第二章 微生物菌种选育.
合集下载
第2章 菌种选育及菌种扩培
来 源：动物排泄物（污染，是食品卫生和公共卫生
的重要指标）。
用 途：工业上利用大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶进行谷
氨酸定量分析；利用大肠杆菌制取天冬氨酸、 苏氨酸、缬氨酸等；制造天冬酰胺酶；分子 生物学的研究材料。
大肠埃希菌纯培养的镜下形态 （革兰染色，阴性）
大肠埃希菌在血琼脂平板上 的菌落特征（10～12h）
三组：长︰宽＞２。 典型菌：台湾396号 特 点：耐高渗透压，可以经受高浓度盐。 用 途：甘蔗糖蜜原料生产酒精，亦可生产食 用、药用、饲料用酵母（维生素、蛋 白质含量高），可提取核酸、麦角 醇、谷胱甘肽、细胞色素Ｃ、凝血 质、辅酶Ａ、三磷酸腺苷 。
啤酒酵母纯培养镜下形态（芽殖方式）
啤酒酵母（在SDA培养基上）菌落形态
作用：将乙醇→（氧化）→醋酸→CO2 ＋H2O
液化颗粒杆菌（Gluconobacter liquefaciens）：
由葡萄糖生成2,5-二酮葡萄糖酸
弱氧化醋酸杆菌（A. suboxydans）：
由葡萄糖及各种糖醇生成对应的各种化合物 D-山梨醇→L-山梨糖 D-甘露醇→D-果糖 甘油→二羟丙酮
枯草芽孢杆菌纯培养 的镜下形态 （革兰染色）
枯草芽 孢杆菌 在营 养琼脂 平板上 的菌 落特征（18～24h）
8. 梭状芽孢杆菌 (Clostridium)
来 源：土壤中生芽孢的嫌气性杆菌 用 途：由淀粉或糖嫌气发酵生产丁二醇、丙酮、
第二章微生物菌种选育(笔记类)
第二章微生物菌种选育（笔记类）
第二章工业微生物基础
●知识要点和教学要求
1）、了解微生物的特点2）、了解常见的工业微生物3）、掌握工业
微生物菌种的分离和选育4）、掌握工业微生物菌种的改良5）、掌握工
业微生物菌种的保藏6）、掌握工业微生物菌种的扩大培养
●能力培养要求
通过本章节的学习，学生能掌握工业微生物菌种的分离和选育、改良
和保藏方法，以及菌种扩大培养的基本工艺。
●教案内容
2.1微生物的特点（1）种类多，分布广
目前已发现的微生物在10万种以上。不同种类的微生物具有不同的
代谢方式，能分解各式各样的有机物质和无机物质，当前国内外积极利用
微生物来防治公害，分解三废中许多毒性强、结构复杂的物质。另一方面，不同微生物在生化过程中积累不同的代谢产物，所以发酵工业上常利用各
种微生物来生产各种产品，如酒类、酒精、丙酮丁醇、抗生素、酶制剂、
有机酸、氨基酸、核酸、维生素、菌体蛋白、医药产品和化工产品等到。
（2）高面积-体积比，代谢能力强（3）生长迅速，繁殖快（4）适应
性强，容易培养（5）易变性
2.2常见的工业微生物
广义的微生物包括病毒、立克次氏体、细菌、放线菌、酵母菌、霉菌、单细胞藻类、原生动物和支原体等。在发酵工业中经常遇到的是细菌、放
线菌、酵母菌、霉菌及危害、放线菌生长的噬菌体。
微生物工业的范围
微生物工业越来越深地同国民经济各部门发生关系，涉及的范围十分
广泛，而且越来越大，大致可分为下列14类：
（1）酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒等）
（2）食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳等）（3）有机
溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇等）（4）抗生素发酵工业（青霉素、
《微生物菌种选育》课件
结论：微生物菌种选育的重要性和发展趋势
• 微生物菌种选育是生物技术领域的重要分支，对工业生产、环 境保护和人类健康等方面具有重要意义。随着基因组学和人工 智能等技术的发展，微生物菌种选育将迎来更加广阔的发展前 景。未来需要加强技术创新、完善法律法规和加强生物安全管 理等方面的工作，以推动微生物菌种选育的可持续发展。
基因组编辑技术
基因组编辑技术是指利用基因编辑技术对微生物基因组进行精确的改造和修饰， 以达到定向改良微生物的目的。
基因组编辑技术的优点是操作精确、效率高，可以实现对微生物基因组的全面改 造和修饰，缺点是需要特定的技术手段和工具酶，且可能涉及伦理和安全问题。
03
微生物菌种选育的实验操作
实验材料与设备
温度控制
根据微生物种类调节培养温度。
实验步骤与操作
pH调节
根据微生物需求，适当调节培养基pH。
气体控制
根据需要，为微生物提供适当的气体环境。
实验结果与分析
结果记录 菌落形态观察与描述 生理生化指标测定
实验结果与分析
