第四讲微生物及生物转化

原核生物：不具核膜，核物质裸露，没有有丝分裂过程 真核生物：细胞核有核膜，进行有丝分裂 特点
1、体积小，面积大——比表面积大，代谢强度大 2、种类多——10万种以上，各具特性(三废处理、合成产品) 3、分布广——营养要求不高，生长繁殖速度快，土壤 4、繁殖快，转化能力强 5、适应性强，容易培养——诱导酶、抗逆性强、极端微生物
4. 微生物与生物转化
概述
生物催化剂：微生物（细胞直接进行催化） 酶的来源，催化非天然有机物发生转 化反应
优点：1、同时参与反应的酶的种类多——底物范围广
2、不需要进行酶的分离纯化——方便，廉价，高效 3、解决辅酶再生问题
缺点：1、副产物多——得率低
2、产物分离纯化困难
用途：有机酸、氨基酸、核苷酸、抗生素、维生素、甾体
全世界由于霉变而不能食（饲）用的谷物约占2％。 目前已知的霉菌毒素达100种以上。其中毒性最强的 是由黄曲霉菌产生的黄曲霉毒素——致癌 常用霉菌： a.毛酶： 制作腐乳、豆豉等食品，甾体转化 b.根霉：淀粉酶、糖化酶（米根霉） c.曲霉：制酱、酿酒、制醋、酶制剂、有机酸、糖化
黑曲霉、米曲霉、黄曲霉 d.青霉：产黄青霉、橘青霉、娄地青霉、展青霉 e.红曲、木霉、地霉、假囊霉、脉孢菌、交链孢霉、
赤霉菌、白僵菌（生物农药，昆虫病害的防治）
4、酵母（Yeast） 大多数酵母为单细胞。一般呈卵圆形、圆形、圆柱
形或者柠檬形。 常用的为：酵母属（Saccharomyces）和假丝酵母
（Candida）。主要有酿酒酵母、产阮假丝酵母、 热带假丝酵母、毕赤酵母等。
4.2 微生物的分离和选育
微生物菌种的分离
杆菌：杆状或圆柱形。发酵工业中最常用。 螺旋菌：细胞呈弯曲杆状。（弧菌、螺旋菌） 醋杆菌属、乳杆菌属、芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、 大肠杆菌、短杆菌属
2、放线菌 菌落呈放线状而得名（Actinomyces） 厌气菌——放线菌属 好气菌——链霉菌属，也是放线菌
放线菌多为腐生，少数寄生。 菌落特点：干燥，不透明，表面呈紧密的丝绒
1、采样： 地点的确定：筛选目的、微生物分别特征、菌种的特征 一般在土壤中。（有的放矢）取样范围要广
2、增殖培养： 一般需要进行目的菌种的富集 选择有利于目的菌种生长繁殖而非目的菌种不容易生长繁殖
的培养条件。如特殊底物、温度、pH、微量元素、金属离子、 抑制剂等。
3、纯种分离 增殖培养后——各种菌种的混合物 发酵或者培养要求——纯种 方法：a. 划线法 b. 稀释法 目的：获得单菌落 过程中也可以加入筛选控制条件，提高筛选效率
3、霉菌（mold） 是一类“丝状真菌”的通称，不是分类学上的名词，
在分类学上分别隶属于藻状菌、子囊菌和半知菌。 定义：凡在营养基质上生长形成绒毛状、蜘蛛网
状或絮状菌丝体的真菌，通称为霉菌。 霉菌的菌落特征和放线菌类似，但是菌落较大，
质地一般比放线菌疏松。 用途：酿酒、制酱、发酵工业、农业、纺织、 食品、皮革加工 但是也会引起发霉变质，是人和动植物致病。
激素等手性化合物的工业化生产
4.1 微生物学基础
微生物的特点 微生物（microorganism）：
所有形态微小，单细胞的或个体结构较为简单的多细胞 的、甚或没有细胞结构的低等生物的通称。
微生物类群十分庞杂，包括： 病毒(不具细胞结构)、立克次氏体、细菌、放线菌(单细胞) 酵母、霉菌、单细胞藻类、原生动物等
操作步骤： a. 载体 b. 基因的分离 c. DNA分子的切割和连接 d. 引入宿主细胞 e. 重组体的筛选 f. 外源基因的表达 （转录、翻译、修饰）
d.变异株的分离和筛选 初筛：菌落形态、色泽的变化（有时会和性质有关联） 指示平板：平板培养基中有指示剂 复筛：营养缺陷型（中间培养淘汰野生型） 缺陷的类型：氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶等 发酵实验，检查其生产性能
重组工程菌的构建
天然微生物中所需要的酶含量少，不能适应生物催化的要求 利用遗传工程技术可以构建新的工程菌 大量表达生物催化所需要的酶 满足工业化生产的需要
温度、压力、高盐浓度、酸碱、干燥、辐射、毒物等
和化学合成法相比：常温常压、原料廉价、来源广、
不需其他特殊催化剂、环境友好 6、易变异：本质是基因突变，优点，也是缺点——可调
常用微生物： 细菌、放线菌、霉菌和酵母菌 1、细菌：球状、杆状、螺旋状，分裂生殖，体积很小
球菌：球形或椭圆形。分裂后产生的新细胞常保持一定 的空间排列方式。（单球菌、葡萄球菌等）
存在主要问题：工作量大、缺乏人工控制、提高幅度有一定 限度（尤其对于高产突变菌种）
工作程序：a.选择出发菌株（连续诱变） b.菌悬液的制备（单细胞或者孢子进行诱变） c.诱变：化学诱变、物理诱变
Hale Waihona Puke 物理诱变剂：各种射线，最常用的紫外线，太空育种 对DNA发生作用
化学诱变剂：作用原理比较复杂，常用的如亚硝基胍和甲基 磺酸乙酯（EMS）
状，上面有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基 连接紧密，那以挑取；菌落正反面颜色常常不一致
最突出的特性： 产生大量的、种类繁多的抗生素
目前已发现和分离的5500种以上的抗生素，其中 4400多种为放线菌所产生。
实际应用的有100多种，如链霉素、井冈霉素等。 此外，还可用于：
生产维生素、嵋制剂； 甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处 放线菌的存在范围： 土壤中最多，河流、湖泊和海洋中较少； 大气中也有很多菌丝和孢子，食品、动物上
放线菌为单细胞，革兰氏阳性。
菌丝分为：营养菌丝、气生菌丝和孢子丝 放线菌孢子较耐干燥，不耐高温（65度15分钟）
放线菌的代表属： a. 链霉菌属 b. 诺卡氏菌属：可用于污水处理等 c. 放线菌属：多为致病菌 d. 小单胞菌属 e. 链孢囊菌属：可形成孢子囊和孢囊孢子 f. 游动放线菌属：孢囊孢子可以运动
4、性能鉴定 两步法：初筛（快速的培养和测定方法，也可在纯种分离时
进行） 复筛（比较复杂，精确，定量，可以确定目的菌种） 重复实验确认菌种性质，获得几株野生型菌株
诱变育种
野生型菌种性能尚达不到工业生产的要求，因此要进行 “育种：。
方法：基因突变（自然、诱发）
诱变：诱变剂处理（致死率和突变率，正突变和负突变）、 高效筛选方法：可以借鉴野生型的筛选方法