(完整word版)补充材料---提高初级、次级代谢产物产量的方法
发酵工程考试重点整理
第一章名词解释1. 发酵:利用生物细胞(含动物、植物和微生物细胞)，在合适的条件下，经特定的代谢途径转变成所需产物菌体体的过程。
2. 发酵工程：是以天然生物体和人工修饰的生物体为加工对象，集现代化高新技术为一体，生产产品或服务于人类社会的一种工程技术。
3. 生物工程：广义上说是指运用生物科学知识及工程学的原理，开发利用生物材料为人类社会提供产品和服务的工程技术。
狭义上是指以基因工程技术为核心的现代生物技术的总称。
4. 生物催化剂：指传统发酵所利用的微生物外，还包括现在生物技术所利用的动植物细胞或细胞中的酶。
简答题1.发酵过程的特点答：①发酵生产过程通常都是在常温常压下进行，一般操作条件比较温和，各种设备不必考虑防爆问题，对设备要求相对较低，还可是一种设备具有多种用途；②发酵生产所用的原料主要以农副产品及其加工产品，如玉米、淀粉、豆饼、玉米浆、酵母膏、牛肉膏等为主，基本属于可再生的生物资源范畴；③发酵过程中的反应以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够像单一的反应一样在单一的生物反应器中进行；④发酵工业与其它工业相比，相对投资较少，见效较快，具有经济和效能的统一性。
2.发酵工业生产流程答：发酵工业的生产过程主要包括以下环节，①原料预处理；②发酵培养基的配制和灭菌；③无菌空气的制备；④微生物种子的制备；⑤发酵过程的操作方式；⑥发酵产品及分离提纯工艺。
3.发酵工业发展的历史进程、重要历史阶段和典型技术答：①天然发酵阶段从史前到19世纪，人们不了解发酵的本质，仅利用自然发酵现象制作各种饮料酒和发酵食品，主要技术为酿酒技术；②纯培养技术的建立主要为19世纪末到20世纪30年代，以德国利斯特.柯赫完成了细菌纯培养技术；③通气搅拌发酵技术的建立从1929年开始到942年青霉素发酵生产的成功；④代谢控制发酵和现代发酵技术的发展从1956年到现在以日本木下祝郎发明了代谢控制发酵技术，使谷氨酸发酵生产实现产业化。
食品科学技术：发酵工程找答案(强化练习)
食品科学技术：发酵工程找答案（强化练习）1、填空题对于白味美思，特别是清香产品，一般采用新鲜的，贮存期短的白葡萄原酒，为此，贮存期间应添加（），以防止白葡萄酒的氧化.正确答案：二氧化硫2、名词解释核仁正确答案：细胞核中一个（江南博哥）没有膜包裹的圆形或椭圆形小体，这一区域rRNA含量很高，是合成核糖体的场所3、问答题微生物工程的发展经历了哪几个时期？正确答案：1.自然发酵时期2.纯培养技术的建立3.通气搅拌好气性发酵工程技术建立4.人工诱变育种与代谢调控发酵工程技术的建立5.发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术的建立6.基因工程阶段。
或答微生物酶反应生物合成和化学合成反应相结合工程技术建立4、单选下列酒的品种中，属于黄酒的是：（）.A.绍兴酒B.茅台C.汾酒D.五粮液正确答案：A5、判断题发酵产物的提取和精制过程也就是产物浓缩和纯化过程正确答案：对6、名词解释鸟枪法技术正确答案：将目的DNA随机地处理成大小不同的片段，再将这些片段的序列连接起来的测序方法7、名词解释生物芯片正确答案：是根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。
8、问答题酱油酿造过程中色、香、味、体的形成机理是什么？正确答案：酱油是由曲霉、酵母和乳酸菌等微生物综合作用的产物。
原料中的淀粉质经米曲霉分泌的淀粉酶的糖化作用，水解成糊精和葡萄糖。
这些糖对酱油的色、香、味、体起重要作用。
糖化作用完全，酱油的甜味好，体态浓厚，无盐固形物高。
色：酱油色素的形成，有两条主要的途径：一是糖与氨基酸结合发生美拉德反应，形成褐色物质；二是酶促褐变反应，由曲生成的多酚氧化酶将蛋白质的水解产物酪氨酸氧化成黑色素。
味：原料中的蛋白质经过米曲霉所分泌的蛋白酶作用，分解成氨基酸，构成酱油的鲜味。
香：乳酸菌利用葡萄糖发酵生成乳酸、醋酸、琥珀酸、葡萄糖醛酸等。
酵母菌发酵葡萄糖生成酒精。
次级代谢产物的一般流程
次级代谢产物的一般流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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发酵工程 举例说明如何通过代谢调控提高微生物产物产量
举例说明如何通过代谢调控提高微生物产物产量2013.6.16 微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。
从细胞水平上来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等动植物。
这是因为，微生物细胞的体积极小，而所处的环境条件却十分多变，每个细胞要在这样复杂的环境条件下求得生存和发展，就必须具备一整套发达的代谢调节系统。
在长期进化过程中，微生物发展出一整套十分有效的代谢调节方式，巧妙地解决了这一矛盾。
通过代谢调节微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的高效“经济核算”。
正常情况下，微生物代谢产物由于反馈抑制和反馈阻遏是不会大量积累的。
