（一）菌种退化的现象
1．在形态上
例如霉菌发生孢子减少甚至不生孢子，或霉丛色泽的明显变化等。
2．生理上
如霉菌淀粉酶活力下降，酵母生长缓慢及发酵力下降等．应该指出，若由于培养基的改变或因工艺条件的不当，以及污染杂菌等使菌种显示其性能低下的现象，则不能视为退化，因为这些暂时的外界原因一经消除，菌种原有的性能即可恢复。因此，必须识别所谓退化的假象，正确地判断菌种是否退化，以便采用适当的措施，加以防治。
（二）菌种退化的原因
菌种退化的主要原因是其基因的负突变，若控制生产性状的有关基因发生负突变，则可使菌种的生产性状严重劣化。例如控制产品产量的基因发生负突变，则会使产量下降；若控制霉菌孢子生成的基因发生负突变，则会使菌种产孢子的能力下降。
1．移殖代数的增加
一个经常处于旺盛生长状态的菌体细胞，发生基因负突变的几率，要比处于休眠状态的细胞大得多，而且在实际生产中，菌种的培养基及培养和发酵的条件是因批而异的，如果环境有利于负突变细胞增殖，则菌种的群体细胞经多次移植后，退化的细胞会很快占优势，使退化的性状明显起来。
2．菌种筛选方法不当
在菌种筛选中，往往在初筛时产量较高，但随着复筛的进行，则因产量逐步下降而被淘汰，这在霉菌筛选中更为多见。因为菌落若由一个以上的孢子或细胞繁殖而成，而其中只有一个高产的正突变孢子或细胞，则传代的结果必然是高产的菌体数量逐渐减少而使产量下降；若菌落确由一个孢子或细胞组成，但此菌为多核细胞，则在一次突变中几个核变异状况各异，随着代数的增加，因核的分离会使菌体性状呈现多元化，产量也随之而变，即使为单核孢子，若在双链的DNA上只有一条链上的某个部位发生突变，则在不断的移殖过程中，也会产生性状分离而形成群体不纯，为尽可能地降低上述现象产生的几率，应采取得当的菌种选育手段。
3．培养及保存条件的影响
这种影响可由自发突变率来反映，也可在基因不变的情况下显示。在自发突变方面，例如培养或保存时间长，则对菌种的有毒害作用的成分积累较多而引起的突变率也较高。温度升高也会使菌株和突变率增加。培养基中某些成分的缺乏，也可促进野生型回复突变株的生长占据优势。
4．基因不产生突变而菌种退化的原因
例如某种曲霉若以分生孢子传代，则所产子囊孢子的数量逐渐减少。最终呈现不产子囊孢子的“突变”；但若用子囊孢子传代，则生成分子孢子的数量逐渐减少。这种状况下可用形成异核体的事实加以说明。若将黄色分生孢子的突变株，用子囊孢子多次传代，则可得到很少产分生孢子的黄色菌株；而将另一产生绿色分生孢子的野生株，多次以分生孢子传代，则可得到不产子囊孢子的绿色菌株，若将上述二株退化菌株装接于一起培养，则可得到1株既能产子囊孢子，又能产很多分生孢子的菌株，即表明形成了新的异核体。考察该异核体的分生孢子或子囊孢子重新分离的性状，若上述退化现象是由基因突变而造成的、则重新分离所得的黄色菌株，应产分生孢子很少，绿色菌株应不形成子囊孢子。但事实上分离的结果是这两个菌株均能产子囊孢子，且生成大量分生孢子，这表明上述退化性状并非由基因突变所致。这类退化现象的原因尚未十分明了。
（三）菌种退化的防治
（1）菌种选育要得法例如加强分离纯化；使用单核菌株进行诱变；提高诱变剂量，使单核细胞DNA双链中的一条链有某一点位产生突变，而另一条则完全丧失作为模板复制的能力，以减少回复。
