誘變育種的三個主要步驟:出發菌種選擇、誘變處理和篩選突變株
從自然界直接分離的菌種，發辭活力般是比較低的，不能達到工業生產的要求，因此要根據菌種的形態、生理上的特點，改良菌種。采用物理和化學因素促進其誘發突變，這種用人工的方法處理微生物，使它們發生突變的育種方式就是誘變育種，它是內外提高菌種產量、性能的主要手段。
誘變育種具有其重要的意義，當今發酵工業所使用的高產滋株，幾乎都是通過誘變育種而大大提高了生產性能。誘變育種不僅能提高菌種的生產性能，而且能改進產品的質量、擴大品種數和簡化生產工藝等。誘變育種與其他育種方法相比，具有操作簡便、速度快和收效大的優點。誘變育種包括出發菌種選擇、誘變處理和篩選突變株三個主要步驟。
（1）選擇出發菌種
用來進行誘變或基因重組育種處理的起始菌株稱為出發菌種，在誘變育種中，出發菌株的選擇會直接影響到后的誘變效果，因此必須對出發菌株的產量、形態、生理等方面有相當的了解，挑選出對誘變劑敏感性大、變異幅度廣、產量高的出發菌株。具體方法是選取從自然界新分離的野生型菌株，它們對誘變因素敏感，容易發生變異；選取生產中由于自發突變或長期在生產條件下被馴化而篩選得到的菌株，與野生型菌株樣也容易達到較好的誘變效果；選取每次誘變處理都有定提高的菌襪，往往多次誘變效果可能疊加，另外，還可以同時選取2~3株出發菌株，在處理比較后，將更適合的菌株留著繼續誘變。
（2）同步培養
在誘變育種中，處理材料般采用生理狀態致的單倍休、單核細胞，即菌懸液的細胞應盡可能達到同步生長狀態，這稱為同步培養。細菌般要求培養至對數生長期，此時群體生長狀態相對同步，比較容易變異，重復性較好。具體做法有兩類：類是通過環境條件來誘導同步性，例如變換溫度、光線，或向處于穩定期的菌懸液中添加新鮮培養基；另類是用物理方法將同步生長中的細胞挑選出來，例如將非同步的細菌培養液通過大小不同的微孔過濾器，從而將大小不同的細胞分開，分別取濾液培養，就可獲得同步生長的細胞。
（3）制備單細胞或單孢子菌懸液
這步的關鍵是創備定濃度的、分散均勻的單細胞或單孢子懸液，為此要進行細胞的培養，并收集菌體、過濾或離心、洗滌，菌懸液般可用生理鹽水或緩沖溶液配創。如果是用化學誘變劑處理，因處理時pH會變化，必須要用緩沖溶液。除此之外，還應注意分散度，方法是先用玻璃珠振蕩分散，再用脫脂棉或濾紙過濾，經處理，分散度可達90%以上，這樣可以保證懸液均勻地接觸誘變劑，獲得較好的誘變效果。后制得的菌悉液，霉菌孢子或酵母菌細胞的濃度為10°~10°個/mL，放線菌和細蓄的濃度大約為10°個/mL。菌懸液的細胞可用平板計數法、血球計數板或光密度法測定，其中以平板計數法得到的結果較為準確。
（4）誘變處理
先選擇合適的誘變劑，然后確定其使用劑量。常用誘變劑有兩大類：物理誘變劑和化學誘變劑，常用的物理誘變劑有紫外線、X射線、y射線（如Co60等）、等離子、快中子、a射線、射線、超聲波等。常用的化學誘變劑有堿基類似物、烷化劑、羥胺、吖啶類化合物等。
物理誘變劑中常用的是紫外線。由于紫外線不需要特殊的貴重設備，只要普通的滅菌紫外燈管即能做到，而且誘變效果也很顯著，因此被廣泛應用于工業育種。紫外線是波長短于紫色可見光而又接近紫色光的射線，素外線波長范圍雖寬，但有效范圍于個小區域，多種微生物敏感的波長集中在265nm處，對應于功率為15W的紫外燈。
