发酵工艺学菌种选育(1)精品PPT课件
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发酵菌种选育课件
《发酵菌种选育》PPT课件
三、自然界中细菌的分离
(一) 采样和采集方法
• 为了从一特定生态系统中分离出具有代表性的 细菌菌群，特别是分离那些在唯一微环境区域 中出现的菌群时，必须十分重视样本的采集。
• 样本采集时所需的工具通常有无菌刮铲、土样 采集器、镊子、解剖刀、手套、无菌小塑料袋 和塑料瓶等。
《发酵菌种选育》PPT课件
第二节 培养分离
• 从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要 和基础的步骤。
• 到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示 一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。
• 在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定 种类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时 调整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢 之微生物相适应。
• 因此，建立一更为科学的和针对性不强的分 离方法是必要的。
《发酵菌种选育》PPT课件
一、成功的分离培养方法
(1)认真考虑所需产品的特征和生产过程； (2)制订初步的筛选标准； (3)将生态学方法运用到分离和筛选过程。
《发酵菌种选育》PPT课件
二、将生态学方法用于培养分离 的一般思路要点
• 1．罗列出所要分离的微生物类群； • 2．根据所采集样本的各种生态参数，描述所要
《发酵菌种选育》PPT课件
2.平皿划线分离法 a. 分区划线分离法
b. 连续划线分离法
《发酵菌种选育》PPT课件
（四）筛 选
• 这一步是采用与生 产相近的培养基和培 养条件，通过三角瓶 的容量进行小型发酵 试验，以求得适合于 工业生产用菌种。
《发酵菌种选育》PPT课件
（五）毒性试验
• 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的， 将其作为生产菌种应当十分当心，尤其与食品 工业有关的菌种，更应慎重。据有的国家规定， 微生物中除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米 曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒性试验外， 其他微生物作为食用，均需通过两年以上的毒 性试验。
三、自然界中细菌的分离
(一) 采样和采集方法
• 为了从一特定生态系统中分离出具有代表性的 细菌菌群，特别是分离那些在唯一微环境区域 中出现的菌群时，必须十分重视样本的采集。
• 样本采集时所需的工具通常有无菌刮铲、土样 采集器、镊子、解剖刀、手套、无菌小塑料袋 和塑料瓶等。
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第二节 培养分离
• 从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要 和基础的步骤。
• 到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示 一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。
• 在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定 种类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时 调整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢 之微生物相适应。
• 因此，建立一更为科学的和针对性不强的分 离方法是必要的。
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一、成功的分离培养方法
(1)认真考虑所需产品的特征和生产过程； (2)制订初步的筛选标准； (3)将生态学方法运用到分离和筛选过程。
《发酵菌种选育》PPT课件
二、将生态学方法用于培养分离 的一般思路要点
• 1．罗列出所要分离的微生物类群； • 2．根据所采集样本的各种生态参数，描述所要
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2.平皿划线分离法 a. 分区划线分离法
b. 连续划线分离法
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（四）筛 选
• 这一步是采用与生 产相近的培养基和培 养条件，通过三角瓶 的容量进行小型发酵 试验，以求得适合于 工业生产用菌种。
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（五）毒性试验
• 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的， 将其作为生产菌种应当十分当心，尤其与食品 工业有关的菌种，更应慎重。据有的国家规定， 微生物中除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米 曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒性试验外， 其他微生物作为食用，均需通过两年以上的毒 性试验。
《工业发酵菌种选育》PPT课件
应用：乳酸、干 酪、奶子酒、发 面、泡菜、酸奶 等的制作
枯草芽孢杆菌
应用：生产淀粉酶、
蛋白酶等
6
2、酵母菌
种类：酒精酵母、啤酒酵母、假丝酵母 红酵母、面包酵母、毕赤氏酵母
应用：生产酒精、啤酒、石油发酵脱蜡 和制取蛋白质、生产脂肪
7
面包酵母
啤酒酵 母
红酵 8 母
3、霉菌
曲霉属
应用：生产有机酸、生产淀粉酶、果胶酶、葡萄 糖氧化酶
第二章 工业发酵菌种来源及选育
第一节 工业发酵生产菌种
一、微生物工业对菌种的要求
微生物资源丰富，广布于土壤、水和空气等自然界
中，其中土壤中最多。现在微生物工业用菌有的是野 生型，有的是通过诱变得到的突变体。
发展趋势： 从野生型
