A. 从育种方面如何获得高产菌株
菌株分离（separation）就是将一个混杂着各种微生物的样品通过分离技术区分开，并按照实际要求和菌株的特性采取迅速、准确、有效的方法对他们进行分离、筛选，进而得到所需微生物的过程。菌株分离、筛选（screening）虽为两个环节，但却不能绝然分开，因为分离中的一些措施本身就具有筛选作用。工业微生物产生菌的筛选一般包括两大部分：一是从自然界分离所需要的菌株，二是把分离到的野生型菌株进一步纯化并进行代谢产物鉴别。
在实验工作中，为使筛选达到事半功倍的效果，总的说来可从以下几个途径进行收集和筛选：
（1）向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。
（2）由自然界采集样品，如土壤、水、动植物体等，从中进行分离筛选。
（3）从一些发酵制品中分离目的菌株，如从酱油中分离蛋白酶产生菌，从酒醪中分离淀粉酶或糖化酶的产生菌等。该类发酵制品经过长期的自然选择，具有悠久的历史，从这些传统产品中容易筛选到理想的菌株。
菌株的分离和筛选一般可分为采样、富集、分离、产物鉴别几个步骤。
第一节 含微生物样品的采集
自然界含菌样品极其丰富，土壤、水、空气、枯枝烂叶、植物病株、烂水果等都含有众多微生物，种类数量十分可观。但总体来讲土壤样品的含菌量最多。
一、从土壤中采样
土壤由于具备了微生物所需的营养、空气和水分，是微生物最集中的地方。从土壤中几乎可以分离到任何所需的菌株，空气、水中的微生物也都来源于土壤，所以土壤样品往往是首选的采集目标。一般情况下，土壤中含细菌数量最多，且每克土壤的含菌量大体有如下的递减规律：细菌（108）>放线菌（107）>霉菌（106）>酵母菌（105）>藻类（104）>原生动物（103），其中放线菌和霉菌指其孢子数。但各种微生物由于生理特性不同，在土壤中的分布也随着地理条件、养分、水分、土质、季节而有很大的变化。因此，在分离菌株前要根据分离筛选的目的，到相应的环境和地区去采集样品。
（一）根据土壤特点
1．土壤有机质含量和通气状况
一般耕作土、菜园土和近郊土壤中有机质含量丰富，营养充足，且土壤成团粒结构，通气饱水性能好，因而，微生物生长旺盛，数量多，尤其适合于细菌、放线菌生长。山坡上的森林土，植被厚，枯枝落叶多，有机质丰富，且阴暗潮湿，适合霉菌、酵母菌生长繁殖，微生物数量相应也比较少。
从土层的纵剖面看，1～5cm的表层土由于阳光照射，蒸发量大，水分少，且有紫外线的杀菌作用，因而微生物数量比5～25cm土层少；25cm以下土层则因土质紧密，空气量不足，养分与水分缺乏，含菌量也逐步减少。因此，采土样最好的土层是5～25cm。一般每克土中含菌数约几十万到几十亿个，并且各种类型的细菌和放线菌几乎都能分离到。如好气芽孢杆菌、假单胞菌、短杆菌、大肠杆菌、某些嫌气菌等。但总的说来酵母菌分布土层最浅，约5～10cm，霉菌和好氧芽孢杆菌也分布在浅土层。
2.土壤酸碱度和植被状况
土壤酸碱度会影响微生物种类的分布。偏碱的土壤（pH7.0～7.5）环境，适合于细菌、放线菌生长。反之在偏酸的土壤（pH7.0以下）环境下，霉菌、酵母菌生长旺盛。由于植物根部的分泌物有所不同，因此，植被对微生物分布也有一定的影响。如番茄地或腐烂番茄堆积处有较多维生素C生产菌。葡萄或其他果树在果实成熟时，其根部附近土壤中酵母菌数量增多。豆科植物的植被下，根瘤菌数量比其他植被下占优势。
3．地理条件
南方土壤比北方土壤中的微生物数量和种类都要多，特别是热带和亚热带地区的土壤。许多工业微生物菌种，如抗生素产生菌，尤其是霉菌、酵母菌，大多从南方土壤中筛选出来。原因是南方温度高，温暖季节长，雨水多，相对湿度高，植物种类多，植被覆盖面大，土壤有机质丰富，造成得天独厚的微生物生长环境。
4．季节条件
不同季节微生物数量有明显的变化，冬季温度低，气候干燥，微生物生长缓慢，数量最少。到了春天随着气温的升高，微生物生长旺盛，数量逐渐增加。但就南方来说，春季往往雨水多，土壤含水量高，通气不良，即使有微生物所需的温度、湿度，也不利于其生长繁殖。随后经过夏季到秋季，约有7～10个月处在较高的温度和丰富的植被下，土壤中微生物数量比任何时候都多，因此，秋季采土样最为理想。
（二）采样方法
用取样铲，将表层5cm左右的浮土除去，取5～25处的土样10～25，装入事先准备好的塑料袋内扎好。北方土壤干燥，可在10～30处取样。给塑料袋编号并记录地点、土壤质地、植被名称、时间及其他环境条件。一般样品取回后应马上分离，以免微生物死亡。但有时样品较多，或到外地取样，路途遥远，难以做到及时分离，则可事先用选择性培养基做好试管斜面，随身带走。到一处将取好的土样混匀，取3～4撒到试管斜面上，这样可避免菌株因不能及时分离而死亡。
