工业微生物育种复习题解析.doc

第一章 绪论1.什么是工业微生物？作为工业微生物应具备哪些特征？答：工业微生物：对自然环境中的微生物经过改造，用于发酵工业生 产的微生物。 具备特征：(1)菌种要纯 (2)遗传稳定且对诱变剂敏感 (3)成长快，易繁殖 (4)抗杂菌和噬菌体的能力强 (5)生产目的产物的时间短且产量高 (6)目的产物易分离提纯 2. 工业微生物育种的基础是什么？答：工业微生物育种的基础是遗传和变异。3. 常用的工业微生物育种技术有哪些？答：常用技术：(1)自然选育【选择育种】 (2)诱变育种 (3)代谢控制育种 (4)杂交育种 (5)基因工程育种第二章 微生物育种的遗传基础1.基因突变的类型有哪些？答：有碱基突变，染色体畸变2. 叙述紫外线诱变的原理？答：原理：紫外线对微生物诱变作用，主要引起DNA的分子结构发 生改变（同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧 啶二聚体），从而引起菌体遗传性变异。3. 基因修复的种类有哪些？答：种类：(1)光复活修复 (2)切除修复 (3)重组修复 (4)SOS修复4. 真核微生物基因重组的方式有哪些？答：方式：(1)有性杂交(2)准性生殖(3)原生质体融合第三章 出发菌株的分离与筛选1.什么是富集培养？答：富集培养：指在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点， 设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目 的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加， 由原来自然条件下的劣势种变成人工环境中的优势 种，以利于分离到所需要的菌株。2. 哪些分离方法能达到“菌落纯”？ 哪些分离方法能达到“细胞纯（菌株纯）”？答：菌落纯：稀释分离法、划线法、组织法 细胞纯：单细胞或单孢子的分离法3. 分离好氧微生物常用的方法有哪些？答：(1)稀释涂布法(2)划线分离法(3)平皿生化反应分离法4. 平皿生化反应分离法有哪些？分别用来筛选哪些菌？各自原理如何？答：(1)透明圈法 原理：在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使 培养基混浊，能分解底物的微生物便会在菌 落周围产生透明圈，圈的大小可以放映该菌 株利用底物的能力。 筛选：水解酶产生菌(2)显色圈法 原理：在底物平板中加入特定的指示剂或显色剂， 根据颜色变化，将目的微生物快速分离出来。 筛选：果胶酶产生菌、分离谷氨酸产生菌、分离解 脂微生物、分离内肽酶产生菌(3) 生长圈法 原理：将待测菌涂布于含高浓度的工程菌并缺少所 需营养物的平板上进行培养，若某菌株能合 成平板所需的营养物，在该菌株的菌落周围 便会形成一个混浊的生长圈。 筛选：氨基酸、核苷酸和维生素产生菌(4)抑菌圈法 原理：待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质， 或能分泌某种酶并将无毒的物质水解成对工具菌有毒的物 质，从而在该菌落周围形成工具菌不能生长的抑菌圈。 筛选 ：抗生素产生菌5. 常用的平板初筛的方法有哪些？答：方法：(1)形态变异筛选法（2）平皿生化反应筛选法 (3)浓度梯度法(4)染色技术快速筛选法 (5)琼脂块大通量筛选法 6. 初筛和复筛的要求有何不同？答：初筛是指从大量的菌落中随机挑取进行摇瓶试验并通过检测得到一些较优菌株。 复筛是指将初筛得到的较优菌株再进行多次摇瓶实验验证其效价和传代稳定性，并从 中得到一两个或少数几个最优的菌株。初筛要求：筛选的菌株尽可能多，筛选的菌株越多，就越有希望筛选到所需要的菌株。筛去 明确不符合要求的大部分菌株，把具有生产性状的菌株尽量保存下来。复筛要求：做到精确，测得的数据要能够反映将来的生产水平。第四章 工业微生物诱变育种（重点）1. 以紫外线为例，通过本学期做过的所有实验，总结诱变育种筛选某种高产突变株的步骤、具体操作过程、注意事项（如使用的紫外灯的功率、波长、距离、时间；磁力搅拌器的开启；红光操作等）。答：步骤：1.选择出发菌种 2.对出发菌种进行纯化、培养等操作，获得培养液 3.单孢子（或单细胞）悬液的制备 4.诱变处理及后培养 5.突变株的分离与筛选 具体操作：将紫外灯打开预热20min，以稳定光波。