变异株
自然选育
代谢控制育种
诱变育种
基因工程定向育种
1
微生物工业对大规模生产用菌的要求原则：
方法：控制一定的养分（碳源或氮源）；控制一定的培养 条件（温度、pH、底物等）。
（三）培养分离
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。在这一步，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、组织分离法。
19
培养条件控制
营养成分控制、控制培养基的pH、添加抑制剂、热处理、 控制培养温度、控制通气量
问题？
1、如何控制营养成分，分离自养型微生物、固氮菌、纤 维素酶菌、几丁质酶菌？ 2、如何控制培养基pH 分离产柠檬酸的黑曲霉？ 3、分离放线菌、细菌、霉菌时，选择哪些抑制剂？ 4、在培养基中添加去氧胆酸钠的作用是什么？厌氧培养 中加入焦性没食子酸与NaOH的作用是什么？ 5、如何分离芽孢菌？
枯草芽孢杆菌
应用：生产淀粉酶、
蛋白酶等
6
2、酵母菌
种类：酒精酵母、啤酒酵母、假丝酵母 红酵母、面包酵母、毕赤氏酵母
应用：生产酒精、啤酒、石油发酵脱蜡 和制取蛋白质、生产脂肪
7
面包酵母
啤酒酵 母
红酵 8 母
3、霉菌
曲霉属
应用：生产有机酸、生产淀粉酶、果胶酶、葡萄 糖氧化酶
第二章 工业发酵菌种来源及选育
第一节 工业发酵生产菌种
一、微生物工业对菌种的要求
微生物资源丰富，广布于土壤、水和空气等自然界
中，其中土壤中最多。现在微生物工业用菌有的是野 生型，有的是通过诱变得到的突变体。
发展趋势： 从野生型
变异株
自然选育
代谢控制育种
诱变育种
基因工程定向育种
1
微生物工业对大规模生产用菌的要求原则：
方法：控制一定的养分（碳源或氮源）；控制一定的培养 条件（温度、pH、底物等）。
（三）培养分离
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。在这一步，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、组织分离法。
19
培养条件控制
营养成分控制、控制培养基的pH、添加抑制剂、热处理、 控制培养温度、控制通气量
问题？
1、如何控制营养成分，分离自养型微生物、固氮菌、纤 维素酶菌、几丁质酶菌？ 2、如何控制培养基pH 分离产柠檬酸的黑曲霉？ 3、分离放线菌、细菌、霉菌时，选择哪些抑制剂？ 4、在培养基中添加去氧胆酸钠的作用是什么？厌氧培养 中加入焦性没食子酸与NaOH的作用是什么？ 5、如何分离芽孢菌？
菌种选育实用PPT课件PPT课件
第24页/共90页
例：醛肟水解酶的筛选 --Journal of biotechnology 94(2002), 65-72
培养基中含0.05% of Z-PAOx 每隔2-3天移去一半培养物，补充新鲜培养基 不断分析样品，2-3个月后Z-PAOx降低后，稀释分离条菌落
第25页/共90页
目的微生物富集方法的研究进展
第一节 微生物的特性及工业微生物的要求
一、微生物的特性 ❖ 有些微生物能在厌氧的条件下生长； ❖ 有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身 的生长； ❖ 有些微生物能进行复杂的代谢； ❖ 有些微生物能利用较复杂的化合物； ❖ 有些微生物能在极端的环境下生长。
第1页/共90页
二：工业化菌种的要求
1g
99ml 1/100
9ml
9ml
9ml
1/1000 10-4 10-5
9ml
10-6
9ml
10-7
9ml
10-8
第28页/共90页
a.倾注平皿分离法 b.涂布平皿分离法
1.稀释平皿分离法
第29页/共90页
2.平皿划线分离法 a.分区划线分离法
b.连续划线分离法
第30页/共90页
菌落的选出
从产物角度出发 在培养时以产物的形成有目的的设计培养基； 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素。
第34页/共90页
目的微生物培养分离
从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要和基础的步骤 。 到 目 前 为 止 ， 还 没 有 一 种 分 离 培 养 方 法 能 揭 示 一 个 试 样 中 所
包含的所有微生物总数和种类。 在 任 一 试 样 中 所 存 在 的 微 生 物 仅 为 极 少 数 特 定 种 类 的 菌 株 ；
《发酵菌种选育》课件
重要性
发酵菌种选育是提高发酵工业生产效率和产品质量的关键环节， 对于降低生产成本、提高经济效益、推动产业发展具有重要意义 。
菌种选育的基本原则
80%
适应性
选育的菌种应适应发酵工业生产 的环境条件，如温度、pH、压力 等。
100%
产率
选育的菌种应具有较高的发酵产 率，以提高生产效率和降低成本 。
80%
人工智能的应用将有助于提高菌种选育的效率和成功率，缩短研发周期，降低研 发成本。同时，人工智能还可以结合自动化技术实现菌种筛选和发酵过程的自动 化控制，提高生产效率。
THANK YOU
感谢聆听
04
发酵菌种选育的应用与案例
在工业生产中的应用
生物能源
发酵菌种可用于生产生物燃料 ，如乙醇、生物柴油等，替代 化石燃料。
化学品生产
发酵菌种可以用于生产各种化 学品，如氨基酸、抗生素、维 生素等。
食品加工
在食品加工中，发酵菌种可用 于生产酸奶、奶酪、面包等食 品。
在农业上的应用
有机肥料
发酵菌种可以将有机废弃物转化为有机肥料，提高土 壤肥力。
合成生物学结合了基因编辑技术和系 统生物学，通过设计和构建人工基因 线路和细胞系统来优化微生物发酵过 程。
随着合成生物学的发展，未来将有望 实现定制化的菌种设计和优化，提高 发酵产物的产量和纯度，降低生产成 本。
人工智能在菌种选育中的应用前景
人工智能技术如机器学习和深度学习能够处理大量的菌种数据，预测和优化菌种 生长和代谢过程。
菌种选育的成功案例分析
青霉素的发现
通过对霉菌的发酵产物进行筛选，发 现了青霉素，为人类治疗细菌感染做 出了巨大贡献。
酵母菌的选育
高赖氨酸玉米的选育
发酵菌种选育是提高发酵工业生产效率和产品质量的关键环节， 对于降低生产成本、提高经济效益、推动产业发展具有重要意义 。
菌种选育的基本原则
80%
适应性
选育的菌种应适应发酵工业生产 的环境条件，如温度、pH、压力 等。
100%
产率
选育的菌种应具有较高的发酵产 率，以提高生产效率和降低成本 。
80%
人工智能的应用将有助于提高菌种选育的效率和成功率，缩短研发周期，降低研 发成本。同时，人工智能还可以结合自动化技术实现菌种筛选和发酵过程的自动 化控制，提高生产效率。