但自然界里常发现一些微生物产生了过量的代谢产物，这主要是由于这些微生物代谢机制失调造成的，在工业发酵上，可运用遗传的和环境的控制和人为的代谢调节，使其产物大量积累。
如氨基酸发酵生产就是在代谢调节研究的基础上发展起来的。
目前已经能够在转录和翻译上控制微生物的代谢，使微生物工业发酵进入了一个崭新阶段，即代谢控制发酵阶段。
所谓的代谢控制发酵，就是人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生成、积累。
一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:第一种是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型第二种方法是应用抗反馈调节突变法。
第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。
一、应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节这是氨基酸生产菌育种的最有效的办法。
营养缺陷型是指某菌种失去合成某种物质的能力，即合成途径中某一步发生突变，使合成反应不能完成，最终产物不能积累到引起反馈调节的浓度，从而有利于中间产物的积累。
例如，用高丝氨酸缺陷型生产菌进行赖氨酸发酵。
一般在形成赖氨酸的过程中有3种产物生成，只有赖氨酸和苏氨酸都达到一定浓度时，才能形成反馈抑制，从高丝氨酸切断这两个分支后，不能形成苏氨酸，也就不能形成反馈抑制。
植物生理学习题大全—植物的次级代谢产物
第六章植物的次级代谢产物一.名词解释初级代谢产物(primary metabolite)：糖类、脂肪、核酸和蛋白质等光合作用的直接产物。
次级代谢产物(secondary metabolite)：萜类、酚类和生物碱等是由糖类等有机物次级代谢衍生出来的物质。
酚类(phenol)：是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生物取代后生成的化合物。
二. 简答题1. 次级代谢产物在植物生命活动中的作用？①次级代谢产物是植物长期演化过程中产生的，对植物的生长、繁衍、适应等生理过程都具有重要的作用；②吲哚乙酸、赤霉素等植物激素及叶绿素、类胡萝卜素和木质素等可影响植物的生长发育；③花色素等色素和有挥发性萜类使植物具有一定的色、香、味，吸引昆虫或动物来传粉和传播种子；④某些植物产生的对植物本身无毒而对动物或微生物有毒的次级代谢产物可防御天敌吞食，保存自己；⑤植物被微生物感染时，会合成植保素，抵御微生物入侵。
2. 萜类的生物合成。
①甲羟戊酸途径：3个乙酰CoA分子为原料，形成甲羟戊酸，再经过焦磷酸化、脱羧化和脱水化等过程，就形成异戊烯焦磷酸(IPP)。
②甲基赤藓醇磷酸途径：丙酮酸和3-磷酸甘油醛经过一系列反应，形成甲基赤藓醇磷酸，继而形成二甲基丙烯焦磷酸(DMAPP)。
③IPP和DMAPP结合为牻牛儿焦磷酸(GPP)，形成单萜的前身；GPP和另一分子IPP结合，形成法尼焦磷酸(FPP)，成为倍半萜和三萜的前身；FPP又与另一分子IPP结合，形成牻牛儿牻牛儿焦磷酸(GGPP)，成为二萜和四萜的前身；最后，FPP和GGPP就聚合为多萜。
3. 萜类的功能。
①某些萜类影响植物的生长发育，属于双萜的赤霉素是调节植物高度的激素；②某些三萜的固醇和磷脂是膜的必需组成成分；③类胡萝卜素是四萜的衍生物，决定花、叶、和果实的颜色，并能吸收光能，参与光合作用；④许多植物的萜类有毒，可防止动物和昆虫的吞食；⑤有些萜类是药用或工业原料。
4. 植物体内的酚类化合物有哪些种类？分别有什么作用？①简单酚类：简单苯丙酸类化合物，苯丙酸内酯类化合物等；许多简单的酚类化合物在植物防御食草昆虫和真菌侵袭中起重要作用。
发酵工艺学试题库完整
发酵工艺学试题库完整发酵工艺学题库一、名词解释1、发酵（广义）利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，以及通气（有氧）培养的生产过程。
2、生物转化生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的化合物。
3、菌落指微生物细胞在一定条件下，在固体培养基表面形成的肉眼可见的微生物群体。
若来自一个细胞，则为纯培养或称克隆。
4、酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
5、激活在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。
6、前（体）馈激活指代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
7、反馈抑制（feedback inhibition）反馈抑制是指代谢的末端产物对酶(往往是代谢途径中的第一个酶)活性的抑制。
8、次级代谢是指微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期)，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程。
9、淀粉的溶解或液化淀粉糊化后，如果提高温度至130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液化。