（2）防止基因自发突变从菌种的培养基和培养条件方面加以注意。例如产麦芽糖酶能力强的酵母，用于白酒生产时出酒率较高；但若将其长期培养于葡萄糖培养基时，则产麦芽糖的能力会下降。若将其在液态麦芽汁中培养1~2代后，再接回到米曲汁试管斜面培养基上培养，则可有效地增强原有的能力。又如UV-11黑曲霉或UV -48黑曲霉菌株，采用察氏培养基培养时，开始几代长势良好，色泽正常，糖化力也可保持在5000~8000U;但继续传代后，相继呈现菌膜增厚，褶皱增大，孢子稀疏，色泽变淡及糖化力下降等现象。即使对其进行诱变和筛选，也无明显效果。但若采用下述固态试管斜面培养基，则可有效地防止这2种菌株的退化。即蔗糖3.0%，氯化钾0.05%，硝酸钠0.3%，磷酸氢二钾0.1%，硫酸镁0.05%，硫酸亚铁0.0001%，琼脂2%，蒸馏水85%~90%，麸皮浸出液10%~15%。不难理解，如果产生糖化酶能力强的曲霉等，长期生长于葡萄糖培养基上，则生成糖化酶的能力必然退化，因其可不必分泌糖化酶而可直接利用葡萄
糖了。
(3)尽可能地减少传代次数在每次转接生产用的菌种时，应保证满足一定生长期内的数量，以减少传代次数。霉菌不要用菌丝传代，而采用孢子传代，或交替使用分生孢子和子囊孢子传代，也可防止菌种退化。在一般条件下，斜面每移殖一代，酵母可保存三个月，霉菌、芽孢杆菌在低温下可保藏半年左右，无芽孢杆菌可保藏一个月左右。
(4)分离纯化在生产过程中，菌种的许多细胞或孢子的变化趋势及程度是不可能相同的，大部分菌体可能随着时间的推移而某些性能发生相对的退化。但有些菌体的某些主要特性可能会增加，故应经常将后一部分菌体分离出来；或在试管原菌中，将优良的细胞菌体分离出来。由于菌落及试管原菌的不纯，有时还会污染杂菌，故定期进行单细胞分离纯化是完全必要的。
(5)消除退化的假象例如在利用UV-11菌株制麸曲时，有的厂在工艺上忽视了它要求培养温度较低，不应超过32℃的特点，品温高达37—38℃，致使杂菌大量繁殖，但因曲表面有黄色掩盖而误为菌种退化。也有的厂片面地防止“水毛”，而忽视了UV-11要求水分偏高的特点，致使成曲孢子瘦小而色泽浅，萌发率低下，还有的不重视卫生和灭菌工作，在制曲过程中招致所谓白虮子的腐败菌的侵染，使成曲的糖化力很低，若缺乏理论知识和实际生产经验，而将诸如上述的种种假象视为菌种退化，则必然贻误生产的正常进行。
（四）菌种的复壮
菌种的优良性状的稳定是相对的，而变异是绝对的，生产上应用的菌种，在使用和保藏过程中，因外界条件和菌种内在因素的矛盾引起菌体的变异，可能发展到菌种的退化，发生某些形态和生理性能方面变化。如在斜面上发现黑曲霉孢子越传代越少和菌种残缺不齐等现象。酵母则发生细胞变形，生长缓慢或生产性能降低等，菌种的这种退化是由量变到质变的过程，当个体变异的数量达到一定程度时，菌种才能表现出退化现象。实践证明，传代次数越多，越易退化，因此在保藏菌种时尽量采取一些能够较长时间保藏的方法，避免经常转接，在退化现象出现后，要加以复壮，以恢复正常的生产性能。
既然菌种退化是在菌体退化细胞占相当数量后，所显示的生产性能下降的现象，则完全有可能采取相应的措施予以复壮。
1．分离纯化
将已退化的菌株用无菌生理盐水制成悬浊液，并放入装有无菌玻璃球的三角瓶中，放在摇床上振荡20~30min，利用玻璃球的滚动，使菌体细胞均匀分散。再按通常的稀释操作将菌液稀释至10-4~10-6，分别做平板培养。然后挑取若干典型菌落，接到试管斜面培养基上培养，并分别做发酵试验，从中选出优良菌株供生产用。因为自发突变使菌体退化是负突变，有时也会发生正突变，产生个别高产细胞，在复壮工作中获取好菌株的可能性是存在的。