二．根据微生物生理特点采样
1.根据微生物营养类型
每种微生物对碳\氮源的需求不一样,分布也有差异。研究表明，微生物的营养需求和代谢类型与其生长环境有着很大的相关性。如森林土有相当多枯枝落叶和腐烂的木头等，富含纤维素，适合利用纤维素作碳源的纤维素酶产生菌生长；在肉类加工厂附近和饭店排水沟的污水、污泥中，由于有大量腐肉、豆类、脂肪类存在，因而，在此处采样能分离到蛋白酶和脂肪酶的产生菌；在面粉加工厂、糕点厂、酒厂及淀粉加工厂等场所，容易分离到产生蛋白酶、糖化酶的菌株。若要筛选以糖质为原料的酵母菌，通常到蜂蜜、蜜饯、甜果及含糖浓度高的植物汁液中采样。在筛选果胶酶产生菌时，由于柑橘、草莓及山芋等果蔬中含有较多的果胶，因此，从上述样品的腐烂部分及果园土中采样较好。若需要筛选代谢合成某种化合物的微生物，从大量使用、生产或处理这种化合物的工厂附近采集样品，容易得到满意的结果。在油田附近的土壤中就容易筛选到利用碳氢化合物为碳源的菌株。Hartman等人曾从乙烯氯化物的工厂附近分离到一株以乙烯氯化物为碳源和能源的分枝杆菌。含1%乙烯氯化物的空气通过该菌培养可除去93%的毒性。也有人从含油污泥中筛选出能以20#机械润滑油为惟一碳源的3株石油降解菌菌株，分别为动胶菌属（Zoogloea sp.）、氮单胞菌属（Azomonas sp.）和假单胞菌属（Pseudomonas sp.）。当然，也可将一种需要降解的物质作为样品中微生物的惟一碳源或氮源进行富集，然后分离筛选。
此外，不少微生物对碳源的利用是不完全专一的，如以油脂为碳源的某些脂肪酶产生菌同样也可以分解淀粉或其他糖类物质获得能源而生长。以石油等碳氢化合物为碳源的油田微生物，也可以利用一些糖类为碳源。具有以上特性的微生物在一般土壤、水、及其他样品中也会存在。不过数量较少。
2.根据微生物的生理特性
在筛选一些具有特殊性质的微生物时，需根据该微生物独特的生理特性到相应的地点采样。如筛选高温酶产生菌时，通常到温度较高的南方，或温泉、火山爆发处及北方的堆肥中采集样品；分离低温酶产生菌时可到寒冷的地方，如南北极地区、冰窖、深海中采样；分离耐压菌则通常到海洋底部采样。因为深海中生活的微生物能耐很高的静水压，如从海中筛到一株水活微球菌（Micrococcus aquivivus）,它能在600个大气压下生长。分离耐高渗透压酵母菌时，由于其偏爱糖分高、酸性的环境，一般在土壤中分布很少，因此，通常到甜果、蜜饯或甘蔗渣堆积处采样。如有人曾在花蜜中分离到一株能耐30%高糖的耐高渗透压的酵母菌。
三、特殊环境下采样
1．局部环境条件的影响
值得注意的是微生物的分布除了本身的生理特性和环境条件综合因素的影响之外，还要受局部环境条件的影响。如北方气候寒冷，年平均温度低，高温微生物相对较少。但在该地区的温泉或堆肥中，却会出现为数众多的高温微生物。氧气充足的土层中按理只适合于好氧菌生长，实际上也有一些嫌气菌生活，原因是好气菌生长繁殖消耗了土层中大量氧气，为嫌气菌创造了局部生长的有利环境，故一般土壤中也能分离到嫌气菌。
海洋对于微生物来说是一个特殊的局部环境，尽管许多微生物也是经河水、污水、雨水或尘埃等途径而来，但由于海洋独特的高盐度、高压力、低温及光照条件，使海洋微生物具备特殊的生理活性，相应也产生了一些不同于陆地来源的特殊产物。前苏联学者发现，20%～50%的海鞘、海参体内的微生物可产生具有细菌毒性和杀菌活性的化合物。此外，美国马里兰大学也曾从海绵体内的共生或共栖的细菌中分离到抗白血病、鼻咽癌的抗癌物质。日本发现深海鱼类肠道内的嗜压古细菌，80%以上的菌株可以生产EPA 和DHA，最高产量可达36%和24%。笔者从鳕鱼肠道中分离到一株pj20细菌，产EPA14.78mg/L，在15℃培养时EPA占脂肪酸的12.7%。日本也从海洋Thraustochvtrium aureum中筛选到一株产DNA达290mg/L的菌株。从海洋中采样时，可参考其中不同种类微生物的分布规律：表层多为好气异养菌，底层由于有机质丰富，硫化氢含量高，厌气性腐败菌和硫酸盐还原菌较多，两层中则多为紫硫菌。
具有特殊性质的微生物通常分布在一些特殊的环境中。如得克萨斯州中南部的一个岩洞中存在着大量嗜碱性的，能进行氨氧化和产几丁质酶的微生物，其原因是这里生活这2000万只蝙蝠，它们每晚吃钓5万lb（磅）昆虫，其排泄物造成了洞内0m深的丰富营养层，这种特殊的环境对该种微生物起了选择和富集的作用。还有人从侵蚀木船的一种蠕虫肠道中分离到既能固氮又能降解纤维素的微生物。从考拉(Koala)熊肠中也曾分离到萜烯分解酶的产生菌，这可能因为考拉专吃含有高萜烯的桉树类植物，给该种微生物创造了一个适宜的生长环境。美国从用硝酸处理过的花生壳中分离到一株节杆菌，该菌以木质素为唯一碳源，它对处理过的花生壳的消化率可达到63%，再加入酿酒酵母使其蛋白质含量达到13.6%，可作为牛、猪、鸡饲料的添加剂。
