第二章种子制备课件.ppt
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1、第二章种子制备第二章种子制备 知识目标1了解常见工业微生物的种类,工业微生物菌种的筛选,微生物选择性分离的原理,重要工业微生物的分离。2理解菌种的选育方法,如诱变育种,抗噬菌体菌株的选育,杂交育种,原生质体融合技术。能力目标1.掌握种子的扩大培养,包括实验室种子制备,生产车间种子制备,基因重组微生物种子培养。2.掌握种子质量的控制,包括影响种子质量的因素及控制,种子异常分析。 第一节第一节 工业微生物菌种概述工业微生物菌种概述 (1)在较短的发酵过程高产有价值的发酵产品(2)菌种的发酵培养基易获得,价格低廉,转化效率高(3)菌种对人、动物、植物和环境没有危害,保证安全(4)菌种发酵后,所产不需
2、要的代谢产物少,产品分离容易(5)菌种不易变异退化,稳定性好一、发酵工业对菌种的要求:二、发酵工业常用的微生物 微生物的代谢产物多达1300多种,而用于大规模工业化生产的不足100多种;微生物酶有近千种,而工业上用的不过4050种。因此,微生物具有巨大的潜力可挖掘。 1.细菌 大肠杆菌大肠杆菌 应用:生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸。 乳酸杆菌乳酸杆菌应用:乳酸、干酪、奶子酒、发面、泡菜、酸奶等的制作 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌 应用:生产淀粉酶2. 酵母菌酵母菌种类:酒精酵母、啤酒酵母、假丝酵母 红酵母、面包酵母 应用:生产酒精、啤酒、石油发酵脱蜡和制取蛋白质、生产脂肪 啤酒酵母的菌落特征啤酒酵母
3、 啤 酒 酵 母 红 酵 母 面包酵母3.霉菌 曲霉黑曲霉应用:生产有机酸、生产淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶 黄曲霉 应用:酱油、酱类(淀粉酶)应用:生产甲义丁二酸米曲霉应用:产糖化酶和蛋白酶 应用:可以产生蛋白酶,我国多用于豆腐乳、豆豉等的制作毛毛 霉霉根霉根霉种类:米根霉、华根霉、少根根霉、爪哇根霉应用:酿酒青霉 应用:生产青霉素、葡萄糖氧化酶4.放线菌放线菌种类:龟裂链霉菌、金霉素链霉菌、灰色链霉菌、红霉素 应用:各类抗生素。土霉素、四环素、链霉素、红霉素第二节第二节 菌种的选育菌种的选育1.自然选育 把菌种制备成单孢子悬浮液,经过适当的稀释以后,在固体平板上进行分离,挑取部分单菌落进行
4、生产能力的测定,经反复筛选,以确定生产能力更高的菌株代替原来的菌株自然选育的一般步骤 表现形态表现形态目的代谢产物产量目的代谢产物产量遗传基因型纯度遗传基因型纯度传代稳定性传代稳定性从自然界中分离筛选菌种的方法步骤从自然界中分离筛选菌种的方法步骤 方法、地点、时间和周围环境记录方法、地点、时间和周围环境记录纯种分离的原则就是使培养物获得单个菌落:纯种分离的原则就是使培养物获得单个菌落:1稀释分离法稀释分离法 2平板划线分离法平板划线分离法 涂菌:涂菌: 划线分离:划线分离:分步划线法;分步划线法;一次划线法:一次划线法: 3组织分离法组织分离法 2.诱变育种 指用人工的方法处理微生物,使它们发
5、生突指用人工的方法处理微生物,使它们发生突变,再从中筛选出符合要求的突变菌株,供生产变,再从中筛选出符合要求的突变菌株,供生产和科学实验用。诱变育种与其他育种方法相比,和科学实验用。诱变育种与其他育种方法相比,具有操作简便、速度快和收效大的优点,至今仍具有操作简便、速度快和收效大的优点,至今仍是一种重要的、广泛应用的微生物育种方法。是一种重要的、广泛应用的微生物育种方法。诱变的基本原理诱变剂诱变剂 物理诱变剂物理诱变剂 紫外线、紫外线、XX射线、射线、 射线,快中子射线,快中子 化学诱变剂化学诱变剂 亚硝酸、烷化剂亚硝酸、烷化剂 生物诱变剂生物诱变剂 噬菌体噬菌体诱变机理诱变机理物理诱变剂物理