取5mL菌悬 液注入直径为9cm的培养皿中，放置到磁力搅拌器上 离灯管30cm左右的位置，打开皿盖，暴露在紫外线下 照射一定时间，边搅拌边照射，以保证照射均匀。 注意事项：(1)必须在暗室或红光下进行，并且不能马上进行光照射 (2)照射距离要合适，不能太远，否则达不到诱变作用， 也不能太近，否则菌体会死 (3)照射时间要恰当 (4)紫外灯的功能要适宜（做法：将菌体细胞制成菌悬液） (5)用搅拌器不停搅拌2. 名词解释：增变菌株、营养缺陷型、原养型。 增变菌株：自发突变率极高的菌株 营养缺陷型：野生型菌株经过人工诱变或自然突变失去合成某种 营养的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养 因子才能生长原养型：指营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的菌株，其营养 要求在表现型上与野生型相同【补充】某些菌株发生突变（自然突变或人工诱变）后，失去合成某种（或某些）对该菌株生长必不可少的物质（通常是生长因子如氨基酸、维生素）的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型，相应的野生型菌株称为原养型。3. 叙述筛选某一营养缺陷性突变株（如赖氨酸缺陷性）的步骤和操作方法。答：筛选营养缺陷型菌株的一般步骤和方法诱变 常用紫外线等物理方法和化学诱变剂等诱变形成大量营养缺陷型菌株淘汰野生型 a）抗生素法 某些抗生素能杀死生长繁殖着的微生物，而对处于休止状态的微生物无杀伤作用。 b）菌丝过滤法 适用于放线菌、霉菌等丝状微生物。在基本培养基中野生型孢子能萌发长成菌丝体，而营养缺陷型孢子则不生长。检出缺陷型的常用方法 a）逐个测定法（点种法）把经诱变处理并淘汰野生型后的菌液在完全培养基上涂布分离，将培养后长出的每一个菌落分别点种在基本培养基和另一个完全培养基上，凡在基本培养基上不能生长而在完全培养基的相应位置上能生长的菌落，表明其为营养缺陷型。 b）夹层培养法经诱变处理后的菌液，稀释后与基本培养基混匀并倾入平皿中，待凝固后，再加上一薄层不含菌的基本培养基。培养后在皿底将长出的菌落做上标记。然后加上一层完全培养基，再经培养后，新出现的菌落多数是营养缺陷型。此法适用于兼性厌氧的细菌。 C）影印法 将丝绒包在直径小于平皿的圆柱台上，固定，作为影印接种工具，灭菌备用。将经诱变处理并淘汰野生型的菌液涂布于完全培养基表面上，培养，待长出菌落后，用影印接种工具在此平板上轻按一下，然后在另一基本培养基平板上按一下。经培养后在基本培养基上不长而在完全培养基的相应部位上生长的菌落，为营养缺陷型。鉴定营养缺陷型生长谱法 【补充】例如，用高丝氨酸营养缺陷型作为赖氨酸的生产菌株，由于该突变株的遗传性，解除了赖氨酸与苏氨酸的协同反馈抑制，因此，在培养系统中限量补充苏氨酸，就可使天冬氨酸半醛全部向赖氨酸方向转化，赖氨酸产量大大提高。4. 诱变育种对诱变材料（如细菌、产孢子的放线菌、不产孢子的放线菌）有什么要求？为什么？（教材68页）答：细菌：最好在诱变处理前进行摇瓶振荡预培养产孢子菌：处理的材料是孢子，而不是菌丝 不产孢子菌：可直接采用年幼的菌丝体进行诱变处理，方法有：（1）尖端法（2）单菌落周围尖端菌丝法（3）混合处理法5. 诱变育种时，如何根据诱变材料选择诱变剂量？（教材72页）答：(1)对诱变史短的野生低产菌株，开始也宜用较高的剂量，然后逐 步使用较温和的诱变剂或较低的剂量进行处理。(2)经长期诱变后的高产菌株，以采用低剂量处理为妥。(3)对遗传性不太稳定的菌株，宜用较温和的诱变剂和较低的剂 量处理。(4)当选的目的是要求筛选到具有特殊性状的菌株，或较大幅度 提高产量的菌株时，那么可用强的诱变剂和高的剂量处理。(5)对多核细胞菌株，采用较高的剂量更合适。6.常用的化学诱变剂有哪些？各自的诱变原理是什么？答：(1)碱基类似物 原理：通过异构体互变代替碱基进行复制，造成复制的错误(2)烷化剂 原理：主要通过烷化基团使DNA分子上的碱基或磷酸部分被 烷化，引起碱基结构的改变，导致碱基配对错误而引起突变 (3) 脱氨剂 原理：亚硝酸的诱变机制主要是使碱基氧化脱去氨基(4)移码诱变剂 原理：吖啶类化合物是一种平面型的三环分子，与嘌呤-嘧啶碱基对的结构十分相似，因而能够插入DNA双链上两个相邻的碱基对之间，使DNA链拉长，两碱基间距离拉宽，使碱基插入或缺失，在DNA复制时造成点突变，以后的所有碱基都往后或往前移动，导致全体三联体密码转录、翻译错误而引起突变(5) 羟化剂 原理：羟胺只与C发生反应，可将C的氨基变为羟基，并与 A配对，能专一地诱发G：C碱基对到A：T碱基的转换第五章 工业微生物代谢调控育种1.