(第二章1)生物工业菌种

其他生物：
A: 担子菌（Basidiomycetes ）：所谓的担子菌 就是人们通常所说的菇类(mushroom)生物。担子 菌资源的利用正愈来愈引起人们的重视，如多糖 (polysaccharide)、抗癌(anticancer)药物的开发。 近几年来，日本、美国的一些科学家对香菇的
抗癌作用进行了深入的研究，发现香菇中的“1，
放线菌(Actinomycetes)
放线菌因菌落呈放线状而得名。它是一个原核 生物类群，在自然界中分布很广，尤其在含有机质 丰富的微碱性土壤中较广。大多腐生，少数寄生。 放线菌主要以无性孢子进行繁殖，也可借菌丝 片段进行繁殖。后一种繁殖方式见于液体沉没培养 （submerged cultures）中。其生长方式是菌丝末 端伸长和分支，彼此交错成网状结构，成为菌丝体 。菌丝长度即受遗传性的控制，又与环境相关。
工业生产常用的细菌有 细菌（bacteria）： 属于单细胞原核生物 （ unicellular prokaryote），以典型 的二分分裂(binary)方式繁殖。 细胞生长时，环状染色体 （chromosome）被复制，细胞内的 蛋白质等组分同时增加一倍，然后在 细胞中部产生一横段间隔，染色体被 分开，继而间隔分裂形成两个相同的 子细胞。 如间隔不完全分裂就形成链状细 胞。 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 乳酸杆菌(Lactobacillus lactics) 醋酸杆菌(Acetobacter) 棒状杆菌(Corynebacterium) 短杆菌(Brevibacterium)
获得性免疫缺陷综合症（ acquired immunodeficiency syndrome， AIDS ）
噬菌体（phage）是病毒的 一种。 Ｑ：烈性噬菌体和温和噬菌 体概念与区别。 噬菌体在寄主细胞中的生长 繁殖过程可分为吸附、浸入、增 殖、成熟和释放。
C：藻类（alga）： 培养螺旋藻，按干重计算每公顷可收获60吨，而种植 大豆每公顷才可获4吨；从蛋白质产率来看，螺旋藻是大 豆28倍。 培养珊列藻，从蛋白质产率计算，每公顷珊列藻所得 蛋白质是小麦的20-35倍。此外，还可通过藻类将CO２转 变为石油，培养单胞藻或其他藻类而获得的石油，可占细 胞干重得5%-50%,合成的油与重油相同，加工后可转变汽 油、煤油、和其他产品。 有的国家已建立培植单胞藻的农场，每年每公顷地培 植的单胞藻按5%干物质为碳水化合物（石油）计算，可 得60吨石油燃料。此项技术的应用，还可减轻因工业生产 而大量排放CO２造成的温室效应。 国外还有人从“藻类农场”获取氢能的报道，大量培 养藻类，利用其光合放氢作用来取得氢能。
原种（出发菌株）纯化斜面培养完全培养基 同步培养离心洗涤玻璃珠震荡分散过滤单 细胞或孢子悬浮液 活菌计数 诱变处理 诱变处理预备实验 处理液活菌计数 平板分离 形态变异并计算其变异率 斜面培养
诱 变 育 种
初筛、复筛 自然分离和再复筛 保藏及扩大试验
• 出发菌株的选择 • 诱变剂的选择 • 诱变操作及培养 • 突变株的筛选 • 突变高产基因的表现
其它防 衰 措 施



