高的復(fù)制率。③載體上最好只有一個限制性內(nèi)切核酸酶的切口，使目的基因能固定地整合到載體DNA的一定位置上。④載體上必須具有可供選擇的遺傳標(biāo)記。第三十九頁，共六十頁，2022年，8月28日3．目的基因與載體DNA的體外重組

目的基因用DNA連接酶連接到合適的載體上是DNA重組技術(shù)的關(guān)鍵。采用限制性內(nèi)切核酸酶處理含有酶切點(diǎn)的目的基因DNA分子和載體DNA分子，可使兩種DNA分子上產(chǎn)生相同的黏端。所以當(dāng)兩者混合時，凡是與黏端堿基互補(bǔ)的片段，就會因氫鍵的作用而彼此吸引，重新形成雙鏈。這時，在外界連接酶的作用下，目的基因的DNA與載體的DNA片段之間進(jìn)行共價連接，形成一個完整的有復(fù)制能力的環(huán)狀重組載體。第四十頁，共六十頁，2022年，8月28日4．重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞上述由體外操縱手續(xù)構(gòu)建成的重組載體，只有將它導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，才能使其中的目的基因獲得增殖和表達(dá)。把重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞有多種途徑。如若以重組質(zhì)粒作為載體時，可以用轉(zhuǎn)化的手段；若以噬菌體作為重組載體時，可以用轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑將重組載體導(dǎo)入受體細(xì)胞。只是含目的基因的DNA與噬菌體載體的重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞，一般先需用噬菌體的蛋白質(zhì)外殼對重組載體進(jìn)行體外包裝。第四十一頁，共六十頁，2022年，8月28日5．重組受體細(xì)胞的篩選和鑒定受體細(xì)胞經(jīng)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)處理后，真正獲得目的基因并能有效表達(dá)的重組受體細(xì)胞一般來說只是一小部分，而絕大部分仍是原來的受體細(xì)胞或者是不含目的基因的重組受體細(xì)胞。為了得到真正的重組受體細(xì)胞，需要對其進(jìn)行篩選和鑒定。經(jīng)過篩選所獲得的受體細(xì)胞就是所謂的“工程菌”。

第四十二頁，共六十頁，2022年，8月28日

除此以外，基因工程在食品、化工、環(huán)保、采礦、冶煉、能源和材料等眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，必將在人類實(shí)踐中發(fā)揮重大作用和貢獻(xiàn)。當(dāng)然，它也和其他所有新生事物一樣，在它給人們帶來巨大利益的同時也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?；蚬こ膛c傳統(tǒng)生物技術(shù)的最根本的區(qū)別就在于前者是在基因水平上進(jìn)行操作，改變已有的基因甚至創(chuàng)造新的物種，這是一項(xiàng)前無古人的嶄新工作。因此，基因工程是否具有潛在的危害性，特別是轉(zhuǎn)移至人體的基因是否會激活原癌基因，基因工程是否會導(dǎo)致出現(xiàn)新型病原生物等問題必然也成為人們關(guān)心和爭議的焦點(diǎn)。但有一點(diǎn)可以肯定，人們既然能發(fā)明一種新技術(shù)，必然也將會有能力掌握這門新技術(shù)，使它朝著有利于人類進(jìn)步的方向發(fā)展。

第四十三頁，共六十頁，2022年，8月28日

一、菌種的退化與復(fù)壯（一）菌種的退化與防止

1．菌種退化的現(xiàn)象菌種的退化是指由于自發(fā)突變的結(jié)果，而使某物種原有的一系列生物學(xué)性狀發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象。菌種退化的具體表現(xiàn)有以下幾個方面。五、菌種的衰退、復(fù)壯和保藏

第四十四頁，共六十頁，2022年，8月28日①形態(tài)方面，包括分生孢子減少或顏色改變等。如放線菌和霉菌在斜面上多次傳代后產(chǎn)生“光禿”現(xiàn)象，從而造成生產(chǎn)上用孢子接種的困難。②生產(chǎn)速度變慢。③代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)能力下降，即出現(xiàn)負(fù)突變。如黑曲霉的糖化力、放線菌抗生素的發(fā)酵單位的下降，所有這些都對生產(chǎn)不利。④致病菌對宿主侵染能力的下降，如白僵菌對寄主致病能力的降低。⑤對外界不良環(huán)境條件（抗噬菌體、抗低溫和抗高溫等）抵抗能力的下降等。

第四十五頁，共六十頁，2022年，8月28日2．菌種退化的原因菌種退化的原因是多方面的，但是在生產(chǎn)實(shí)踐中，必須將由于培養(yǎng)條件的改變導(dǎo)致菌種形態(tài)和生理上的變異與菌種退化區(qū)別開來。因?yàn)閮?yōu)良菌株的生產(chǎn)性能是和發(fā)酵工藝條件緊密相關(guān)的。如果培養(yǎng)條件發(fā)生變化，如培養(yǎng)基中缺乏某些元素，會導(dǎo)致產(chǎn)孢子數(shù)量減少，也會引起孢子顏色的改變；溫度、pH的變化也會使發(fā)酵產(chǎn)量發(fā)生波動等。所有這些，只要條件恢復(fù)正常，菌種原有性狀就能恢復(fù)正常，因此這些原因引起的菌種變化不能稱為菌種退化。菌種退化的原因主要有以下幾個方面：第四十六頁，共六十頁，2022年，8月28日

