工業(yè)微生物基礎(chǔ)課件

生化工藝第二章工業(yè)微生物基礎(chǔ)生化工藝第二章工業(yè)微生物基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物及要求，了解工業(yè)微生物菌種的選育與改良。掌握工業(yè)微生物菌種的保藏，衰退與復(fù)壯。重點(diǎn)掌握種子的擴(kuò)大培養(yǎng)和制備工藝。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物及要求，了解微生物的特點(diǎn)種類多、分布廣生長(zhǎng)迅速，繁殖快代謝能力強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)，容易培養(yǎng)易變性微生物的特點(diǎn)種類多、分布廣生長(zhǎng)迅速，繁殖快代謝能力強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)發(fā)酵工業(yè)所用菌種總趨勢(shì)野生菌種轉(zhuǎn)向變異菌種自然選育轉(zhuǎn)向代謝育種誘發(fā)基因突變轉(zhuǎn)向基因重組的定向育種發(fā)酵工業(yè)所用菌種總趨勢(shì)野生菌種轉(zhuǎn)向變異菌種自然選育轉(zhuǎn)向代謝育工業(yè)用微生物菌種要求菌種不是病原菌發(fā)酵周期短菌種純凈對(duì)設(shè)備要求低抗噬菌體能力強(qiáng)誘變敏感能夠利用廉價(jià)原料利于分離工業(yè)用微生物菌種要求菌種不是病原菌發(fā)酵周期短菌種純凈對(duì)設(shè)備要第一節(jié)工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物第一節(jié)工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物1.細(xì)菌原核單細(xì)胞生物，是自然界分布最廣、數(shù)量最多的一類微生物。有球菌、桿菌、螺旋菌三類。發(fā)酵工業(yè)中常用的桿菌，它易形成芽孢。工業(yè)生產(chǎn)常用桿菌有：枯草芽孢桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等。主要用于生產(chǎn)淀粉酶、乳酸、乙酸和氨基酸等1.細(xì)菌原核單細(xì)胞生物，是自然界分布最廣、數(shù)量最多的一類微生2.酵母菌單細(xì)胞真核生物，自然界普遍存在，主要分布于含糖較多的酸性環(huán)境中。酵母菌多為腐生，以芽殖形式進(jìn)行繁殖。工業(yè)上用的酵母菌有：啤酒酵母、假絲酵母、類酵母等。主要用于釀酒、制作面包、生產(chǎn)脂肪酶以及可食用、藥用和飼料用酵母菌體蛋白。2.酵母菌單細(xì)胞真核生物，自然界普遍存在，主要分布于含糖較多3.霉菌真核生物，俗稱絲狀真菌。主要分布于偏酸環(huán)境中，多為好氧性，腐生。繁殖能力很強(qiáng)。工業(yè)上常用的霉菌有：紅曲霉、曲霉、青霉等。主要用于生產(chǎn)多種酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素等易引起工業(yè)原料、產(chǎn)品和農(nóng)副產(chǎn)品變質(zhì)。3.霉菌真核生物，俗稱絲狀真菌。主要分布于偏酸環(huán)境中，多為好4.放線菌原核生物類群，菌落成放射狀，分布廣，多存在于微堿性土壤中，多腐生。最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在于能產(chǎn)生多種抗生素。4.放線菌原核生物類群，菌落成放射狀，分布廣，多存在于微堿性5.噬菌體是一種感染原核生物的病毒，能嚴(yán)重危害發(fā)酵生產(chǎn)。5.噬菌體是一種感染原核生物的病毒，能嚴(yán)重危害發(fā)酵生產(chǎn)。我們的任務(wù)發(fā)掘、利用、改善和保護(hù)有益微生物控制、消滅和改造有害微生物我們的任務(wù)發(fā)掘、利用、改善和保護(hù)有益微生物控制、消滅和改造有工業(yè)生產(chǎn)對(duì)菌體的要求原料廉價(jià)、生長(zhǎng)迅速、目的產(chǎn)物產(chǎn)量高易于控制培養(yǎng)條件，酶活性高，發(fā)酵周期短抗雜菌和噬菌體的能力強(qiáng)菌種遺傳性穩(wěn)定，不易變異和退化，不產(chǎn)生有害物質(zhì)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)菌體的要求原料廉價(jià)、生長(zhǎng)迅速、目的產(chǎn)物產(chǎn)量高易于控第二節(jié)工業(yè)微生物菌種的選育和改良第二節(jié)工業(yè)微生物菌種的選育和改良選育發(fā)酵法生產(chǎn)產(chǎn)品，首先要由一個(gè)良好的菌種。菌種選育的目的是改良菌種的特性，使其符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。菌種選育包括自然選育和誘變選育。選育發(fā)酵法生產(chǎn)產(chǎn)品，首先要由一個(gè)良好的菌種。自然選育自然選育包括從自然界分離獲得菌株和根據(jù)菌種的自發(fā)突變進(jìn)行篩選而獲得菌種。采樣增殖培養(yǎng)純種分離性能測(cè)定自然選育自然選育包括從自然界分離獲得菌株和根據(jù)菌種的自發(fā)突變?cè)鲋撑囵B(yǎng)

