• 微生物技术以往多用发酵技术一词来描述。 • 现代发酵工业（微生物工程）之所以如此迅猛发展， 除了发酵工艺改进和发酵设备更新之外，更重要的是 由于进行了菌种的选育及其改良，为发酵工艺提供了 人类需要的各种类型的突变菌株，从而使微生物制品 的产量成倍甚至成千倍地增长，同时产品的质量也不 断提高。
菌种筛选 空气 空气净化处理
Robert Koch
技 术 支 撑 。
为 获 得 纯 种 微 生 物 提 供 了
了 微 生 物 的 纯 培 养 技 术 。
培 养 基 用 于 纯 培 养 ， 建 立
Robert Koch
首 先 发 明 固 体
- 20世纪40年代初开始人工诱变育种
诱变育种是以人工诱变基因突变为基础的，过去是工业微 生物育种的主要方法，至今仍是世界各国行之有效的重要 方法，尤其发酵上业中的各种优良高产菌株绝大部分都足 以诱变育种人法获得的。
1 微生物遗传育种在微生物工程中占有重要的地位，是 决定微生物制剂是否具有工业化价值及发酵过程成败 与否的关键。
生物制品生产的一般过程： 生物质原料 & 非生物质原料
活性催化剂 & 无机催化剂
生物制品
活性催化剂：主要包括活性催化剂（如酶）和活体催 化剂。
活 体 生 物 催 化 剂
生物技术在21世纪将成为带 动人类社会经济发展的关键 技术。其中微生物生物技术 一直处于生物技术的领先地 位。
• 因此，野生型菌株要满足工 业生产需求需要进行选育。
菌种选育和工艺控制的“五字策略” N P P
进
通
节
堵
出
二、育种技术研究进展
• 对工业微生物菌种的优化选育是提高产品产量和质量 的一条有效途径。
传统育种：以突变和筛选为中心的传统育种技术在工业微 生物发展到现在规模的过程中始终起着重要作用。
分子育种：重组技术和原生质体融合技术开始用于菌种选 育。各种外源基因在原核生物、真核细胞的克隆和表达研 究取得了重大成果。
• 工业微生物育种技术，经历如下阶段：
- 自然选育（微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为 自然选育（spontaneous mutation）
微生物纯种培养技术建立为育种提供了材料，开始了微生 物纯种的自然选育，对工业微生物育种有很大的影响。
1857年，Louis Pasteur证明酒精发酵是 由活酵母引起的。提出了著名的发酵理 论：“一切发酵过程都是微生物作用的 结果” 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在 起作用；酒变质也是发酵，是另一类微 生物在作祟；
20世纪40年代初，beadle和Tatum采用X射线和紫外线等 辐射因子来诱变红色面包霉等，获得了各种代谢障碍的变 株，并于1941年提出“一个基因一种酶”的学说，阐述基 因与酶功能的直接关系，使遗传学从细胞水平发展到分子
水平，促工业微生物育种技术发展。
- 杂交育种
杂文育种的最主要目的在于把不同菌株的优良经济化状集 中于重组体中。克服长期用诱变剂处理造成的上述缺陷； 同时杂交还是增加产品新品种的手段之一。 杂交育种可以作为育种的另一手段，其成功不仅表现在种 内杂交上，而且在种间杂交以至届间杂交都取得令人满意 的结果。
微生物的物质代谢途径 图及代谢控制育种策略 图
N
P
P
进
通
节
堵
出
微生物细胞内物质代谢图
菌种选育和工艺控制的“五字策 略”
- 基因工程育种
– 生长繁殖能力强，有较强的生长速率，产生孢子的 菌种应该具有较强的产孢子能力。
– 能够高效地将原料转化为产品。
– 有利用广泛来源原材料的能力，并对发酵原料成分 的波动敏感性较小。 – 对需要添加的前体物质有耐受能力，并且不能将这 些前体物质作为一般碳源利用。
– 遗传特性稳定泡沫要少。
– 具有抗噬菌体感染
• 微生物发酵工程是利用微生物生长,摄取原料的养分, 通过体内的酶系,经过代谢活动复杂的化学反应,产生 对人类有用的各种代谢产物,因此菌种是发酵的关键 因素和灵魂。
• 野生型菌株经过长期的自然选择和进化，达到了适合 其生存和繁殖的要求。
• 现代发酵工业需要其代谢产物，因此需要的是一些 “畸形”的微生物。
侧耳属的两个种（Pleurotus ostreatus和 P. djamor ）的杂交育种
A B
E和F分别为融合子4的子实体和孢 子印；
C
D
G和H分别为融合子5的子实体和 孢子印
E F
A和B分别为Pleurotus ostreatus的子 实体和孢子印； C和D分别为Pleurotus djamor的子 实体和孢子印。
菌种选育
保藏菌种
斜面活化
碳源、氮源、无机盐等 营养物质
微 生 物 制 剂 生 产 的 一 般 工 艺 流 程
扩大培养
种子罐 灭菌
主发酵
产物分离纯化 成品
• 因此，工业微生物育种对于提高发酵工业产品的产量 和质量，进一步开发利用微生物资源，增加发酵工业 产品的品种，具有重大意义。
2 菌种是发酵工业的关键和灵魂
G
H
实验结果自四川省农业科学院邱敦莲博士
- 代谢控制育种
代谢控制育种以20世纪50年代末谷氨酸发酵取得成功使发 酵工业进入第三个转折期——代谢控制发酵时期，并在具 后的年代用得到飞跃的发展。 代谢控制育种获得各种解除或绕过了微生物正常代谢途径 的突变株，从而人为地使有用产物选择性的大量生成积累， 并在有控制的条件下培养，大量地生产这种有用产物。其 要害是打破微生物调节机制这一灭然屏障。
目的：了解微生物遗传学的基本知识，掌握各种遗传 育种技术的原理、育种路线、育种方法， 课程性质：选修 学时：30理论＋10实验
教材及参考资料
推荐教材：
参考教材：
第一章 绪 论
教学内容： • 为什么要进行微生物育种？ • 微生物育种技术研究进展如何？ • 常见的育种方法有那些？
一、为什么要进行微生物育种？
菌种选育和工艺控制的“五字策略”
微生物细胞机器的工作模式
N P P
Working pattern of cell-machine in Industrial Ferme
堵
出
• 生产菌种应该具备的基本特性： – 生产菌种应具有在较短的发酵周期内产生大量发酵 产物的能力。 – 在发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近 的副产物及其他产物。