工业微生物优良菌种选育-资料.docVIP

第三章 工业微生物优良菌种选育 从自然界分离所得的野生菌种，不论在产量上或质量上均不适应微生物工程的要求，因此从自然界存在的产生某种代谢产物的菌种，经筛选分离和优良菌选育，已成为微生物工程菌种管理上的必要程序。故优良菌种的选育是为生产提供各种类型的突变株，大幅度提高菌种产生利用价值代谢产物特别是基因工程，细胞工程和蛋白质工程等较为定向技术的发展，促进菌种选育技术不断更新，进而研制出众多有价值的微生物工程产品。 微生物工程优良菌种的选育方法包含 自然选育、 诱变选育、 抗噬菌体菌种的选育、 杂交选育、 原生质体融合技术、 基因工程技术 等等。 微生物工程评价生产菌种优劣的标准和菌种选育工作的研究目标是实现工业化生产。也就是说，选育的菌种特性能否满足工业化生产的实际需要，是否具有工业化生产价值和实际利用价值。 因此，一株优良的生产菌种应该具备如下的特性： ①菌种的生长繁殖能力强，具较强的生长速率，产生孢子的菌种应具有较强的产孢子能力。这样有利于缩短发酵培养周期，减少种子罐的级数，最终得以减少设备投资和运转费用。同时，还可以减少菌种在扩大生产过程中可能发生的生产下降，或杂菌污染的可能性。 ②菌种的培养基和发酵醪原料来源广泛、价格便宜、尤其对发酵原料成分的波动敏感性较小。 ③对需要添加的前体物质具有耐受能力，且不能将这些前体物质作为一般碳源利用。 ④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，高产菌株的应用，可以在不增加投资的情况下，大幅度提高企业的生产能力。 ⑤能高效地将原料转化为产品，这样可以降低生产成本，提高产品的市场竟争力。 ⑥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它产物，这样不但可以提高营养物质的有效转化率，还会减少分离纯化的难度，降低成本，提高产品质量。 ⑦在发酵过程中产生的泡沫要少，这对提高装料系数，提高单罐产量，降低成本具有重要意义。 ⑧具有抗噬菌体感染的能力。 ⑨菌株遗传特性稳定，以保证发酵能长期、稳定地进行，有利于实施最佳的工艺控制。 ⑩菌种纯粹，不易变异退化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素，以保证安全。 这些都是对优良菌株特性的基本要求，也是菌种选育工作研究和需要解决的问题。 微生物菌种改良是微生物资源利用的关键步骤。为生产目的产物，一般对所筛选出来的菌种都要进行菌种改良以提高其产率和改善其工艺性能。推动工业菌株改良的主要动力是经济原因，发酵工程力求采用最经济、最有效的方式来取得最大的效益。 微生物工程菌种选育、改良的目的： ⑴提高产量 对微生物菌种进行选育改良，以过量生产（overproduction）或超量生产（super - production , hyper-production）目的产物。产量效益是一切商业发酵过程所追求的首要目标，经济是菌种选育的主要推动力，是菌种选育不变的目的。 表征菌种经济性能的重要指标包括： ① 浓度（concentration) ，指发酵终了产物的浓度，单位是g/L ，得率越高，产品越浓，带来的好处是下游处理也相对容易； ② 转化率（yield) ，指每单位质量的底物转化为目的产物的质量数值，单位是g/g ，或者以百分率（%）表示，这一数值越高，表示菌种对原料的利用越有效，底物效率（Substrate efficiency）就越高； ③ 生产强度（发酵强度、生产率、生产能力，productivity) ，单位是g/(L·h) , 表示每升发酵液中每小时所得产物的质量（g）。生产强度越大，达到相同产量所花费的发酵时间就越短。要求目的产物的产量尽可能接近理论转化率。通过菌种改良计划（可能需要几年时间）一般均可以明显提高产量，有时甚至可成百倍地提高。 ⑵提高性能 除了产量以外，优异的服务性能也在考虑之列，如对用于杀虫和防腐作用的农业微生物菌种来说，则是毒力效价的提高、杀虫毒力的快速发挥、毒力的持久性、防治对象范围的扩大等。 ⑶提高产物纯度 通过提高产物纯度，最大限度减少不需要的副产物的产生。对抗生素而言，是提高有效组分的比例，减少产物类似物的产量。例如，对于黑曲霉柠檬酸发酵，是防止草酸的生成，减少或消除色素，以有利于目的产物柠檬酸的分离、提取。 ⑷改变菌种的性状以改善发酵过程 通过改变菌种的性状，可以改善发酵过程，主要涉及到以下方面： ① 改变和扩大菌种所利用的原料结构，使之适应不同的原料，适应成分简单、来源广泛易得、价格低廉的培养基，以降低生产成本； ② 改善菌种的生长速度，提高斜面孢子化程度，使生产菌种能产生大量有活力的繁殖体― 细胞、芽孢、分生孢子等； ③ 以菌丝体形态发酵的真菌和放线菌，宜采用微小的球状菌丝体（penet form) , 以增加菌丝体表面积，大大降低丝状菌丝体对发酵搅拌剪切力的敏感性，并降低发酵液翻性，少用消泡剂以及耐合成消泡