THANK YOU
感谢聆听
04
发酵菌种选育的应用与案例
在工业生产中的应用
生物能源
发酵菌种可用于生产生物燃料 ，如乙醇、生物柴油等，替代 化石燃料。
化学品生产
发酵菌种可以用于生产各种化 学品，如氨基酸、抗生素、维 生素等。
食品加工
在食品加工中，发酵菌种可用 于生产酸奶、奶酪、面包等食 品。
在农业上的应用
有机肥料
发酵菌种可以将有机废弃物转化为有机肥料，提高土 壤肥力。
合成生物学结合了基因编辑技术和系 统生物学，通过设计和构建人工基因 线路和细胞系统来优化微生物发酵过 程。
随着合成生物学的发展，未来将有望 实现定制化的菌种设计和优化，提高 发酵产物的产量和纯度，降低生产成 本。
人工智能在菌种选育中的应用前景
人工智能技术如机器学习和深度学习能够处理大量的菌种数据，预测和优化菌种 生长和代谢过程。
菌种选育的成功案例分析
青霉素的发现
通过对霉菌的发酵产物进行筛选，发 现了青霉素，为人类治疗细菌感染做 出了巨大贡献。
酵母菌的选育
高赖氨酸玉米的选育
发酵工程02第二章发酵菌种选育
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发酵工程02第二章发酵菌种选育
5．列出生物系统中有用的自然底物，如森林土 壤中的几丁质、葡萄表皮的果胶；
6．根据上述1-5项中所获得的数据，设计分离方 法，即选择适宜的稀释液、底物、试样、天然浸 出汁和培养条件；
7．用标准方法作对照来评价生态学分离方法；
8．根据待检材料的生态参数需要，修改已知的 方法；
• 植物体上放线菌的分离：无菌取植物组织，干燥以 减少细菌数量，剪碎植物材料后植入平板表层后培 养。也可洗下微生物后振荡培养。
• 水中放线菌的分离： 为使所要分离的放线菌的数量 种类增多，一般将水样离心或滤纸过滤，取离心沉 积或滤纸表面沉积进行系列稀释和涂布。
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发酵工程02第二章发酵菌种选育
发酵工程02第二章发酵菌种选育
（五）毒性试验
• 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的， 将其作为生产菌种应当十分当心，尤其与食品 工业有关的菌种，更应慎重。据有的国家规定， 微生物中除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米 曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒性试验外， 其他微生物作为食用，均需通过两年以上的毒 性试验。
发酵工程02第二章发酵菌种选育
二、分离
• 目的微生物不纯，需分离纯化。采用简便迅速， 有一定准确性的检出方法，提高筛选效率。常
用平皿反应法：
• 纸片培养显色法：浸有指示剂滤纸。
• 透明圈法：混浊底物被分解后形成透明圈。如 可溶性淀粉、碳酸钙等。 变色圈法：直接用显色剂或指示剂。
生长圈法：利用某些具有特殊营养要求的微生 物作为工具菌，要分离的微生物能在一般培养 条件下生长而合成该营养物而使工具菌能生长， 形成生长圈。 抑制圈法：琼脂块培养法。
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《菌种选育》PPT课件
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耐高浓度酒精的酵母菌的酒精发酵 能力较高，也适宜提高发酵醪浓度，提 高醪液酒精浓度。
而耐高渗透压的酵母菌株具有积累甘 油的性能，可用于甘油发酵。
耐高酒精度、高渗透压的菌株也可分 别在高浓度酒精或加蔗糖等造成的高渗 环境下一次性筛选获得。
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2）阶梯性筛选法
药物抗性即抗药性突变株可在培养基中 加入一定量的药物或对菌体生长有抑制作 用的代谢物结构类似物来筛选，大量细胞 中少数抗性菌在这种培养基平板上能长出 菌落。但是在相当多的情况下，无法知道 微生物究竟能耐受多少高浓度的药物，这 时，药物抗性突变株的筛选需要应用阶梯 性筛选法。
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Avermectin产生菌诱导推理选育
avermectin(AVM)系一簇十六元大环内酯 类抗生素,它含有8个结构相似的组份:A1a、 A1b、A2a、A2b、B1a、B1b、B2a、B2b。8 个组分中B1a为主要有效成份。
Avermecti精n选化课件学ppt 结构
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(1)梯度平板法(Gradient plate) 先将10ml左右的一般 固体培养基倒入培养皿中，将皿底斜放，使培养基凝结 成斜面，然后将皿底放平，再倒入7-10ml含适当浓度的 药物的培养基，凝固后放置过夜。由于药物的扩散，上 层培养基越薄的部位，其药物浓度越稀，造成一由稀到 浓的药物浓度渐增的梯度。再将菌液涂布在梯度平板上， 药物低浓度区域菌落密度大，大都为敏感菌，药物高浓 度区域菌落稀疏甚至不长，浓度越高的区域里长出的菌 抗性越强。在同一个平板上可以得到耐药浓度不等的抗 性变异菌株。如果菌体对药物有个耐受临界浓度，则会 形成的明显界线。
发酵工程中的菌种ppt课件
（四）基因工程菌的稳定性
分裂不稳定：分裂时，出现一定比例不含质粒的子代菌； 结构不稳定：指外源基因从质粒上丢失、碱基重排或缺失。 1.产生原因：（常见是分裂不稳定） ①产不含质粒的子代菌的频率； ②两种菌的比生长速率。
质粒拷贝数低时，可增加，但不宜太高（生长负势 ）。 条件有利，高比生长速率，拷贝数降低，但更稳定。 质粒拷贝数过高，增加转录、翻译负担，产物未必增加。
2019 15
３、霉菌的杂交育种
准性生殖过程：不通过有性生殖的基因重组过程． 异核体的形成：两不同性状细胞（菌丝）连接，导致一 细胞存在两个不同遗传型核。 杂合二倍体形成；异核体偶尔发生不同核的融合，形成 杂合核，为双倍体。 菌丝成斑点、扇面——扇变。 体细胞重组：杂合二倍体只具有相对稳定性，繁殖过程 发生染色体交换，单倍化，形成各种分 离子。 准性生殖的单倍体化是一个渐变过程，需要多次分 裂，形成双倍体、非整倍体、单倍体等分离子。
第四章 微生物优良菌种的选育
2019
-
1
微生物发酵的一般流程
