我國幅員遼闊，各地氣候條件、土質條件、植被條件差異很大，這為自然界中各種微生物的存在提供了良好的生存環境。自然界中微生物種類繁多，估計不少於幾十萬種，但目前已為人類研究及應用的不過千餘種。由於微生物到處都有，無孔不入，所以它們在自然界大多是以混雜的形式群居於一起的。而現代發酵工業是以純種培養為基礎，故采用各種不同的篩選手段，挑選出性能良好、符合生產需要的純種是工業育種的關鍵一步。自然界工業菌種分離篩選的主要步驟是：采樣、增殖培養、培養分離和篩選。如果產物與食品製造有關，還需對菌種進行毒性鑒定。
1. 采樣
以采集土壤為主。一般在有機質較多的肥沃土壤中，微生物的數量最多，中性偏堿的土壤以細菌和放線菌為主，酸性紅土壤及森林土壤中黴菌較多，果園、菜園和野果生長區等富含碳水化合物的土壤和沼澤地中，酵母和黴菌較多。采樣的對象也可以是植物，腐敗物品，某些水域等。采樣應充分考慮采樣的季節性和時間因素，以溫度適中，雨量不多的秋初為好。因為真正的原地菌群的出現可能是短暫的，如在夏季或冬季土壤中微生物存活數量較少，暴雨後土壤中微生物會顯著減少。采樣方式是在選好適當地點後，用無菌刮鏟、土樣采集器等，采集有代表性的樣品，如特定的土樣類型和土層，葉子碎屑和腐質，根係及根係周圍區域，海底水，泥及沉積物，植物表皮及各部，陰溝汙水及汙泥，反色動物第一胃內含物，發酵食品等。
具體采集土樣時，就森林、旱地、草地而言，可先掘洞，由土壤下層向上層順序采集；就水田等浸水土壤而言，一般是在不損土層結構的情況下插入圓筒采集。如果層次要求不嚴格，可取離地麵5~15cm處的土。將采集到的土樣盛入清潔的聚乙烯袋、牛皮袋或玻璃瓶中。采好的樣必須完整地標上樣本的種類及采集日期、地點以及采集地點的地理、生態參數等。采好的樣品應及時處理，暫不能處理的也應貯存於4℃下，但貯存時間不宜過長。這是因為一旦采樣結束，試樣中的微生物群體就脫離了原來的生態環境，其內部生態環境就會發生變化，微生物群體之間就會出現消長。如果要分離嗜冷菌，則在室溫下保存試樣會使嗜冷菌數量明顯降低。
在采集植物根際土樣時，一般方法是將植物根從土壤中慢慢拔出，浸漬在大量無菌水中約20min，洗去粘附在根上的土壤，然後再用無菌水漂洗下根部殘留的土，這部分土即為根際土樣。
在采集水樣時，將水樣收集於100m1幹淨、滅菌的廣口塑料瓶中。由於表層水中含有泥沙，應從較深的靜水層中采集水樣。方法是：握住采樣瓶浸入水中30~50cm處，瓶口朝下打開瓶蓋，讓水樣進入。如果有急流存在的話，應直接將瓶口反向於急流。水樣采集完畢時，應迅速從水中取出采集瓶並帶有較大的弧度。水樣不應裝滿采樣瓶，采集的水樣應在24h之內迅速進行檢測，或者4℃下貯存。
2. 增殖培養
一般情況下，采來的樣品可以直接進行分離，但是如果樣品中我們所需要的菌類含量並不很多，而另一些微生物卻大量存在。此時，為了容易分離到所需要的菌種，讓無關的微生物至少是在數量上不要增加，即設法增加所要菌種的數量，以增加分離的幾率。可以通過選擇性的配製培養基(如營養成分、添加抑製劑等)，選擇一定的培養條件(如培養溫度、培養基酸堿度等)來控製。具體方法是根據微生物利用碳源的特點，可選定糖、澱粉、纖維素，或者石油等，以其中的一種為唯一碳源，那麽隻有利用這一碳源的微生物才能大量正常生長，而其他微生物就可能死亡或淘汰。對G一菌有選擇的培養基(如結晶紫營養培養基、紅—紫膽汁瓊脂、煌綠膽汁瓊脂等)通常含有5%~10%的天然提取物。