工業(yè)微生物 chap6 微生物遺傳變異與育種

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1、第六章微生物遺傳變異與育種第一節(jié)工業(yè)微生物菌種的篩選開發(fā)微生物資源的關(guān)鍵是獲得所需要的菌種，優(yōu)良的微生物菌種是工業(yè)微生物技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。理想的工業(yè)發(fā)酵菌種必須具有下述特性：(1)純種培養(yǎng)物；（2）遺傳性狀穩(wěn)定；（3）生長速度快；（4）能利用廉價(jià)、來源廣、成分簡單的培養(yǎng)基；（5）能忍耐不良環(huán)境因素如溫度、pH、離子強(qiáng)度、剪切力等；（6）快速生產(chǎn)目的產(chǎn)物，不產(chǎn)或少產(chǎn)毒性物質(zhì)或副產(chǎn)物。一、微生物菌種獲得的途徑（一）微生物的自然分布要獲得理想的目的菌的最基本問題是自然界或人工環(huán)境有沒有目的菌存在的可能性。自然界中蘊(yùn)藏著大量的微生物，這些微生

2、物在生物生態(tài)上起著重要的作用，土壤、空氣、水、動(dòng)植物體以及各種極端環(huán)境都有微生物的蹤跡，有機(jī)物的分解、氮的固定過程都離不開它們。一般微生物的種類和數(shù)量要受到所處環(huán)境中有機(jī)物、氧、溫度、水分、pH值、光線等各種因素的影響。據(jù)報(bào)道：1g土壤約棲息1億個(gè)細(xì)菌，1000萬個(gè)放線菌，100萬個(gè)真菌，55萬個(gè)藻類，目前全世界能分離培養(yǎng)的微生物還不到其總數(shù)的1%。土壤中的大量微生物已成為分離各種抗生素、生理活性物質(zhì)、酶和氨基酸產(chǎn)生菌的主要來源。土壤中的微生物分布的數(shù)量：按種類遞減，細(xì)菌（108個(gè)/g）>放線菌（107個(gè)/g）>霉菌（106個(gè)/g）>

3、酵母菌（105個(gè)/g）>藻類（104個(gè)/g）>原生動(dòng)物（103個(gè)/g）。（二）微生物菌種獲得的途徑但自然環(huán)境下的微生物是混雜生長的，要獲得理想的菌株，必須要有快速、準(zhǔn)確、高通量的菌種分離和篩選方法。在實(shí)際研究工作中，我們可通過以下途徑進(jìn)行收集和篩選工作：（1）工業(yè)微生物的直接來源包括土壤，水，新鮮的、發(fā)酵的和腐爛的水果和食物，有生命的動(dòng)植物，廢水等。（2）向菌種保藏機(jī)構(gòu)索取有關(guān)的菌株國內(nèi)外有名的菌種保藏機(jī)構(gòu)有：中國微生物保藏管理委員會(huì)（CCCCM），美國典型菌種保藏中心（ATCC），英國國家典型菌種保藏所（NCTC），日本大阪發(fā)酵研究

4、所（IFO）等。典型的微生物菌種分離篩選過程可分為采樣、增殖培養(yǎng)、分離純化、性能測(cè)定等。見圖6-1。圖6-1菌種分離篩選流程二、工業(yè)微生物的篩選(一)微生物樣品采集采樣應(yīng)根據(jù)篩選的目的、微生物分布情況、菌種的主要特征及其生態(tài)關(guān)系等因素，確定具體的時(shí)間、環(huán)境和目標(biāo)物。1．土壤采樣自然界中土壤、水、空氣、動(dòng)植物及其腐敗殘骸含微生物樣品極其豐富，但總體來講土壤樣品的含菌量最多，土壤具備了微生物所需要的營養(yǎng)、空氣、水，是我們采集樣品的首選目標(biāo)。每克土壤的含菌量大體有如下遞減規(guī)律：細(xì)菌>放線菌>霉菌>酵母>藻類>原生動(dòng)物。微生物由于生理特性不同

5、，季節(jié)、表面的植被、溫濕、通風(fēng)情況、養(yǎng)分、水分、pH值酸堿度和光照等都會(huì)影響土壤中的微生物分布：（1）土壤有機(jī)質(zhì)含量和通氣狀況有機(jī)質(zhì)豐富的土壤如耕土、菜園土、近郊土壤，通氣保水性能好，適合細(xì)菌、放線菌生長繁殖；森林土植被多，枯葉多，有機(jī)質(zhì)豐富，但陰暗潮濕，適合霉菌、酵母生長繁殖；沙土、無植被的山坡土等有機(jī)質(zhì)含量少的，微生物含量少。（2）土層的縱剖面：采土樣最好的土層是5—25cm。1－5cm的表層土由于陽光照射，蒸發(fā)量大，紫外殺菌，微生物數(shù)量少；25cm以下的土層因土質(zhì)緊密，空氣、營養(yǎng)、水分缺乏，含菌量逐步減少。（3）土壤pH值：偏堿

6、的土壤（pH7.0-7.5）環(huán)境適合于細(xì)菌、放線菌生長；偏酸的土壤（pH7.0以下）環(huán)境適合于霉菌、酵母菌生長。（4）表面的植被：植物根部的分泌物有所不同也對(duì)微生物分布有一定影響。葡萄或其他果樹的根部附近土壤中酵母菌多；豆科植物根部的根瘤菌數(shù)量占優(yōu)。(5)地理?xiàng)l件：熱帶和亞熱帶的南方土壤比北方土壤的微生物的數(shù)量和種類多，原因是南方溫度高，氣候溫暖潮濕，植物多和植被覆蓋面大，土壤有機(jī)質(zhì)豐富。（6）季節(jié)條件：秋季采土樣最為理想，經(jīng)過夏季到秋季，溫度高，植被豐富，土壤水分和通氣合適，微生物數(shù)量最多。而冬季溫度低，氣候干燥，微生物生長慢而少；

7、春季氣溫升高，微生物生長旺盛，但雨水多，土壤含水量高，通氣不良；土壤采樣方法：采土樣地點(diǎn)選好后，用小鏟子去除5cm表土，取離地面5~15cm處的土樣10－25克，盛于預(yù)先滅菌的牛皮紙袋中扎緊，并標(biāo)明時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境等情況，以備查考。2．根據(jù)微生物生理特點(diǎn)采樣微生物的營養(yǎng)需求和代謝類型與其生長的環(huán)境有很大相關(guān)性。微生物在特定的環(huán)境下生息繁衍，它必然具有與之相適應(yīng)的代謝類型并產(chǎn)生相應(yīng)的代謝產(chǎn)物適應(yīng)這種環(huán)境。研究表明，如淀粉酶、糖化酶生產(chǎn)菌容易在面粉廠、食品廠、酒廠這類場(chǎng)所分離到；蛋白酶、脂肪酶生產(chǎn)菌容易在肉類加工廠、飯店的污水和污泥中分離

8、到；纖維素酶生產(chǎn)菌容易在森林中腐爛的草木下的土壤或直接從腐爛的草木中分離；油田附近的土壤容易分離出利用碳?xì)浠衔锏奈⑸铩：Y選一些具有特殊性質(zhì)的微生物時(shí)，需要根據(jù)該微生物獨(dú)特的生理特性到特殊的環(huán)境條將下采樣。在極端環(huán)境如