6、诱变剂紫外线:形成胸腺嘧啶二聚体紫外线:形成胸腺嘧啶二聚体化学诱变剂化学诱变剂碱基突变、染色体畸变碱基突变、染色体畸变 诱变育种步骤诱变育种步骤 出发菌株的选择出发菌株的选择 处理菌悬液的制备处理菌悬液的制备 诱变处理诱变处理 中间培养中间培养 分离和筛选分离和筛选关键是制备单细胞和单孢子状态的、活力类似的菌悬液确定出发菌株 菌种的纯化选优 出发菌株的性能鉴定同步培养 制备单细胞(或单孢子)悬液 活菌浓度测定诱变剂的选择与确定诱变剂量的预试验 诱变处理 平板分离 计形态变异的菌落数,计算突变率挑取疑似突变菌落纯培养 突变体的初步筛选 用简单快捷的方法重复筛选 摇瓶发酵试验选出突变体(根据情况进
7、行生产试验或重复诱变处理)选出突变体(根据情况进行生产试验或重复诱变处理)中间培养中间培养 处理方法:处理方法: 让变异处理后细胞在液体培养基中培养几小时,让变异处理后细胞在液体培养基中培养几小时,以让细胞的遗传物质复制,让细胞繁殖几代,以以让细胞的遗传物质复制,让细胞繁殖几代,以得到纯的变异细胞。这样,隐性的变异就会显现得到纯的变异细胞。这样,隐性的变异就会显现出来,若不经液体培养基的中间培养,直接在平出来,若不经液体培养基的中间培养,直接在平皿上分离就会出现变异和不变异细胞同时存在于皿上分离就会出现变异和不变异细胞同时存在于一个菌落内的可能,形成混杂菌落,以致造成筛一个菌落内的可能,形成混
8、杂菌落,以致造成筛选结果的不稳定和将来的菌株退化。选结果的不稳定和将来的菌株退化。分离和筛选筛选分初筛和复筛。 初筛以迅速筛出大量的达到初步要求的分离菌落为目的,初筛以迅速筛出大量的达到初步要求的分离菌落为目的,以量为主。以量为主。 复筛则是精选,以质为主,也就是以精确度为主。因此复筛则是精选,以质为主,也就是以精确度为主。因此在具体方法上就有差异在具体方法上就有差异. .例如:例如: 初筛可以在平皿上直接以菌落的代谢产物与某些染料初筛可以在平皿上直接以菌落的代谢产物与某些染料或基质的作用形成的变色圈或透明圈的大小来挑取参或基质的作用形成的变色圈或透明圈的大小来挑取参加复筛者,而将加复筛者,而
9、将90%90%的菌落淘汰。在数量减少后就要的菌落淘汰。在数量减少后就要仔细比较参加复筛和再复筛的菌株,最后才能选得优仔细比较参加复筛和再复筛的菌株,最后才能选得优秀菌株。在以后的复筛阶段,还应不断结合自然分离,秀菌株。在以后的复筛阶段,还应不断结合自然分离,纯化菌株。纯化菌株。紫外线的诱变育种紫外线的诱变育种紫外线诱变一般采用15W紫外线杀菌灯,波长为2537A灯与处理物的距离为1530cm,照射时间依菌种而异,一般为几秒至几十分钟。一般我们常以细胞的死亡率表示,希望照射的剂量死亡率控制在7080%为宜。被照射的菌悬液细胞数,细菌为106个ml左右,霉菌孢子和酵母细胞为106107个ml。由于
10、紫外线穿透力不强,要求照射液不要太深,约0.51.0cm厚,同时要用电磁搅拌器或手工进行搅拌,使照射均匀。由于紫外线照射后有光复活效应,所以照射时和照射后的处理应在红灯下进行。3.基因工程技术 基因工程技术:是运用体外基因工程技术:是运用体外DNADNA各种操作或修改各种操作或修改手法获得目的基因,再借助于病毒、细菌质粒或其手法获得目的基因,再借助于病毒、细菌质粒或其他载体,将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在他载体,将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在新的宿主细胞系统内进行复制和表达的方法新的宿主细胞系统内进行复制和表达的方法。基本程序基本程序含目的基因含目的基因DNADNA片段的制备;片段
