1、第二章工業微生物基礎第二章工業微生物基礎 1、微生物的特點、微生物的特點 2、常見的工業微生物、常見的工業微生物 3、工業微生物菌種的分離和選育、工業微生物菌種的分離和選育4、工業微生物菌種的改良、工業微生物菌種的改良5、工業微生物菌種的保藏、工業微生物菌種的保藏6、工業微生物菌種的擴大培養、工業微生物菌種的擴大培養教教 學學 內內 容容重點內容重點內容一、微生物的特點一、微生物的特點 1、種類多，分布廣2、高面積-體積比，代謝能力強3、生長迅速，繁殖快4、適應性強，容易培養5、易變性 二、二、常見的工業微生物常見的工業微生物 微生物微生物指是指那些個指是指那些個體微小，結構體微小，結構簡單，

2、必須借簡單，必須借助顯微鏡的幫助顯微鏡的幫助才能看清它助才能看清它們外形的一群們外形的一群微小生物。微小生物。 廣義的微生物包括病毒、立克次氏體、細菌、放線菌、酵母菌、廣義的微生物包括病毒、立克次氏體、細菌、放線菌、酵母菌、霉菌、單細胞藻類、原生動物和支原體等。在發酵工業中經常遇到的霉菌、單細胞藻類、原生動物和支原體等。在發酵工業中經常遇到的是細菌、放線菌、酵母菌、霉菌及危害、放線菌生長的噬菌體。是細菌、放線菌、酵母菌、霉菌及危害、放線菌生長的噬菌體。 1、細菌 芽孢：某些細菌在其生長發育后期，可在細胞內芽孢：某些細菌在其生長發育后期，可在細胞內 形成一個圓形或橢圓形的抗逆性休眠體。形成一個圓

3、形或橢圓形的抗逆性休眠體。 抗熱、抗熱、抗輻射、抗化學物質。如熱解糖梭菌的營養細胞在抗輻射、抗化學物質。如熱解糖梭菌的營養細胞在5050度下經短時間即被殺死，而它的一群芽孢在度下經短時間即被殺死，而它的一群芽孢在132132度度下經下經4 4分多鐘才能殺死其中的分多鐘才能殺死其中的50%50%。2、放線菌 屬原核單細胞生物，有球菌、桿菌和螺旋菌三類，分革蘭氏陽屬原核單細胞生物，有球菌、桿菌和螺旋菌三類，分革蘭氏陽性菌和陰性菌。在發酵專業中常用的是桿菌，它易形成芽孢。性菌和陰性菌。在發酵專業中常用的是桿菌，它易形成芽孢。 屬原核生物，菌落呈放射狀，廣泛存在于泥土中，最大經濟屬原核生物，菌落呈放射

4、狀，廣泛存在于泥土中，最大經濟價值是用來生產抗生素。價值是用來生產抗生素。3、霉菌 4、酵母菌 屬真核生物，俗稱絲狀真菌。在發酵工業、農業、屬真核生物，俗稱絲狀真菌。在發酵工業、農業、食品和皮革等方面有重要用途，但易引起工業原料、食品和皮革等方面有重要用途，但易引起工業原料、產品和農副產品的發霉變質。產品和農副產品的發霉變質。 屬真核單細胞生物，主要生長在偏酸含糖量屬真核單細胞生物，主要生長在偏酸含糖量較高的環境中，中酒精、飲料等生產中有重要用較高的環境中，中酒精、飲料等生產中有重要用途。途。5、噬菌體 噬菌體侵染細菌過程課件欣賞三、工業上常用的微生物及用途 列表列表超級鏈接超級鏈接問題：在發

5、酵生產中，哪些是工業上常用的微生物？ 是一種感染原核生物的病毒。分烈性噬菌是一種感染原核生物的病毒。分烈性噬菌體和溫和噬菌體。能嚴重危害發酵生產。體和溫和噬菌體。能嚴重危害發酵生產。四、工業微生物菌種的分離和選育 （一）分離從自然界分離新菌種一般包括以下幾個步驟：從自然界分離新菌種一般包括以下幾個步驟：p12 采樣 增殖培養 純種分離 性能測定等幾個步驟 地點方法目的方法方法方法育種育種（二）選育（二）選育1、選育的目的 就是要改善菌種的特性，使能提高產量、改進質量、降低成本、改革工藝、方便管理及綜合利用等。 2、基本方法 自然選育、生產育種、抗噬菌體菌株的選育、誘變育種、代謝控制育種及原生質

6、體技術和體外重組dna技術（基因工程）等。 缺點：產量低、副產物多、生產周期長。 菌種選育就是按照生產的要求，根據微生物的遺傳和變異的理論，用人工方法造成菌種變異，再經過篩選而達到菌種選育的目的。 野生型菌株、變異菌株、菌種選育 名詞原生質體融合基本過程示意圖誘變育種誘變育種一般采用物理、化學誘變因素使微生物dna的堿基排列發生變化，以使排列錯誤的dna模板形成異常的遺傳信息，造成某些蛋白結構變異，而使細胞的功能發生改變。 （此為較傳統的方法p16） 代謝控制育種代謝控制育種主要有兩個方面：一方面是改變代謝通路的育種，另一方面改變代謝自動調節系統的育種。有關育種的方法在微生物學中已詳細介紹，這

