第三章菌种选育.ppt

第三章  菌种选育的理论与技术 微生物发酵制药工艺过程： 微生物发酵工业化生产生物药物的三大环节： 第一节 概述 一、菌种选育的目的（掌握） 提高发酵产量 改进菌种性能 产生新的发酵产物 去除多余的组分 二、菌种选育的基本理论 （一）遗传与变异（理解） 菌种选育的最基本理论 遗传：子代和亲代间的连续性，相似性的现象。 变异：子代与亲代间的不连续性，差异性。 基因型：一个个体所具有的内在遗传基础 表型：基因突变形成新的基因型在一定条件下表现出来的个体性状。 意义：遗传性使高产菌株能够保留下来，供后人使用；变异性使诱变育种提高发酵水平得以施行。 微生物菌种的遗传特性使菌种能够不断延续其后代，保持菌种稳定性。 （二）遗传与变异的物质基础（了解） 物质基础：DNA DNA中核苷酸的特定排列顺序，对遗传起决定作用。 基因的产物为蛋白质或酶，基因的改变，导致相应蛋白质或酶的改变，从而引起生物体表型的变化。 （三）基因突变的本质与类型（了解） 基因突变的本质：DNA中核苷酸碱基的化学结构和排列顺序或数目发生变化，导致生物体表型改变。 这种表型改变可稳定地一代代传递下去，也可称为遗传变异。 遗传变异的类型（熟悉） 一、自发突变 二、诱发突变  微生物未经人为诱变处理或杂交等生物技术手段而自然发生地突变。 原因： 环境中存在低剂量的物理、化学诱变因素（宇宙紫外线、短波辐射、高温、病毒等） 生长过程中，DNA复制过程中发生错误。 微生物自身代谢过程中产生一些具有诱变作用的物质，如过氧化氢、硫氰化合物等。 特点：速度慢，时间长、突变频率低，一般为10－7～10－9 二、诱发突变： 人为用化学、物理诱变剂（紫外线、亚硝酸等）去处理微生物而引起的突变。 特点：速度快、时间短、突变频率高，一般大于10－4。 突变类型 按遗传变异后DNA结构发生改变的程度、突变又可分为基因突变、染色体畸变和染色体组突变。 1）基因突变：DNA结构发生较小的损伤，碱基发生变化，包括 碱基置换（P37）：DNA链上的碱基序列中一个碱基被另一个碱基代替的现象。其中嘌呤（A和G）之间或嘧啶（T和C）之间发生的互换称转换。嘌呤和嘧啶之间的替换称颠换。 移码突变（P38）：碱基序列中有一个或几个碱基增加或减少而产生的变异。 易位突变（P38）：DNA链上一个密码子中的某个碱基和临近密码子中的一个碱基对换，造成两个密码子编写的氨基酸都发生改变，从而引起突变。 2）染色体畸变：染色体结构的变化导致遗传信息的改变，具遗传效应。多数由于染色体受巨大损伤，使其断裂。根据断裂数目、位置、断裂端连接方式等的不同，可分为 缺失（P38）：同一染色体上具有一个或多个基因的DNA片段丢失引起的突变。 重复（P38）：在同一条染色体的某处增加一段DNA片段，使该染色体的某些基因重复出现产生突变。 倒位（P38）：染色体受外来因素的破坏，造成染色体部分节段的位置顺序颠倒，极性相反。 易位（P38）：同源染色体之间部分连接或交换。断裂后的一段染色体，加入到另一条非同源染色体的某个位置中。 3）染色体组突变：染色体数目的变化，可分为整倍体和非整倍体。 突变的过程 诱变剂与微生物细胞的作用： 诱变剂与DNA的作用：DNA是否处在复制状态与其接触诱变剂后能否发生基因突变有密切关系。 突变的修复 DNA结构被改变后有两种可能： 一种是突变的DNA分子在复制过程中克服了修复系统的作用而成为突变体； 另一种是被修复系统修补后恢复原有DNA分子结构不能形成突变体。 用紫外线诱发微生物突变，主要效应是使DNA单链上的临近两个嘧啶碱基结合形成嘧啶二聚体。由于在二聚体的位置上碱基不能正常配对，使DNA复制和RNA转录不能正常进行。 由紫外线诱发损伤的修复，可分为光修复和暗修复 修复方式 1、光修复：细菌经紫外线照射后，再用可见光照射，突变率降低的现象称为光复活。 酶促反应，光复活酶可以将单链的嘧啶二聚体分解成单体。 2、切补修复（暗修复）：切除嘧啶二聚体使DNA分子修复。可先切后补或先补后切，修复过程在限制性内切核酸酶、外切核酸酶等的作用下进行。 3、重复修复：指损伤的DNA经过复制后完成修复过程。 4、SOS修复 5、DNA聚合酶的校正作用 突变后的表型变化 由基因突变引起的变异，能否产生表型改变有如下几种情况： 突变不改变遗传性状 显性突变和隐性突变的表型效应： 突变的表型与环境 表型延迟（理解） 表型延迟（P41）：指微生物表型的改变总是落后于基因型改变的现象。 产生原因 诱变剂作用的延迟 多核细胞中的单个核突变 原有基因产物的影响。 第二节 自然选育 自然选育：利用微生物在一定条件下产生自发突变的原理，通过分离、筛选排除衰退型菌株，从中选出维持或高于原有生产水平菌株的过程。以达到