10、糖化以无机酸或酶为催化剂，在一定温度下使淀粉水解，将淀粉全部或部分转化为葡萄糖等可发酵性糖的过程。
11、前体物质指某些化合物加入到发酵培养基中，能被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，其自身结构并无多大变化，但产量却因前体的加入有较大提高。
12、抑制剂加入后会抑制某些代谢途径的进行，使另一途径活跃，从而获得人们所需要的某种代谢产物，或使正常代谢的某一代谢中间物积累。
13、灭菌用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。
14、微生物的热阻是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。
15、无菌空气是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会，此种空气称为“无菌空气”。
提高代谢产物的方法
• 6.细胞膜透通行的调节： 6.细胞膜透通行的调节： 细胞膜透通行的调节
①改变膜的组成与结构，使之成为不完整的细胞膜。 改变膜的组成与结构，使之成为不完整的细胞膜。 破坏细胞壁的合成，使之不能合成完整的细胞壁，由此， ②破坏细胞壁的合成，使之不能合成完整的细胞壁，由此，细胞膜由于缺乏细 胞壁的机械保护作用可以改变其渗透性。 胞壁的机械保护作用可以改变其渗透性。 透通性酶活性的调节与控制： ③透通性酶活性的调节与控制：
• 流加技术； 控制培养基的组成 ； C源：使用缓慢利用的原料，寡糖、多糖、液化 淀粉； N源:豆粉、蛋白胨等 ； 提高次级代谢产物的方法，除了上述几种措施外， 目前的研究主要集中在培养基的优化上，应该说， 这是一种盲目性很大的方法，也可以说是一种很 无奈的方法。出现这种情况的原因是由于对于次 级代谢产物的理论研究不够深入，这在某种程度 上，也给次级代谢产物的生产带来了一定的影 响。
• 还需要从工程的角度上考虑： ①强化传质包括：底物和排泄的物质，氧 的传递。 ②控制生物反应的均一性。包括：底物浓 度，H+浓度、氧化还原电位、温度等。 ③控制泡沫的生成与消除。
二、提高次级代谢产物的方法： 提高次级代谢产物的方法：
• 1、补加前体（前驱物质）； 补加前体的有两个条件： ①前体是产物形成的限速因子，其合成受到众多 的控制。 ②必须已知其代谢途径，且补加的前体物质对于 M体内其他酶系无抑制作用，否则，影响到了菌 体的其他代谢，如：产能代谢等，仍然不能提高 次级代谢产物的产量。 • 2、解除分解代谢阻遏；
一、提高初级代谢产物产量的方法
• 1.使用诱导物 1.使用诱导物 • 2.选育组成型突变株 2.选育组成型突变株 • 3.解除分解代谢阻遏 3.解除分解代谢阻遏
植物细胞培养生产次级代谢产物的影响因素与对策
植物细胞培养生产次级代谢产物的影响因素与对策植物细胞培养技术是将植物体的某一部分经过无菌处理，置于人工培养基上使其细胞增殖，进而按需要进行培养的技术。
利用植物细胞培养技术生产有用代谢产物，已成为继微生物技术以后当代生物技术重要的发展领域。
据不完全统计，我国已对400多种植物建立了组织和细胞培养体系，并从中分离出600多种代谢产物。
1外植体的影响同一植株不同部位的组织进行培养时，其产物或产物积累量不同。
银杏叶来源的愈伤组织黄酮含量为1.5%，茎段来源的愈伤组织为1.0%，而子叶来源的愈伤组织仅为0.3%。
Mischenko等[3]在茜草愈伤组织培养过程中发现，来源于叶柄和茎的愈伤组织蒽醌累积量比来源于茎尖和叶的愈伤组织高。
徐咏梅等对杜仲乔林与叶林2种栽培模式下树皮中次生代谢物的含量差异研究发现，乔林树皮中杜仲醇、总黄酮和杜仲胶的含量均比叶林树皮中的高，而叶林树皮中绿原酸、京尼平甙酸和桃叶珊瑚甙比乔林树皮中的高。
因此，利用植物细胞培养生产次生代谢物时，选择能诱导出疏松易碎、生长快速且具有较高次生代谢物合成能力的愈伤组织的外植体非常重要。
2培养基的影响2.1培养基种类在细胞培养中，愈伤组织生长和次生代谢物产生的最佳培养基一般是不一致的。
钟青平等研究不同培养条件下的栀子愈伤组织生长和栀子黄色素的产生时发现，B5、MG-5基本培养基有利于愈伤组织生长；M-9基本培养基有利于黄色素合成。
甘烦远等认为MC培养基对红花愈伤组织生长和生育酚的形成最有效。
因此在组织培养时可以采用二步培养法，根据生长及代谢的需要，调整基本培养基。
2.2培养基组分2.2.1碳源不同的培养细胞适合生长和次生代谢物积累的碳源种类不同。
郑穗平等，在研究玫瑰茄细胞生长和花青素生成时发现，蔗糖作为碳源，细胞的生长量高，葡萄糖作为碳源，细胞花青素的含量高。
赵德修等研究发现，5%蔗糖+1%葡萄糖组合对雪莲愈伤组织生长不仅有利，而且细胞中总黄酮的含量也最高。
代谢工程提高产量的方法
代谢工程提高产量的方法
代谢工程是一种利用生物技术手段来调控生物体内代谢途径的
方法，从而达到提高产量的目的。
以下是一些常见的方法：
1. 选择合适的宿主生物，选择合适的宿主生物是提高产量的关键。
不同的生物体具有不同的代谢途径和特点，选择适合特定产物
合成的宿主生物对于提高产量至关重要。
2. 优化基因表达，通过调控基因的表达水平，可以增加特定代
谢途径中关键酶的表达量，从而增加产物的合成速率。
这可以通过