2．用高剂量的U．V．和低剂量MNNG联合对退化菌株进行处理
以期得到发生正突变的优良菌株，或使负突变细胞回复。
（五）菌种的诱变
菌种的诱变是通过诱变剂处理提高菌种的突变几率，扩大变异幅度，从中选出具有优良特性的变异菌株。诱变育种和其他育种方法比较，具有速度快、收效大、方法简便等优点，前菌种选育的一种重要方法。在生产中应用得十分普遍。但是诱发突变缺乏定性，因此诱变突变必须与大规模的筛选工作相配合才能收到良好的效果。以下分别叙述诱变育种工作流程和诱变育种工作中的三个重要环节：突变的诱发、突变株的筛选、突变基因的表达。
1．诱变菌种的流程
出发菌种（沙土管或冷冻管）→斜面（或肉汤培养24h）→单孢子悬液（或细菌悬液）→诱变处理（处理前后的孢子液或细菌悬液活菌计数）→涂布平板→挑取单菌落传种斜面→摇瓶初筛→挑出高产斜面→留种保藏菌种→传种斜面→摇瓶复筛→挑出高产菌株做稳定性试验和菌种特性考察→放大试验罐中试验→大型投产试验。整个流程按诱变过程和筛选过程两部分说明如下：
(1)诱变过程由出发菌种开始，制出新鲜孢子悬浮液（或细菌悬浮液）做诱变处理，然后以一定稀释度涂布平板，至平板上长出单菌落为止的各步骤为诱变过程。简述如下：
①菌种的斜面：出发菌种的斜面非常重要，其培养工艺最好是经过试验已知的最佳培养基和培养条件，要选取对诱变剂最敏感的斜面种龄，要求孢子数量适中。
②单孢子悬浮液制备。
③孢子计数：诱变处理前后的孢子悬液要孢子计数，以控制孢子悬液的孢子数和统计诱变致死率。常用于诱变处理的孢子悬液浓度为l05~l08个孢子/mL。孢子计数采用血球计数法在显微镜下直接计数。诱变致死率采用平板活菌计数来测定。
④单菌落分离：平皿内倾入20mL左右的培养基，凝固后，加入一定量经诱变处理的孢子液（以控制每一平皿生长10~50个菌落为合适的量），用刮棒涂布均匀后进行培养。
(2)筛选过程诱变处理的孢子，经单菌落分离长出单菌落后，随机挑选单菌落进行生产能力测定，每一被挑选的单菌落传种斜面后，在模拟发酵工艺的摇瓶中培养，然后测定其生产能力，筛选过程主要包括传种斜面、菌株保藏和筛选高产菌株这三项工作。
诱变形成的高产菌株的数量往往小于筛选的实验误差，这是筛选工业生产菌株时常见的情况。因为真正的高产菌株，往往需要经过产量提高的逐步累积过程，才能变得越来越明显。听以有必要多挑选一些出发菌株进行多步育种，以确保挑选出高产菌株。反复诱变和筛选，将会提高筛选效率，可参考如下速度快、效果好的筛选步骤：①将出发菌株诱变处理：②平板分离200株单孢子菌株；③摇瓶初筛挑50株高产菌株；④摇瓶复筛挑5株高产菌株为下一轮的出发菌株；⑤将5株出发菌株诱变处理；⑥平板分离各出发菌株，各挑40菌株（共200株）；⑦再次采用初筛挑50株，复筛挑5株的同样方式进行诱变和筛选。
2．突变的诱发
突变的诱发受到菌种的遗传特性、诱变剂、菌种的生理状态以及诱变处理时环境条件的影响。
(1)出发菌株出发菌株就是用来进行诱变试验的菌株。出发菌株的选择是诱变育种工作成败的关键。出发菌株的性能，如菌种的纯一性、菌种系谱、菌种的形态、生理、保存等特性，对诱变效果影响很大。挑选出发菌株有如下几点经验。①选择纯种作为出发菌株；②选择遗传特性好的菌株作为出发菌株；③选择对诱变剂敏感的菌株作为出发菌株。