2．极端环境条件的影响
微生物一般在中温、中性pH条件下生长。但在绝大多数微生物所不能生长的高温、低温、高酸、高碱、高盐或高辐射强度的环境下，也有少数微生物存在，这类微生物被称为极端微生物。生活所处的特殊环境，导致它们具有不同与一般微生物的遗传特性、特殊结构和生理机能，因而在冶金、采矿及生产特殊酶制剂方面有着巨大的应用价值。
嗜冷菌（thermophiles）的最适生长温度为15℃，在0℃也可生长繁殖，最高温度不超过20℃。主要分布于寒冷的环境中，如南北两极地区、冰窟、高山、深海和土壤等低温环境中。这类微生物在低温发酵时可生产许多风味食品且可节约能源及减少中温菌的污染。最适生长pH在8.0以上，通常在pH9～10之间的微生物，称之为嗜碱菌（alkaliphiles）。大量不同类型的嗜碱菌已经从土壤、碱湖、碱性泉甚至海洋中分离得到。由于大部分碱湖伴有高盐，许多嗜碱菌同时也是嗜盐菌。该类菌所产生的酶如耐碱蛋白酶和碱性纤维素酶可作为洗涤剂的舔加成分，也可将碱性淀粉酶用于纺织品工业。嗜碱菌中的基因还可以用来调节其他细菌中基因产物的表达和分泌。嗜热微生物是嗜热菌最好的来源。有人从温泉和海底火山口分离出了极端嗜热菌。从意大利境内的喷硫磺气的火山口中分离到一种原始的微生物，在pH2和90℃时生长最好，其代谢类型极不寻常，既能作为耗氧型自养菌将硫氧化成硫酸，使自己增殖，又能作为厌氧菌用氢还原硫，生成H2S
B. 如何理解致病性分化
differenciation of pathogeni-city
李振岐
一种病原物的不同菌株对寄主植物中不同属、种或品种的致病能力的差异，也称寄生专化性（parasitic specialization）或生理专化性（physiologic specialization），一般说来，寄生性程度越高的病原物其致病性分化程度越高如麦类锈菌、白粉菌等。寄生性程度越低的病原物其致病性分化程度也越低如一些兼性寄生菌。
人类发现植物病原物的致病性分化现象已有100多年历史。1894年瑞典埃里克森（J.Eriksson）通过对秆锈菌试验证实了病原物的致病性有分化现象，并根据在不同属、种、品种上的反应差异，证实禾谷类秆锈菌有六个专化型。1917年美国斯坦克曼（Elvin Charles Stakman）发现，在小麦秆锈病菌的专化型内还有小种的分化。1950年在研究小麦品种Thatcher丧失抗秆锈性过程中又发现在小种内还有生物型的分化。这些研究结果在理论上和技术上为以后开展病原物致病性的分化研究奠定了基础。
分化现象的形成
病原物的致病性分化现象是在病原物与其寄主植物长期演化过程中相互适应和选择下形成的。与寄主植物的抗病性类型相对应，一般可分为专化（或垂直）致病性和非专化（或非垂直）致病性。专化致病性与专化抗病性和非专化致病性与非专化抗病性是两组互为前提而共现的生物学性状。弗洛尔的“基因对基因”学说指出：在进化过程中寄主群体中有一个控制抗病性的基因，病原物群体中就相应地有一个控制致病性的基因。病原物与寄主共同发展过程如下：腐生微生物克服了高等植物的自然免疫性，获得了侵袭力，由腐生演化到寄生，开始具有一般致病性，而寄主方面也具有一般抗病性。在继续长期共存中，寄主和病原物由于多种变异和相互选择，寄主方面产生了专化抗性，而病原物方面或迟或早产生能克服这种专化抗性的毒性基因。（见基因对基因概念）
病原物专化致病性的特点，是与其所适应的寄主不同品种之间有特异性或专化性互作关系，而病原物的非专化致病性的特点，是与其所适应的寄主的不同品种之间无特异性互作关系。
毒力
病原物的一定菌系对具有一定抗病基因品种的专化性和垂直致病力。又称毒性。研究病原物的毒性主要采取分析病原物小种、毒力频率和联合致病性的方法。
小种
病原物种、变种或专化型以下的分类单位。小种之间在形态上无差异，区别不同的小种（race），主要根据它们对具有不同抗病基因的鉴别品种的致病力差异。细菌的小种有时称为菌系（strain）或致病型（pathotype）。
小种鉴定方法
不同病原物小种的鉴定方法不完全相同。病原真菌和细菌小种的鉴定大多是采用一套鉴别品种，根据供测菌株在鉴别品种上的致病力表现来确定小种，目前鉴定病菌的小种有的（如鉴定小麦秆锈病的小种）采用国际通用鉴别寄主，有的（如鉴定小麦条锈病菌的小种）采用变动鉴别寄主，有的（如鉴定马铃薯晚疫病菌、稻瘟病菌和稻白叶病菌等的小种）采用已知基因或单基因品种作为鉴别品种。此外，鉴别非专化寄生物的小种还可根据病原物的生理生化性状，培养性状，血清学和荧光反应等作辅助鉴别。病毒株系间的区别主要根据它们在一定寄主上的症状差异。区别是否为同种病毒的不同株系，也可根据血清学反应和彼此是否有交互保护作用以及是否有相似的寄主范围和传播方式来鉴定。