性能测试数据整理 结果分析 菌种生长曲线绘制与分析
实验结果与分析
01
菌种筛选效果评估
02
微生物菌种选育的方法与技术
自然选育
自然选育是通过自然环境中的微生物 在生长繁殖过程中发生的自发突变， 经过自然选择而获得优良菌种的方法 。
发酵学第2章工业微生物菌种选育
第一节 概述 第二节 自然选育 第三节 诱变育种 第四节 杂交育种
第一节 概述
一、工业微生物 二、发酵工业对菌种的要求 三、菌种选育的目的 四、菌种选育的基本理论 五、菌种来源
第一节 概述
一、工业微生物 1.细菌
2.放线菌（单细胞原核微生物）Leabharlann Baidu
链霉菌属 小单孢菌属 地中海诺卡氏菌 米苏里游动放线菌
第三节 诱 变 育 种
三、诱变育种的主要环节
1.出发菌株的选择 2.诱变处理 举例 3.筛选 4.突变菌株高产基因的表达
1.出发菌株的选择
选择纯种菌株（排除异核体） 优良性状的菌株（产生孢子、生长速度） 对诱变剂敏感的菌株 同时选择几株不同的优良菌株
2.诱变处理
1）诱变剂的选择
特点：
速度快、收效大、方法简便，但缺乏定向性。
第三节 诱 变 育 种
二、诱变剂
紫外线 快中子
物理诱变剂
NTG 亚硝酸 烷化剂
化学诱变剂
噬菌体 转座子
生物诱变剂
烷化剂是重要的诱变剂，带有活性烷基，通过烷化磷酸基、 碱基与DNA作用。
第三节 诱 变 育 种
突变的诱发 ↓
突变株的筛选 ↓
突变高产基因的表现
4、从突变到突变型
表型迟延：表型的改变落后于基因型的改变 分离型迟延 (基因杂合)
第一节 概述
一、工业微生物 二、发酵工业对菌种的要求 三、菌种选育的目的 四、菌种选育的基本理论 五、菌种来源
第一节 概述
一、工业微生物 1.细菌
2.放线菌（单细胞原核微生物）Leabharlann Baidu
链霉菌属 小单孢菌属 地中海诺卡氏菌 米苏里游动放线菌
第三节 诱 变 育 种
三、诱变育种的主要环节
1.出发菌株的选择 2.诱变处理 举例 3.筛选 4.突变菌株高产基因的表达
1.出发菌株的选择
选择纯种菌株（排除异核体） 优良性状的菌株（产生孢子、生长速度） 对诱变剂敏感的菌株 同时选择几株不同的优良菌株
2.诱变处理
1）诱变剂的选择
特点：
速度快、收效大、方法简便，但缺乏定向性。
第三节 诱 变 育 种
二、诱变剂
紫外线 快中子
物理诱变剂
NTG 亚硝酸 烷化剂
化学诱变剂
噬菌体 转座子
生物诱变剂
烷化剂是重要的诱变剂，带有活性烷基，通过烷化磷酸基、 碱基与DNA作用。
第三节 诱 变 育 种
突变的诱发 ↓
突变株的筛选 ↓
突变高产基因的表现
4、从突变到突变型
表型迟延：表型的改变落后于基因型的改变 分离型迟延 (基因杂合)
微生物的菌种选育
理想的工业发酵菌种应符合以下要求：
⑴遗传性状稳定
⑵生长速度快，不易被噬菌体等污染
⑶目标产物的产量尽可能接近理论转化率
⑷目标产物最好能分泌到胞外，以降低产物抑制并利于产物分离
⑸尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并且有利于产物分离
⑹培养基成分简单、来源广、价格低廉
⑺对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感
⑻对溶氧的要求低，便于培养以及降低能耗
一、从自然界获得新菌种的步骤
分离微生物新种的具体步骤大体可分为采样、增殖、纯化、性能测定。
采样
菜园和耕作层土壤是有机质较多的土层，常以细菌和放线菌为主；果园数根土层中，酵母菌含量较高；动植物残体及霉腐土层中，分布着较多的霉菌。豆科植物根系土中，往往存在根瘤菌；河流湖泊的淤泥中能分离到产甲烷菌；油田和炼油厂周围土层中常见分解石油的微生物等。
各种水体也是工业微生物菌种的重要来源，许多具有光合作用能力的微生物以及兼性或专性厌氧微生物都能从各种水体中筛选
得到。
增殖
才采集的样品中，一般待分离的菌种在数量上并不占优势，为提高分离的效率，常以投其所好和取其所抗的原则在培养基中添加特殊的养分或抗菌物质，使所需菌种的数量相对增加，这种方法称为增殖培养或富集培养。
纯化
常用的菌种纯化方法很多，大体可将它们分为两个层次，一个层次较粗放，一般只能达到“菌落纯”的水平，从“种”的水平来说是纯的，其方法有划线分离法，涂布分离法和稀释分离法。另一层次是较为精细的单细胞或单孢子分离法，它可达到细胞纯即“菌株纯”的水平。具体操作方法很多，最简便的方法是利用培养皿或凹玻片等分离小室进行细胞分离。也可以利用复杂的显微镜操作装置进行单细胞挑取。
第二章菌种选育与扩大培养
吸附
释放
注入核酸