紫外線輻射是種非電離輻射，當物質吸收定能量的紫外線后，其中的某些電子被提升到較高的能量水平，從而引起分子激發而造成突變；而不吸收紫外線的物質，能量不發生轉移，分子也不會被激發，不會產生任何化學變化。脫氧核糖核酸能吸收大量紫外線，容易受紫外線的影響而發生變化，因此紫外線的誘變作用是由于它引起DNA分子結構的變化而造成的。這種變化包括DNA鏈的斷裂，DNA分子內和分子間的交聯，核酸與蛋白質的交聯，嘧啶水合物和嘧啶二聚體的產生等，特別是嘧啶二聚體的產生對于DNA的變化起主要作用，化學誘變劑的種類很多，根據它們對DNA的作用機制，可以分為三大類。類是烷化劑，它與個或多個核酸堿基發生化學變化，引發DNA復制時堿基配對的轉換而導致變異，例如硫酸二乙酯、亞硝酸、甲基磺酸乙酯、N-甲基-N'-亞硝基服等。二類是些堿基類似物，它們通過代謝作用滲人DNA分子中而引起變異，例如5溴尿密啶、5氨基尿嘌呤、2-氨基嘌呤、8氮的嘌呤等。第三類是曠啶類，它造成TDNA分子增加或減少1~2個堿基，從而引起堿基突變點以后的全部遺傳密碼在轉錄和翻譯時產生錯誤。選擇化學誘變劑時應注意：亞硝胺和烷化劑應用的范圍較廣，造成的遺傳損傷較多，其中亞確基服和甲基磺酸乙酯被稱為“超誘變劑”，甲基磺酸乙酯是毒性小的誘變劑中的員；堿基類似物和羥胺雖然具有很高的特異性，但很少使用，因為其回復突變率高，效果不大。誘導劑的劑量選擇也是個關鍵的問題，決定化學誘變劑劑量的因素主要有誘變劑的濃度、作用溫度和作用時間?；瘜W誘變劑的處理濃度常用每毫升幾微克至幾毫克，但是這個濃度取決于藥劑、溶劑及微生物本身的特性，還受水解產物的濃度、些金屬離子以及某些情況下誘變劑的延遲作用的影響。對于種化學誘變劑，處理濃度對不同微生物般有個大致范圍，在進行預試驗時，也通常是將處理濃度、處理溫度確定后，測定不同時間的致死率來確定適宜的誘變劑。這里需要說明的是化學誘變劑與物理誘變劑不同，在處理到確定時間后要有合適的終止反應方法，般采用稀釋法、使用解毒劑或改變pH等方法來終止反應。要確定個合適的劑量，酒常要經過多次試驗，就般微生物而言，誘變頻率往往隨劑量的增高而增高，但達到定劑量后，再提高劑量會使誘變頻率下降，根據對縈外線、X射線及乙烯亞胺等誘變劑誘變效應的研究，發現正突變較多地出現在較低的劑量中，而負突變則較多地出現在高劑量中，同時還發現經多次誘變而提高產量的菌株中，高劑量更容易出現負突變。因此，在誘變育種工作中，目前較傾向于采用較低劑量。
在誘變育種時，有時可根據實際情況，采用多種誘變劑復合處理的辦法。復合處理方法主要有三類：類是兩種或多種誘變劑先后使用；第二類是同種誘變劑的重復使用；第三類是兩種或多種誘變劑的同時使用，如果能使用不同作用機制的誘變劑來做復合處理，可能會取得更好的誘變效果。誘變劑的復合處理常呈現定的協同效應，這對誘變育種的工作是很有份值的。
（5）篩選變異菌株
菌種經誘導處理后，絕大多數是負突變株，篩選的目標是通過盡可能少的工作，將誘導后可能出現的正突變株從大量的突變中分離鑒定出來。怎樣設計才能花費較少的工作量達到好的效果，這是篩選工作中的條原則。般采用簡化方法，如利用形態突變直接淘汰低產變異菌株，或利用培養皿反應直接挑取高產變異菌株等。培養皿反應是指每個變異菌落產生的代謝產物與培養基內的指示物在培養基平板上作用后表現出定的生理效應，如變色圈、透明圈、生長圈、抑菌圈等，這些效應的大小表示變異菌株生產活力的高低，以此作為篩選的標志。常用的方法有紙片培養顯色法、透明圈法、瓊脂塊培養法等。
（6）營養缺陷型突變株的篩選
在誘變育種工作中，營養缺陷型菌株的篩選及應用有著十分重要的意義。營養缺陷型菌株不僅在生產中可直接作為發酵生產核苷酸、氨基酸等中間產物的生產菌，而且在科學實驗中也是研究代謝途徑的好材料和研究雜交、轉化、轉導、原生質體融合等遺傳規律的遺傳標記菌種。