所謂增殖培養(yǎng)就是給混合菌群提供一些有利于所需菌株生長(zhǎng)或不利其他菌型生長(zhǎng)的條件，以促使目標(biāo)菌種大量繁殖，從而有利于分離。增殖培養(yǎng)誘變育種1.選育的目的改善菌種的特性，使能提高產(chǎn)量、改進(jìn)質(zhì)量、降低成本、改革工藝、方便管理及綜合利用。2.基本方法自然選育、生產(chǎn)育種、誘變育種、代謝控制育種及原生質(zhì)體技術(shù)和體外重組DNA等。誘變育種1.選育的目的誘變育種代謝控制育種一般采用物理、化學(xué)誘變因素使微生物DNA的堿基排列發(fā)生變化，以使排列錯(cuò)誤的DNA模板形成異常的遺傳信息，造成某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，而使細(xì)胞的功能發(fā)生改變。

改變代謝通路的育種改變代謝自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的育種誘變育種代謝控制育種一般采用物理、化學(xué)誘變因素使微生物DNA誘變育種的特點(diǎn)不僅可以提高菌株的生產(chǎn)能力，而且還可以改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，擴(kuò)大品種，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。速度快，收效顯著和方法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。誘變育種缺乏定向性，且工作量大，有的誘變因素對(duì)某些菌種的作用不明顯。誘變育種的特點(diǎn)不僅可以提高菌株的生產(chǎn)能力，而且還可以改進(jìn)產(chǎn)品物理誘變劑化學(xué)誘變劑主要為各種射線，如紫外線，x射線、γ射線、α射線、β射線和超聲波等。其中主要以紫外線應(yīng)用最為廣泛。在紫外線作用下能使DNA鏈斷裂、DNA分子內(nèi)和分子間發(fā)生交聯(lián)、從而導(dǎo)致菌體的遺傳性狀發(fā)生改變?；瘜W(xué)誘變劑作用于微生物細(xì)胞，能夠特異地與某些基團(tuán)起作用，即引起物質(zhì)的原發(fā)損傷和細(xì)胞代謝方式的改變，失去原有特性，并建立起新的表型。物理誘變劑化學(xué)誘變劑主要為各種射線，如紫外線，x射線、γ射線作業(yè)1.常用工業(yè)用微生物的種類有哪些？每種列舉三個(gè)典型代表，并說明其主要的發(fā)酵產(chǎn)品？2.簡(jiǎn)述工業(yè)用微生物菌種的要求？作業(yè)1.常用工業(yè)用微生物的種類有哪些？每種列舉三個(gè)典型代表，第三節(jié)工業(yè)微生物菌種的保藏、衰退與復(fù)壯第三節(jié)工業(yè)微生物菌種的保藏、衰退與復(fù)壯菌種保藏的原理及方法保持生產(chǎn)性能的穩(wěn)定、不污染雜菌、不死亡菌種保藏原理根據(jù)菌種的特點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)和方法菌種保藏方法常規(guī)保藏永久保藏菌種保藏注意注意菌種狀態(tài)菌種保藏所用的基質(zhì)注意操作菌種保藏的原理及方法菌種保藏原理根據(jù)菌種的特點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)和方法理想菌種保藏方法應(yīng)具備的條件1.經(jīng)長(zhǎng)期保藏后菌種存活健在。2.保證高產(chǎn)突變菌株不改變表型或基因型，特別是不改變初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的高能力。理想菌種保藏方法應(yīng)具備的條件1.經(jīng)長(zhǎng)期保藏后菌種存活健在。菌種保藏原理1.根據(jù)菌種的生理、生化特性，人工創(chuàng)造條件使菌體的代謝活動(dòng)處于休眠狀態(tài)。2.保藏時(shí)，一般利用菌種的休眠體，創(chuàng)造最有利于休眠狀態(tài)的環(huán)境條件，如低溫、干燥、隔絕空氣或氧氣、缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)添加保護(hù)劑或酸度中和劑等。3.考慮經(jīng)濟(jì)適用性、方法簡(jiǎn)單可行。菌種保藏原理1.根據(jù)菌種的生理、生化特性，人工創(chuàng)造條件使菌體菌種的保藏原理由于微生物的生物多樣性，不同的微生物往往對(duì)不同的保藏方法有不同的適應(yīng)性。因此，在具體選擇保藏方法時(shí)必須對(duì)被保藏菌株的特性、保藏物的使用特點(diǎn)及現(xiàn)有條件等進(jìn)行綜合考慮。