装配
合成核酸和蛋白质
二、微生物工业对菌种得要求
1、原料廉价,生长迅速,目得产物产量高。 2、易控制培养条件,发酵周期较短。 3、抗杂菌和噬菌体得能力强。 4、不易变异和退化,不产生任何有害物质和
毒素。
第二节 工业微生物菌种选育
发酵工业生产水平 得三个决定要素:
生产菌种得性能 发酵和提取工艺条件 生产设备
啤酒酵母在液体培养基中得生长情况有两类:
上面酵母——发酵度较高,不易凝集沉淀,浮于上面 下面酵母——发酵度较低,易凝集沉淀 啤酒酵母得应用非常广,常用于传统得发酵行业,如啤酒、白 酒、果酒、酒精、药用酵母、面包制作,又称酿酒酵母。
近年来,利用啤酒酵母提取核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝 血质和辅酶A等;生产SCP可食用、药用和作为饲料;她得转化 酶可用于转化蔗糖,制造酒心巧克力。
橘青霉 ( P、 citrinum ) :
许多菌系可产生橘霉素,也能产生脂肪酶、葡萄 糖氧化酶和凝乳酶
有得菌系产生5`-磷酸二酯酶,可用她生产5`-核 苷酸 (肌苷酸和鸟苷酸具有很强得助鲜作用)
5、白地霉 ( Geotrichum candidum )
6、产黄头孢霉 ( Cephalosporium chrysogen )
黑曲霉 ( Aspergillus niger )
◇具有多种强大得酶系,如淀粉酶、蛋白酶、果 胶酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等; ◇还能产生多种有机酸,如抗坏血酸、柠檬酸、 葡萄糖酸和没食子酸等 ◇就是生产柠檬酸和葡萄糖酸得重要菌种
生物工艺学第二章工业微生物菌种选育、制备与保藏
生物工艺学第二章工业微生物 菌种选育、制备与保藏
目
CONTENCT
录
• 引言 • 工业微生物菌种选育 • 工业微生物菌种制备 • 工业微生物菌种保藏 • 案例分析 • 结论与展望
01
引言
主题概述
工业微生物菌种选育、制备与 保藏是生物工艺学中的重要章 节，主要涉及微生物菌种的筛 选、培养、改良和保存等方面 的知识。
100%
选育流程
从自然界中采集样品，分离纯化 菌株，进行培养和筛选，最终确 定优良菌株。
80%
应用范围
适用于传统发酵工业和自然环境 中存在的微生物。
诱变育种
选择标准
选择具有高产、高稳定性、高 耐受性等优良性状的突变菌株 。
选育流程
利用诱变剂处理微生物，诱发 基因突变，通过筛选和培养， 获得具有优良性状的突变菌株 。
微生物菌种是生物工业的重要 资源，具有生长速度快、代谢 能力强、易培养等特点，广泛 应用于食品、医药、农业、环 保等领域。
本章节将介绍微生物菌种选育 的基本原理和方法，以及制备 和保藏过程中的关键技术。
重要性及应用
微生物菌种选育是生物工艺学中的关键环节，对于提高微生物产品的产量 和质量具有重要意义。
某菌种制备案例
总结词
通过深层发酵技术，实现某菌种的规模化制备
详细描述
利用深层发酵技术，某实验室实现了某菌种的规模化制备。通过优化培养基配 方和发酵条件，提高了菌种的生长速率和产物产量，为该菌种在工业生产中的 应用奠定了基础。
目
CONTENCT
录
• 引言 • 工业微生物菌种选育 • 工业微生物菌种制备 • 工业微生物菌种保藏 • 案例分析 • 结论与展望
01
引言
主题概述
工业微生物菌种选育、制备与 保藏是生物工艺学中的重要章 节，主要涉及微生物菌种的筛 选、培养、改良和保存等方面 的知识。
100%
选育流程
从自然界中采集样品，分离纯化 菌株，进行培养和筛选，最终确 定优良菌株。
80%
应用范围
适用于传统发酵工业和自然环境 中存在的微生物。
诱变育种
选择标准
选择具有高产、高稳定性、高 耐受性等优良性状的突变菌株 。
选育流程
利用诱变剂处理微生物，诱发 基因突变，通过筛选和培养， 获得具有优良性状的突变菌株 。
微生物菌种是生物工业的重要 资源，具有生长速度快、代谢 能力强、易培养等特点，广泛 应用于食品、医药、农业、环 保等领域。
本章节将介绍微生物菌种选育 的基本原理和方法，以及制备 和保藏过程中的关键技术。
重要性及应用
微生物菌种选育是生物工艺学中的关键环节，对于提高微生物产品的产量 和质量具有重要意义。
某菌种制备案例
总结词
通过深层发酵技术，实现某菌种的规模化制备
详细描述
利用深层发酵技术，某实验室实现了某菌种的规模化制备。通过优化培养基配 方和发酵条件，提高了菌种的生长速率和产物产量，为该菌种在工业生产中的 应用奠定了基础。
第二章：+微生物工程菌种的来源、选育及保...