（1）基因突變

菌種退化的主要原因是有關(guān)基因的負(fù)突變。當(dāng)控制產(chǎn)量的基因發(fā)生負(fù)突變，就會引起產(chǎn)量下降；當(dāng)控制孢子生成的基因發(fā)生負(fù)突變，則使菌種產(chǎn)孢子的性能下降等。一般而言，菌種的退化是一個從量變到質(zhì)變的逐步演變過程。開始時，在群體中只有個別細(xì)胞發(fā)生負(fù)突變，這時如不及時發(fā)現(xiàn)并采用有效措施，就會造成群體中負(fù)突變個體的比例逐漸增高，最后發(fā)展成為優(yōu)勢群體，從而使整個群體表現(xiàn)出嚴(yán)重的退化現(xiàn)象。因此，突變在數(shù)量上的表現(xiàn)依賴于傳代，即菌株處于一定條件下，群體多次繁殖，可使退化細(xì)胞在數(shù)量上逐漸占優(yōu)勢，于是退化性狀的表現(xiàn)就更加明顯，逐漸成為一株退化了的菌體。

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同時，對某一菌株的特定基因來講，突變頻率比較低，因此群體中個體發(fā)生生產(chǎn)性能的突變不是很容易的，但就一個經(jīng)常處于旺盛生長狀態(tài)的細(xì)胞而言，發(fā)生突變的機(jī)率比處于休眠狀態(tài)的細(xì)胞大得多。因此，細(xì)胞的代謝水平與基因突變關(guān)系密切，應(yīng)設(shè)法控制細(xì)胞保藏的環(huán)境，使細(xì)胞處于休眠狀態(tài)，從而減少菌種的退化。第四十八頁，共六十頁，2022年，8月28日

（2）分離現(xiàn)象通過遺傳育種獲得的多核（或是單核）菌種，由于其DNA雙鏈中僅一條單鏈發(fā)生突變，隨著傳代，其生產(chǎn)性狀也將發(fā)生退化。這種退化是由于誘變獲得的高產(chǎn)菌株本身不純，高產(chǎn)突變只發(fā)生在一個核和一條DNA單鏈上，隨著細(xì)胞分裂，核發(fā)生分離，因而突變基因與未突變基因發(fā)生分離，于是就出現(xiàn)了突變的高產(chǎn)菌株和未突變的低產(chǎn)菌株。第四十九頁，共六十頁，2022年，8月28日

（3）環(huán)境條件環(huán)境條件是影響菌種退化的一個重要原因。如培養(yǎng)條件對菌種退化的影響，可用糖化酶產(chǎn)生菌泡盛曲霉來說明。泡盛曲霉經(jīng)誘變得到的突變株，在3種不同培養(yǎng)基上連續(xù)傳代10次，發(fā)現(xiàn)不同培養(yǎng)基和傳代次數(shù)對淀粉葡萄糖苷酶的產(chǎn)量有不同影響。環(huán)境溫度也是影響菌種退化的重要因素，例如，溫度高，基因突變率也高；溫度低，則突變率也低，因此菌種保藏的重要措施就是低溫。第五十頁，共六十頁，2022年，8月28日3．防止菌種退化的措施由于菌種退化問題的復(fù)雜性，各種菌種退化的情況又不同，因此，防止菌種退化的措施也就顯得復(fù)雜化和多樣化。根據(jù)對菌種退化原因的分析，可以制定出以下一些防止菌種退化的措施。（1）合理的育種選育菌種時，應(yīng)盡可能使用孢子或單核菌株，避免使用多核細(xì)胞；合理選擇誘變劑的種類和劑量，以減少分離回復(fù)現(xiàn)象的發(fā)生；同時，在誘變處理后進(jìn)行充分的后培養(yǎng)及分離純化，以保證所獲得的保藏菌種的純度。這些可有效地防止菌種的退化。第五十一頁，共六十頁，2022年，8月28日

（2）選擇適合菌種生長的培養(yǎng)條件和外界環(huán)境菌種培養(yǎng)基的培養(yǎng)條件應(yīng)適宜，才能使菌種生長健壯，減少退化的發(fā)生。營養(yǎng)不足和過于豐富對菌種生長均不利。比如芳香族化合物，能誘發(fā)絨毛狀菌絲體形成扇形菌落，這種菌絲體在料床上易形成致密的白斑，導(dǎo)致產(chǎn)量下降；棲土曲霉3.942在培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)溫度從28～30℃提高到33～34℃，可防止它產(chǎn)孢子能力的退化。此外，由于微生物生長過程積累的有害代謝產(chǎn)物，也會引起菌種退化，故不應(yīng)使用陳舊的培養(yǎng)物作為種子。第五十二頁，共六十頁，2022年，8月28日

（3）控制傳代次數(shù)由于微生物存在著自發(fā)突變，而突變都是在繁殖過程中發(fā)生而表現(xiàn)出來的，所以應(yīng)盡量避免不必要的移種和傳代，并將必要的傳代降低到最低限度，以減少發(fā)生自發(fā)突變的幾率。菌種傳代次數(shù)越多，產(chǎn)生突變的幾率就越高，因而菌種發(fā)生退化的機(jī)會就越多。對于生產(chǎn)菌種，要盡可能利用它們的有效保藏期，可以采取一次接種足夠數(shù)量的原種進(jìn)行保藏，在整個保藏期內(nèi)使用同一批原種。第五十三頁，共六十頁，2022年，8月28日

（4）采用有效的菌種保藏方法用于工業(yè)生產(chǎn)的一些微生物菌種，其主要性狀都屬于數(shù)量性狀，而這類性狀恰好是最容易退化的。因此，在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)上，選用合適的菌種保藏方法也可以有效防止菌種的退化。（5）對菌種可能遭受病毒的感染應(yīng)保持足夠的警惕對有疑問的