菌種的保藏原理由于微生物的生物多樣性，不同的微菌種保藏方法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保藏法固體曲保藏法砂土管保藏法冷凍干燥法液氮超低溫保藏法菌種保藏方法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保藏法固體曲保藏法砂土保藏方法時(shí)效暫時(shí)保藏法長(zhǎng)期保藏法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保藏法砂土管保藏法冷凍干燥法液氮超低溫保藏法保藏方法時(shí)效暫時(shí)保藏法長(zhǎng)期保藏法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保斜面低溫保藏法將菌種接種在適宜的斜面培養(yǎng)基上，待菌種生長(zhǎng)完全后，置于4℃左右的冰箱中繼續(xù)保藏，每隔一定時(shí)間（保藏期）再接換至新的培養(yǎng)基斜面上，生長(zhǎng)后繼續(xù)保藏，如此連續(xù)。該法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行、存活率高、利于推廣；缺點(diǎn)：菌株仍有一定程度的代謝活動(dòng)能力，保藏期短，傳代次數(shù)多，菌種較容易發(fā)生變異和被感染。斜面低溫保藏法將菌種接種在適宜的斜面培養(yǎng)基上，待菌種生長(zhǎng)完全其他保藏方法液體石蠟封存保藏法由于液體石蠟阻隔了空氣，使菌體處于缺氧狀態(tài)下，又防止了水分揮發(fā)，使培養(yǎng)物不會(huì)干裂。使用于保藏霉菌、酵母菌、放線菌、好氧細(xì)菌等，但對(duì)很多厭氧性細(xì)菌的保藏效果差。固體曲保藏法此法適用于產(chǎn)孢子的霉菌和某些放線菌，保藏期在1年以上。操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工廠多選用。砂土保藏法兼具低溫、干燥、隔氧和無營(yíng)養(yǎng)物等諸條件，保藏期較長(zhǎng)、效果較好，且微生物移接方便，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便。其他保藏方法液體石蠟封存保藏法由于液體石蠟阻隔了空氣，使菌體冷凍保藏冷凍保藏為保藏微生物菌種的最簡(jiǎn)單而有效的方法。通過冷凍，使微生物代謝活動(dòng)停止。一般而言，冷凍溫度越低，效果愈好。為了獲得滿意的冷凍結(jié)果，通常應(yīng)在培養(yǎng)物中加入一定的冷凍保護(hù)劑。冷凍保藏時(shí)溫度要求在-20℃以下，同時(shí)應(yīng)該認(rèn)真掌握冷凍速度和解凍速度。冷凍深藏的缺點(diǎn)之一是培養(yǎng)物運(yùn)輸較困難。冷凍保藏冷凍保藏為保藏微生物菌種的最簡(jiǎn)單而有效的方法。冷凍保藏種類普通冷凍保藏技術(shù)-20℃超低溫冷凍保藏技術(shù)-60～-80℃液氮冷凍保藏技術(shù)液氮溫度可達(dá)到-196℃冷凍保藏種類普通冷凍保藏技術(shù)-20℃超低溫冷凍保藏技術(shù)-60低溫、超低溫保藏技術(shù)普通冷凍保藏技術(shù)超低溫保藏技術(shù)一次解凍的菌株不宜再次保藏注意控制保藏溫度，培養(yǎng)瓶或試管應(yīng)嚴(yán)格密封方法簡(jiǎn)便易行，但不適宜多數(shù)微生物的長(zhǎng)期保藏適宜長(zhǎng)期保藏微生物菌株，溫度一般控制在-60℃以下保藏前處理復(fù)雜低溫、超低溫保藏技術(shù)普通冷凍保藏技術(shù)超低溫保藏技術(shù)一次解凍的液氮超低溫保藏法液氮超低溫保藏法簡(jiǎn)便易行，關(guān)鍵是液氮、冰箱。要點(diǎn)是：將要保藏的菌種置于冷凍保護(hù)劑中，密封于安瓿瓶?jī)?nèi)，先將菌液降至0℃，再以每分鐘降低1℃的速度降至-35℃，然后將安瓿瓶置于液氮中保藏。液氮超低溫保藏法液氮超低溫保藏法簡(jiǎn)便易行，關(guān)鍵是液氮、冰箱。冷干保藏冷凍干燥的基本方法：是通過在減壓條件下使凍結(jié)的細(xì)胞懸浮液中的水分生化，使培養(yǎng)物干燥。此法是微生物菌種長(zhǎng)期保藏的最為有效的方法之一。大部分微生物菌種可以在冷干狀態(tài)下保藏10年之久而不喪失活力。而且經(jīng)冷干后的菌株無需進(jìn)行冷凍保藏，便于運(yùn)輸。冷干保藏冷凍干燥的基本方法：是通過在減壓條件下使凍結(jié)的細(xì)胞懸二、菌種的衰退二、菌種的衰退一、菌種的衰退表現(xiàn)是在細(xì)胞群體中發(fā)生的一系列生物學(xué)性狀由量變到質(zhì)變的逐步演變過程。大量群體中的自發(fā)突變。對(duì)產(chǎn)量性狀來講，菌種的負(fù)變就是衰退；典型性狀變得不典型；生長(zhǎng)速度緩慢；代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力降低；抗不良環(huán)境條件能力減弱。一、菌種的衰退表現(xiàn)是在細(xì)胞群體中發(fā)生的一系列生物學(xué)性狀由量變菌種衰退的原因菌種保藏不妥善菌種發(fā)生突變或回復(fù)菌種生長(zhǎng)條件不滿足菌種衰退的原因菌種保藏不妥善菌種發(fā)生突變或回復(fù)菌種生長(zhǎng)條件不菌種連續(xù)傳代是退化直接原因菌種連續(xù)傳代是退化直接原因菌種性能的改變菌種遺傳特性的改變菌種生理狀況的改變異核現(xiàn)象導(dǎo)致微生物群體發(fā)生變異。