抗菌素菌种保藏管理中心
四川抗菌素工业研究所 中国科学院微生物研究所
AS-IV
CAF IFFI ID IV CIVBP
中国科学院武汉病毒研究所 中国林业科学院菌种保藏管理中 心
轻工业部食品发酵工业科学研究 所 中国医学科学院皮肤病研究所 中国医学科学院病毒研究所 中国兽医药品监察所
CFCC
CICC CMCC NICPB CVCC YM
生活态
培养基传代培养 冷冻
斜面、平板
基本方法：
休眠态
液氮、低温冰箱
干燥
沙土管、冷冻真空干燥
微生物菌种保藏的基 本策略
有针对性的创造干燥、低温和隔绝空
气的环境条件，使微生物细胞代谢处于低
水平或几乎停止，是微生物菌种保藏的基
本策略。
5.医学微生物菌种保藏管理中心 (CMCC：China Medical of Culture Collection) 中国医学科学院皮肤病研究所,南京(ID),210042:真菌 中国药品生物制品检定所,北京(NICPBP),100050:细菌 中国医学科学院病毒研究所,北京(IV),100052:病毒 6.抗菌素菌种保藏管理中心(CCACC) 中国医学科学院抗菌素研究所,北京(IA),100050 四川抗菌素工业研究所,成都(SIA),610051:新抗菌素菌种 华北制药厂抗菌素研究所,石家庄(IANP),050015:生产用 抗菌素菌种 6.兽医微生物菌种保藏管理中心(CVCC) 农业部兽医药品监察所,北京(CIVBP),100081 7.林业微生物菌种保藏管理中心 (CFCC: China Forestry Culture Collection Center) 中国林业科学院,北京(CAF),100091
项目五 任务二三_微生物菌种选育
（二） 菌悬液的制备
1. 选用单细胞或单孢子悬液（均匀、分散）
目的：①使每个细胞能均匀接触诱变剂； ②减少表型延迟现象（诱变后性状的分离及退化现象）
2. 同步培养（生理状态一致）
3. 菌龄：对诱变剂最敏感时期 营养细胞：对数期 孢子或芽孢：萌发前期
4.菌悬液的制备方法
物理诱变：生理盐水配制 化学诱变：缓冲液配制
UV的剂量: 固定UV功率和照射距离,以照射时间长短来 确定剂量多少。
3. 诱变处理方法
单因素处理或多因素的复合处理：
①同一诱变剂的重复使用； ②两种或多种诱变剂的先后使用； ③两种或多种诱变剂的同时使用.
（四） 中间培养（CM，培养过夜）
目的：克服表型延迟
表型延迟（phenotypic lag）：表型的改变落后于基因型改变的 分现分象离离，性性多延延核迟迟细的：胞原突的因变核: 的也对基成数因倍生经现增长D象加N期.，A中复诱，制变单和对核细数细胞期胞分的常裂细出后胞现变时双成，核纯突 变通常发生在一合个状核态上，，表故型其才变能异表或现非出变来异。的细胞必须经过 一生生代理理或性性几延延代迟迟繁的：殖原由才因杂能: 合分当状离变态，异变这细为种胞纯纯由合种杂状变合态异状，细态突胞变变出为表现纯型的合仍推状不迟态能现 象时称,由为于分杂离合延期迟所表现合现象成出。的来非。变异的蛋白或酶仍然发挥作用,必 须经过细胞多代分离后,才能将这些非变异的酶稀释掉,最终 达到变异后应该表现的形态,如营养缺陷型突变株的筛选过程 。
第二章 菌种的来源综述
→ 产品的鉴定 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物 问题： 如何使样品中所含微生物的可能性大
如何在后续的操作中使这种可能性实现
采样时要注意的问题
气候、水分、空气 来源要广 结合产品的特点 标签：地点、时间、气候等
目的微生物富集的一些基本方法
➢富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变 得可能。
人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
天冬氨酸
人工诱变的 菌种不能产生
高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
不能合成
甲硫氨酸
苏氨酸
中间产物Ⅱ
赖氨酸
可以大 量积累
2.1.1 已经工业化生产的微生物菌种的介绍
氨基酸生产有关的微生物 氨基酸生产菌的要求： 代谢途径比较清楚，
代谢途径比较简单
谷氨酸发酵的菌种： 棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属或小 杆菌属的棒型细菌
培养基特点：有利于菌体的生长，原料比较精细
生长斜面要求：生长良好，所使用斜面连续传代不超过 3次
2.4 微生物菌种的扩大培养
• 种子扩大培养的目的与要求
2. 一级种子（摇瓶） 培养基：葡萄糖2%，尿素0.5%，玉米浆 2.5%， K2HPO4 0.1%
➢富集的三种方案： 定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的 条件，进行培养。
当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分 类学中考虑，
如何在后续的操作中使这种可能性实现
采样时要注意的问题
气候、水分、空气 来源要广 结合产品的特点 标签：地点、时间、气候等
目的微生物富集的一些基本方法
➢富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变 得可能。
人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
天冬氨酸
人工诱变的 菌种不能产生
高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
不能合成
甲硫氨酸
苏氨酸
中间产物Ⅱ
赖氨酸
可以大 量积累
2.1.1 已经工业化生产的微生物菌种的介绍
氨基酸生产有关的微生物 氨基酸生产菌的要求： 代谢途径比较清楚，
代谢途径比较简单
谷氨酸发酵的菌种： 棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属或小 杆菌属的棒型细菌
培养基特点：有利于菌体的生长，原料比较精细
生长斜面要求：生长良好，所使用斜面连续传代不超过 3次
2.4 微生物菌种的扩大培养
• 种子扩大培养的目的与要求
2. 一级种子（摇瓶） 培养基：葡萄糖2%，尿素0.5%，玉米浆 2.5%， K2HPO4 0.1%
➢富集的三种方案： 定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的 条件，进行培养。
当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分 类学中考虑，
微生物菌种
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
第二章 微生物菌种选育
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育 生产菌种的性能
发酵工程工业生产水 平的三个决定要素
发酵和提取工艺条件
生产设备
获得优良的生产菌种是实现高水平微生物工程
工业生产的第一环节.