小种命名方法
不同病菌小种的命名方法也不完全相同，有的采用顺序编号法即按国际统一编号如小麦秆锈病菌；或按国家或地区编号，如小麦条锈病菌命名；有的如燕麦秆锈菌采用毒力公式法命名，即用对该小种有效的抗病基因作分子，无效的抗病基因作分母写成的公式：无毒力（R）/有毒力（S）；有的如稻瘟病菌采用分段加数（加抗或加感）法命名。
小种鉴定程序
一般有五个步骤，如小麦锈菌小种的鉴定程序如下：①菌种采集。采集菌种标样是做好小种鉴定的首要环节。一般采自不同地区、不同品种田间病株或病叶，要从新发病的品种上采集。标样采得后应分别装入玻璃纸袋内，防止混杂和污染，并注明采集地点和时间，以备登记和分析。②菌种纯化和繁殖。纯化菌种是取一个新鲜夏孢子堆，作单菌株隔离繁殖，在菌种少时，也可先将标样接种到有代表性的鉴定品种幼苗上，待发病后再挑取不同反应型的单个孢子堆，隔离繁殖。菌种繁殖在温室内高感品种上进行。③菌种保存。保存的方法很多，最常见的低温保存法和冷冻干燥保存法。低温保存法是将培养的菌种保存在4～8℃的冰箱中，每隔6～8个月移植一次，注意防止污染。一些生活力较差的病原真菌可保存在－20℃的低温冰箱中。近年来应用超低温（用液态氮保持－196℃或用干冰保持－70℃）保存菌种的越来越多，其优点是保存时间长，保存效果好，不足之处是需要较多的设备。冷冻干燥保存方法也是当前常用的保存菌种的方法之一。④接种鉴别寄主。鉴别品种一般播种在花盆内，每盆2～4个品种，相互隔开，中间插播高感对照品种。接种方法，可根据情况，选用手指涂抹法、喷雾法等。接种后，隔离，保温，然后在适温下培养。⑤鉴定小种类型。接种后，经一定时间，当被测品种的反应型稳定后，尤其是感病品种发病稳定后，进行记载。记载项目主要是反应型，其次是病株率和严重度，然后将记载的反应型与已知小种在鉴定品种上的反应进行比较，以确定小种的种类。
同一小种的致病力也可进一步分化出不同的致病类型，称为生物型（biotype），即小种内由遗传上一致的个体所组成的群体。在一个小种内可有一个生物型，也可有多个生物型。鉴定小种的生物型主要根据供试菌系在辅助鉴别品种上的反应。
毒力频率和联合（综合）致病性
毒力频率（vir
ulence frequency）是一种病原物群体中对一定抗病品种（抗病基因）有毒力的菌株（毒性菌株）出现频率。毒力频率（%）＝有毒力菌株数/总菌株数×100。联合致病性（pathogenicity association）是一种病原物的群体中对二个以上被测品种（抗病基因）有毒力的菌株（毒性基因）出现频率（%）。毒力频率分析反映一个被测品种与一个病原物群体中多个小种（菌株）的相互关系，而联合致病性分析则反映2个以上被测品种与一个病原物群体中多个小种的相互作用。有了这两方面的分析结果，育种和品种利用工作的依据就会更为充分。
寄主适合度
指寄生物在寄主上的定殖能力、繁殖或产孢速度及数量等适应能力。寄生适合度高，两者为亲合组合，其中病原物的侵染能力（侵染力）愈强。
致病性相关基因
pathogenicity related genes
何晨阳
病原物中决定对植物致病性的有关基因。致病基因决定了病原物在侵染植物过程中，与植物建立寄生关系和破坏植物正常生理功能，调控着对植物的吸附、侵入并在植物中定殖、扩展，最终破坏寄主同时显示症状的过程。
类型
根据功能分为毒性基因、无毒基因和决定寄主范围的基因。
毒性基因
决定对植物基本亲和性的基因，调控病害发生所必需的致病过程。根据基因产物性质，已知的毒性基因（virulence genes）包括胞外降解酶基因、毒素基因、激素基因、胞外多糖基因以及未知产物基因。胞外降解酶基因包括结构编码基因，调节基因和分泌基因。降解酶包括果胶酶、纤维素酶、蛋白酶、半纤维素酶和植保素降解酶等。对于这些性质清楚的致病因子的基因克隆，可以在平板上直接检测克隆DNA产物。未知产物的毒性基因已发现hrp基因和dsp基因两类。hrp基因决定病原物对寄主植物的致病性和诱导非寄主植物过敏性反应。dsp基因决定病菌侵袭力并参与代谢的能力。对于未知产物毒性基因的克隆，通常用物理、化学或生物诱变法，诱导病原物中与致病性相关基因突变，获得相应的突变体。用基因库互补法从基因文库中筛选出能够互补突变体功能的重组克隆；或者用分子杂交法，与突变基因序列杂交，从基因文库中获得目的基因克隆。