自發(fā)突變導(dǎo)致菌體遺傳特性改變。突變所產(chǎn)生的變種或雜交重組所形成具有不同基因型的個(gè)體。菌種群體不純。菌種培養(yǎng)基可通過影響菌種的生理狀況而影響發(fā)酵產(chǎn)量。某些活化或阻遏狀態(tài)的基因，改變菌種生理狀態(tài)。菌種性能的改變菌種遺傳特性的改變菌種生理狀況的改變異核現(xiàn)象導(dǎo)實(shí)踐中關(guān)于防止菌種衰退菌種衰退性能改變衰退原因防止辦法優(yōu)質(zhì)保藏傳代良好菌種復(fù)壯菌種分離、純化實(shí)踐中關(guān)于防止菌種衰退菌種衰退性能改變衰退原因防止辦法優(yōu)質(zhì)保防止衰退辦法1.選育生產(chǎn)性能穩(wěn)定的菌株作為生產(chǎn)菌株經(jīng)誘變等處理的菌種要連續(xù)傳代、分離純化，防止回復(fù)突變。2.控制傳代次數(shù)盡量避免不必要的移種和傳代，并將必要的傳代降到最低，減少自發(fā)突變防止衰退辦法1.選育生產(chǎn)性能穩(wěn)定的菌株作為生產(chǎn)菌株防止衰退辦法3.創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件創(chuàng)造一個(gè)適合原種的生長(zhǎng)條件，就可以在一定程度上防止菌種衰退。4.利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行接種傳代5.采取有效的菌種保藏方法防止衰退辦法3.創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件三、菌種的復(fù)壯

菌種發(fā)生衰退后，通過純種分離和測(cè)定典型性狀、生產(chǎn)能力等指標(biāo)，從衰退的群體中篩選出少數(shù)尚未發(fā)生退化的個(gè)體，以達(dá)到恢復(fù)原菌株固有性狀的相應(yīng)措施三、菌種的復(fù)壯復(fù)壯的方法純種分離分離出保持原有典型性狀的菌株擴(kuò)大培養(yǎng)，恢復(fù)菌株的典型性通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯接種到相應(yīng)的寄主體內(nèi)再重新分離菌株淘汰已衰退的個(gè)體低溫下處理低溫存活個(gè)體中保留未退化的健壯個(gè)體復(fù)壯的方法純種分離分離出保持原有典型性狀的菌株擴(kuò)大培養(yǎng)，恢復(fù)種子的擴(kuò)大培養(yǎng)種子的擴(kuò)大培養(yǎng)種子的擴(kuò)大培養(yǎng)是發(fā)酵生產(chǎn)的第一道工序，稱為種子制備。

使菌體數(shù)量增加，并具有高質(zhì)量的生產(chǎn)種子供發(fā)酵使用。種子的擴(kuò)大培養(yǎng)如何提供發(fā)酵產(chǎn)量高、生產(chǎn)性能穩(wěn)定、數(shù)量足夠且不被雜菌污染的生產(chǎn)菌種？如何提供發(fā)酵產(chǎn)量高、生產(chǎn)性能穩(wěn)定、數(shù)量足夠且不被雜菌污染的生一、任務(wù)為每次發(fā)酵罐的投料提供相當(dāng)數(shù)量的代謝旺盛的種子。種子擴(kuò)大培養(yǎng)的任務(wù)，不但要得到純而壯的培養(yǎng)物，還有獲得活力旺盛的、接種數(shù)量足夠的培養(yǎng)物。一、任務(wù)為每次發(fā)酵罐的投料提供相當(dāng)數(shù)量的代謝旺盛的種子。二、目的接種量的需要菌種的馴化縮短發(fā)酵時(shí)間保證生產(chǎn)二、目的接種量的需要三、制備過程固體培養(yǎng)孢子制備霉菌孢子制備細(xì)菌培養(yǎng)物的制備液體培養(yǎng)搖瓶種子制備種子罐種子制備三、制備過程固體培養(yǎng)孢子制備霉菌孢子制備細(xì)菌培養(yǎng)物的制備液體孢子培養(yǎng)是種子制備的開始，是發(fā)酵生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。孢子的質(zhì)量、數(shù)量對(duì)以后菌絲的生長(zhǎng)、繁殖和發(fā)酵都有明顯的影響。種子制備是將固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)出的孢子或菌體轉(zhuǎn)入道液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，使其繁殖成大量菌絲或菌體的過程。孢子培養(yǎng)是種子制備的開始，是發(fā)酵生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。孢子的質(zhì)搖瓶種子制備某些孢子發(fā)芽和菌絲繁殖速度緩慢的菌種，需將孢子經(jīng)搖瓶培養(yǎng)成菌絲后再入種子罐。搖瓶相當(dāng)于微縮種子罐，其培養(yǎng)配方和培養(yǎng)條件與種子罐相似。