在分離細菌時，培養基中添加濃度一般為50μg／m1的抗真菌劑(如放線菌酮和製黴素)，可以抑製真菌的生長。在分離放線菌時，通常於培養基中加入1~5m1天然浸出汁(植物、岩石、有機混合腐質等的浸出汁) 作為最初分離的促進因子，由此可以分離出更多不同類型的放線菌類型；放線菌還可以十分有效地利用低濃度的底物和複雜底物(如幾丁質)，因此，大多數放線菌的分離培養是在貧脊或複雜底物的瓊脂平板上進行的，而不是在含豐富營養的生長培養基上分離的；在放線菌分離瓊脂中通常加入抗真菌劑製黴菌素或放線菌酮，以抑製真菌的繁殖；此外，為了對某些特殊種類的放線菌進行富集和分離，可選擇性地添加一些抗生素(如新生黴素)。在分離真菌時，利用低碳／氮比的培養基可使真菌生長菌落分散，利於計數、分離和簽定；在分離培養基中加入一定的抗生素如氯黴素、四環素、卡那黴素、青黴素、鏈黴素等即可有效地抑製細菌生長及其菌落形成；抑製細菌的另外一些方法有：在使用平皿之前，將平皿先幹燥3~4天；降低培養基的pH值或在無法降低pH時，加入1：30000玫瑰紅。這樣有利於下階段的純種分離。
3. 培養分離
通過增殖培養，樣品中的微生物還是處於混雜生長狀態。因此還必須分離，純化。在這一步，增殖培養的選擇性控製條件還應進一步應用，而且要控製得細一點，好一點。同時必須進行純種分離，常用的分離方法有稀釋分離法、劃線分離法和組織分離法。稀釋分離法的基本方法是將樣品進行適當稀釋，然後將稀釋液塗布於培養基平板上進行培養，待長出獨立的單個菌落，進行挑選分離。劃線分離法要首先倒培養基平板，然後用接種針(接種環)挑取樣品，在平板上劃線。劃線方法可用分步劃線法或一次劃線法，無論用哪種方法，基本原則是確保培養出單個菌落。組織分離法主要用於食用菌菌種或某些植物病原菌的分離。分離時，首先用10%漂白粉或0.1%升汞液對植物或器官組織進行表麵消毒，用無菌水洗滌數次後，移植到培養皿中的培養基上，於適宜溫度培養數天後，可見微生物向組織塊周圍擴展生長。經菌落特征和細胞特征觀察確認後，即可由菌落邊緣挑取部分菌種進行移接斜麵培養。
對於有些微生物如毛黴、根黴等在分離時，由於其菌絲的蔓延性，極易生長成片，很難挑取單菌落。常在培養基中添加0.1%的去氧膽酸鈉或在察氏培養基中添加0.1%的山梨糖及0.01%的蔗糖，利於單菌落的分離。
4. 篩選
經過分離培養，在平板上出現很多單個菌落，通過菌落形態觀察，選出所需菌落，然後取菌落的一半進行菌種鑒定，對於符合目的菌特性的菌落，可將之轉移到試管斜麵純培養。這種從自然界中分離得到的純種稱為野生型菌株，它隻是篩選的第一步，所得菌種是否具有生產上的實用價值，能否作為生產菌株，還必須采用與生產相近的培養基和培養條件，通過三角瓶的容量進行小型發酵試驗，以求得適合於工業生產用菌種。這一步是采用與生產相近的培養基和培養條件，通過三角瓶的容量進行小型發酵試驗，以求得適合於工業生產用菌種。如果此野生型菌株產量偏低，達不到工業生產的要求，可以留之作為菌種選育的出發菌株。
5. 毒性試驗
自然界的一些微生物在一定條件下將產生毒素，為了保證食品的安全性，凡是與食品工業有關的菌種，除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲黴、米曲黴和枯草杆菌無須作毒性試驗外，其他微生物均需通過兩年以上的毒性試驗。
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