突变是指生物的遗传性状发生变异，以至影响了生物的正常遗传。这种变异是突然发生并可遗传的。基因突变（gene mutation）发生在结构基因上，往往导致酶的结构和性质改变；基因突变发生在操纵子其他部位上，则通常引起酶产量的升高或降低。根据酶的合成调节机制，基因突变后有两种情况可使酶的产量提高，一是从诱导型（inductive或adaptive）转变为组成型（constitutive），即获得的突变株在没有诱导物存在条件下，酶产量也能达到诱导的水平，这种突变称为“组成型突变”；二是从阻遏型（repressive）转变为去阻遏型，这种情况下，突变株在通常引起阻遏的条件下，酶产量也能达到没有阻遏的水平。

基因突变可自发地发生，但自发突变发生的频率是很低的，而且变异程度不大。等待菌株自发突变而获得新菌种的过程十分缓慢，是一种守株待兔的被动育种方式，因此人们在实际工作中还采取了一些方法进行诱变。

1.物理方法

物理诱变主要是采用辐射，包括紫外线、X射线、激光、γ射线（Co-60）以及快中子辐射等。它们的作用是直接引起核酸分子中四种脱氧核苷酸，特别是C、T发生氧化变化，造成DNA的损伤和畸变。

近年来也出现了一些新的物理诱变方法，如常压室温离子体（ARTP）诱变法。常压室温离子体诱变法是清华大学邢新会教授团队基于大气压射频辉光放电原理开发的一种生物诱变方法。常压室温离子体是常压非平衡放电等离子体（APNED）的一种。常压非平衡放电等离子体由带电粒子（电子、阴离子、阳离子）、自由基、中性粒子（激发的原子或分子）、光子（可见光和紫外线）和电磁场组成，其各组分比例因等离子体产生方式、放电电压、气源种类不同而略有差异。大量研究表明，常压非平衡放电等离子体与DNA、蛋白质、微生物细胞发生相互作用，可产生细胞的致死和亚致死效应。当常压非平衡放电等离子体照射强度过高时，细胞会死亡；而当强度适中时，细胞则会产生基因突变，胞内基因转录水平、翻译水平等都将随之变化。

例如，研究人员以枯草芽孢杆菌WB600为宿主构建了能分泌表达L-天冬酰胺酶的重组菌，进一步通过常压室温等离子体诱变了重组菌，突变株的酶活力最高较诱变前提高30%以上。利用常压室温等离子体对丝孢酵母野生菌（Trichosporon sp.）进行诱变处理，采用96孔板培养结合对硝基苯酚棕榈酸酯法进行高通量筛选，实现了60个突变菌株的初筛。以酶活力为筛选指标时，突变率和正突变率分别为51.7%和28.3%，得到两个突变株分别比野生菌产酶水平提高2.64倍和1.54倍，且2个突变菌株的遗传稳定性良好。

2.化学方法

化学诱变剂种类繁多，但具有高效诱变作用的并不多，常用的化学诱变剂根据其作用方式不同分为以下三种类型。

（1）碱基类似物，如5-溴尿嘧啶等，这类诱变剂能通过代谢错误地掺入到DNA中引起突变，因而对代谢处于停顿状态的细胞来说没有作用。

（2）与核酸碱基起化学反应的诱变剂如亚硝基胍（NTG）等，这类诱变剂能直接和DNA中的A、C、G等反应而导致突变。

（3）引起移码突变的诱变剂如吖啶黄染料等，能引起DNA链中核苷酸的插入或缺失而造成移码突变。在DNA链上增添或缺失1、2、4或5个碱基时，均会引起移码突变；而增添或缺失3或6个碱基时，则不影响读码，只引起较短的缺失或插入。

在生产中用得较多的是紫外线照射、亚硝基胍处理等。实践表明，经常更换使用不同的诱变手段，控制适度的突变率，其效果比连续使用同一手段或过高、过低的突变率要好。(www.daowen.com)

