第二章发酵工业常用微生物及其培养课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 发酵工业常用微生物及其培养,第二章 发酵工业常用微生物及其培养,1,2.1 微生物分布,一、微生物类群,目前已经知道的微生物约有10万种，分布在以下各界中：,原核生物界：例如细菌、蓝藻,真菌界：例如酵母菌,原生生物界：例如草履虫、变形虫,病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒,2.1 微生物分布一、微生物类群,2,二、微生物生布,农田上层15cm处微生物的数量,微生物,每克土壤中的数量,微生物,每克土壤中的数量,细菌,9.810,7,藻菌,2.510,4,放线菌,2.010,6,原生动物,3.010,4,真菌,1.210,5,空气清洁度与菌落数,空气清洁度,菌落数,空气清洁度,菌落数,最清洁的空气,1-2,轻度污染空气,300以下,洁净空气,30个以下,严重污染空气,301以上,普通空气,30-150,二、微生物生布农田上层15cm处微生物的数量微生物每克土壤中,3,人体微生态中微生物的含量,部位,含量,部位,含量,眼睛,1g,肺,20g,鼻腔,10g,肠道,1000g,口腔,20g,生殖道,20 g,皮肤,200g,总量,1271g,人体消化系统中微生物群体 (个/g),回肠,结肠,直肠或粪便,双歧杆菌,10,4,10,7,10,10,拟杆菌,10,3,10,8,10,10,肠杆菌,10,3,10,6,10,6,肠球菌,10,7,乳杆菌,10,4,人体微生态中微生物的含量部位含量部位含量眼睛1g肺20g鼻腔,4,空气中的微生物,各种球菌、芽孢杆菌、产色素细菌以及对干燥和射线有抵抗力的真菌孢子等。也可能有病原菌及少量酵母菌，粘液菌等。,土壤微生物,主要有细菌，放线菌、霉菌，藻类等。,空气中的微生物,5,2.2 发酵工业常用菌种,一、生产中常用菌种的分离和选育,野生型菌株,通常不能满足需要，因此要通过选育得优质、高产菌株。,二、分离菌种的通常步骤,样品采集富集培养纯种分离性能测定,2.2 发酵工业常用菌种一、生产中常用菌种的分离和选育,6,(1)样品采集,从自然界筛选：空气样品、土壤样品、植物样品、腐烂的水果蔬菜等。,(1)样品采集,7,1、采样对象,以采集土壤为主,。一般园田土和耕作过的沼泽土中，以细菌和放线菌为主，富含碳水化合物的土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果生长区和果园内。采样的对象也可以是植物，腐败物品，某些水域等。,1、采样对象,8,2、采样季节,以温度适中，雨量不多的秋初为好。,3、采土方式,在选好适当地点后，用小萨子除去表土，取离地面5-15cm处的土约10g，盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中，扎好，标记，记录采样时间、地点、环境条件等，以备查考。为了使土样中微生物的数量和类型尽少变化，宜将样品逐步分批寄回，以便及时分离。,2、采样季节,9,(2)富集培养,为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物至少是在数量上不要增加，可以通过配制,选择性培养基,，选择一定的,培养条件,来控制。,例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源，那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样对下阶段的纯种分离就会顺利得多。,富集方式,:摇瓶培养,(2)富集培养,10,(3)纯种分离,尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂生长状态。因此还必须分离，纯化。在这步，增殖培养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一点，好一点。纯种分离的方法有,划线分离法,、,稀释分离法,。,(3)纯种分离,11,平板划线分离,挑出单菌落,重复划线分离,不,纯,纯,性能测定,平板划线分离挑出单菌落重复划线分离不纯性能测定,12,(4)生产性能测定,这一步是采用与生产相近的培养基和培养条件，通过摇瓶进行小型发酵试验，以求得适合于工业生产用菌种。,(4)生产性能测定,13,2.3 菌种选育,一、自然选育,微生物在,没有人工参与,的情况下发生的突变。,影响因素可能有：辐射、互变异构效应,2.3 菌种选育一、自然选育,14,二、诱变育种,人工采取物理、化学或生物的方法促使微生物发生突变的方法。,诱变育种一般步骤:,P13图 2-1,(1)诱变剂的种类及剂量及诱变时间的选择,如：紫外线诱变时应摸索紫外线的强度、照射时间与诱变效果间的关系。,(2)菌落形态与生产性能间的关系,高产菌种的菌落形态可能与普通菌种的形态不同，如颜色、菌落光滑度、菌落大小等。