11、的制备;选择合适的载体;选择合适的载体;带有目的基因的带有目的基因的DNADNA片段与载体在体外连接;片段与载体在体外连接;将重组的将重组的DNADNA分子转入受体细胞,在受体细胞分子转入受体细胞,在受体细胞内扩增;内扩增;筛选出带有重组筛选出带有重组DNADNA分子的转化细胞;分子的转化细胞;表达、鉴定外源基因的表达产物。表达、鉴定外源基因的表达产物。 操作要点操作要点提取目的基因提取目的基因 用密度梯度离心方法分别从供体细胞中提取用密度梯度离心方法分别从供体细胞中提取所需要的所需要的DNADNA即目的基因和作为载体的细菌质粒或噬菌体核酸,即目的基因和作为载体的细菌质粒或噬菌体核酸,目的基因
12、也可通过化学方法人工合成。目的基因也可通过化学方法人工合成。处理目的基因处理目的基因 在从供体细胞中提取出的目的基因中加入专在从供体细胞中提取出的目的基因中加入专一性很强的限制性核酸内切酶进行处理,从而获得带有特定一性很强的限制性核酸内切酶进行处理,从而获得带有特定基因并暴露出粘性末端的基因并暴露出粘性末端的DNADNA单链部分。必要时这种粘性末端单链部分。必要时这种粘性末端也可用人工方法合成。也可用人工方法合成。对作为载体的细菌质粒或噬菌体对作为载体的细菌质粒或噬菌体DNADNA可采用与处理目的基因同一可采用与处理目的基因同一种类的限制性核酸内切酶进行处理,使其形成并暴露出与目种类的限制性核
13、酸内切酶进行处理,使其形成并暴露出与目的基因相应的粘性末端。的基因相应的粘性末端。体外重组体外重组 将上述分别处理过的目的基因和细菌质粒将上述分别处理过的目的基因和细菌质粒DNADNA片段(或片段(或噬菌体核酸)放在试管中,在较低温度(噬菌体核酸)放在试管中,在较低温度(5 566)下混)下混合合“退火退火”。由于这两种。由于这两种DNADNA是用同一种限制性核酸内切是用同一种限制性核酸内切酶进行处理,具有相同的粘性末端,因此相互之间能够酶进行处理,具有相同的粘性末端,因此相互之间能够形成氢键,这就是所谓形成氢键,这就是所谓“退火退火”。而相邻的核苷酸,在。而相邻的核苷酸,在DNADNA连接酶
14、的作用下也能形成磷酸二酯键,这样就完成了连接酶的作用下也能形成磷酸二酯键,这样就完成了目的基因与质粒目的基因与质粒DNADNA(或噬菌体(或噬菌体DNADNA)的重组,得到的是)的重组,得到的是一个完整的具有复制能力的环状一个完整的具有复制能力的环状DNADNA重组体,即重组体,即“杂种质杂种质粒粒”(或杂种噬菌体)。(或杂种噬菌体)。载体传递载体传递 即通过载体将供体生物中的遗传基因导入到受即通过载体将供体生物中的遗传基因导入到受体细胞内。载体必须具有自我复制的能力,一般可利用体细胞内。载体必须具有自我复制的能力,一般可利用质粒的转化作用或噬菌体的转导作用,将供体基因带入质粒的转化作用或噬菌
15、体的转导作用,将供体基因带入受体细胞内。受体细胞内。 复制、表达复制、表达 在理想情况下,进入受体细胞内的杂种质粒在理想情况下,进入受体细胞内的杂种质粒(或杂种噬菌体),可通过自我复制到扩增,并使受体(或杂种噬菌体),可通过自我复制到扩增,并使受体细胞表达出作为供体细胞所固有的部分遗传性状,成为细胞表达出作为供体细胞所固有的部分遗传性状,成为“工程菌工程菌”。筛选、繁殖筛选、繁殖 基因克隆的最后一步是从转化细菌菌落中筛基因克隆的最后一步是从转化细菌菌落中筛选出含有阳性重组子的菌落,并鉴定重组子的正确性。选出含有阳性重组子的菌落,并鉴定重组子的正确性。 通过细菌培养以及重组子的扩增,获得所需的基
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