(2)诱变剂的选择选择诱变剂主要是根据已经成功的经验。诱变作用不但决定于诱变剂，还与出发菌株的遗传背景有关。一般对于遗传上不稳定的菌株，可采用温和的诱变剂。或采用已见效果的诱变剂；对于遗传上较稳定的菌株则采用强烈的、不常用的、诱变谱广的诱变剂。要重视出发菌株的诱变系谱。不要经常采用同一种诱变剂反复处理，以防止诱变效应饱和；但也不要频频变换诱变剂，以避免造成菌种的遗传背景复杂，不利于高产菌株的稳定。
选择诱变剂时，还应该考虑诱变剂本身的特点。例如紫外线主要作用于DNA分子的嘧啶碱基。而亚硝酸则主要作用于DNA分子嘌呤碱基。紫外线和亚硝酸复合使用，突变谱宽、诱变效果好。
关于诱变剂的最适剂量，有人主张采用致死率较高的剂量，例如采用90%~99.9%致死率的剂量，认为高剂量虽然负变株多，但变异幅度大；也有人主张采用中等剂量，例如致死率75%～80%或更低的剂量，认为这种剂量不会导致太多的负变株和形态突变株，因而高产菌株出现率较高。更为重要的是，采用低剂量诱变剂可能更有利于高产菌株的稳定。
(3)影响诱变效果的因素除了出发菌株的遗传特性和诱变剂会影响诱变效果之外，菌种的生理状态、被处理菌株诱变前的预培养和诱变后的培养条件以及诱变处理时的外界条件等都会影响诱变效果。
菌种的生理状态与诱变效果有密切关系，例如碱基类似物、亚硝基胍(NTG)等只对分裂中的DNA有效，对静止的或休眠的孢子或细胞无效；而另外一些诱变剂，如紫外线、亚硝酸、烷化剂、电离辐射等能直接与DNA起反应，因此对静止的细胞也有诱变效应，但是对分裂中的细胞更有效。因此，放线菌、真菌的孢子在诱变前稍加萌发可以提高诱变率。
诱变处理前后的培养条件对诱变效果有明显的影响。可有意地于培养基中添加某些物质（如核酸碱基、咖啡因、氨基酸、氯化锂、重金属离子等）来影响细胞对DNA损伤的修复作用，使之出现更多的差错，而达到提高诱变率的目的。例如菌种在紫外线前，在富有核酸碱基的培养基中培养，能增加其对紫外线的敏感。相反，如果菌种在进行紫外线处理以前，培养于含有氯霉素（或缺乏色氨酸）的培养基中，则会降低突变率。紫外线诱变处理后，将孢子液分离于富有氨基酸的培养基中，则有利于菌种发生突变诱变率还受到其他外界条件，例如温度、氧气、pH、可见光等的影响。
3．突变株的筛选
菌体细胞经诱变剂处理后，要从大量的变异菌株中，把一些具有优良性状的突变株挑选出来，这需要有明确的筛选目标和筛选方法，需要进行认真细致的筛选工作，育种工作中常采用随机筛选和理性化筛选这两种筛选方法。
(1)随机筛选随机筛选即菌种经诱变处理后，进行平板分离，随机挑选单菌落，从中筛选高产菌株。为了提高筛选效率，常采用下列方法：
①摇瓶筛选法：摇瓶筛选的优点是培养条件与生产培养条件相接近，但工作量大、时间长、操作复杂。
②琼脂块筛选法：这是一种简便、迅速的初筛方法。将单菌落连同其生长培养基（琼指块）用打孔器取出，培养一段时间后，置于鉴定平板以测定其发酵产量。琼脂块筛选法的优点是操作简便、速度快。但是，固体培养条件和液体培养条件之间是有差异的，利用此法所取得的初筛结果，必须经摇瓶复筛验证。
③筛选自动化和筛选工具微型化：近年来，在研究筛选自动化方面有很大进展，筛选实验室实现了自动化和半自动化，大大提高了筛选效率。筛选工具的微型化也是很有意义的，例如将一些小瓶子取代现有的发酵摇瓶，在固定框架中振荡培养，可使操作简便，又可加大筛选量。但筛选工具微型化实验结果的准确性还有待提高。