基因工程技术来实现，例如使用启动子、转录因子等来调控基因的
表达。
3. 代谢通量的调控，代谢通量是指在代谢途径中某一特定化合
物的合成速率，通过调控代谢通量可以提高产物的产量。
这可以通
过调控关键酶的活性或者引入新的代谢途径来实现。
4. 底物供应的优化，合适的底物供应对于代谢工程也非常重要。
通过优化底物的供应，可以提高产物的合成效率，例如通过优化培
养基成分或者代谢途径中的底物转运。
5. 考虑代谢产物的毒性，在进行代谢工程时，需要考虑代谢产物对生物体的毒性，适当地调控产物的合成速率，避免对宿主生物产生不利影响。
6. 进化工程，利用进化工程的方法，可以通过长时间的培养和筛选，获得具有更高产量的突变菌株或酵母菌株。
总的来说，代谢工程是一项复杂的工程，需要综合考虑宿主生物、代谢途径、基因表达、代谢通量等多个因素，通过综合运用生物技术手段，才能有效地提高产量。
当然，针对具体的产物和宿主生物，还需要具体分析具体问题，制定相应的策略来提高产量。
代谢工程提高产量的方法
代谢工程提高产量的方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：代谢工程是一种利用现代生物技术手段来调控微生物代谢途径，从而提高产量的方法。
在工业生产中，代谢工程可以被广泛应用于生物制荂行、食品生产、药物合成等领域，通过对微生物代谢途径的调控，实现产物的高效合成和提高产量。
本文将探讨代谢工程在提高产量方面的作用和方法，希望能给相关领域的研究者提供一些参考。
一、代谢工程的作用代谢工程通过对微生物基因组的改造，调控其代谢途径，提高目标产物的合成效率和产量。
在传统工业生产中，通过代谢工程，可以实现优势微生物的基因组重组，使其在生长过程中能够更有效地利用底物合成所需的产物。
在食品工业中，代谢工程可以优化微生物发酵过程，提高食品的口感和品质。
在药物合成领域，代谢工程可以帮助合成更复杂的有机分子，提高药物的生产效率和质量。
二、代谢工程提高产量的方法1. 选择适合的微生物在进行代谢工程之前，首先要选择适合生产目标产物的微生物。
不同微生物的代谢途径和代谢产物可能存在差异，选择合适的微生物能够更好地实现产物的高效合成。
一些优势微生物如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等被广泛应用于代谢工程中。
2. 基因组重组代谢工程的核心方法是对微生物基因组进行重组，调控其代谢途径。
通过基因敲除、添加以及调控，可以优化微生物的代谢途径，使其更有效地合成目标产物。
通过了解微生物基因组结构和功能，可以有针对性地进行基因组重组，实现产物的高效合成。
3. 代谢通路优化在进行代谢工程时，研究者可以通过调控微生物的代谢途径，优化产物的合成通路。
通过引入新的代谢途径或调控现有途径的酶活性，可以增加底物的利用率，提高产物的合成效率和产量。
此外，对代谢通路中的限速步骤进行优化，也可以进一步提高产物的合成效率。
4. 压力适应在进行代谢工程时，微生物可能面临外界环境不利的压力，如温度、酸碱度等变化。
研究者可以通过调控微生物的代谢途径，提高其对外界压力的适应能力。
通过优化微生物的生长环境，控制生产过程中的外部压力，可以保证产物的高效合成。
代谢工程提高产量的方法
代谢工程提高产量的方法
代谢工程是一种利用微生物或细胞工程来增加生物体内特定代
谢产物的生产量的技术。
要提高产量，可以从以下几个方面进行考虑：
1. 选择合适的宿主生物，选择适合生产目标产物的宿主生物，
如大肠杆菌、酵母菌、真菌等。
不同的宿主生物对不同代谢产物的
生产具有不同的优势和适应能力。
2. 优化代谢途径，通过代谢工程技术，可以通过基因工程手段
来增加目标产物的合成途径的通量，或者阻断竞争代谢途径，从而
增加目标产物的产量。
3. 增加底物供应，通过调控底物的供应，比如提高底物的浓度
或者改变底物的输入速率，可以增加代谢产物的产量。
4. 优化发酵条件，调节发酵条件，比如温度、pH、氧气供应等，可以提高微生物的生长速率和代谢产物的产量。
5. 利用蛋白工程技术，通过对相关酶的蛋白工程，比如改变酶
的底物特异性、活性或稳定性，可以提高代谢途径中的关键酶的催化效率，从而增加产物的生成速率和产量。
6. 使用高通量筛选技术，利用高通量筛选技术，比如代谢工程中常用的代谢通量分析、代谢产物检测等技术，可以快速筛选出高产量的菌株或细胞系。
综上所述，提高代谢工程产量的方法涉及到宿主生物的选择、代谢途径的优化、底物供应的增加、发酵条件的优化、蛋白工程技术的应用以及高通量筛选技术的运用。
通过综合运用这些方法，可以有效地提高代谢工程产量。
植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用
1.2应用概况
• 迄今为止,人类通过植物细胞培养获得的生 物碱、维生素、色素、抗生素以及抗肿瘤 药物不少于50大类,其中有30多种次生代谢 物的含量在人工培养时已达到或超过亲本 植物的水平。在研究过的200多种植物细胞 培养物中,已发现可产生300余种对人类有用 的成分,其中大部分为临床上广为应用的重 要药物
1 传统固定化方法
（1）包埋法是目前最普遍采用的固定化方法.特别是海藻胶包埋法，条件温 和、价格便宜、方法简单，且特别适用于脆弱、敏感的植物细胞 （2）吸附法也是一种比较温和的固定化方法，但不如包埋法在植物细胞固 定化应用广泛.