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
第一节 菌种来源
工业发酵常见微生物种类
再复筛
1株3-5瓶 较优菌株
种子培养
保藏及进一步做生产性能试 验或作为育种的出发菌株
某些必要试验和毒性试验
《发酵工程》 分离与筛选的设计要求
第二章 微生物菌种选育
在筛选所需菌株时应考虑以下一些重要指标：
1、菌的营养特征
2、菌的生长温度
源自文库
一般要求采用廉价的培养基或使用来源丰 富的原料
3、菌的稳定性
4、菌的产物得率和产物在培养液中的浓度 5、菌对所采用的设备和生产过程的适应性 6、容易从培养液中回收产物 3-6是用来衡量菌种的生产性能，如能满足这几条， 便有希望成为效益高的生产菌株
发酵工业上常见的微生物有细菌、
酵母、霉菌和放线菌。
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
细菌
醋酸杆菌（Acetobacter） ，用于生产醋酸和维生素C。 假单胞菌(Pseudomonas)，荧光假单胞菌发酵生产2-酮 基D-葡萄糖酸。 乳酸菌（Lactobacillus） ，发酵生产乳酸。 大肠杆菌（E. coli），生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺 酶、天冬氨酸、苏氨酸和缬氨酸。 枯草芽孢杆菌生产淀粉酶、蛋白酶和某些氨基酸、肌 苷、5’-肌苷酶等。 梭状芽孢杆菌生产丙酮-丁醇。 北京棒杆菌生产谷氨酸。
第二章 微生物菌种选育
第二章 微生物菌种选育
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育 生产菌种的性能
发酵工程工业生产水 平的三个决定要素
发酵和提取工艺条件
生产设备
获得优良的生产菌种是实现高水平微生物工程
工业生产的第一环节.
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
第一节 菌种来源
工业发酵常见微生物种类
再复筛
1株3-5瓶 较优菌株
种子培养
保藏及进一步做生产性能试 验或作为育种的出发菌株
某些必要试验和毒性试验
《发酵工程》 分离与筛选的设计要求
第二章 微生物菌种选育
在筛选所需菌株时应考虑以下一些重要指标：
1、菌的营养特征
2、菌的生长温度
源自文库
一般要求采用廉价的培养基或使用来源丰 富的原料
3、菌的稳定性
4、菌的产物得率和产物在培养液中的浓度 5、菌对所采用的设备和生产过程的适应性 6、容易从培养液中回收产物 3-6是用来衡量菌种的生产性能，如能满足这几条， 便有希望成为效益高的生产菌株
发酵工业上常见的微生物有细菌、
酵母、霉菌和放线菌。
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
细菌
醋酸杆菌（Acetobacter） ，用于生产醋酸和维生素C。 假单胞菌(Pseudomonas)，荧光假单胞菌发酵生产2-酮 基D-葡萄糖酸。 乳酸菌（Lactobacillus） ，发酵生产乳酸。 大肠杆菌（E. coli），生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺 酶、天冬氨酸、苏氨酸和缬氨酸。 枯草芽孢杆菌生产淀粉酶、蛋白酶和某些氨基酸、肌 苷、5’-肌苷酶等。 梭状芽孢杆菌生产丙酮-丁醇。 北京棒杆菌生产谷氨酸。
《发酵工程》第2章
生长迅速、蛋白产量高; 表达蛋白的纯化、分离及分析快速； 外源基因的导入相对容易； 已建立了整套表达理论及技术.