无毒基因
决定对寄主植物特异性不亲和性的基因，亦称为寄主专化性基因或反向调节的寄主范围基因。在病原物与寄主植物之间存在基因对基因的关系中，病原物无毒基因（avirulence genes）表达，与寄主植物中相对应抗病基因互作，从而导致不亲和反应。病原物在植物中的定殖和扩展受抑制，或者在侵染初期就破坏了亲和关系。病原物无毒基因不仅决定了对植物不同品种的无毒性，也决定了对植物不同种和非寄主植物的无毒性。从病原细菌、真菌和病毒中都已克隆到无毒基因。如从丁香假单胞菌大豆致病变种6号小种克隆的avr A，黄枝孢（番茄叶霉病菌）中的avr9和烟草花叶病毒（TMV）的具有无毒基因功能的外壳蛋白基因。然而对无毒基因的产物特征和功能尚未完全清楚。一般认为无毒基因直接或间接地编码了激发子的产生。如番茄叶霉病菌avr9编码了63个氨基酸的多肽，这个专化性激发子激发了番茄中带有相应抗病基因cf9的品种的过敏性反应。丁香假单胞菌番茄致病变种中的avrD的产物是酶，能将细菌代谢物转化为低分子量的脂类激发子而释放出去。克隆无毒基因常用基因文库互补法。将病原物基因文库DNA向其它小种、致病变种或其它不同种病菌中转移，通过测定转化接合子对植物的致病表型，筛选出能使受体菌对特定植物表现为无毒性的重组克隆，获得无毒基因。
寄主范围决定基因
扩大病原物寄主范围的基因。从青枯病假单胞菌花生菌株基因文库中重组克隆DNA，导入对花生不致病的番茄菌株，使得后者变得对花生致病。从根癌土壤杆菌广寄主范围的菌株基因文库中获得的重组DNA克隆，能使寄主范围较窄的葡萄菌株扩大其侵染植物的种类。
性状
病原物致病基因数量众多，大多数成簇排列，并高度保守，具有多效性功能。
数量
致病基因是病原物对植物致病过程所必需，而体外生长并不需要的基因。根据突变体致病基因突变频率和营养突变频率推算，病原细菌致病基因数量有50～100个。从细菌已鉴定和分离出50多个致病基因，但这些基因并不一定共存在某一个病原菌中。
成簇性
致病基因定位于染色体上和（或）质粒上。大多数致病基因都是成簇排列的。根癌土壤杆菌致病基因主要集中排列在质粒上的T区和V区，V区就包含了virA、virB、virC、virD、virE、virF、virG、virH8个调节子。病原细菌中的hrp基因也是大基因簇。丁香假单胞菌菜豆致病变种hrp基因簇中含有9个互补群，全长达22千碱基对。青枯病假单胞菌（Pseudomonas solanacearum）hrp基因DNA片段长达17～22千碱基对，至少有9个转录单位。胞外降解酶及泌出基因、多糖合成酶基因等都是以基因簇方式存在。菊欧文氏菌果胶酶的5种同工酶基因以两个基因簇方式存在。油菜黄单胞菌油菜致病变种（甘蓝黑腐病菌）与胞外酶泌出和多糖合成有关的基因也是成簇的。
保守性
由于营养要求和生化代谢的基本相似性，从一种病原物中克隆的致病基因，可以在该病原物的其它小种、致病变种、其它种病原物和非病原物甚至动物病原物中发现其结构上同源序列，其产物的生化特征也基本类似，但并不一定具有相同的致病功能。hrp基因在丁香假单胞菌许多致病变种中是同源的；青枯病假单胞菌的hrp基因和油菜黄单胞菌不同致病变种之间也具有同源性（见图）。hrp基因在某些病原细菌中可以相互交换，因此向其它细菌导入hrp基因可以导致寄主防卫反应。从丁香假单胞菌丁香致病变种克隆的32kb的hrp大基因簇片段，在丁香假单胞菌烟草致病变种、荧光假单胞菌（Pseudomonas flurescens）或大肠杆菌（E coli）中表达，可以导致烟草植株的过敏性反应。根癌土壤杆菌和油橄榄假单胞菌中与生长素和细胞分裂素生物合成有关的基因也同源。尽管无毒基因具有不同的专化性功能，但许多无毒基因之间存在明显的序列同源性。如从油菜黄单胞菌辣椒致病变种中克隆的avr Bs3与其它致病变种中的无毒基因高度同源。油菜黄单胞菌水稻致病变种（水稻白叶枯病菌）avr10也发现有广泛同源性，不仅在不同小种中有同源序列，在其它致病变种和其它属中也有同源性。
青枯病假单胞菌和油菜黄单胞菌油菜致病变种hrp基因区的结构同源性（黑点区和斜线区表示相互之间的同源区）（引自Arlat，M et al1991）
多效性
致病基因突变对病原物表型改变具有多效性。无毒基因突变，可以使病原物对特定寄主表现毒性，避免了植物过敏性反应的激发和识别过程发生。突变的无毒基因使寄主相应的抗病基因丧失功能，但并不明显地影响病原物的毒性或其他生物学性状。毒性基因突变，在致病性和寄生性上的影响不同。有些突变体在同源寄主上表现不完全的致病性，或者全部丧失，或者部分降低，对非寄主植物诱导过敏性反应的能力也有影响。有些突变体可以在植物体内生长和定殖，但不产生任何症状。致病基因的突变还可以赋予病原物丰富多样的生化表型，与各种胞外降解酶、多糖、毒素和激素等致病生化因子发生连锁改变，有的致病生化因子产生能力低于野生型菌株，有的却比野生型菌株高。表明了致病基因的复杂性以及致病基因与代谢途径中涉及的有关基因之间存在着可能的调控关系。