培养基配制 种子扩大培养 空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
2019 2
提纲
微生物优良生产菌种的特征 自然突变选育 诱变选育
原理 基本方法 放线菌 霉菌 酵母菌
杂交育种
细菌
原生质体融合 基因工程技术
基因表达系统 利用大肠杆菌的基因表达系统 利用酵母菌的基因表达系统 基因工程菌的稳定性
２.原生质体融合法：
原生质体制备 原生质体融合和再生 融合子的检出
３.原生质体融合技术在微生物育种中的应用：
选育高产优质菌株 产生新的产物
2019
-
19
五、基因工程育种
发酵工艺学.菌种选育(1)
渗漏缺陷型:是遗传性障碍不完全的营养缺 陷型，突变使某一种酶的活性下降而不是 完全丧失，能少量地合成某一代谢产物。
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• DNA损伤修复的五种方式
光复活作用 切补修复 有利于突变的发生 重组修复 SOS修复系统 DNA多聚酶的校正作用
2.4诱变育种方案设计 A. 制定筛选目标 B. 诱发突变
常用诱发剂及其特点 诱变剂的选择
不稳定菌株－－－－温和诱变剂 稳定菌株－－－－强烈的、广谱的诱变剂 低剂量诱变剂有利于高产菌株的稳定性
2.6突变株的筛选（Selection） I. 随机筛选 (Random selection) 1) 摇瓶筛选法
初筛一般是一个菌株只做一个摇瓶，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，并要重复3-5次，选出3-5个较好的菌 株，再做进一步比较，选出最佳的菌株。
• 反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终 产物对该途径关键酶活性的影响。 • 反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或 末端产物降低该途径中前面酶催化的反应 速度。 • 末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径。 • 反馈阻遏：代谢的终产物达到一定浓度时， 对该代谢途径前面的一种酶或几种酶的生 物合成产生阻碍作用。
提高产量
产生新的生物活性物质 改变产品质量和组分 简化工艺，缩短周期 抵抗不良环境
生产 菌种选 育目的
科研
适应新的原材料
提供分子遗传研究材料 研究生物合成调控机理 分析生物合成途径 获得带遗传标记的菌株
了解菌种遗传背景
青霉素生产菌种选育
1928年，Fleming,点青霉2U/mL 1943年，一农妇的发霉甜瓜上分 离到一株产黄青霉，120U/mL 经诱变，WisQ176，900U/mL 目前工业发酵水平：85000U/mL
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• DNA损伤修复的五种方式
光复活作用 切补修复 有利于突变的发生 重组修复 SOS修复系统 DNA多聚酶的校正作用
2.4诱变育种方案设计 A. 制定筛选目标 B. 诱发突变
常用诱发剂及其特点 诱变剂的选择
不稳定菌株－－－－温和诱变剂 稳定菌株－－－－强烈的、广谱的诱变剂 低剂量诱变剂有利于高产菌株的稳定性
2.6突变株的筛选（Selection） I. 随机筛选 (Random selection) 1) 摇瓶筛选法
初筛一般是一个菌株只做一个摇瓶，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，并要重复3-5次，选出3-5个较好的菌 株，再做进一步比较，选出最佳的菌株。
• 反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终 产物对该途径关键酶活性的影响。 • 反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或 末端产物降低该途径中前面酶催化的反应 速度。 • 末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径。 • 反馈阻遏：代谢的终产物达到一定浓度时， 对该代谢途径前面的一种酶或几种酶的生 物合成产生阻碍作用。
提高产量
产生新的生物活性物质 改变产品质量和组分 简化工艺，缩短周期 抵抗不良环境
生产 菌种选 育目的
科研
适应新的原材料
提供分子遗传研究材料 研究生物合成调控机理 分析生物合成途径 获得带遗传标记的菌株
了解菌种遗传背景
青霉素生产菌种选育
1928年，Fleming,点青霉2U/mL 1943年，一农妇的发霉甜瓜上分 离到一株产黄青霉，120U/mL 经诱变，WisQ176，900U/mL 目前工业发酵水平：85000U/mL
《发酵菌种选育》课件
《发酵菌种选育》PPT课 件
发酵菌种选育是一门重要的研究领域，本课件将介绍选育过程、筛选方法和 菌种管理的重要性，为发酵技术的发展做出贡献。
一、背景介绍
发酵技术广泛应用于食品、药品和工业等领域，发酵菌种的选择和培养是保证发酵过程成功进行的关键 因素。
二、菌种筛选方法
1
筛选方法的分类
菌种筛选方法可以根据不同的对象和目的进行分类，包括传统和分子生物学方法。
2
常见的菌种筛选方法
包括形态学观察、生理生化指标测定、抗菌活性检测以及基因分析等多种方法。
3
高通量筛选技术
利用自动化设备和大规模平行实验，实现对大量菌株快速筛选和评价。
三、菌种选育过程
菌种来源和采集
从自然环境中收集样品，并进 行筛选和纯化，获得潜在的发 酵菌种。
菌种鉴定和筛选
通过形态学、生理生化特性分 析等方法，确定菌种的分类和 筛选出优势菌株。
菌种培养和改良
将筛选出的菌株进行培养和改 良，以提高其代谢产物的产量 和质量。
四、菌株保藏和管理
菌种保存的方法和适用范围
包括冷冻保存、冻干保存和液氮保存等方法意事项
菌种管理涉及鉴定、纯化、存储和文献记录等，是保证菌株质量和研究可重复性的重要环节。
五、发酵菌种选育的意义和前景
1
发酵菌种选育的贡献和应用优
势
发酵菌种选育的未来发展趋势
2
可以提高发酵产物的产量和质量，推 动食品、制药和生物工程等领域的发
随着研究技术的不断进步，菌种选育
展。
将越来越多地利用生物信息学和人工
智能等技术。
六、结论
1 发酵菌种选育对发酵技术的发展具有重要意义
通过菌种选育的研究和应用，可以提高发酵产物的产量、质量和稳定性。
发酵菌种选育是一门重要的研究领域，本课件将介绍选育过程、筛选方法和 菌种管理的重要性，为发酵技术的发展做出贡献。
