即采用遺傳育種的方法，使野生型菌株(從自然界分離篩選而得的出發菌株)的遺傳因子 DNA發生突變、重組，從而從中選出產量高、成品質量好或具有新的培養特性如耐產物抑制、能利用廉價原料以及具有生產新品種能力的優良菌種。采用的方法有誘變育種、雜交育種、細胞融合技術和重組DNA技術。誘變育種是利用誘變因子如紫外線、鈷-60、乙烯亞胺類等物理或化學誘變劑處理生產菌株的單孢子懸浮液，以獲得誘發突變株。隨后進行突變株的篩選，從中篩選高產菌株。由于隨機的突變群體中，有益突變所占比例很低，要獲得高產突變株必須進行大量篩選。可根據生物合成途徑中的反應點,并通過它們的改變以提高產率或其他特性，如選育抗產物反饋抑制的突變株、增加細胞透性的突變株及營養缺陷型的突變株等。這種"理性篩選法"廣泛應用于氨基酸產生菌的選育。
 

也稱種子制備，是指菌種在一定條件下，經過擴大培養成為具有一定數量和質量的純生產菌種的制備過程。以作接入發酵罐中進一步擴大菌體量及合成產物之用。種子制備包括孢子制備和菌絲體制備(見圖)，其中(1)~(4)為孢子制備過程。保存在沙土管或冷凍管中的生產菌種，用無菌手續挑取少許，接入瓊脂斜面培養基上，在25℃(或較高溫度)下培養5~7天(或較長時間)。所得孢子還需進一步用較大表面積的固體培養基以獲得更多孢子，對于霉菌類孢子制備，多數采用大米、小米之類的天然培養基。將培養成熟的斜面孢子制成懸浮液，接種到扁瓶固體培養基上，于25~28℃培養14天。將成熟的扁瓶孢子于真空中抽干，使水分降至10%以下，并放入 4℃冰箱中備用。一次制得的孢子瓶可在生產上延續使用半年左右。放線菌孢子的培養基大多是采用麩皮或豌豆浸出液、牛肉膏及無機鹽與瓊脂制成的。將斜面孢子接入擴大的扁瓶孢子培養基中,于28~37℃培養5~14天。所獲得的大量孢子可直接作為種子罐 (6)的種子。如果有些生產菌種不產孢子，如赤霉素產生菌或產孢子不多的,則可采用搖瓶(5)液體培養制得菌絲體，作種子罐的種子。種子罐的目的是使接入有限的孢子或菌絲體迅速發芽、生長、繁殖成大量菌體。其中的培養基組分應是易于被菌體利用的碳源(如葡萄糖)和氮源(如玉米漿等),及無機鹽(如磷酸鹽)等。作為發酵罐(7)的種子應是生命力旺盛、染色深、菌絲粗壯,無雜菌及異常菌體。接種量一般在10%~20%。