種子罐種子制備工藝過程因菌種不同，一般分為一級(jí)種子、二級(jí)種子和三級(jí)種子制備。種子罐的級(jí)數(shù)主要決定于菌種的性質(zhì)和菌體生長(zhǎng)速度及發(fā)酵設(shè)備的合理應(yīng)用。搖瓶種子制備某些孢子發(fā)芽和菌絲繁殖速度緩慢的菌種，需將孢子經(jīng)種子培養(yǎng)種子培養(yǎng)要求一定量的種子，在適宜的培養(yǎng)基中，控制一定的培養(yǎng)條件和培養(yǎng)方法，從而保證種子正常生長(zhǎng)。工業(yè)微生物培養(yǎng)法分為靜置培養(yǎng)和通氣培養(yǎng)兩大類。靜置培養(yǎng)法即將培養(yǎng)基盛于發(fā)酵容器中，接種后，不通空氣進(jìn)行培養(yǎng)通氣培養(yǎng)法的生產(chǎn)菌種以需氧菌和兼性需氧菌居多，必須提供氧氣，又稱為好氣性培養(yǎng)。種子培養(yǎng)表面培養(yǎng)表面培養(yǎng)是一種好氧靜置培養(yǎng)法菌體生長(zhǎng)速度與培養(yǎng)基的深度有關(guān)固體培養(yǎng)淺盤固體培養(yǎng)和深層固體培養(yǎng)統(tǒng)稱為曲法培養(yǎng)液體深層培養(yǎng)根據(jù)要求選擇最佳培養(yǎng)條件表面培養(yǎng)表面培養(yǎng)是一種好氧靜置培養(yǎng)法菌體生長(zhǎng)速度與培養(yǎng)基的深深層培養(yǎng)的三個(gè)控制點(diǎn)1.滅菌發(fā)酵工業(yè)要求純培養(yǎng)，對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行加熱滅菌2.溫度控制培養(yǎng)基滅菌后，冷卻至培養(yǎng)溫度通冷卻水循環(huán)3.通氣、攪拌空氣進(jìn)入先通過濾器除雜菌攪拌將空氣分散深層培養(yǎng)的三個(gè)控制點(diǎn)1.滅菌種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞或菌體種子培養(yǎng)的目的是獲得健壯和足夠量的菌體菌體形態(tài)、濃度及培養(yǎng)液外觀是種子質(zhì)量的重要指標(biāo)生化指標(biāo)種子液的糖、氮、磷含量的變化和PH變化種子液質(zhì)量是以這些物質(zhì)的利用情況及變化為指標(biāo)產(chǎn)物生成量和酶活力種子液中產(chǎn)物的生成量是重要的指標(biāo)某種酶的活力是一種較新的方法種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞或菌體種子培養(yǎng)的目的是獲得健壯和足夠量的菌體生化工藝第二章工業(yè)微生物基礎(chǔ)生化工藝第二章工業(yè)微生物基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物及要求，了解工業(yè)微生物菌種的選育與改良。掌握工業(yè)微生物菌種的保藏，衰退與復(fù)壯。重點(diǎn)掌握種子的擴(kuò)大培養(yǎng)和制備工藝。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物及要求，了解微生物的特點(diǎn)種類多、分布廣生長(zhǎng)迅速，繁殖快代謝能力強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)，容易培養(yǎng)易變性微生物的特點(diǎn)種類多、分布廣生長(zhǎng)迅速，繁殖快代謝能力強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)發(fā)酵工業(yè)所用菌種總趨勢(shì)野生菌種轉(zhuǎn)向變異菌種自然選育轉(zhuǎn)向代謝育種誘發(fā)基因突變轉(zhuǎn)向基因重組的定向育種發(fā)酵工業(yè)所用菌種總趨勢(shì)野生菌種轉(zhuǎn)向變異菌種自然選育轉(zhuǎn)向代謝育工業(yè)用微生物菌種要求菌種不是病原菌發(fā)酵周期短菌種純凈對(duì)設(shè)備要求低抗噬菌體能力強(qiáng)誘變敏感能夠利用廉價(jià)原料利于分離工業(yè)用微生物菌種要求菌種不是病原菌發(fā)酵周期短菌種純凈對(duì)設(shè)備要第一節(jié)工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物第一節(jié)工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物1.細(xì)菌原核單細(xì)胞生物，是自然界分布最廣、數(shù)量最多的一類微生物。有球菌、桿菌、螺旋菌三類。發(fā)酵工業(yè)中常用的桿菌，它易形成芽孢。工業(yè)生產(chǎn)常用桿菌有：枯草芽孢桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等。主要用于生產(chǎn)淀粉酶、乳酸、乙酸和氨基酸等1.細(xì)菌原核單細(xì)胞生物，是自然界分布最廣、數(shù)量最多的一類微生2.酵母菌單細(xì)胞真核生物，自然界普遍存在，主要分布于含糖較多的酸性環(huán)境中。