營養缺陷型菌株是指通過誘變而產生的缺乏合成某些營養物質（如氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶堿基等）的能力，必須在其基本培養基中加入相應缺陷的營養物質才能正常生長繁殖的變異菌株.其變異前的菌株稱為野生鹵株。凡是能滿足野生菌株正常生長的低成分的合成培養基，稱為基本培養基（MM）。在基本培養基中加入些富含氨基酸、維生素及含氮堿基之類的天然有機物質，如蛋白質、酵母膏等，形成能滿足各種營養缺陷型菌株生長繁殖的培養基，稱為培養基（CM）。在基本培養基中只是有針對性地加入某種或某幾種自身不能合成的有機營養成分，形成能滿足相應的營養缺陷型菌襪生長的培養基，稱為補充培養基（SM）。
營養缺陷型菌株的篩選般要經過誘變、淘汰野生型菌襪、檢出缺陷型和確定生長譜四個環節。
誘變劑處理時與其他誘變處理基本相同，在誘變處理后的存活個體中，營養缺陷型菌株的比例般很低，通常只有百分之幾至干分之幾，采用抗生素法或菌絲過濾法，可以淘汰為數眾多的野生型菌株，從而達到濃縮營養缺陷型菌株的目的，抗生素法是利用野生型菌株能在基本培養基中生長，而缺陷型菌株不能生長，于是將誘變處理液在基本培養基中短時培養讓野牛型菌株生長，使其處于活化階段，而缺陷型菌株無法牛長，仍處于“休眠狀態”，這時加入定量的抗生素，活化狀態的野生型菌株就被殺死，保存了缺陷型菌株，在選擇抗生素時，細菌可以用，酵母可用，菌絲過濾法只適用于絲狀真菌，其原理是在基本培養基中野生型菌株的孢了能發芽成菌絲，而營養缺陷型菌株則不能，因此，將誘變處理后的孢子在基本培養基中培養段時間后，再進行過濾，如此重復數次后，就可以除去大部分野生烈菌株，同樣達到“濃縮”營養缺陷型菌株的目的。營養缺陷型菌株的檢出方法很多，主要有影印法、夾層培養法、逐個檢出法、補充培養法等四種。
影印法是將誘變處理后的細胞涂布在培養基表面上，經培養后長出菌落，然后用小塊直徑比培養皿稍小的圓柱形木塊覆蓋于滅過菌的絲絨布上作為接種工具，將長出菌落的培養皿倒轉過來，在絲絨上輕輕按下，轉接到另基本培養基平板上，經培養后，比較這兩個培養皿長出的菌落。如果發現前平板上某部位長有菌落，而在后培養基上的相應部位卻沒有，就說明這是個營養缺陷型菌落。
夾層培養法是先在培養皿上倒層基本培養基，冷凝后加上層含菌液的基本培養基，凝固后再澆上薄層的基本培養基。經培養后，在皿底對先出現的菌落做標記，然后倒上薄層培養基（或補充培養基），再培養，這時再出現的新菌落多數即為營養缺陷型。此法缺點是結果有時不明確，而且將缺陷型菌落從夾層中挑出并不容易。
逐個檢出法是將經過誘變處理的細胞涂布在培養基平板上，待長出單個鹵落后，用接種針或牙簽將這些單個菌落逐個依次地分別接種到基本培養基和另培養基平板上。經培養后，如果在培養基上長出菌落而在基本培養基上卻不長菌落，說明這是個營養缺陷型菌株。
補充培養法是將誘變處理后的細胞接種在含有微量（0.01%以下）蛋白陳的基本培養基上，野生型菌株會迅速生長成較大的菌落，而營養缺陷型菌株只能形成生長緩慢的微小菌落，因而可以識別檢出。如果想得到某特定缺陷型菌株，則可直接在基本培養基上加入微的相應物質。
確定生長譜是指采用上法透出的缺陷型菌株經幾次驗證確定后，還需確定其缺陷的因子，是氨基酸缺陷型，還是維生素缺陷型，或是嘌呤、密啶缺陷型。生長譜測定可以用兩種方法。種是將缺陷型菌株培養后收集菌體，制備成細胞懸液后，與基本培養基（熔化并冷卻至50℃）混合并傾注培養皿，待凝固后，分別在培養皿的5~6個區間放上不同的營養組合的混合物或吸飽此組織營養物的濾紙圓片，培養后會在組合區長出菌落，就可測得所需營養。另種方法是以不同組合的營養混合物與熔化并冷卻至50℃的基本培養基鋪成培養皿，然后在這些培養皿上劃線接種各個峽陷型菌襪于相應位置，培養后根據常株的生長狀況推知其營養因子。