一、背景介绍
发酵技术广泛应用于食品、药品和工业等领域，发酵菌种的选择和培养是保证发酵过程成功进行的关键 因素。
二、菌种筛选方法
1
筛选方法的分类
菌种筛选方法可以根据不同的对象和目的进行分类，包括传统和分子生物学方法。
2
常见的菌种筛选方法
包括形态学观察、生理生化指标测定、抗菌活性检测以及基因分析等多种方法。
3
高通量筛选技术
利用自动化设备和大规模平行实验，实现对大量菌株快速筛选和评价。
三、菌种选育过程
菌种来源和采集
从自然环境中收集样品，并进 行筛选和纯化，获得潜在的发 酵菌种。
菌种鉴定和筛选
通过形态学、生理生化特性分 析等方法，确定菌种的分类和 筛选出优势菌株。
菌种培养和改良
将筛选出的菌株进行培养和改 良，以提高其代谢产物的产量 和质量。
四、菌株保藏和管理
菌种保存的方法和适用范围
包括冷冻保存、冻干保存和液氮保存等方法意事项
菌种管理涉及鉴定、纯化、存储和文献记录等，是保证菌株质量和研究可重复性的重要环节。
五、发酵菌种选育的意义和前景
1
发酵菌种选育的贡献和应用优
势
发酵菌种选育的未来发展趋势
2
可以提高发酵产物的产量和质量，推 动食品、制药和生物工程等领域的发
随着研究技术的不断进步，菌种选育
展。
将越来越多地利用生物信息学和人工
智能等技术。
六、结论
1 发酵菌种选育对发酵技术的发展具有重要意义
通过菌种选育的研究和应用，可以提高发酵产物的产量、质量和稳定性。
《发酵工业菌种》PPT课件
物活性物质和毒素。
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（二）分离筛选原理与技术
1. 筛选的指导思想 2. 分离筛选工作在实际中应用的几个方面 3. 新种分离筛选原理与技术
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1. 筛选的两种指导思想
先分离纯化，再结合工艺要求进行筛选。 分离纯化同时富于筛选条件，一步得出所需菌株。
结果有两种可能：
▪ 获得适于工业发酵菌株 ▪ 只获得选育所需的出发菌株
选择性分离技术 富集液体培养技术 施加选择压力，进行定向筛选 固体培养技术
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17
A.富集液体培养
增加混合菌群中所需菌株数量的一种技术 技术特点：给混合菌群提供一些有利于目的菌株生长
或不利于目的菌以外的其他菌型生长的条件 培养方式
▪ 分批培养方式：以最大比生长速率 （μmax）筛选， 存在选择压力的控制、移种时间和次数等问题
随机分离技术举例
抗生素产生菌的筛选
药理活性化合物产生菌的筛选
生长因子产生菌的筛选
多糖产生菌的筛选
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22
高产培养基设计的几个原则
制备一系列的培养基，其中有各种类型的养分成为 生长限制因素；
使用一聚合或复合形式的生长限制养分； 避免使用容易同化的碳源或氮源，防止分解代谢物
阻遏； 确定含有所需的辅因子（Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+）； 使用pH缓冲剂以减少pH变化； 前体、促进剂及抑制剂的采用。
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20
B. 固体培养技术
常用于分离某些酶产生菌 选择压力：在选择培养基中加入所需酶
的基质
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21
随机分离原理与技术
从产物入手，通过设计高产培养基和建立快速 灵敏专一的筛选方法，从随机分离的菌落中筛 选出所需的目的菌。
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6
（二）分离筛选原理与技术
1. 筛选的指导思想 2. 分离筛选工作在实际中应用的几个方面 3. 新种分离筛选原理与技术
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7
1. 筛选的两种指导思想
先分离纯化，再结合工艺要求进行筛选。 分离纯化同时富于筛选条件，一步得出所需菌株。
结果有两种可能：
▪ 获得适于工业发酵菌株 ▪ 只获得选育所需的出发菌株
选择性分离技术 富集液体培养技术 施加选择压力，进行定向筛选 固体培养技术
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17
A.富集液体培养
增加混合菌群中所需菌株数量的一种技术 技术特点：给混合菌群提供一些有利于目的菌株生长
或不利于目的菌以外的其他菌型生长的条件 培养方式
▪ 分批培养方式：以最大比生长速率 （μmax）筛选， 存在选择压力的控制、移种时间和次数等问题
随机分离技术举例
抗生素产生菌的筛选
药理活性化合物产生菌的筛选
生长因子产生菌的筛选
多糖产生菌的筛选
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22
高产培养基设计的几个原则
制备一系列的培养基，其中有各种类型的养分成为 生长限制因素；
使用一聚合或复合形式的生长限制养分； 避免使用容易同化的碳源或氮源，防止分解代谢物
阻遏； 确定含有所需的辅因子（Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+）； 使用pH缓冲剂以减少pH变化； 前体、促进剂及抑制剂的采用。
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20
B. 固体培养技术
常用于分离某些酶产生菌 选择压力：在选择培养基中加入所需酶
的基质
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21
随机分离原理与技术
从产物入手，通过设计高产培养基和建立快速 灵敏专一的筛选方法，从随机分离的菌落中筛 选出所需的目的菌。
发酵工业菌种PPT课件
随机分离方法
(用筛选方案- 检测系统进行间接分离）
富集液体培养 固体培养基条件培养 (初筛)
菌种纯化
复筛
菌种纯化
初步工艺条件摸索
再复筛 生产性能测试
较优菌株1-3株
保藏及进一步做生产试验 或作为育种的出发菌株
某些必要试验和 毒性试验等
含微生物样品的采集
采样时应注意的问题: 土壤微生物的分布 采土深度 土壤植被情况 采样季节 土壤的酸碱度
.