酵母菌多為腐生，以芽殖形式進(jìn)行繁殖。工業(yè)上用的酵母菌有：啤酒酵母、假絲酵母、類酵母等。主要用于釀酒、制作面包、生產(chǎn)脂肪酶以及可食用、藥用和飼料用酵母菌體蛋白。2.酵母菌單細(xì)胞真核生物，自然界普遍存在，主要分布于含糖較多3.霉菌真核生物，俗稱絲狀真菌。主要分布于偏酸環(huán)境中，多為好氧性，腐生。繁殖能力很強(qiáng)。工業(yè)上常用的霉菌有：紅曲霉、曲霉、青霉等。主要用于生產(chǎn)多種酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素等易引起工業(yè)原料、產(chǎn)品和農(nóng)副產(chǎn)品變質(zhì)。3.霉菌真核生物，俗稱絲狀真菌。主要分布于偏酸環(huán)境中，多為好4.放線菌原核生物類群，菌落成放射狀，分布廣，多存在于微堿性土壤中，多腐生。最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在于能產(chǎn)生多種抗生素。4.放線菌原核生物類群，菌落成放射狀，分布廣，多存在于微堿性5.噬菌體是一種感染原核生物的病毒，能嚴(yán)重危害發(fā)酵生產(chǎn)。5.噬菌體是一種感染原核生物的病毒，能嚴(yán)重危害發(fā)酵生產(chǎn)。我們的任務(wù)發(fā)掘、利用、改善和保護(hù)有益微生物控制、消滅和改造有害微生物我們的任務(wù)發(fā)掘、利用、改善和保護(hù)有益微生物控制、消滅和改造有工業(yè)生產(chǎn)對(duì)菌體的要求原料廉價(jià)、生長(zhǎng)迅速、目的產(chǎn)物產(chǎn)量高易于控制培養(yǎng)條件，酶活性高，發(fā)酵周期短抗雜菌和噬菌體的能力強(qiáng)菌種遺傳性穩(wěn)定，不易變異和退化，不產(chǎn)生有害物質(zhì)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)菌體的要求原料廉價(jià)、生長(zhǎng)迅速、目的產(chǎn)物產(chǎn)量高易于控第二節(jié)工業(yè)微生物菌種的選育和改良第二節(jié)工業(yè)微生物菌種的選育和改良選育發(fā)酵法生產(chǎn)產(chǎn)品，首先要由一個(gè)良好的菌種。菌種選育的目的是改良菌種的特性，使其符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。菌種選育包括自然選育和誘變選育。選育發(fā)酵法生產(chǎn)產(chǎn)品，首先要由一個(gè)良好的菌種。自然選育自然選育包括從自然界分離獲得菌株和根據(jù)菌種的自發(fā)突變進(jìn)行篩選而獲得菌種。采樣增殖培養(yǎng)純種分離性能測(cè)定自然選育自然選育包括從自然界分離獲得菌株和根據(jù)菌種的自發(fā)突變?cè)鲋撑囵B(yǎng)

所謂增殖培養(yǎng)就是給混合菌群提供一些有利于所需菌株生長(zhǎng)或不利其他菌型生長(zhǎng)的條件，以促使目標(biāo)菌種大量繁殖，從而有利于分離。增殖培養(yǎng)誘變育種1.選育的目的改善菌種的特性，使能提高產(chǎn)量、改進(jìn)質(zhì)量、降低成本、改革工藝、方便管理及綜合利用。2.基本方法自然選育、生產(chǎn)育種、誘變育種、代謝控制育種及原生質(zhì)體技術(shù)和體外重組DNA等。誘變育種1.選育的目的誘變育種代謝控制育種一般采用物理、化學(xué)誘變因素使微生物DNA的堿基排列發(fā)生變化，以使排列錯(cuò)誤的DNA模板形成異常的遺傳信息，造成某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，而使細(xì)胞的功能發(fā)生改變。

改變代謝通路的育種改變代謝自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的育種誘變育種代謝控制育種一般采用物理、化學(xué)誘變因素使微生物DNA誘變育種的特點(diǎn)不僅可以提高菌株的生產(chǎn)能力，而且還可以改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，擴(kuò)大品種，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。速度快，收效顯著和方法簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。誘變育種缺乏定向性，且工作量大，有的誘變因素對(duì)某些菌種的作用不明顯。誘變育種的特點(diǎn)不僅可以提高菌株的生產(chǎn)能力，而且還可以改進(jìn)產(chǎn)品物理誘變劑化學(xué)誘變劑主要為各種射線，如紫外線，x射線、γ射線、α射線、β射線和超聲波等。其中主要以紫外線應(yīng)用最為廣泛。在紫外線作用下能使DNA鏈斷裂、DNA分子內(nèi)和分子間發(fā)生交聯(lián)、從而導(dǎo)致菌體的遺傳性狀發(fā)生改變。化學(xué)誘變劑作用于微生物細(xì)胞，能夠特異地與某些基團(tuán)起作用，即引起物質(zhì)的原發(fā)損傷和細(xì)胞代謝方式的改變，失去原有特性，并建立起新的表型。