3.生物学方法

物理和化学诱变，特别是用亚硝基胍处理等，虽然可取得很好的效果，但却存在致癌的危险，而且多次使用后，某些微生物对它们还会产生明显的抗性，因此近年来人们的注意力开始转向生物学方法，即采用转座子为诱变因子。转座子是一种DNA片段，编码与转座有关的蛋白质，能在基因组的许多位点上插入，导致高极性突变。现常使用的有Tn-5，具有卡那霉素的抗性基因，能专一性较低地迅速插入染色体。

基因突变是使微生物获得新性状、培育高产菌株的一种有力手段。它的发展方向是提高突变的专一性，例如，通过亚硝基胍等进行选择性诱变或通过蛋白质工程进行定位突变。

在采用基因突变育种时，一个十分重要的问题是必须同时建立一种快速有效的筛检方法，以便能将有前途的突变株及时、不遗漏地筛选出来。

（1）组成型变异株的筛检 第一种办法是以低诱导力的诱导物为主要碳源或氮源配制微生物培养基，直接将诱变后的产酶菌接种于该培养基上进行培养，适当限制这种诱导物的供应量，或另外添加诱导抑制剂。在这种条件下，凡是能够增殖的菌株一般都是组成型突变株。例如，将诱变后的大肠杆菌在恒定的低乳糖培养基中培养，结果筛选出不需要诱导物的产β-半乳糖苷酶的组成型突变株，该酶的产量可达到细胞内合成蛋白总量的25%。

第二种办法是将诱变后的产酶菌株在含诱导物和不含诱导物的培养基上交替培养，以使组成型变异株获得绝对优势。例如，将诱变后的大肠杆菌在第一个周期用葡萄糖培养基培养，虽然是诱导型亲本占优势，但组成型也同时得到了扩增；然后，再转到乳糖培养基上进行培养，此时组成型突变株不像诱导型那样需要诱导时间而是能直接利用乳糖，对生长更为有利，重复这种交替培养，可使组成型变异株最终获得绝对优势。

（2）抗分解代谢产物阻遏型变异株的筛检 对酶制剂工业而言，在很多情况下往往不易得到一种既不引起分解代谢产物阻遏又经济的碳源，因此，如果能够得到一种抗分解代谢产物阻遏的变异株就很有意义。其筛检办法主要有以下几种。

①以目标酶的底物为唯一氮源。例如，将诱变后的产气杆菌接种于含有葡萄糖和以组氨酸为唯一氮源的培养基上培养，最后可得到产组氨酸酶的抗葡萄糖效应变异株。

②将诱变后的产酶菌株在含葡萄糖和不含葡萄糖的培养基上交替培养。例如，先将诱变后的大肠杆菌在葡萄糖培养基上培养，以抑制利用其他碳源的菌株，然后再将长出来的菌株转移至别的碳源培养基上培养。这样，虽然抗分解代谢阻遏的菌株最初可能生长迟缓，但经过反复交替培养和增殖后，可最终得到抗性变异株。

（3）抗终端产物阻遏型变异株的筛检 通常采用的办法是在诱变后的产酶菌株培养基中加入在结构上和终端产物相类似的毒性抗代谢物。例如，用三氟亮氨酸筛选出来的变异株，亮氨酸合成酶的产量比亲本提高了10倍。

与通过条件控制进行调节的办法相比，基因突变由于能较经济地从根本上改造菌的特性并引入新的生物学性状，因此在20世纪60至70年代成为提高酶等发酵产品产量的常用手段。但它也有缺点，即预见性小、工作量大。与基因突变不同，基因重组（gene recombination）根据的原理是：如果酶的基因拷贝数越多，控制其表达的启动子越强，表达越有效，那么这种酶的量也应该越高。因此，如果设法增加目标酶的基因拷贝数，并将其置于强的表达控制系统之下，那么就可以定向地培育成高产菌株。基因重组包括体内基因重组和体外基因重组。