1
本章内容
一、发酵工业菌种筛选的原则与基本技术 二、发酵工业菌种改良
.
2
一、发酵工业菌种分离筛选原则与基本技术
（一）发酵工业菌种筛选的总趋势与要求 （二）分离筛选原理与技术 （三）应用举例
.
3
1. 菌种选择的总趋势
野生菌→变异菌 自然选育→代谢控制育种 诱发基因突变→基因重组的定向育种
金黄色葡萄球菌209p 枯草杆菌6633 大肠杆菌 耻垢分枝杆菌607 白色念珠菌 青霉菌
代表微生物类型
革兰氏阳性球菌 革兰氏阳性杆菌 革兰氏阴性肠道细菌
结核杆菌 酵母状真菌 丝状真菌
药理活性化合物产生菌的筛选
药理活性化合物是指能抑制人类代谢中某一 个关键酶的微生物产物即酶抑制剂，从而达到 治疗的目的。
筛选模型：目标酶
.
26
生长因子产生菌的筛选
筛选模型：营养缺陷型试验菌 筛选方法：利用被分离的微生物产物能否促进
营养缺陷型试验菌生长
.
27
氨基酸产生菌的筛选
样品
预处理
初筛（除真菌）
在分离平板上生长获得多个单菌落 复印平板（copy 法）
平板培养，其中有产生氨基酸的菌落分泌氨基酸 u.v线杀死长好的菌落
发酵工程第二章发酵工业菌种ppt课件
样品充分混匀； 每支移液管及涂布棒只能接触 一个稀释度的菌液；
同一稀释度三个以上重复,取平 均值；
每个平板上的菌落数目合适， 便于准确计数；
①初筛
初筛是从分离得到的大量菌种中将合成目的产物的菌种筛 选出来的过程。初筛可分为两种情况进行：
a.平板筛选 对于在分离纯化阶段没有进行平板定性法挑选 出来的菌株，可以先进行平板定性筛选。在初筛时，使 用平板快速检测法，将复杂而费时的化学测定改为平板 上肉眼可见的显色或生化反应，可以减少筛选的工作量， 大幅度地提高筛选效率。
研究方法 1、模拟自然培养法：原位培养、培养条件优化、单细胞操作。
2、宏基因组分析法：测序分析未培养微生物的基因组，结合蛋白质组学， 了解其代谢途径、基因表达调控机制等。
第二节 发酵工业菌种的分离筛选
菌种的来源
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保 藏部门索取或购买；
从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
度、碳源和氮源类型及浓度等，使目的微生
物在最适宜条件下迅速繁殖，数量增加，成
为人工环境下的优势种。
3. 富集培养
富集培养的策略 （1）控制培养基的营养成分 用促进某特定微生物生长繁殖的选择性培养基或培养条件。 可用抑制其他微生物生长繁殖的选择性培养基或培养条件。
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。
在科学研究中，通过菌种选育还可以了解菌种的 遗传学性质
2.1 工业发酵菌种概述
10
1
微生物物种
100 已发现物种
被利用物种
细菌
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复杂、耗时
2) 琼脂块筛选法
简单、快速，但不准确
3) 自动化筛选（筛选几千个菌落数/天）
II. 理性化筛选
又称定向筛选 (Oriented selection)
运用遗传学、生物化学的原理，根据 产物已知的或可能的生物合成途径、代谢 调控机制和产物分子结构来进行设计和采 用一些筛选方法，以打破微生物原有的代 谢调控机制，获得能大量形成产物的高产 突变株。
§1 自然选育
• 概念：利用微生物在一定条件下产
生自发突变的原理，通过分离，筛 选排除衰退型菌株，选择维持原有 生产水平的菌株的纯种选育的方法。
自发突变
纯菌种
传代增殖
突变个体
菌种为何会退化 和变异？
原始个体
1.1菌种退化和变异的原因
• 总的来说：内因＋外因
1. 遗传基因型的分离
2.
要点：遗传物质的多样化，群体繁殖
2. DNA损伤的修复：五种方式 3.从前突变到突变 4.从突变到突变型
分离性延迟和生理性延迟可理解为 “质”和“量”
16
• DNA损伤修复的五种方式
➢光复活作用
➢切补修复 ➢重组修复
有利于突变的发生
➢SOS修复系统
➢DNA多聚酶的校正作用
2.4诱变育种方案设计
A. 制定筛选目标 B. 诱发突变
3. 要考虑诱变剂的作用机理来选择 诱变剂，两种诱变剂复合使用效 果好。
4. 最适剂量(有2种观点)：杀菌率90%－ 99%较好，甚至99.9%;杀菌率75% －85%。
2.6突变株的筛选（Selection） I. 随机筛选 (Random selection)
1) 摇瓶筛选法
初筛一般是一个菌株只做一个摇瓶，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，并要重复3-5次，选出3-5个较好的菌 株，再做进一步比较，选出最佳的菌株。
菌种选 育目的
生产 科研
提高产量 产生新的生物活性物质 改变产品质量和组分 简化工艺，缩短周期 抵抗不良环境 适应新的原材料
提供分子遗传研究材料 研究生物合成调控机理 分析生物合成途径 获得带遗传标记的菌株 了解菌种遗传背景
青霉素生产菌种选育
1928年，Fleming,点青霉2U/mL 1943年，一农妇的发霉甜瓜上分
1)几个概念
• 初级代谢产物： 微生物代谢产生的，并是微生物自身生
长繁殖所必需的产物。 • 次级代谢产物：
微生物代谢产生的，而与菌体的生长繁 殖无明确关系的代谢产物。
• 反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终 产物对该途径关键酶活性的影响。
• 反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或 末端产物降低该途径中前面酶催化的反应 速度。
特点：高效、经济、但应注意使用安全
各种诱变的机制……
筛选：将分离培养后的各型单菌落接斜
面培养，成熟后接入摇瓶，测定其发 酵生产能力的过程。
✓初筛：以迅速筛出大量的达到初步要 求的分离菌落为目的，以量为主。
✓复筛：则是精选，以质为主，也就是 以精确度为主。
2.5诱变育种步骤
出发菌株的选择 处理菌悬液的制备 诱变处理 中间培养 分离和筛选
3. 2. 自发突变的结果
4.