9
(二) 真核细胞表达系统
酵母(既是微生物又是真核细胞) 生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
41
从青霉素产量看诱变育种
时间
1943 1943 1943 1945 1947 1955 1971 1977 目前
发酵单位(u/ml)
100
250 500 ～850 ～850 ～8000 ～2万 ～5万 5～10万
42
诱变育种的基本过程：
43
诱变育种的基本环节：
大多死亡
出发菌株
多数未变
诱变
少数存活
14
新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生 产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快 速、准确地把所需要的菌种挑选出来。
实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须 重新进行分离纯化。
有了优良的菌种，还要有合适的工艺条件和合理 先进的设备与之配合。
15
分离与筛选的步骤
定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长 培养特性。
第二章 微生物菌种选育
第一节 菌种的来源 第二节 发酵高产菌种选育 第三节 菌种退化和菌种保藏 第四节 微生物菌种的扩大培养
9
(二) 真核细胞表达系统
酵母(既是微生物又是真核细胞) 生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
41
从青霉素产量看诱变育种
时间
1943 1943 1943 1945 1947 1955 1971 1977 目前
发酵单位(u/ml)
100
250 500 ～850 ～850 ～8000 ～2万 ～5万 5～10万
42
诱变育种的基本过程：
43
诱变育种的基本环节：
大多死亡
出发菌株
多数未变
诱变
少数存活
14
新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生 产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快 速、准确地把所需要的菌种挑选出来。
实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须 重新进行分离纯化。
有了优良的菌种，还要有合适的工艺条件和合理 先进的设备与之配合。
15
分离与筛选的步骤
定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长 培养特性。
第二章 微生物菌种选育
第一节 菌种的来源 第二节 发酵高产菌种选育 第三节 菌种退化和菌种保藏 第四节 微生物菌种的扩大培养
第二章 微生物菌种选育
采取土壤样品要考虑的几个问题
土质肥，微生物含量高，特别肥沃的土壤中细菌多，放 线菌少；在植物残体枯枝落叶下的土壤中较多含有拮抗 性真菌。 离地面5~20cm处的土壤通气良好、不受阳光直射，含 菌量最高。 采土季节以春秋两季最好。 采土方法：选择适当地点、铲除表土、取土样数十克， 盛入事先准备的无菌防水纸袋中，其上记录采土时间、 地点、植被情况等。 多点采土、混合分离，可以代表每一地块上的微生物分 布平均情况
酮式 T 5BU
烯醇式
C G) : BU (烯 A ： T
A ： T
BU (酮) ： A T ： A
C ： G BU (酮) ： A
A ： T C ： G
HNO2
A
X
T ： A
T ： Ｘ
T ： A
X ： Ｃ
Ｃ ： U Ｃ ： Ｇ
A ： T
G ： C
2.3 杂交育种
发酵工业的优良菌种的选育主要采用诱变育种方法。但是，一个菌种长 期使用诱变剂处理之后，其生活能力一般要逐渐下降，例如生长周期延长， 孢子量减少，代谢减慢，产量增加缓慢，诱变因素对产量基因影响的有效 性降低等。因此，有必要利用杂交育种方法。 杂交育种是指将两个基因型不同的菌株经吻合（或接合）使遗传物质重 新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。
• 划线分离法——平板划线法
（四）筛
第二章菌种选育、保藏与复壮
❖ 一般可将单菌落分离与培养条件综合进行复壮，效果更好
三、菌种的保藏
（一）保藏原理
根据微生物的生理、生化特性，人工地创造条件，使之达
到不死、不衰、不污染的休眠状态。
（二）菌种保藏方法
低温、干燥、缺氧、
① 斜面低温保藏法（最简单的菌种保存法）
② 矿油保藏法
③ 载体吸附保藏法
④ 冷冻真空干燥法（最佳的微生物菌体保存法之一）
（4）生长繁殖力强，速度快，较强产孢能力；
（5）原料广，价廉，易被微生物利用、转化；
（6）对添加的前体物质有耐受能力；
（7）菌种纯，遗传特性稳定，抗噬菌体能力强。
2020/9/19
4
二、现代发酵工业常见菌种
类别
细菌 酵母菌
霉菌
微生物名称 短杆菌 短杆菌 枯草杆菌 枯草杆菌 巨大芽孢杆
菌 酒精酵母 假丝酵母 脆壁酵母 黑曲霉
❖ 生物诱变因子
噬菌体、转座子等
（二）诱变基本方法及影响因素
❖ 诱变剂的选择：作用机理；突变谱 ❖ 诱变剂量选择：最适剂量（致死率70-80%时） ❖ 增效（变）剂：氯化锂（0.5%） ❖ 外部环境条件：如温度、氧气、pH、水分 ❖ 出发菌株的选择：生产菌株、野生菌株 ❖ 出发菌株的生理状态：细菌--对数生长期；幼年孢子；营养体；湿态敏
保藏期长，成活 率高
需特定设备、 操作繁琐,要求 严格
三、菌种的保藏
（一）保藏原理