,二、诱变育种,15,诱变育种的一般步骤,诱变育种的一般步骤,16,三、杂交育种,通常过程:,A菌种,B菌种,混合培养,异核体,杂合二倍体,紫外线,紫外线,重组体,育种后的菌种具有两个母本的优良性状,三、杂交育种A菌种B菌种混合培养异核体杂合二倍体紫外线紫外线,17,三、转化和转导,四、原生质体融合,三、转化和转导,18,第二章发酵工业常用微生物及其培养课件,19,菌种筛选方案,初筛,：目的是删去明确不符合要求的大部分菌株，把生产性状类似的菌株尽量保留下来，使优良菌种不致于漏网。初筛工作以量为主，测定的精确性还在其次。初筛的手段应尽可能快速、简单。,复筛,的目的是确认符合生产要求的菌株，所以，复筛步骤以质为主，应精确测定每个菌株的生产指标。,菌种筛选方案初筛：目的是删去明确不符合要求的大部分菌株，把生,20,菌种筛选的手段,初筛,从菌体形态变异分析,平皿快速检测法具体的有纸片培养显色法、,变色圈法,、,透明圈法,、,生长圈法,和,抑制圈法,等,摇瓶培养法,摇瓶培养法也可用于初筛。初筛的摇瓶培养一般是一个菌株只做一次发酵测定，从大量菌株中选出10-20%较好的菌株，淘汰80-90%的菌株；而复筛中摇瓶培养一般是一个菌株培养3瓶，选出3-5个较好的菌株，再做进一步比较，选出最佳的菌株。,菌种筛选的手段初筛,21,特殊变异菌的筛选方法,营养缺陷型突变株的筛选,经诱变处理后的菌悬液在筛选前一般应先进行诱变后培养，以促使变异细胞发生分离，防止出现表型延迟现象，筛选出不纯的菌株。营养缺陷型的筛选一般包括浓缩、进一步检出和鉴别营养缺陷型等步骤。,特殊变异菌的筛选方法营养缺陷型突变株的筛选,22,抗性突变菌株的筛选,抗性突变菌株的筛选,抗性突变株的筛选相对比较容易，只要有10,-6,频率的突变体存在，就容易筛选出来。,抗性突变菌株的筛选 抗性突变菌株的筛选,23,2.4 菌种保藏,一、保藏方法,斜面菌种保藏,矿物油保藏,载体吸附保藏,真空冷冻干燥保藏,液态超低温保藏,2.4 菌种保藏一、保藏方法,24,2.4 菌种保藏,二、防止菌种衰退的方法,减少传代次数,选择合适的培养条件,利用不同类型的细胞保藏和传代,如细胞产生孢子，则尽量用孢子保藏,2.4 菌种保藏二、防止菌种衰退的方法,25,2.5 培养基,一、培养的成分,碳源、氮源、无机盐、微量元素、水、生长因子(如氨基酸、微生素等)、前体、促进剂及抑制剂。,二、培养基的种类,(1)孢子培养基,(2)种子培养基,(3)发酵培养基,2.5 培养基一、培养的成分,26,三、种子的扩大培养,(1)种子的制备,孢子的制备,三、种子的扩大培养孢子的制备,27,(2)影响种子质量的因素,培养基,培养条件,接种龄与接种量,泡沫,染菌控制,种子罐级数,(2)影响种子质量的因素,28,2.6、微生物的代谢产物,一、初级代谢产物,定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。,举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。,特征：,不同的微生物初级代谢产物基本相同；,初级代谢产物合成过程是连续不断的。,2.6、微生物的代谢产物一、初级代谢产物,29,二、次级代谢产物,定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。,举例：抗生物、毒素、激素、色素等。,特征：,不同的微生物初级代谢产物不同；,抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物。,二、次级代谢产物,30,三、微生物代谢的调节,酶合成的调节,微生物细胞内酶的种类：,组成酶：微生物细胞内一直存在，合成是受遗传物质控制。,诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。,举例：,亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。,三、微生物代谢的调节酶合成的调节,31,酶活性的调节,酶活性的调节,32,四、微生物代谢的调节,两种调节的对比,酶合成的调节,酶活性的调节,不同点,调节对象,通过酶量的变化控制代谢速率,控制酶活性，不涉及酶量变化,调节效果,相对缓慢,快速、精细,调节机制,基因水平调节，调节控制酶合成,代谢调节，它调节酶活性,相同点,细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。,四、微生物代谢的调节两种调节的对比酶合成的调节酶活性的调节不,33,五、微生物代谢的人工控制,目的,最大限度积累对人类有用的代谢产物,措施,改变微生物遗传特性,控制生产过程种各种条件,五、微生物代谢的人工控制目的,34,天冬氨酸,人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸,中间产物,天冬氨酸激酶,中间产物,甲硫氨酸,苏氨酸,高丝氨酸,高丝氨酸,脱氢酶,不能合成,可以大量积累,赖 氨 酸,人工诱变的,菌种不能产生,天冬氨酸人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸中间产物天冬,35,天冬氨酸,黄色短杆菌的代谢过程,甲硫氨酸,苏氨酸,赖氨酸,中间产物,天冬氨酸激酶,中间产物,抑制,高丝氨酸,高丝氨酸,脱氢酶,天冬氨酸黄色短杆菌的代谢过程甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸中间产物天,36,