2 膜法
植物细胞附着在玻璃、金属、木屑、海藻盐表面生长，形成的一定厚度的 生物膜为细胞的生长和次生代谢产物的合成提供了近似天然的良好条件
植物组织培养在生产次级代谢产物中的应用在培养过程中影响产量的因素11应用实例集中在制药工业中一些价格高产量低需求量大的化合物上紫杉醇长春碱油料小豆落油春黄菊油食品添加剂生姜香子兰调味剂胡椒留兰香等饮料咖啡可可等树胶阿拉伯胶等迄今为止人类通过植物细胞培养获得的生物碱维生素色素抗生素以及抗肿瘤药物不少于50大类其中有30多种次生代谢物的含量在人工培养时已达到或超过亲本植物的水平
3.2高产细胞系的选育
• 高产细胞系的选育是提高次级代谢产物 产量的主要途径之一。 • 筛选高产细胞系的方法有很多,目前使用 较多的是直接筛选法和诱变育种法。
3.3培养条件
• 培养条件的控制在进行次级代谢产物生产 中是很重要的环节。 • 培养条件的优化包括培养基组成和培养条 件如温度、光照、通气等的优化
3 细胞自固定
植物细胞自生固定化培养是近几年来才发展起来的一项培养技 术.利用植物细胞具有聚集成团的特性，将愈伤组织细胞进行液体培养， 或通过选择合适的激素配比，使悬浮培养的植物细胞自动聚集成具有 一定分化程度的大颗粒，再进行悬浮培养.
次级代谢产物
CH3 CH3
cooH
HN
o
o
HN
o
o
HN
o
o
SH
CH3
HN
CH3
cooH
异青霉素N合成酶
（LLD—ACV）
S N
CH3
（异青霉素N）
CH3
COOH
异青霉素N酰基转移酶
酰基辅酶A 、苯乙酸
S
CH3
N
CH3
COOH
（青霉素G）
选育青霉素生产菌
1、出发菌株的选择
青霉素产生菌主要是产黄青霉。开始生长时，孢子先胀大，长出芽管并急 速伸长，形成隔膜，繁殖成菌丝，然后产生复杂的分支，交织为网状而成菌落。 菌落外观有的平坦，有的褶皱很多，一般都是圆形的。在发育过程中从气生菌 丝形成大梗和小梗，于小梗上着生分生孢子，排列成链状，形状似毛笔。分生 孢子有椭圆形、圆柱形、圆形，每种菌种的孢子均具有一定的形状，多次传代 后也不改变。
次级代谢产物
两个概念 ：初级代谢产物，次级代谢产物
• 初级代谢产物：是指微生物产生的，生长和繁 殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。
• 次级代谢产物：从初级代谢途径中形成分枝代 谢途径，并用初级代谢产物生成与菌体生长繁 殖无关的物质或功能还未明的化合物，这个过 程称次级代谢，产物称次级代谢产物，如抗生 素、毒素、色素。
发酵液中苯乙酸浓度 约0.1kg/m3
发酵时间
180~240h
表一
青霉素的发酵控制
温度 青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不 同可能稍有差别 , 但一般认为应在25 °C 左右。 温度过高将明显降低发酵产率 , 同时增加葡萄 糖的维持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的转化率。 对菌丝生长和青霉素合成来说 , 最适温度不是 一样的, 一般前者略高于后者, 故有的发酵过 程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短 生长时间, 到达生产阶段后便适当降低温度 , 以利于青霉素的合成。
6.8初级代谢与次级代谢
初级代谢与次级代谢初级代谢与次级代谢初级代谢微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。
一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
次级代谢微生物在一定的生长时期（一般是稳定生长时期），以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程。
某些生物为了避免在初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。
某些生物在一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。
通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物，大多是分子结构比较复杂的化合物。
根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
初级代谢与次级代谢的关系1、存在范围及产物类型不同初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各类生物中基本相同。
它是一类普遍存在于各类生物中的一种基本代谢类型。
初级代谢次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同而产生不同的次级代谢产物。
次级代谢不同的微生物可产生不同的次级代谢产物例如某些青霉、芽孢杆菌和黑曲霉在一定的条件下可以分别合成青霉素、杆菌肽和柠檬酸等次级代谢产物。