7、里不再贅述。有關育種的方法在微生物學中已詳細介紹，這里不再贅述。原生質體融合基本過程示意圖 p19細胞壁細胞壁細胞壁溶解細胞壁溶解細胞膜細胞膜營養細胞營養細胞原生質體原生質體原生質體融合原生質體融合融合細胞融合細胞原生質體融合原生質體融合原生質體形成原生質體形成細胞壁再生細胞壁再生原生質體？ p18名詞名詞五、工業微生物菌種的保藏 1、菌種保藏的目的 使菌種的生命得以延續并保持它們原有的生物學特性。 2、菌種保藏的基本原理 使根據微生物生理、生化特點，人工地創造條件，使微生物處于代謝不活潑、生長繁殖受抑制的休眠狀態 。3、菌種保藏的具體方法斜面保藏法和穿刺保藏法 干燥保藏法懸液保藏法 冷凍干燥

8、保藏法液氨保藏法 低溫保藏法 六、菌種的擴大培養 . 1） 表面培養 表面培養是將純種微生物接種在固體或液體培養基的表面的在恒溫條件表面培養是將純種微生物接種在固體或液體培養基的表面的在恒溫條件下進行靜置培養的方法。下進行靜置培養的方法。 2） 固體培養 固體培養法是將純種微生物接種在固體培養基上。固體培養法是將純種微生物接種在固體培養基上。 如實驗室中進行的固體斜面培養、固體平板培養都是表面培養；進行液體培養時，若細胞在液面生長繁殖，形成一層膜狀物，也為表面培養。表面培養的特點是生長在培養基表面上的微生物既能與空氣接觸吸收氧氣，又能與培養基接觸吸收營養。但是由于表面培養近于自然培養，因此存在

9、生長緩慢，占用面積大，容易染菌等缺點，在大規模工業生產中很少采用，僅在實驗室或小試中用得較多。 1、微生物的培養方法、微生物的培養方法 4251 10011 0010 1010 1101 0001 0100 1011 工業上常用大米、麩皮、米糠、谷殼、木屑等為基本原料，適當補充一些其他營養成分和水分，經滅菌后制成微生物培養基。固體培養基的特點是疏松，在培養基內部充滿了空氣，因此既可以靜置培養，又可以通風培養。固體培養是介于表面培養和深層培養之間的一種培養方式，它的優點是設備簡單，投資少，適合于小規模生產。缺點是占地面積大，勞動強度高，產品質量不太穩定。 . 3） 液體深層培養 液體深層培養又叫

10、液體通風培養，菌體在液體培養基中處于懸浮狀態，導入培液體深層培養又叫液體通風培養，菌體在液體培養基中處于懸浮狀態，導入培養基中的空氣通過氣液界面傳質進入液相，再擴散進入細胞內部。液體深層培養是養基中的空氣通過氣液界面傳質進入液相，再擴散進入細胞內部。液體深層培養是在專門的發酵罐中進行的。在專門的發酵罐中進行的。 它的優點是可以根據微生物在生長過程中對碳源、氮源、生長因子等營養物質及溫度、ph值、需氧量等條件的不同需要，合理配制，補加各種營養物質和隨時調節溫度、ph值和通風量，這就有可能把微生物培養過程的生長、代謝都控制在最佳狀態而收到最好的培養效果。 2、微生物的擴大培養、微生物的擴大培養 現

11、代的發酵工業生產規模越來越大，每只發酵罐的容積有幾十立方米甚至幾百立方米，要使小小的微生物在幾十小時的較短時間內，完成如此巨大的發酵轉化任務，那就必須具備數量巨大的微生物細胞才行。 菌種擴大培養的目的： 就是要為每次發酵罐的投料，提供相當數量的代謝旺盛的種子。 種子擴大培養的任務： 不但要得到純而壯的培養物，而且要獲得活力旺盛的、接種數量足夠的培養物。 種子擴大培養的過程：斜面菌種 一級種子培養 二級種子培養 發酵罐 因為發酵時間的長短和接種量的大小有關，接種量大，發酵時間則短。將較多因為發酵時間的長短和接種量的大小有關，接種量大，發酵時間則短。將較多數量的成熟菌體接入發酵罐中，就有利于縮短發

12、酵時間，提高發酵罐利用率，數量的成熟菌體接入發酵罐中，就有利于縮短發酵時間，提高發酵罐利用率，并且也有利于減少染菌的機會。并且也有利于減少染菌的機會。 種子擴大培養流程圖種子擴大培養流程圖p25圖2-2實驗室種子制備階段實驗室種子制備階段（一級種子培養）（一級種子培養）生產車間種子制備階段生產車間種子制備階段（二級種子培養、（二級種子培養、 三級種子培養）三級種子培養）二級發酵二級發酵 三級發酵三級發酵砂土孢子砂土孢子冷凍干燥孢子冷凍干燥孢子斜面孢子斜面孢子搖瓶液體培養搖瓶液體培養茄子瓶斜面培養茄子瓶斜面培養固體培養基培養固體培養基培養一級種子罐一級種子罐二級種子罐二級種子罐發酵罐發酵罐 種子