(2)理性化筛选理性化筛选是运用遗传学、生物化学的原理，根据产物已知的或可能的生物合成途径、代谢调控机制和产物分子结构来进行设计和采用一些筛选方法，以打破微生物原有的代谢调控机制，获得能大量形成发酵产物的高产突变株。
要使微生物大量地积累初级代谢产物，最重要的是需打破反馈抑制调节。降低终产物浓度和抗反馈突变的育种是打破反馈抵制调节的重要措施。
①降低终产物浓度：降低终产物浓度有两种方法可以达到此目的：A．选育终产物的营养缺陷型菌株，在培养基中供给限量的终产物使该菌株能生长，但不致造成反馈调节，因而积累大量中间代谢产物。B.筛选细胞膜透性改变的突变株，使之大量分泌终产物，以降低细胞内终产物浓度，从而避免终产物反馈调节。
②筛选抗反馈突变菌株
A．筛选结构类似物（抗代谢物）抗性突变株：分离抗反馈突变菌株最常用的方法是用与代谢产物结构类似的化合物（结构类似物）处理微生物细胞群体，杀死或抑制绝大多数菌体细胞，选出能大量产生该代谢物的抗反馈突变株。结构类似物一方面具有和代谢物相似的结构，因而具有和代谢物相似的反馈调节作用，阻碍该代谢物的生成；另～方面它不同于代谢物，不具有正常的生理功能，对菌体细胞的正常代谢有阻碍作用，会抑制菌的生长或导致菌的死亡。
B．利用回复突变筛选抗反馈突变菌株：经诱变处理出发菌株，先选出对产物敏感的营养缺谄型，再将营养缺陷型进行第二次诱变处理得到回复突变株。筛选的目的不是要获得完全回复原状的回复突变株，而是希望经过两次诱发突变，所得的回复突变株有可能改变了产物合成酶调节位点的氨基酸的顺序，使之不能和产物结合，因而不受产物的反馈抑制。
4．突变基因的表达
菌种的发酵产量决定于菌种的遗传特性和菌种的培养条件。突变株的遗传特性改变了，其培养条件也应该做出相应的改变。在菌种选育过程的每个阶段，都需不断改进培养基和培养条件。以鉴别带有新特点的突变株，寻找符合生产上某些特殊要求的菌株。高产菌株被筛选出来以后，要进行最佳发酵条件的研究，使高产基因能在生产规模条件下得以表现。
5．诱变育种实例
在白酒工业中广为应用的黑曲霉UV-11菌株及其进一步变异株，就是将野生菌株202经紫外线、钴60和亚硝基胍以及高能电子进行反复交替诱变而得到的。有人将台湾根霉R13-5连续地用紫外线及MNNG进行处理，得到了一株温度敏感型变异株，用麸皮为原料进行固态培养，其产糖化酶活力比亲株高5～7倍，若采用深层液态培养法，则酶活力比亲株高15倍。若以紫外线等因子处理白酒生产用的糖化菌，其变异可提高耐单宁及分解单宁的能力。
现以酵母菌株为例。
(1)平板分离培养基酵母膏1%，蛋白胨2%，葡萄糖2%，玫瑰红0.003%，丙酸0. 19%，琼脂2%。
(2)原菌诱变将原菌稀释培养于培养皿中，置于20W紫外灯下30cm处照射25s，能引起原菌较好的变异，挑取典型菌落进行发酵实验，最后选得2株菌种。
(3)驯化
①直接驯化：将上述2株菌种分别接人酒精度为6%~9%的麦芽汁培养基中，于30℃培养48h，比较酵母的存活率，反复转接至存活率相近。再经YPDI培养基平板分离，选出较理想的菌株。
②将浓醪发酵菌株继续驯化：将诱变所得2株菌种进行浓醪发酵，酒精浓度为13%，取该发酵醪少许，接入酒精浓度8%的麦芽汁中培养24h，经YPDI培养基分离，挑选若干典型菌落，进行3次发酵对比试验，最后得到2株较理想的菌株。