物理誘變劑化學(xué)誘變劑主要為各種射線，如紫外線，x射線、γ射線作業(yè)1.常用工業(yè)用微生物的種類有哪些？每種列舉三個(gè)典型代表，并說明其主要的發(fā)酵產(chǎn)品？2.簡(jiǎn)述工業(yè)用微生物菌種的要求？作業(yè)1.常用工業(yè)用微生物的種類有哪些？每種列舉三個(gè)典型代表，第三節(jié)工業(yè)微生物菌種的保藏、衰退與復(fù)壯第三節(jié)工業(yè)微生物菌種的保藏、衰退與復(fù)壯菌種保藏的原理及方法保持生產(chǎn)性能的穩(wěn)定、不污染雜菌、不死亡菌種保藏原理根據(jù)菌種的特點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)和方法菌種保藏方法常規(guī)保藏永久保藏菌種保藏注意注意菌種狀態(tài)菌種保藏所用的基質(zhì)注意操作菌種保藏的原理及方法菌種保藏原理根據(jù)菌種的特點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)和方法理想菌種保藏方法應(yīng)具備的條件1.經(jīng)長(zhǎng)期保藏后菌種存活健在。2.保證高產(chǎn)突變菌株不改變表型或基因型，特別是不改變初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)的高能力。理想菌種保藏方法應(yīng)具備的條件1.經(jīng)長(zhǎng)期保藏后菌種存活健在。菌種保藏原理1.根據(jù)菌種的生理、生化特性，人工創(chuàng)造條件使菌體的代謝活動(dòng)處于休眠狀態(tài)。2.保藏時(shí)，一般利用菌種的休眠體，創(chuàng)造最有利于休眠狀態(tài)的環(huán)境條件，如低溫、干燥、隔絕空氣或氧氣、缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)添加保護(hù)劑或酸度中和劑等。3.考慮經(jīng)濟(jì)適用性、方法簡(jiǎn)單可行。菌種保藏原理1.根據(jù)菌種的生理、生化特性，人工創(chuàng)造條件使菌體菌種的保藏原理由于微生物的生物多樣性，不同的微生物往往對(duì)不同的保藏方法有不同的適應(yīng)性。因此，在具體選擇保藏方法時(shí)必須對(duì)被保藏菌株的特性、保藏物的使用特點(diǎn)及現(xiàn)有條件等進(jìn)行綜合考慮。菌種的保藏原理由于微生物的生物多樣性，不同的微菌種保藏方法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保藏法固體曲保藏法砂土管保藏法冷凍干燥法液氮超低溫保藏法菌種保藏方法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保藏法固體曲保藏法砂土保藏方法時(shí)效暫時(shí)保藏法長(zhǎng)期保藏法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保藏法砂土管保藏法冷凍干燥法液氮超低溫保藏法保藏方法時(shí)效暫時(shí)保藏法長(zhǎng)期保藏法斜面低溫保藏法液體石蠟封存保斜面低溫保藏法將菌種接種在適宜的斜面培養(yǎng)基上，待菌種生長(zhǎng)完全后，置于4℃左右的冰箱中繼續(xù)保藏，每隔一定時(shí)間（保藏期）再接換至新的培養(yǎng)基斜面上，生長(zhǎng)后繼續(xù)保藏，如此連續(xù)。該法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行、存活率高、利于推廣；缺點(diǎn)：菌株仍有一定程度的代謝活動(dòng)能力，保藏期短，傳代次數(shù)多，菌種較容易發(fā)生變異和被感染。斜面低溫保藏法將菌種接種在適宜的斜面培養(yǎng)基上，待菌種生長(zhǎng)完全其他保藏方法液體石蠟封存保藏法由于液體石蠟阻隔了空氣，使菌體處于缺氧狀態(tài)下，又防止了水分揮發(fā)，使培養(yǎng)物不會(huì)干裂。使用于保藏霉菌、酵母菌、放線菌、好氧細(xì)菌等，但對(duì)很多厭氧性細(xì)菌的保藏效果差。固體曲保藏法此法適用于產(chǎn)孢子的霉菌和某些放線菌，保藏期在1年以上。操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工廠多選用。砂土保藏法兼具低溫、干燥、隔氧和無營(yíng)養(yǎng)物等諸條件，保藏期較長(zhǎng)、效果較好，且微生物移接方便，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便。其他保藏方法液體石蠟封存保藏法由于液體石蠟阻隔了空氣，使菌體冷凍保藏冷凍保藏為保藏微生物菌種的最簡(jiǎn)單而有效的方法。通過冷凍，使微生物代謝活動(dòng)停止。一般而言，冷凍溫度越低，效果愈好。為了獲得滿意的冷凍結(jié)果，通常應(yīng)在培養(yǎng)物中加入一定的冷凍保護(hù)劑。冷凍保藏時(shí)溫度要求在-20℃以下，同時(shí)應(yīng)該認(rèn)真掌握冷凍速度和解凍速度。