根据微生物的生理、生化特性，人工地创造条件，使之达
到不死、不衰、不污染的休眠状态。
（二）菌种保藏方法
低温、干燥、缺氧、
① 斜面低温保藏法（最简单的菌种保存法）
② 矿油保藏法
③ 载体吸附保藏法
④ 冷冻真空干燥法（最佳的微生物菌体保存法之一）
（4）生长繁殖力强，速度快，较强产孢能力；
（5）原料广，价廉，易被微生物利用、转化；
（6）对添加的前体物质有耐受能力；
（7）菌种纯，遗传特性稳定，抗噬菌体能力强。
2020/9/19
4
二、现代发酵工业常见菌种
类别
细菌 酵母菌
霉菌
微生物名称 短杆菌 短杆菌 枯草杆菌 枯草杆菌 巨大芽孢杆
菌 酒精酵母 假丝酵母 脆壁酵母 黑曲霉
❖ 生物诱变因子
噬菌体、转座子等
（二）诱变基本方法及影响因素
❖ 诱变剂的选择：作用机理；突变谱 ❖ 诱变剂量选择：最适剂量（致死率70-80%时） ❖ 增效（变）剂：氯化锂（0.5%） ❖ 外部环境条件：如温度、氧气、pH、水分 ❖ 出发菌株的选择：生产菌株、野生菌株 ❖ 出发菌株的生理状态：细菌--对数生长期；幼年孢子；营养体；湿态敏
保藏期长，成活 率高
需特定设备、 操作繁琐,要求 严格
第二章 微生物菌种选育
本章主要内容
• 第一节 微生物发酵工业的菌种类型及来源 • 第二节 微生物发酵高产菌种选育 • 第三节 菌种的退化和菌种保藏
概述发酵工程菌
来源：自然界（如土壤、 水和空气，以土壤最多）
发展趋势：野生菌→诱发基因 突变的变异菌→基因重组的定 向育种和代谢控制育种
特点： 培养基原料廉价 生长条件易于控制，生长迅速，产量高，酶活高
• DNA体外重组过程一般包括：1)目的基因即DNA 片段的获得。2)与载体DNA分子的连接。3)重组 DNA分子引入宿主细胞。4)阳性重组体的筛选与 鉴定。5)外源基因的表达。
本章主要内容
• 第一节 微生物发酵工业的菌种类型及来源 • 第二节 微生物发酵高产菌种选育 • 第三节 菌种的退化和菌种保藏
• 原理：染色体畸变和基因突变两大类。
• 诱变剂：能够提高生物突变频率，扩大变异幅度的物质。 包括物理、化学诱变剂及生物诱变因子。
➢ 物理诱变剂：射线如紫外线、X-射线、γ-射线、快中子。 使用最方便且安全的是紫外线。
➢ 化学诱变剂：碱基类似物、与碱基反应的物质。使用最多、 最有效的是烷化剂。
➢ 生物诱变剂：噬菌体、转座子。
高渗条件下使细胞壁再生
重组子筛选
4、基因工程育种
• 定义：基因工程是一种DNA体外重组技术，是在 分子水平上对原有菌株的改造。基本过程：根据 需要用人工方法取得供体DNA上的基因，在体外 重组于载体DNA上，再转入受体细胞,经过复制、 转录和翻译, 表达出供体原有的遗传性状。通过基 因工程改造的菌株称为工程菌株。应用基因工程 手段来进行的育种方法又称为分子育种。
菌种的选育
35
生 理 性 迟 延 ——突变基因由杂合状态变为纯合状态时，
还不一定出现突变表型，新的表型必须等到原有基 因的产物稀释到某一程度后才能表现出来，而这些 原有基因产物的浓度降低到能改变表型的临界水平 以前，细胞已经分裂多次，经过了好几个世代。
36
二）诱变育种的一般步骤
出发菌株 同步培养（前培养） 细胞或孢子悬液制备
21
互 变 异 构 效 应 — — 四种碱基第六位上的酮基
或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配。
22
2、自然突变引起的结果
结 果
菌种退化 而导致目 标产物或 质量下降
对生产有 益的突变
23
3、自然选育的一般程序
制备单孢子（单细胞）悬液
适当稀释
在固体平板上分离
挑取部分单菌落进行生产能力测定 经反复筛选以确定生产能力更高的菌株替代原来的菌株
SOS修复系统
的发生。
33
基因型
表型
突变基因的出现并不等于突变表型的出现，
表型的改变落后于基因型的改变。
产生原因：
分离性迟延现象
生理性迟延现象
34
分 离 性 迟 延 ——经诱变剂处理后，细胞中的基因
处于不纯的状态，突变型基因由于属于隐性基
因，暂时得不到表达，需经过复制、分离、在 细胞中处于纯的状态时，其性状才得以表达。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
担子菌就是人们常说的菇类（mushroom）微生物。
担子菌资源的利用正引起人们的重视，如多糖、 橡胶物质和抗癌药物的研发。
6、藻类（alga）
• 藻类中隶属原核微生物的蓝绿藻是最早的光合放氧生物， 对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作 用。有不少蓝藻（如鱼腥藻）可以直接固定大气中的氮， 以提高土壤肥力，使作物增产。还有的蓝藻为人们的食品， 如著名的发菜和普通念珠藻（地木耳）、螺旋藻等。 • 用藻类将CO2转变为石油，培养单胞藻或其他藻类而获得 石油，可占细胞干重的5%～50%，合成的油与重油相同， 加工后可转变成汽油、煤油和其他产品。
从一些发酵制品中分离目的菌株，如酒醪中 分离淀粉酶或糖化酶的产生菌，从酱油中分 离蛋白酶产生菌，从噬菌体污染的发酵液中 分离抗噬菌体的发酵菌株等。
三、菌种微生物的选择性分离
• 菌株的分离和筛选分为以下几步：
采 样 富 集 分 离 筛 选
各种生境下的土壤是 微生物菌种最全面的 来源 人为控制条件使所期 待的目的菌种占据优 势
主要涉及种： 黑根霉、华根霉、 米根霉
3、工业上常用的霉菌
——毛霉属（Mucor）
毛霉的主要用途： 腐乳、酱油、豆豉，转化甾族化合物
4、放线菌
• 是一类G+菌、单细胞、丝状多核分支的、以孢子形式繁 殖的、陆生性很强的原核微生物。
显微镜下的放线菌
放线菌菌落形态
用于生产抗生素的放线菌