可能原因：
5.
1）沙土管长期保藏 2)连续传代
6.
3）新陈代谢产生的诱变物质
7.
4）增变基因、死亡基因的存在
8. 3. 经诱变剂处理后的退化变异。
1.2自然选育流程图
生产菌种斜面
生产试验
进一步选育或保藏
制备单孢子悬浮液
分离出单菌落 移种
斜面种子(初筛)
高产菌株
高产纯化株 摇瓶复筛 斜面种子 沙土管菌株
• 末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径。
出发菌株的选择
1.选择纯种 2. 平均发酵单位要高，且发酵单位的波动幅 度要小，摇瓶间所测得结果的最高值和最低 值之差要小。 3.有良好的代谢特性。 4.选择对诱变剂敏感的菌株。 5.选用多个出发菌株进行诱变收效较快。
诱变剂的选择
1. 野生型菌株(遗传性不稳定):用缓和的 诱变剂。
2. 遗传性稳定的菌株:先要用强烈的不常 用的诱变谱广的诱变剂处理，使其发 生强烈的变异，然后再用缓和的诱变 剂进行处理或多次自然分离。
2.2优点：速度快、收效大、方法
简单 是当前的一种主要方法
2.3理论基础：
• 基因突变(诱发突变)
诱发突变
重要概念
前突变：诱变剂造成DNA分子某一位置
的结构改变。
突变：由于染色体或基因本身的变化而产
生遗传性状的变异。
表型迟延：表型改变落后于基因型改变
的现象。
诱变过程
突变的诱发过程
1. 诱变剂接触DNA分子前及对DNA分子 的损伤
离到一株产黄青霉，120U/mL 经诱变，WisQ176，900U/mL
目前工业发酵水平：85000U/mL
菌种选育的基本内容:
➢ 根据菌种自然变异而进行的自然 选育。
➢ 用人工方法引起菌种变异或形成 新的杂种, 再按照工业生产的要求 进行筛选来获的新的变种或杂种。
包括诱变育种、杂交育种、原生 质体育种、基因工程育种。
为何进行复筛？
自然选育是一种 纯种选育的方法
• 优点：简单易行
• 缺点：效率低、进展慢
难以获得高产突变株
以微生物的自然变异作为基础的 生产选种机率并不很高，一个基因的 自然突变频率仅10-6-10-10左右。
• 目的：纯化、复壮菌种
§2 诱变育种
2.1概念：以人工诱变手段诱发微生物
基因突变，改变遗传结构和功能，通 过筛选，从变异体中找出产量高、性 状优良的突变株，并找出其最佳培养 基和最佳培养条件，使其在最适的环 境条件下合成有效产物。
➢Hale Waihona Puke 常用诱发剂及其特点 ➢ 诱变剂的选择
不稳定菌株－－－－温和诱变剂 稳定菌株－－－－强烈的、广谱的诱变剂 低剂量诱变剂有利于高产菌株的稳定性
C.突变株的筛选
• 物理诱变剂
紫外线、X-射线、 γ-射线、 快中子 特点：紫外线方便、有效、使用安全， 其他的几种射线有一定的穿透力
• 化学诱变剂
碱基类似物、吖啶类、烷化剂
第二章 菌种选育理论与技术
（Ⅰ）
概述 自然选育 诱变育种
•概述
• 对于工业微生物发酵生产来说，决定 其生产水平高低的最主要因素有三个：
• 生产菌种
• 发酵工艺 • 提取工艺
最重要的
菌种选育是一门应用科学技术。
理论基础:微生物学、微生物遗传学、 生物化学、分子生物学、基因工程等 学科。
目的: ？
2) 琼脂块筛选法
简单、快速，但不准确
3) 自动化筛选（筛选几千个菌落数/天）
II. 理性化筛选
又称定向筛选 (Oriented selection)
运用遗传学、生物化学的原理，根据 产物已知的或可能的生物合成途径、代谢 调控机制和产物分子结构来进行设计和采 用一些筛选方法，以打破微生物原有的代 谢调控机制，获得能大量形成产物的高产 突变株。
§1 自然选育
• 概念：利用微生物在一定条件下产
生自发突变的原理，通过分离，筛 选排除衰退型菌株，选择维持原有 生产水平的菌株的纯种选育的方法。
自发突变
纯菌种
传代增殖
突变个体
菌种为何会退化 和变异？
原始个体
1.1菌种退化和变异的原因
• 总的来说：内因＋外因
1. 遗传基因型的分离
2.
