怎样提高发酵菌种的性状？
科技与产业革命打破了环境污染工业发展的瓶颈，小到酒精、大到各种维生素和酶制剂，在生物技术发展的基础上，都从工业合成转变为生物发酵生产。生物发酵生产离不开菌种，没有菌种，生物发酵就无从谈起，而菌种性能的好坏直接决定了一个企业的发展状况。
从自然界中分离获得的野生菌种，通常难以满足工业生产的要求，需要通过选育获得优质高产的菌种。菌种的代谢途径、合成物质的能力由其遗传物质决定，菌种的功能也由遗传物质进行控制。
菌种选育方法就是凭借不同的生物技术改变微生物的遗传物质，达到规避或者减轻微生物的不良遗传性状、优化对人类有益的生长代谢过程的目的。常见的菌种选育方法包括自然育种、诱变育种、杂交育种、基因工程育种等几种。
一、自然育种
不经过人工处理，凭借菌株的自然突变筛选出具有优良遗传性状菌株的过程称为自然育种。自然育种是基于菌种响应外界环境变化，基因自主发生突变，它是一种简单易行的选育方法，通常包括从自然界分离获得菌株和根据菌种的自发突变筛选出性能更加优良的菌种。从自然界中分离新菌种一般包括样本采集、富集培养、纯化分离、性状优化等几步。研究发现，已经有很多物质可以用自然育种选出的微生物进行发酵产出，抗生素如青霉素、维生素如维生素B12、酶制剂如木糖聚酶等。
二、诱变育种
由于自然选育具有突变率低、耗时长、工作量大等局限性，诱变育种便越来越受到广大科研工作者的青睐。1927年Muller发现X射线诱导基因突变，1941年Beadle等利用诱变得到突变株，之后诱变育种迅猛发展。诱变育种是利用各种诱变剂对菌种进行不同的处理，诱发 基因突变，之后从各种突变株中筛选出目的性状优良的进行分离纯化，找出性状能够稳定遗传的优异菌株。诱变剂根据其性质大致分为物理因子、化学因子和生物因子等。物理因子包括射线类(如α/β， x/γ射线、紫外线等)、能量类(如低能离子、高能电子流等)、交变磁场、太空微重力等；化学因子则是能够改变DNA结构，引起生物遗传变异的化学物质，包括烷化剂(如EES、EMS等)、天然碱基类似物、脱氨剂(如亚硝酸)、移码诱变剂 (如吖啶黄等)、羟化剂(羟胺)和金属盐类(如氯化锂等)、秋水仙素、抗生素等；生物诱变剂则包括噬菌体、基因诱变剂等。
物理诱变剂对菌种的诱变作用主要是由于高能辐射引发的生物系统损伤，继而在遗传变异中发生的一系列连锁反应；化学诱变剂是通过诱变剂本身与DNA分子结构发生反应，如碱基或磷酸基团烷基化、碱基替换等导致遗传性状改变；生物诱变剂如噬菌体则是将自身基因整合到菌种的基因组中引发的突变。诱变育种的大致步骤如下：出发菌株的选择与纯化——菌悬液的制备——诱变剂处理——后培养——稀释涂布——突变体的筛选。诱变育种凭借高突变率带来的明显改善菌种特性、有效提高目标产物产量、开发新特性等优点，受到科研工作者的广泛青睐。
三、杂交育种
长期使用诱变剂处理的菌种其生长性能会有所下降，例如生长周期延长、代谢减慢等。不同于诱变育种，另外一种基于基因组发生质的改变的菌种选育方式就是杂交育种，它可以很好地规避诱变育种的弊端。杂交育种是用基因型不同的个体为亲本，进行基因重组，符合育种目标的性状在重组的后代中组合在 一起，经过对后代的纯化选育来创造新品种。杂交育种既可以通过基因重组选育出结合了亲本优良性状的新品种，还可以通过基因互作选出亲本本身不具备的新性状。由于杂交育种的后代中仍旧存在未杂交的和杂交性状无效的，所以选择亲本时需选择有遗传标记的，如营养缺陷、抗性标记、温度敏感、其他性状(如孢子颜色、菌落形态、可溶性色素含量等)，以便后期杂交子代的选择。
杂交育种在最初兴起的时候多用于植物育种，如水稻、枣树、杜鹃花等，1974年原生质体技术的成功问世为微生物杂交育种开启了新篇章。FerenczyL后续研究了原生质体融合技术，该技术是选择性状优异的亲本，将其外层硬质细胞壁通过不同的方法如机械法、酶解法等去除，诱导两种或多种不同来源的原生质体进行融合，经过反复筛选得到目的性状优良的杂合子。原生质体融合技术在微生物育种方面有很多成就，比如平菇与香菇的融合、烟草和枸杞的融合、白芝和赤芝的融合等。
在诱变技术和原生质体融合技术基础上，杂交育种还发展了一种新的育种方法，即基因组改组技术育种。基因改组技术首先对亲本进行诱导，使其发生不定向多种变异获得多个表型的亲本，经过初步筛选，选出表型优良的多个亲本进行原生质体融合，之后从子代中选出性能优良的子代再次进行多亲本原生质体融合，经过多次融合，筛选出目标性状得到显著提升的子代。这种育种技术可以有效的积累有益突变，缩短育种周期。道尔公司利用基因改组将乳酸菌的乳酸产量提高了3倍；Codexis公司经过基因改组，泰乐星产量提升了6—8倍，由此可见基因组改组技术的高效性。除此之外，基因组改组技术在提高微生物生物多样性、改进其对环境的适应能力等多方面也具有很好的应用价值。
四、基因工程育种
不同于上述育种手段，20世纪70年代兴起的基因工程以其靶向性强、省时、高效等优点，一经问世便迅速发展和应用。基因工程是利用分子生物学的手段直接对微生物的遗传物质进行改造，包括点突变、基因敲出、基因沉默、基因插入及过表达等。基因工程育种首先要获得目的基因，可体外合成，也可通过杂交、逆转录等方法获取；之后要选择合适的转化/表达载体，两者都具备了之后将目的基因与载体进行体外重建，最后将重组子转入宿主进行筛选和鉴定。由于基因工程育种具有便捷、高效、直接改造等优势，虽然较晚发展，但却成绩斐然。
随着基因工程的发展，又衍生出以此为基础的多种综合育种手段，如DNA重排、代谢育种、交错延伸剪接PCR等。不同于其他选种方法，基因工程更像是一把双刃剑，在给科学发展带来契机，给工业、生活带来便利的同时，却也存在极大的隐患，如食品安全、环境安全等，所以基因工程改造产品目前仍受到很大的质疑。
随着生物技术的进步和发展，通过甄别不同的选育手段对微生物进行遴选优化，获得高产目标产物如氨基酸、维生素、酶制剂等微生物满足工业需求成为可能。越来越多的工业微生物是结合了多种选育手段进行选育的，既克服了单一选育手段的弊端，又能够结合多种选育手段获得优异性状，使目标性状得到大大改善。相信随着生物技术的进一步发展，这些选育方法中的缺点也会逐渐被克服，从而更好地服务于我们的生活。