5、担子菌（basidiomycetes）
2、酵母菌
——假丝酵母（Candida）
热带假丝酵母
白色假丝酵母
几种酵母的菌落形态
用途：假丝酵母的蛋白质和维生素B含量都比啤酒酵母高。它能以尿素 和硝酸盐作氮源，在培养基中不加其它因子即可生长。它能利用造纸 工业中的亚硫酸废液，也能利用糖蜜、马铃薯淀粉和木材水解液等。 因此能利用假丝酵母来处理工业和农副产品加工业的废弃物，生产可 食用的蛋白质，在综合利用中很有价值。此属中有的菌能转化50％的 糖成为甘油。 假丝酵母也是脂肪酶的生产菌种，在工业上可用于绢纺原料的脱脂。
是单产高的营养缺陷型突变菌株或调节突变菌株或野生菌株，最 好还是抗噬菌体能力强的菌株
菌种纯粹，不易变异退化，以保证稳定性
菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素（包括 抗生素、激素、毒素等），以保证安全
类型：包括细菌、酵母菌、霉菌和放线菌等类群，还有担子菌及藻类等
一、工业发酵常见的微生物种类
2、酵母菌
——毕赤酵母属（Pichia）
此菌分解糖的能力弱，不产生酒精。能氧化酒精， 能耐高或较高浓度酒精。常使酒类和酱油产生白 花，形成浮膜，为酿造工业中的有害菌，如粉状 毕赤氏酵母。 但其中的甲醇毕赤酵母却应用在基因工程菌中， 用以表达基因工程蛋白。
3、工业上常用的霉菌
——曲霉属（Aspergillus）
第二章 微生物菌种选育
• 优良的菌种是发酵工业的基础和关键，是 显著改善和提高产品种类、产量以及质量 的先决条件。 • 菌种选育，就是要利用微生物的遗传变异 的特性，采用各种手段，改变菌种的遗传 性状，使其符合工业生产的需要。
本章主要内容
• 第一节 微生物发酵工业的菌种类型及来源 • 第二节 微生物发酵高产菌种选育 • 第三节 菌种的退化和菌种保藏
采用涂布法和影印平 板法，Fra Baidu bibliotek分离的单菌 落进行鉴定和小型发 酵试验
本章主要内容
• 第一节 微生物发酵工业的菌种类型及来源 • 第二节 微生物发酵高产菌种选育
自然选育 诱变育种 杂交育种 原生质体融合 基因工程育种
• 第三节 菌种的退化和菌种保藏
1、诱变育种
• 定义：诱变育种是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的 微生物细胞群，促使其突变率大幅提高，然后采用简便、 快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目标的突 变株用于生产和研究。诱变育种除能提高产量外，还可达 到改善产品质量、扩大品种和简化生产工艺的目的，该方 法简单、快速、收效显著仍被广泛采用。 • 原理：染色体畸变和基因突变两大类。 • 诱变剂：能够提高生物突变频率，扩大变异幅度的物质。 包括物理、化学诱变剂及生物诱变因子。 物理诱变剂：射线如紫外线、X-射线、γ-射线、快中子。 使用最方便且安全的是紫外线。 化学诱变剂：碱基类似物、与碱基反应的物质。使用最多、 最有效的是烷化剂。 生物诱变剂：噬菌体、转座子。
本章主要内容
• 第一节 微生物发酵工业的菌种类型及来源 • 第二节 微生物发酵高产菌种选育 • 第三节 菌种的退化和菌种保藏
概述发酵工程菌
来源：自然界（如土壤、 水和空气，以土壤最多） 特点： 培养基原料廉价 发展趋势：野生菌→诱发基因 突变的变异菌→基因重组的定 向育种和代谢控制育种
生长条件易于控制，生长迅速，产量高，酶活高
土样的采集方法
使预被分解的物质成为唯一的碳源或氮源 pH7.0～7.5适于细菌和放线菌，pH4.5 ～6适于霉 菌和酵母 40℃利于放线菌孢子萌发，却不利于细菌生长 限制通入氧气使厌氧菌数量增加
采用平板划线法和稀 通过压力（高温、高压、抗生素）使非目的的 释法，以时间为变量， 类群比例减少 进行纯种分离
酱豆
曲霉的主要用途： 食用色素 生产糖化饲料 有机酸、酶制剂是做酱、酿酒、制醋的主要菌种 主要涉及种： 米曲霉、酱油曲霉、黑曲霉
3、工业上常用的霉菌
——青霉属（Penicillium）
青霉的主要用途： 青霉素 葡萄糖酸
3、工业上常用的霉菌
——根霉属（Rhizopus）
根霉的主要用途：
米酒、黄酒
淀粉糖化菌 有机酸 甾体转化
• • • • • • 1、细菌 2、酵母菌 3、霉菌 4、放线菌 5、担子菌 6、藻类
1、细菌类
2、酵母菌
——酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）
酿酒酵母的应用： 传统的发酵行业，如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵母片以及制 造面包等，所以又称为酿酒酵母
近年来，提取核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝血质和辅酶A等。由 于酵母菌体内的维生素、蛋白质含量较高，食用安全，所以啤酒酵 母作为一种单细胞蛋白(SCP)可作食用、药用和饲料用酵母。它的转 化酶可用于转化蔗糖，制造酒心巧克力。在维生素的微生物法测定 中，啤酒酵母常被用于测定生物素、泛酸、硫胺素、肌醇等的含量。
左图：蓝宝石能源公司 （Sapphire Energy）计 划于2014年在美国-墨西 哥边境以北靠近新墨西 哥的哥伦布小镇建造一 座300英亩的藻场，进行 大规模示范并制造藻油 （algae oils）。
二、工业微生物的来源
各菌种保藏机构 和大型发酵工厂 的菌种保藏室
工业微生物菌种
自然界如土壤、 水、动植物体是 微生物菌种的广 泛来源。在特定 的生境下可以分 离到有特殊能力 的微生物菌株