13、罐級數種子罐級數是指制備種子需逐級擴大培養的次數，一般根據種子的生是指制備種子需逐級擴大培養的次數，一般根據種子的生長特性、孢子發芽及菌體繁殖速度，以及發酵罐的容積而定。對于生長快長特性、孢子發芽及菌體繁殖速度，以及發酵罐的容積而定。對于生長快的細菌，種子用量少，故種子罐數相應也少。如谷氨酸生產，種子接入種的細菌，種子用量少，故種子罐數相應也少。如谷氨酸生產，種子接入種子罐后于子罐后于32c培養培養7-10h，菌濃達到，菌濃達到108-109個個/ml，即可接入發酵罐作為種，即可接入發酵罐作為種子，這稱為一級種子罐擴大培養，也稱二級發酵。生長較慢的菌種，如青子，這稱為一級種子罐擴大培養，也稱二

14、級發酵。生長較慢的菌種，如青霉素生產菌種，種子接入一級種子罐霉素生產菌種，種子接入一級種子罐27c培養培養40h后，再需移入裝有新鮮培后，再需移入裝有新鮮培養基的第二級種子罐，于養基的第二級種子罐，于27c培養培養10-24h移至發酵罐作為種子，這稱為二移至發酵罐作為種子，這稱為二級種子罐擴大培養，也稱三級發酵。一般級種子罐擴大培養，也稱三級發酵。一般50m3發酵罐都采用三級發酵發酵罐都采用三級發酵。 種子罐的級數越多好還是越少好？ 種子罐的級數越少，越有利于簡化工藝和控制，并可減少由于多次移種而帶來染菌的機會。但也必須考慮盡量延長發酵罐最終代謝產物積累的時間，縮短由于種子發芽、生長而占用的非

15、生產時間，以提高發酵罐的生產率。 問題1問題2什么叫接種齡？以什么接種齡接種較好？ 指種子罐中培養的菌絲體開始移入下一級種子罐或發酵罐時的培養時間。通常接種齡以菌絲處于生命極為旺盛的對數生長期，且培養液中菌體尚未達到最高峰時較為合適。對于年輕的種子接入發酵罐后往往會出現前期生長緩慢，整個發酵周期延長；過老的種子會引起生產能力下降而菌絲過早自溶。 問題3什么叫接種量？以什么接種量接種較好？ 指移入的種子液體積和接種后培養液體積的比例。如大多數抗生素發酵的最適接種量為7%-15%，由棒狀桿菌進行谷氨酸發酵的接種量只需用1%。采用較大的接種量可以縮短發酵罐中菌絲繁殖到達高峰的時間，但是，如果接種量過

16、多，往往使菌絲生長過快，培養液粘度增加，造成溶解氧供應不足而影響產物的合成。 七、菌種退化及其防治 1、菌種退化的結果 使微生物個體和群體特征的各個方面發生變化，其中最重要的是使所需產物的生產產量下降、營養物質代謝和生長繁殖能力下降、發酵周期延長、抗不良環境條件性能減弱等。 菌種的退化不同于培養過程中由環境條件變化引起的表面的、暫時的變化，而是由個別、少數菌體細胞衰退后逐漸導致整個菌株退化的一個從量變到質變的遺傳變異過程。 2、菌種退化的原因 菌種的退化是由于微生物細胞內的dna 結構發生了變化，從而使由dna決定的性狀發生相應的變化。菌種的退化的原因可歸結為內因和外因兩個方面，即自身變化和環

17、境影響。 1）環境條件引起菌種退化 菌種連續傳代是菌種發生退化的直接原因。 使培養物常處于旺盛的生長狀態、且每次傳代時營養和環境條件都是在不斷的變化。2）菌種自身突變引起菌種退化 菌種的自發突變和回復突變是引起菌種自身變化的主要原因。菌種的自發突變和回復突變是引起菌種自身變化的主要原因。微生物細微生物細胞在每一世代中的突變機率一般為胞在每一世代中的突變機率一般為10-8-10-9，保藏在，保藏在0-4度時這一突變機率更小，但度時這一突變機率更小，但仍然不能排除菌種退化的可能。仍然不能排除菌種退化的可能。 名詞名詞回復突變? 指變異菌株因遺傳組成的自身修復，使原有的遺傳障礙解除，代謝途徑發生變化，從而恢復原有的特性，表現出原育種過程中已獲得的優良性狀的退化。 “返祖”3、菌種退化的防治 由于菌種的退化將會引起發酵過程的產量急劇下降，一旦發生菌種退化，就必須采取有效的預防和防治措施，防止菌種的優良性能發生退化，同時若發現某些優良性狀退化，應及時進行分離純化，使生產菌種保持穩定的優良特性。 1）退化菌種的復壯 名詞名詞菌種的復壯? 指已經退化的菌種中（淘汰）衰退的個體，使其恢復原