要点：遗传物质的多样化，群体繁殖
2. DNA损伤的修复：五种方式 3.从前突变到突变 4.从突变到突变型
分离性延迟和生理性延迟可理解为 “质”和“量”
16
• DNA损伤修复的五种方式
➢光复活作用
➢切补修复 ➢重组修复
有利于突变的发生
➢SOS修复系统
➢DNA多聚酶的校正作用
2.4诱变育种方案设计
A. 制定筛选目标 B. 诱发突变
3. 要考虑诱变剂的作用机理来选择 诱变剂，两种诱变剂复合使用效 果好。
4. 最适剂量(有2种观点)：杀菌率90%－ 99%较好，甚至99.9%;杀菌率75% －85%。
2.6突变株的筛选（Selection） I. 随机筛选 (Random selection)
1) 摇瓶筛选法
初筛一般是一个菌株只做一个摇瓶，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，并要重复3-5次，选出3-5个较好的菌 株，再做进一步比较，选出最佳的菌株。
菌种选 育目的
生产 科研
提高产量 产生新的生物活性物质 改变产品质量和组分 简化工艺，缩短周期 抵抗不良环境 适应新的原材料
提供分子遗传研究材料 研究生物合成调控机理 分析生物合成途径 获得带遗传标记的菌株 了解菌种遗传背景
青霉素生产菌种选育
1928年，Fleming,点青霉2U/mL 1943年，一农妇的发霉甜瓜上分
1)几个概念
• 初级代谢产物： 微生物代谢产生的，并是微生物自身生
长繁殖所必需的产物。 • 次级代谢产物：
微生物代谢产生的，而与菌体的生长繁 殖无明确关系的代谢产物。
• 反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终 产物对该途径关键酶活性的影响。
• 反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或 末端产物降低该途径中前面酶催化的反应 速度。
特点：高效、经济、但应注意使用安全
各种诱变的机制……
筛选：将分离培养后的各型单菌落接斜
面培养，成熟后接入摇瓶，测定其发 酵生产能力的过程。
✓初筛：以迅速筛出大量的达到初步要 求的分离菌落为目的，以量为主。
✓复筛：则是精选，以质为主，也就是 以精确度为主。
2.5诱变育种步骤
出发菌株的选择 处理菌悬液的制备 诱变处理 中间培养 分离和筛选
3. 2. 自发突变的结果
4.
可能原因：
5.
1）沙土管长期保藏 2)连续传代
6.
3）新陈代谢产生的诱变物质
7.
4）增变基因、死亡基因的存在
8. 3. 经诱变剂处理后的退化变异。
1.2自然选育流程图
生产菌种斜面
生产试验
进一步选育或保藏
制备单孢子悬浮液
分离出单菌落 移种
斜面种子(初筛)
高产菌株
高产纯化株 摇瓶复筛 斜面种子 沙土管菌株
• 末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径。
出发菌株的选择
1.选择纯种 2. 平均发酵单位要高，且发酵单位的波动幅 度要小，摇瓶间所测得结果的最高值和最低 值之差要小。 3.有良好的代谢特性。 4.选择对诱变剂敏感的菌株。 5.选用多个出发菌株进行诱变收效较快。
诱变剂的选择
1. 野生型菌株(遗传性不稳定):用缓和的 诱变剂。
2. 遗传性稳定的菌株:先要用强烈的不常 用的诱变谱广的诱变剂处理，使其发 生强烈的变异，然后再用缓和的诱变 剂进行处理或多次自然分离。
2.2优点：速度快、收效大、方法
简单 是当前的一种主要方法
2.3理论基础：
• 基因突变(诱发突变)
诱发突变
重要概念
前突变：诱变剂造成DNA分子某一位置
的结构改变。
突变：由于染色体或基因本身的变化而产
生遗传性状的变异。
表型迟延：表型改变落后于基因型改变
的现象。
诱变过程
突变的诱发过程
1. 诱变剂接触DNA分子前及对DNA分子 的损伤
离到一株产黄青霉，120U/mL 经诱变，WisQ176，900U/mL
目前工业发酵水平：85000U/mL
菌种选育的基本内容:
➢ 根据菌种自然变异而进行的自然 选育。
➢ 用人工方法引起菌种变异或形成 新的杂种, 再按照工业生产的要求 进行筛选来获的新的变种或杂种。
包括诱变育种、杂交育种、原生 质体育种、基因工程育种。
为何进行复筛？
自然选育是一种 纯种选育的方法
• 优点：简单易行
• 缺点：效率低、进展慢
难以获得高产突变株
以微生物的自然变异作为基础的 生产选种机率并不很高，一个基因的 自然突变频率仅10-6-10-10左右。
• 目的：纯化、复壮菌种
§2 诱变育种
2.1概念：以人工诱变手段诱发微生物
基因突变，改变遗传结构和功能，通 过筛选，从变异体中找出产量高、性 状优良的突变株，并找出其最佳培养 基和最佳培养条件，使其在最适的环 境条件下合成有效产物。
➢Hale Waihona Puke 常用诱发剂及其特点 ➢ 诱变剂的选择
不稳定菌株－－－－温和诱变剂 稳定菌株－－－－强烈的、广谱的诱变剂 低剂量诱变剂有利于高产菌株的稳定性
C.突变株的筛选
• 物理诱变剂
紫外线、X-射线、 γ-射线、 快中子 特点：紫外线方便、有效、使用安全， 其他的几种射线有一定的穿透力
• 化学诱变剂
碱基类似物、吖啶类、烷化剂
第二章 菌种选育理论与技术
（Ⅰ）
概述 自然选育 诱变育种
•概述
• 对于工业微生物发酵生产来说，决定 其生产水平高低的最主要因素有三个：
• 生产菌种
• 发酵工艺 • 提取工艺
最重要的
菌种选育是一门应用科学技术。
理论基础:微生物学、微生物遗传学、 生物化学、分子生物学、基因工程等 学科。
目的: ？