冷凍深藏的缺點(diǎn)之一是培養(yǎng)物運(yùn)輸較困難。冷凍保藏冷凍保藏為保藏微生物菌種的最簡(jiǎn)單而有效的方法。冷凍保藏種類普通冷凍保藏技術(shù)-20℃超低溫冷凍保藏技術(shù)-60～-80℃液氮冷凍保藏技術(shù)液氮溫度可達(dá)到-196℃冷凍保藏種類普通冷凍保藏技術(shù)-20℃超低溫冷凍保藏技術(shù)-60低溫、超低溫保藏技術(shù)普通冷凍保藏技術(shù)超低溫保藏技術(shù)一次解凍的菌株不宜再次保藏注意控制保藏溫度，培養(yǎng)瓶或試管應(yīng)嚴(yán)格密封方法簡(jiǎn)便易行，但不適宜多數(shù)微生物的長(zhǎng)期保藏適宜長(zhǎng)期保藏微生物菌株，溫度一般控制在-60℃以下保藏前處理復(fù)雜低溫、超低溫保藏技術(shù)普通冷凍保藏技術(shù)超低溫保藏技術(shù)一次解凍的液氮超低溫保藏法液氮超低溫保藏法簡(jiǎn)便易行，關(guān)鍵是液氮、冰箱。要點(diǎn)是：將要保藏的菌種置于冷凍保護(hù)劑中，密封于安瓿瓶?jī)?nèi)，先將菌液降至0℃，再以每分鐘降低1℃的速度降至-35℃，然后將安瓿瓶置于液氮中保藏。液氮超低溫保藏法液氮超低溫保藏法簡(jiǎn)便易行，關(guān)鍵是液氮、冰箱。冷干保藏冷凍干燥的基本方法：是通過在減壓條件下使凍結(jié)的細(xì)胞懸浮液中的水分生化，使培養(yǎng)物干燥。此法是微生物菌種長(zhǎng)期保藏的最為有效的方法之一。大部分微生物菌種可以在冷干狀態(tài)下保藏10年之久而不喪失活力。而且經(jīng)冷干后的菌株無需進(jìn)行冷凍保藏，便于運(yùn)輸。冷干保藏冷凍干燥的基本方法：是通過在減壓條件下使凍結(jié)的細(xì)胞懸二、菌種的衰退二、菌種的衰退一、菌種的衰退表現(xiàn)是在細(xì)胞群體中發(fā)生的一系列生物學(xué)性狀由量變到質(zhì)變的逐步演變過程。大量群體中的自發(fā)突變。對(duì)產(chǎn)量性狀來講，菌種的負(fù)變就是衰退；典型性狀變得不典型；生長(zhǎng)速度緩慢；代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力降低；抗不良環(huán)境條件能力減弱。一、菌種的衰退表現(xiàn)是在細(xì)胞群體中發(fā)生的一系列生物學(xué)性狀由量變菌種衰退的原因菌種保藏不妥善菌種發(fā)生突變或回復(fù)菌種生長(zhǎng)條件不滿足菌種衰退的原因菌種保藏不妥善菌種發(fā)生突變或回復(fù)菌種生長(zhǎng)條件不菌種連續(xù)傳代是退化直接原因菌種連續(xù)傳代是退化直接原因菌種性能的改變菌種遺傳特性的改變菌種生理狀況的改變異核現(xiàn)象導(dǎo)致微生物群體發(fā)生變異。自發(fā)突變導(dǎo)致菌體遺傳特性改變。突變所產(chǎn)生的變種或雜交重組所形成具有不同基因型的個(gè)體。菌種群體不純。菌種培養(yǎng)基可通過影響菌種的生理狀況而影響發(fā)酵產(chǎn)量。某些活化或阻遏狀態(tài)的基因，改變菌種生理狀態(tài)。菌種性能的改變菌種遺傳特性的改變菌種生理狀況的改變異核現(xiàn)象導(dǎo)實(shí)踐中關(guān)于防止菌種衰退菌種衰退性能改變衰退原因防止辦法優(yōu)質(zhì)保藏傳代良好菌種復(fù)壯菌種分離、純化實(shí)踐中關(guān)于防止菌種衰退菌種衰退性能改變衰退原因防止辦法優(yōu)質(zhì)保防止衰退辦法1.選育生產(chǎn)性能穩(wěn)定的菌株作為生產(chǎn)菌株經(jīng)誘變等處理的菌種要連續(xù)傳代、分離純化，防止回復(fù)突變。2.控制傳代次數(shù)盡量避免不必要的移種和傳代，并將必要的傳代降到最低，減少自發(fā)突變防止衰退辦法1.選育生產(chǎn)性能穩(wěn)定的菌株作為生產(chǎn)菌株防止衰退辦法3.創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件創(chuàng)造一個(gè)適合原種的生長(zhǎng)條件，就可以在一定程度上防止菌種衰退。4.利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行接種傳代5.采取有效的菌種保藏方法防止衰退辦法3.創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件三、菌種的復(fù)壯

菌種發(fā)生衰退后，通過純種分離和測(cè)定典型性狀、生產(chǎn)能力等指標(biāo)，從衰退的群體中篩選出少數(shù)尚未發(fā)生退化的個(gè)體，以達(dá)到恢復(fù)原菌株固有性狀的相應(yīng)措施三、菌種的復(fù)壯復(fù)壯的方法純種分離分離出保持原有典型性狀的菌株擴(kuò)大培養(yǎng)，恢復(fù)菌株的典型性通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯接種到相應(yīng)的寄主體內(nèi)再重新分離菌株淘汰已衰退的個(gè)體低溫下處理低溫存活個(gè)體中保留未退化的健壯個(gè)體復(fù)壯的方法純種分離分離出保持原