表达调控
许多病原物致病基因的表达受到植物组分的诱导，并受到双组分调控系统的调控。
植物组分的诱导
目前已有三种方法用植物组分对致病基因诱导作用的研究。①诱导性启动子探针途径是用启动子探针鉴别出受寄主植物诱导的病原物的启动子，筛选基因文库中与该启动子同源序列，从而分离出完整的受启动控制的致病基因。②用植物诱导病原物产生的多肽制备抗血清。筛选表达性基因文库，分离结构基因；或者用诱导的和非诱导的mRNA转录成cDNA进行特异性杂交，鉴别表达受调控的基因。③基因融合法。是在致病基因序列后插入转座子的一部分形成报导基因（如lux，cat lacZ），产生基因融合体，指示致病基因的表达及其调控。
植物细胞组分起着诱导病原物致病基因表达的刺激信号的功能。这些组分有酚类、糖类以及性质尚不清楚的低分子量物质。如许多双子叶植物受伤后释放出一些酚类物质，尤其是乙酰丁香酮和羟基乙酰丁香酮，刺激了根癌土壤杆菌V区基因的活化和表达。许多病原细菌中hrp基因，丁香假单胞菌丁香致病变种中的sym B基因，玉米萎蔫欧文氏菌中的wts基因等表达与寄主植物的诱导有关。一些致病基因在植物体内，在无机培养基上表达水平高，而在复合培养基上不表达或表达量低。
双组分调控机制
植物病原细菌致病基因表达调控的一种主要途径。典型双组分调控系统由一对感受蛋白和调节蛋白组成，分别由两个不同基因编码。感受蛋白一般为跨膜蛋白，能感受胞外环境的刺激信号，经变构传入胞质。感受蛋白N端感受的信号，经过保守的C端与调节蛋白的保守的N端互作，通过磷酸化过程进行信号传递、被磷酸化的调节蛋白具有在转录水平上调控其它基因表达的功能。在许多双组分系统中，调节蛋白是DNA结合蛋白，能特异性地与基因启动子上游的DNA序列结合，激活基因的转录。所有双组分调控系统的感受蛋白或调节蛋白在氨基酸序列上高度保守。如感受蛋白C端约250个氨基酸具明显的同源性，N端虽不具同源性，但大多有多个疏水区。根癌土壤杆菌毒性基因virA和virG所编码的VirA和VirG组成了双组分调控系统。virA为跨膜蛋白，直接感受植物从伤口释放出的酚类和糖类物质，然后将信号传递给调节蛋白virG，后者活化后调控其它的vir基因的表达，而vir基因激活后，促进了转移DNA（T-DNA）向寄主植物细胞转移和整合。许多细菌hrp基因表达也受到双组分调控系统调控。
C. 【菌周刊】汉逊酵母表达系统开发生物制品——人细小病毒疫苗篇
人类细小病毒 B19 (HPV B19) 是一种广泛传播的病毒，能引发多种疾病。HPV B19 的感染在大多数具有免疫力的健康个体中可引发中和抗体，形成持久的免疫保护。然而，对免疫功能低下者和胎儿的感染可能导致严重后果。目前，尚无针对 HPV B19 的疫苗或抗病毒药物。多形汉逊酵母因其在表达外源蛋白方面的高效稳定性和低热原性，成为生产具有重要医用价值蛋白质的理想宿主。已有多种诊断和治疗价值的真核蛋白在汉逊酵母中成功表达。
HPV B19 的重组病毒样颗粒 (VLPs) 开发是有效疫苗设计的潜在策略。VLPs 由 VP2（主）和 VP1（次）两类蛋白组成，已有研究发现主要免疫应答由 VP1 引起。HPV B19 VLPs 的质粒构建涉及 VP2 和 VP1 的基因构建，并通过特定质粒将它们整合到酵母基因组中。构建的质粒包含不同选择标记和启动子，旨在实现目标基因的高效表达。
在构建好质粒后，将 VP1 和 VP2 转化到汉逊酵母中进行共表达。通过 ELISA 检测 VP2 和 VP1 的表达水平，筛选出高表达菌株，制备双组分 VLPs。发酵过程在特定条件下进行，最终收集酵母溶液。重组 VLPs 通过凝胶柱层析和阴离子交换层析进行纯化，并通过 SDS-PAGE 和 Western blot 进行表征。纯化 VLPs 的粒径和纯度通过 SEC-HPLC 法测定，最终使用透射电镜（TEM）检测 VLPs 的完整性和均一性。
汉逊酵母在疫苗开发中的应用展示了其在生物技术领域的潜力。耀海生物在汉逊酵母表达重组疫苗方面拥有丰富的经验，包括菌种改造、工艺开发、方法开发和 GMP 生产等服务，可提供从菌种构建到 GMP 生产的完整解决方案。如需了解更多详情，可联系耀海生物。
D. 生物制药工艺学萃取分离有哪些方法
微生物制药技术
工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。