菌种的复壮 提供良好的环境条件 使用优良的保存方法 定期纯化菌种
二 、 菌种的复壮


通过分离达到复壮:菌落纯/细胞纯 在琼脂平板划线、涂布或与琼脂培养基 混合培养再分离，达到—菌落纯 采用单细胞或单孢子分离法达到—细胞 纯 通过寄主体达到复壮: 对于寄生性微生物的退化菌株,将菌株接种 到寄主细胞进行繁殖达到复壮。
种保藏不妥; 二是菌种生长的要求没有得到满足，或是遇到不 利的条件，或是失去某些需要的条件； 三是经诱变获得的新菌株发生回复突变，从而丧 失新的特征的情况。 连续传代是菌种退化的直接原因，这是由于菌种 经常处于旺盛的生长状态。 衰退菌株的特点：个体或群体特征发生变化；生 产能力降低；代谢能力降低；发酵周期延长；抗不 良环境能力降低。 1.
第二章 生物工业菌种与种子的扩大培养
第一节 工业生产常用的微生物 一、工业生产常用的微生物* ·从自然界中分离出来就能被利用；
·对野生菌株进行人工诱变，得到突变株才能被利用。 ·使用重组DNA技术改造的菌株
目前育种总趋势 从野生菌转向变异菌 自然选育转向代谢育种 从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。
改变代谢通路的育种
改变代谢自动调节系统的育种
一、自然选育
采样 增殖培养 从自然界选育菌株 纯种分离 性能鉴定 从自发突变中选育菌株
二、诱变育种
按照生产的要求，根据生物的遗传和变异的理论， 用人工的方法造成菌种变异，再经过筛选、而达到 菌种诱变选育的目的。 诱变育种一般采用物理、化学诱变剂使微生物 DNA的碱基排列发生变化，以使排列错误的DNA模板 形成异常的遗转信息，造成某些蛋白结构变异，而 使细胞功能发生改变。
用于生产： 生产淀粉酶(amylase） 蛋白酶（proteinase） 乳酸(lactic acid) 醋酸(acetic acid) 氨基酸(amino acid) 肌苷酸(inosinic acid)
酵母菌（yeast） 酵母菌为单细胞真核生物（ unicellular eukaryote），在自然界 中普遍存在，主要分布于含糖质较多的的酸性环境中，如水果、蔬菜、 花蜜（nectar）和植物叶子上，以及果园土壤中。石油酵母（ petroleum yeast）较多地分布在油田周围的土壤中。 酵母菌大多为腐生，常以单个细胞存在，以发芽形式进行繁殖。母 细胞体积长到一定程度时就开始发芽。芽长大的同时母细胞缩小，在母 子细胞间形成隔膜，最后形成同样大小的两个细胞。如果子芽不与母细 胞脱离就形成链状细胞，称为假菌丝(pseudomycelium)。 工业上用的酵母菌有：啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiae)、假 丝酵母(Candida)、类酵母(Saccharomycodes)等，用于酿酒(Brewing)、 制造面包、制造低凝固点石油、生产脂肪酶（lipase），以及生产可食 用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等。
在筛选所需的菌种时应考虑的一些重要的指标： （1） 菌种的营养特征：
（2） 菌种的生长温度：
（3） 菌种对所采用的设备及生产过程的适应性： （4） 菌种的稳定性： （5） 产物的得率和产物的浓度： （6） 产物容易回收： 能满足（3）~（6），则有希望成为效益较高的生产菌种。
第二节 菌种的衰退、复壮与保藏
藻类工 厂
二、
微生物工业对菌种的要求
目前，随着微生物工业原料的转换和新产品的不断出现， 势必要求开拓更多新品种。尽管微生物工业用的菌种多种 多样，但作为大规模生产，对菌种则有下列要求：
(1) 廉价原料、生长迅速、目的产物产量高。 (2) 易于控制培养条件，酶活性高；发酵周期较短。 (3) 抗杂菌和嗜菌体的能力强。 (4) 菌种纯，不易变异和退化，不产生任何有害的生物 活性物质和毒素，保证安全生产。
如对芽孢杆菌(Bacillus)，可先将菌液用沸水 处理几分钟，再用平板进行分离，从所剩下的孢 子中挑选出最优的菌体。 如果遇到某些菌株即使进行单细胞分离，仍 不能达到复壮的效果，则可改变培养条件，达到 复壮的目的。 如AT3.942栖土曲霉(Aspergillus terricola)的 产孢子能力下降，可适当提高培养温度，恢复其 能力。 同时通过实验选择一种有利于高产菌株而不 利于低产菌株的培养条件。
由于发酵工程本身的发展以及遗传工程的介入，藻类 （alga）、病毒（virus）等也正在逐步地变为工业生产用 的生物。
尽管如此，目前人们对微生物的认识还是十分不够的 。已经初步研究的不超过自然界微生物总量的10%左右。 微生物的代谢产物据统计已超过一千三百多种，而大规 模生产的不超过一百多种；
微生物酶有近千种，而在工业上利用的不过四五十种。 可见潜力是很大的。 在工业生产中常用的微生物主要有细菌、酵母菌、霉 菌和放线菌。
2 防止菌种衰退的措施
如果菌种已经发生退化，产量下降，则要进 行 分离复壮。 菌种的分离: 因为在菌种发生衰退的同时，并 不是所有的菌体都衰退，其中未衰退的菌体往往是 经过环境条件考验的，具有更强的生产能力。 因此，对于已衰退的菌株采用单细胞菌株分离 的措施，即用稀释平板法或用平板划线法，以取得 单细胞所长成的菌落（colony），再通过菌落和菌体 的特征分析和性能测定，就可获得具有原来形状的 菌株，甚至性能更好的菌株（strain）。
2-β -葡萄糖苷酶”及两种糖类物质具有抗癌作用。
B：病毒(virus)
其特点如下： 1. 形体微小，体积比细菌 小的多。 2. 没有细胞结构，是一种 独特分子的生物，主要由核 酸和蛋白质构成。 3. 营寄生生活，由于缺乏 独立代谢的酶体系，不能脱 离寄主而自行生长繁殖，有 专一性。
人类免疫缺陷病毒 （ human immunodeficiency virus ，HIV ）
在液体沉没培养中由于搅拌器（agitator ）的剪应力作用，常常形成短的分支旺盛的菌 丝体，或呈分散生长，或呈菌丝团状生长。它 的最大经济价值在于能产生多种抗生素（ antibiotics）。从微生物中发现的抗生素，有 60%以上是放线菌产生的，如链霉素、红霉素 、金霉素、庆大霉素等。 常用的放线菌主要来自以下几个属：链霉 菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。
形态突变 高产突变 耐药性突变 营养缺陷型突变 结构类似物抗性突变
出发菌株（parent strain）选择应考虑的问题

出发菌株的稳定性： 选用具备优良特性的菌株： 挑选对诱变剂敏感的菌株： 注意菌株的生理状态及生长发育时间：
生长方式是菌丝末端的伸长和顶端分支，彼 此交错呈网状。菌丝的长度即受遗传性的控制， 又受环境的影响，其分支数量取决于环境条件。 菌丝或呈分散生长，或呈菌丝团状生长。
工业上常用的霉菌有： 藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉，子囊菌纲 的红曲霉，半知菌类的曲霉、青霉等； 产品：