什么是代谢调控育种？它建立在什么基础上？答：微生物代谢控制育种是指以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节的机制，选择巧妙的技术路线，通过遗传育种技术获得解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使用有用产物选择性地大量合成积累。 建立在诱变育种的基础之上。2. 次级代谢受哪些遗传物质的控制？次级代谢产物有哪些？答：次级代谢除受核内DNA控制，还受核外DNA（质粒）的控制。 产物有抗生素、毒素、激素、色素、生物碱等。3. 反馈阻遏与反馈抑制的含义。答：反馈抑制（feedback inhibition）：是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用。 是一种负反馈机制，其中酶促反应的末端产物可抑制在此产物合成过程中起作用的酶。这种抑制具有协同性、积累性和序贯性。反馈阻遏（feedback repression）：即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的一系列酶的量调节,所引起的阻遏作用。反馈阻遏是转录水平的调节,产生效应慢。4. 乳糖操纵子的组成成分有哪些？答：组成成分：启动基因、操纵基因、结构基因5. 乳糖操纵子与色氨酸操纵子的区别？（有乳糖时，乳糖操纵子如何？有色氨酸时，色氨酸操纵子如何？）答：没有乳糖存在时，I基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列O处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。 当无色氨酸时，阻遏蛋白不能结合O序列，操纵子基因开放，开始转录；当细胞内有较大量的色氨酸时，色氨酸作为辅阻遏物，与阻遏蛋白结合而使之活化，可结合O序列，阻断基因转录。6. 名称解释：葡萄糖效应、渗漏缺陷型。葡萄糖效应：只在乳糖与葡萄糖共存的情况下，细菌会优先使用葡萄糖作为代谢原料，而只 有当葡萄糖浓度低的情况下，乳糖才被作为能量来源的现象，原因是高葡萄糖 浓度下cAMP浓度低，无法合成cAMP-CAP来刺激乳糖操纵子的启动。渗透缺陷型：因突变而产生不完全遗传障碍，其基因所控制的反应程度不像野生型，但多少 还能进行，称这种现象为渗漏，具有这种性质的突变型就称为渗透缺陷型。第六章 工业微生物杂交育种1.微生物杂交育种常用的遗传标记有哪些？答：1.营养缺陷型标记2.抗性标记3.温度敏感型标记 4.其他性状标记，如：颜色、菌落形态、产物产量、生长速度等2. 细菌杂交时，传递遗传物质的是哪种质粒？答：Hfr和F3. 放线菌杂交的原理与哪种微生物相同？杂交的操作方法与哪种微生物相同？答：放线菌杂交原理与细菌类似。 操作方法与大肠杆菌相同。4. 酵母菌杂交时，怎样判断杂交细胞是单倍体而非二倍体？答：酵母菌单倍体细胞与二倍体细胞在形态上有一定的区别。二倍体 细胞较大，呈椭圆形；菌落大且形态较一致；液体培养时繁殖快， 细胞较分散；在产孢培养基上可形成子囊。而单倍体细胞较小， 呈球形；菌落小且形态多变；液体培时繁殖慢，细胞聚集成团； 在产孢培养基上不形成孢子。根据在产孢培养基上能否形成子囊 孢子可以确定是否为单倍体细胞。5. CM、MM、SM、LM分别表示什么培养基？答：CM-完全培养基 【补充】FM-发酵培养基MM-基本培养基SM-补充培养基LM-有限培养基6. 什么是体细胞交换？答：通过微生物杂交将不同菌种的遗传物质进行交换，经过体内基因 重组，把不同菌株的优良遗传特性集中到一个重组体中。7. 原生质体育种包含有哪些类型？ 答：(1)原生质体再生育种(2)原生质体诱变育种(3)原生质体转化育种(4)原生质体融合育种 8.叙述原生质体融合育种的程序。答：(1)直接亲本及遗传标记的选择(2)原生质体的制备(3)原生质体融合(4)融合体再生(5)融合重组体检出与遗传特性分析 9.制备不同微生物原生质体，酶解前的预处理分别加入什么物质？答：细菌用溶菌酶、真菌用蜗牛水解酶第八章 菌种保藏1.什么是菌种退化？菌种退化的原因是什么？如何防止菌种退化？答：菌种退化：指生产菌株或选育过程中筛选出来的较优良菌种在生 产繁殖中，群体