微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容：
第一方面 菌种的获得
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
分离思路 新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。
定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。
采样：有针对性地采集样品。
增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。
分离：利用分离技术得到纯种。
发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
第二方面 高产菌株的选育
工业上生产用菌株都是经过选育过的。工业菌种的育种是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。
工业菌种育种的方法：诱变、基因转移、基因重组。
育种过程包括下列3个步骤： (1)在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的引入。(2)希望基因型的选出。(3)改良菌种的评价(包括实验规模和工业生产规模)。
选择育种方法时需综合考虑的因素(1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系(例如分批或者连续发酵差枣试验)；(2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度；(3)经济费用。如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术；如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。
工业敏埋菌种具体改良思路：(1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤（通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力来提高限速酶的含量；在代谢途径中引伸出新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。） (2)增加前体物的浓度。 (3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产品的耐受力。(4)抑制或消除产品分解酶。 (5)改进菌种外泌产品的能力。(6)消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品的结构类似物抗性。
第三部分 菌种保藏技术
转接培养或斜面传代保藏；
超低温或在液氮中冷冻保藏；
土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏。
第四部分 发酵工艺条件的确定
微生物的营养来源
能源，自养菌：光虚拿拆；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。
碳源，碳酸气；淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等，石油、正构石蜡，天然气，醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品
氮源，豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮，尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等无机氮，气态氮
无机盐，磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐，铁、锰、钴等微量元素等
特殊生长因子，硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等
培养基的确定
（1）首先必须做好调查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。工业生产主要应用细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生物。它们对营养的要求既有共性，也有各自的特性，应根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。