相同的微生物在不同条件下产生不同的次级代谢产物用于青霉菌的二种培养基：Raulin培养基：葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸铵0.27%、磷酸氢二铵0.04%、硫酸镁0.027%硫酸铵0.017%、硫酸0.005%、硫酸亚铁0.005%Czapek-Dox培养基：葡萄糖5%、硝酸纳0.2%、磷酸氢二钾0.1%、氯化钾0.05%、硫酸镁0.05%、硫酸亚铁0.001%灰黄青霉在Czapek-Dox培养基上培养时可以合成灰黄霉素，在Raulin培养基上培养时则合成褐菌素（fulvic acid）；产黄青霉在在Raulin中培养时可以合成青霉酸。
在微生物代谢工程中如何提高发酵产物产量
第六章 要 点
1 在发酵过程中污染杂菌会造成什么损失？ 可以采取什么措施减少杂菌的污染？
2 灭菌的方法有哪些？培养基灭菌主要用什 么方法？
3 什么是培养基的分批灭菌？说明分批灭菌 的过程和注意事项。
4 画图说明几种连续灭菌的流程。 5 在空气除菌过程中介质对空气中微粒的阻
拦作用原理有哪些？
本章要点
方式是什么？ 5 菌种保藏的主要方法有哪些？菌种保
藏中心主要采取哪些方法保藏菌种？
本章要点
微生物代谢、代谢调节、代谢工程的概念； 微生物代谢的调节方式及各种调节类型； 初级代谢和次级代谢调节的异同； 在微生物代谢工程中如何提高发酵产物产量？ 在实际生产中可以利用哪些方法提高发酵产 物的产量？
小总结：
?培养基必须满足菌体生长所需的营养以及其它条件?了解发酵培养基的组成发酵培养基常用的原料以及其中的基本概念
第一章 要 点
1 什么是微生物工程？ 2 微生物工程的发展经过了哪几个时期？ 3 微生物工程可以应用在哪些方面？
第二章 要 点
1 微生物工程对菌种的要求是什么？ 2 常用的菌种分离方法有哪些？ 3 菌种的选育中对菌种的要求是什么？ 4 菌种选育的方法有哪些？其主要操作
培养基必须满足菌体生长所需的营养以及其它条件 了解发酵培养基的组成，发酵培养基常用的原料以
及其中的基本概念。
发酵培养基的优化与设计是发酵工程的基本问题，掌 握发酵培养基优化与设计的思路、了？ 怎样对发酵条件进行控制？
2、影响发酵的主要因素有哪些？ 如何利用这些因素对发酵进行调节？
1 画图说明通用发酵罐的基本结构？ 2 发酵罐主要分为哪几个类型？各包括
那些结构？
本章要点
1 目前发酵罐放大的主要依据； 2 发酵过程放大与优化的关键之处；
发酵工程名词解释
加速期：经过迟滞期后，细胞开始大量繁殖，进入一个短暂的加速期并很快到达对数生长期。
对数生长期：微生物经过迟滞期的调整后，进入快速生长阶段，使细胞数目喝菌体质量的增长随培养时间成直线上升。
Monod方程：菌体生长比速与限制性基质浓度的关系方程。
减速期：微生物群体不会长时间保持指数生长，因为营养物质的缺乏，代谢产物的积累，从而导致生长速率下降，进入减速期。
稳定生长期：微生物在对数生长后期，随着基质的消耗，基质不能支持微生物的下一次细胞分裂。
衰亡期：随着基质的严重缺乏，代谢产物的更多积累，细胞的能量储备消耗完毕以及环境条件如温度，PH，无机离子浓度的恶劣变化，使细胞生长进入衰亡期简单反应型：底物以恒定的化学计量转化为产物，没有中间产物的积累并行反应型：底物以不定的化学计量转化为一种以上的产物，而且产物生成速率随底物浓度而变化，无中间产物的积累。
串联反应型：底物形成产物前积累一定程度的中间产物。
分段反应型：底物形成产物前全部转化为中间产物，再由中间产物转化为最终产物。
复合反应型：大多数发酵反应即底物转化产物的过程是一个复杂的联合反应。
得率：生成的菌体或产物与消耗的基质的关系。
最大生产率：指发酵时间按从对数生长期开始至发酵结束计算得出的生产率。
开放式连续培养与发酵：指在连续培养与发酵系统中，微生物细胞随发酵液一起从发酵容器中流出，细胞的流出速率与新细胞的生成速率相等。
封闭式连续培养与发酵：指在连续培养与发酵系统中，只允许发酵液从发酵容器中流出，而使微生物细胞保留在发酵容器中。
单级式连续培养与发酵：采用单个发酵容器进行的连续培养与发酵系统。
多级式连续培养与发酵：采用多个发酵容器串联起来进行的连续培养与发酵系统。
恒浊器：指通过光电池检测发酵容器中发酵液的浊度，使发酵容器中的微生物细胞浓度保持恒定，从而保证微生物以最大的生长速率生长。
恒化器：通过自动控制系统使发酵容器中限制性基质的浓度保持恒定，从而保持微生物恒定的生长速率。
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第二节提高初级代谢产物产量的方法我们知道，初级和次级代谢产物在遗传控制、合成途径等方面存在差异的，因而获得发酵过量生产的方法也不同。
由于次级代谢产物的合成远离初级代谢的主要途径，微生物细胞对其合成控制较弱，因此，改变环境条件易于影响其表达，基因型改变后的产量变异幅度也较大，而初级代谢产物则与此相反。
这在选择提高代谢产物方法时应予考虑。
提高初级代谢产物产量的方法主要有以下几种：1.使用诱导物与糖类和蛋白质降解有关的水解酶类大都属诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就会增加胞外酶的产量。
如加入槐糖（1，2-β-D-葡二糖）诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。
但诱导物的价格往往比较贵，经济上未必合算。
加入廉价的含有诱导物的原料，如槐豆荚等某些种籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木聚糖，培养过程中可陆续被水解产生槐糖、木糖，这就是经常采用的方法。
但是，玉米芯等这类不溶性聚合物的分解过程缓慢，以其唯一碳源时，培养周期比较长，产品的体积生产率仍难大幅度提高。
可考虑先使微生物在廉价的可溶性碳源中迅速生长，形成大量菌体后，再加入诱导物诱导水解酶类生成的方法。
诱导物的浓度过高及能被迅速利用时，也会发生酶合成的阻遏，这在纤维二糖对纤维素酶的产生，对二糖对半纤维素酶生产中都已观察到，这也是使用诱导物时应予注意的。
2.除去诱导物——选育组成型产生菌在发酵工业中，要选择到一种廉价、高效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导物在工艺上也多不便，更为有效的方法是改变菌株的遗传特性，除去对诱导物的需要，即选育组成型突变株。
通过诱变处理，使调节基因发生突变，不产生有活性的阻遏蛋白，或者操纵基因发生突变不再能与阻遏物相结合，都可达到此目的。
迄今尚未见由于结构基因发生改变而得到组成型的报道。
已设计出多种选育组成型突变株的方法，其主要原则是创造一种利于组成型菌株生长而不利于诱导型菌株生长的培养条件，造成对组成型的选择优势以及适当的识别两类菌落的方法，从而把产生的组成型突变株选择出来。
例如把大肠杆菌半乳糖苷酶的诱导型菌株经诱变处理后，先后含乳糖的培养基中培养，由于组成型突变株半乳糖苷酶的合成不需诱导即能产生，因此可较诱导型的出发菌株较早开始生长，在一定时期内菌数的增加便较快，如持续进行培养时，由于诱导酶形成后，原菌株生长速率亦逐渐增加，这种选择性造成的差别就会减少，可用交替在乳糖、葡萄糖培养基中进行培养的方法。
两者利用葡萄糖时的生长速率是相同的，乳糖为碳源造成的组成型菌株的优势生长会持续下去，最后由平板分离就易于得到组成型突变株。
以乳糖为限制性生长因子进行连续培养时，生长速率较低的诱导型菌株就会被冲洗掉，也是利用了上述原理。
诱导型菌株不经诱变处理，利用其自发突变，用连续培养方法，也能得到组成型突变株。
在平板上识别组成型突变株的方法，主要是利用在无诱导物存在时进行培养，它能产生酶，加入适当的底物进行反应显示酶活加以识别。
经常使用酶解后可以有颜色变化的底物，便于迅速检出组成型菌落。
如甘油培养基平板中培养大肠杆菌时，诱导型菌株不产酶，组成型菌株可产生半乳糖苷酶。
菌落长出后喷布邻硝基苯半乳糖苷，组成型菌株的菌落由于能水解它而呈现硝基苯的黄色，诱导型则无颜色变化。
另如羧甲基纤维素被内切纤维素酶水解后，由于暴露出更多的还原性末端而能被刚果红所染色。
可由此方便地检出纤维素酶产生菌。
3.降解分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生高分子的多糖、蛋白质等的分解代谢产物（如能被迅速利用的单糖、氨基酸以及脂肪酸、磷酸盐）都会阻遏分解其聚合物的水解酶类的生成。
因此用限量流加这类物质或改用难以被水解的底物的方法，都可减少阻遏作用的发生，而获得较高的酶产量。
但是由于它并未改变产生菌的遗传特性，只是暂时改变了酶的合成速率，因此结果往往不稳定。
更有效的方法是筛选抗降解物阻遏的突变株。
4.解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株从遗传学角度来考虑，如调节基因发生突变，使产生的阻遏蛋白失活，不能与末端分解代谢产物结合，或操纵基因发生使阻遏蛋白不能与其结合，都能获得抗分解代谢阻遏的突变株。
前者为隐性突变，后者为显性突变，都能由此导致酶的过量产生。
可以直接以末端代谢产物为底物来筛选抗阻遏突变株，如以葡萄糖、甘油为碳源筛选纤维素酶抗阻遏突变株。
但更多地是利用选育结构类似物抗性菌株的方法。
它所依据的机制是，结构类似物由于在分子结构上与分解代谢的末端产物相类似，因此它能与阻遏蛋白相结合，如调节基因发生突变而使阻遏蛋白不能与结构类似物结合，即出现抗性菌株。
由于分子结构上的类似，这种抗性菌株产生的阻遏蛋白也不能与正常的分解代谢产物相结合，即同时也具有对相应的分解代谢产物阻遏作用的抗性，而能导致相应酶类的过量生产。
由于结构类似物与正常代谢产物结构上的差异，它与阻遏蛋白的结合往往是不可逆的。
氨基酸类的结构类似物也不能用以合成具有正常功能的蛋白质，因此它在细胞中会达到较高的浓度。
这都是用结构类似物为底物筛选抗阻遏菌株，较之用正常的分解代谢末端产物更为有效的原因。
如果结构类似物与调节酶相结合，所获得的便是抗反馈抑制的抗性菌株。
筛选抗阻遏和抗反馈的双重突变则更易于获得高产菌株。
对一末端产物的生成途径了解的愈加清楚，就能定向选育多重突变株，而得到过量生产。
菌株选育中常用的结构类似物列于表4-1。
表中的类似物未区分其在作用机制上是抗阻遏或抗反馈，这是由于有的作用机制尚未完全弄清楚，有的则因菌种而异。
有些酶的合成可为铵盐、磷酸盐类所阻遏，用筛选对这类化合物的结构类似物有抗性的突变株的方法，也可达到脱阻遏的效果。
如构巣曲霉的蛋白酶的合成可为铵盐所阻遏，筛选抗甲基铵盐的抗性突变株，其蛋白酶合成即不为铵盐所阻遏。
表4-1 结构类似物及代谢末端产物5.解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制菌株如上所述，在生物合成途径中广泛存在着反馈抑制调节——末端产物抑制合成途径（包括分歧途径）中第一个酶的活力，因此，降低末端产物的浓度就能积累代谢途径中间体，如同培养基中去除阻遏物一样，这种方法的实施比较困难，比较有效的方法是选育对末端产物有抗性的突变株。