（2）其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提取方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。
（3）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先做一些摇瓶实验;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。注意培养过程中的pH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同pH，不断调整配比来适应上述各种情况。
（4）注意每次只限一个变动条件。有了初步结果以后，先确定一个培养基配比。
其次再确定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。在合成培养基上得出一定结果后，再做复合培养基试验。最后试验各种发酵条件和培养基的关系。培养基内pH可由添加碳酸钙来调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调节。
（5）有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。
(6)根据经济效益选择培并基原料
考虑经济节约，尽量少用或不用主粮，努力节约用粮，或以其他原料代粮。糖类是主要的碳源。碳源的代用品主要是寻找植物淀粉、纤维水解物，以废糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖代替食用葡萄糖；石油作为碳源的微生物发酵也可以生产以粮食为碳源的发酵产品。有机氮源的节约和代替主要为减少或代替黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有丰富蛋白质的原料为目标，代用的原料可以是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉、黄浆水或麸汁、饲料酵母、石油酵母、骨胶、菌体、酒糟，以及各种食品工业下脚料等。这些代用品大多蛋白质含量丰富，价格低廉，便于就地取材，方便运输。
培养工艺的确定：
培养条件：温度、pH值、氧、种龄、接种量、温度
工业微生物的培养法分为静置培养和通气培养两大类型。
静置培养法即将培养基盛于发酵容器中，在接种后，不通空气进行发酵，又称为厌氧性发酵。通气培养法的生产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多，它们生长的环境必须供给空气，以维持一定的溶解氧水平，使菌体迅速生长和发酵，又称为好气性发酵。
在静置和通气培养两类方法中又可分为液体培养和固体培养两大类型，其中每一类型又有表面培养与深层培养之分。
关于液体深层培养：
用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲，称为深层培养法。特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。
深层培养基本操作的3个控制点
①灭菌：发酵工业要求纯培养，因此在发酵开始前必须对培养基进行加热灭菌。所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培养基和发酵罐进行加热灭菌，或者将培养基由连续加热灭菌器灭菌，并连续地输送于发酵罐内。②温度控制：培养基灭菌后，冷却至培养温度进行发酵，由于随着微生物的增殖和发酵会发热、搅拌产热等，所以为维持温度恒定，须在夹套中以冷却水循环流过。 ③通气、搅拌：空气进入发酵罐前先经空气过滤器除去杂菌，制成无菌空气，而后由罐底部进人，再通过搅拌将空气分散成微小气泡。为了延长气泡滞留时间，可在罐内装挡板产生涡流。搅拌的目的除了溶解氧之外，可使培养液中微生物均匀地分散在发酵罐内，促进热传递，以及为调节pH而使加入的酸和碱均匀分散等。
第五部分 发酵产物的分离提取
提取方法：
过滤
离心与沉降
细胞破碎
萃取
吸附与离子交换
色谱分离
沉析（盐析、有机溶剂沉析、等电点等）
膜分离
结晶
干燥
分离提取过程的几个注意的问题：
水质
热源去除（石棉板吸滤、活性碳吸附、过离子交换柱）
溶剂回收
废物处理
生物安全性