如天门冬氨酸激酶是赖氨酸生物合成途径中的调节酶，有黄色短杆菌分离到对赖氨酸的类似物（ε-氨基半胱氨酸）有抗性的突变株，它对天冬氨酸激酶的反馈抑制不敏感，赖氨酸的产量可达57mg/ml。
解除反馈抑制的另一种方法是选育营养缺陷型。
即筛选丧失了合成途径中某种酶，而必需提供某一中间代谢产物才能生长的突变株。
限量供给此中间产物就能降低或解除末端产物的反馈抑制，而获得另一种间产物的过量生产。
这在较简单的直线式合成途径中，已获得不少成功的实例。
谷氨酸经过乙酰谷氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸而合成精氨酸（图4-7）。
经诱变处理后得到的瓜氨酸营养缺陷型失去了催化鸟氨酸合成瓜氨酸的鸟氨酸转氨甲酰酶的能力，必需供给瓜氨酸或精氨酸时，此菌才能生长。
控制供给适当的精氨酸或瓜氨酸，使菌体生长，但又不知引起反馈抑制时（精氨酸抑制N-乙酰谷氨酸酶活力），就能使鸟氨酸大量产生。
如选育丧失精氨酸琥珀酸合成酶的精氨酸缺陷型，就能得到瓜氨酸的过量生产。
上述的直线式合成途径中，用营养缺陷型方法只能使中间代谢产物积累而不能使末端产物积累。
在分歧途径中则能得到使末端产物过量产生的营养缺陷型突变。
谷氨酸棒杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸的合成是与分歧代谢途径相联系的（图4-8），筛选高丝氨酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用而获得赖氨酸的过量生产。
这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸激酶不被抑制，只有两者的协同效应才能造成抑制。
在限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用也很难发生。
6.防止回复突变的产生和筛选负突变菌株的回复突变菌株经诱变产生的高产菌株，在生产过程中易于发生回复突变，使生产不稳定。
双重营养缺陷型发生回复突变的机率较小，易于获得遗传性较稳定的菌株。
如筛选得到的是抗结构类似物的高产菌株，可在培养液中加入适当结构类似物，以防止回复突变株的增殖。
利用高产株和回复突变对抗生素敏感性的不同，加适量抗生素防止回复株增殖，也是一类方法。
负突变株的回复突变株亦可用来提高代谢产物的过量产生。
在无阻遏物或末端代谢产物存在的条件下选育不产酶的负变株，继续进行诱变后转接在阻遏物或末端产物存在的条件下筛选产酶突变株，有可能获得高产菌株。
对其机制尚缺少深入的研究。
有的研究结果表明，抗阻遏突变株是启动基因突变得结果，抗反馈突变株是调节酶的变构中心发生了改变而催化中心未改变。
7.改变细胞膜的通透性微生物细胞吸收作为代谢所需要的底物和离子是依靠定位在细胞膜上的主动运输系统来进行，与产能代谢过程相偶联。
运输系统有高度的专一性，这主要取决于其蛋白质的组成，即透性酶。
透性酶的合成与由其输送的酶类一样也受调节控制。
细胞质膜和细胞壁的结构也影响物质的进出。
当控制物理、化学条件或者筛选细胞膜、细胞壁结构组成的突变株以改进物质的进出速率，影响代谢过程时，都有可能造成代谢产物过量生产。
谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-N-瓜氨酸精氨酸图 4-7 谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成途径 葡萄糖天冬氨酸异亮氨酸 图4-8 由天冬氨酸合成苏氨酸、蛋氨酸和赖氨酸的途径 反馈抑制微生物细胞分泌到细胞外的蛋白质，特别是水解酶类，大多数是糖蛋白。
酶分子中结合糖类与酶的催化活力无关，估计只要是利于分泌至胞外。
同一类酶系中的不含糖类的酶组分，往往是结合在细胞膜上而很少分泌至胞外。
加入表面活性剂，则有可能因改变细胞膜的通透性而获得水解酶类的高产。
由于表面活性剂种类繁多，性质各异，尚未有规律可循。
如加入吐温80可增加里氏木霉纤维素酶产量，但对其它菌株就未得到同样效果。
筛选细胞膜、细胞壁组成成分改变的突变株，由此影响物质的进入和排出，也能获得高产菌株。
如镰刀菌类对多烯类化合物的抗性菌株（细胞膜组分突变株），其碱性蛋白酶和麦角固醇的产量都有提高。
而细胞壁组成成分的变异则易于得到易于脱壁获得原生质体或便于产物提取的菌株。
8.筛选抗生素抗性突变株抗生素种类繁多，其抑制微生物代谢的机制各不相同，一些主要抗生素的作用机制已比较清楚。
筛选抗生素抗性突变体，也能取得由此而改变代谢调节，获得过量生产的结果。
衣霉素可抑制细胞膜糖蛋白的生成。
枯草杆菌的衣霉素抗性突变株的α-淀粉酶的产量较亲株提高了5倍，研究结果表明，是由于分泌机制改变的结果。
抗利福平的蜡状芽孢杆菌的无芽孢突变株的β-淀粉酶产量提高了7倍，这是由于芽孢形成的延迟利于β-淀粉酶的形成，而利福平的突变株往往失去了形成芽孢的能力。
谷氨酸棒杆菌的抗青霉素突变株的谷氨酸产量亦会增加。
对金属离子的抗性和对有丝分裂的抑制剂抗性的突变株，也被用于改变细胞代谢调节以得到代谢产物的高产。