1、微生物培养与发酵

微生物与环保
微生物处理腈纶废水的塔式滤池
常规菌(或常规细胞株) ①遗传工程
改造物种 生物工程 商品生产
② 细胞工程
“工程菌”（或“工程细胞 株”） ③ 微生物工程
④ 酶工程 ⑤ 生物反应器工程
经济效益
大 量产品 社会效益 生态效益
第一节
微生物及其特点
• 表示微生物大小的单位是µm（1 m＝106 μm） 或nm（1 m＝109 nm） • 必须用显微镜放大几十倍、几百倍、上千倍， 乃至用电子显微镜放大数万倍、上百万倍才 能看清。
• ㈢ 真核细胞类微生物
• ⒈ 酵母菌 • 酵母菌 (yeast) 是单细 胞真菌, 能发酵糖类，是 一类最低等的真核生物。 －般用高倍镜（400～600 倍）观察其个体细胞形态。
• ⒉ 霉菌
• 霉菌 (mould, mold) 是引起物品霉变的丝状真菌, 单细 胞或多细胞真核生物。可用低倍或高倍镜观察其个体形态。
（3）微生物与“人类基因组计划”
作为模式生物； 基因与基因组的功能研究的重要工具;
（4）我国微生物学的发展
汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证； 陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究； 高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究 和第一个微生物学专业； 抗生素的总产量已耀居世界首位；
两步法生产维生素C的技术居世界先进水平；
重要致病菌的特点及其防治；
微生物学的发展促进了人类的进步
微生物与医药卫生
微生物与农牧业
微生物与工业 微生物与食品
微生物与环保
微生物与生物工程（21世纪的微生物学）
微生物与医药卫生
用“工程菌”生产药物
• • • • • • 干 扰 素 脑 菲 肽 胰 岛 素 乙肝疫苗 众抗生素 各种单克隆抗体免疫血清
著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物， 是它们引起有机质的腐败。
(3) 免疫学——预防接种 首次制成狂犬疫 苗 (4) 其他贡献 巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理， 杀死有害微生物
2.柯赫
（1）微生物学基本操作技术方面的贡献 a）细菌纯培养方法的建立 土豆切面 → 营养明胶 → 营养琼脂（平皿）
b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对 各种微生物的培养
c）流动蒸汽灭菌
d）染色观察和显微摄影
（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献： a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； b）发现了肺结核病的病原菌（1905年获诺贝尔奖） c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 ——著名的柯赫原则
• ㈠ 非细胞类微生物
• ⒈ 真病毒 • 真病毒 (euvirus) 以活细胞内专性寄生(感染态) 或以无生命的生物大分子(非感染态)两种形式存 在, 由核酸和蛋白质组成的超显微的非细胞生物。
痘病毒
棒状病毒
腮腺炎病毒
噬菌体
疱疹病毒
乳头状瘤病毒
AIDS病毒
• ⒉ 亚病毒 • 亚病毒 (subvirus) 只含核酸和蛋白质两种组分 的其中一种的生物大分子病原体。 正常PrPc 羊瘙痒病致病PrPsc
光学显微镜
透射式电子显微镜
球菌的直径是0.5 µ m，因此80个球菌“肩并肩”地 排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。 杆菌的长度约 2 µ m，故1500个杆菌头尾衔接起来 仅有一颗芝麻长。
• 一、微生物的定义及成员
• 微生物——是形体微小、单细胞或结构较为简单 • 的多细胞生物、甚至没有细胞结构的生物的通称。 • 整个微生物家族的成员包括三大类： 非细胞类微生物 原核细胞类微生物 真核细胞类微生物
第一部分
微生物形态与分类
1、微生物及其特点 2、几个基本概念 3、生物反应过程的特点 4、微生物工业产品类型 5、发酵工程的发展简史
微生物简介
• 微生物无处不在，我们无时不生活在“微生 物的海洋”中。
• 细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计
为：1.0034 × 10 16 吨；
• 每张纸币带细菌：900万个；
朊 粒
• ㈡ 原核细胞类微生物
• ⒈ 细菌 • 细菌 (bacteria) 是结构简单的单细胞原核生物， 一般要在普通光学显微镜下放大一千倍以上并染 色才能清楚看见其个体。
• ⒉ 放线菌
• 放线菌 (actinomycetes)呈丝状生长，营养菌丝 为单细胞, 以孢子繁殖的一类原核生物,一般要采 用油镜观察。
生物的形态与分类、微生物的营养生长及培养基制备、发酵工艺过 程控制、发酵生产染菌及其防治等章节的内容，同时对微
生物与发酵工艺实践技能有一个全面系统的掌握。
课 程 介 绍
• 教材：自编教材 • 参考书目： • 熊宗贵. 发酵工艺原理. 北京: 中国医药科技 出版社.1995； • 周德庆. 微生物学教程(2版). 北京: 高等教育 出版社, 2002; • 图书馆的专业期刊（微生物学通报、氨基酸 与生物资源、食品研究与开发、食品与发酵 工业、食品工业科技等）
对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破
基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶”的假说； 遗传的物质基础的阐明； 基因概念的发展； 遗传密码的破译； 基因表达调控机制的研究； 生物大分子合成的中心法则；
（2）对生命科学研究技术的贡献
细胞的人工培养； 突变体筛选； DNA重组技术和遗传工程；
放线菌的基内菌丝与气生菌丝
• ⒊ 蓝细菌
• 蓝细菌 (cyanobacteria) 呈单细胞、非丝状群体 或丝状体的大型原核生物，能进行产氧光合作用。 有时也称蓝藻
螺
旋
藻
• ⒋ 支原体 • 支原体 (mycoplasma) 是 一类不具细胞壁的 最小型原核生物, 能在营养丰富的培 养基上独立生活, 许多种类是致病菌。
草履虫
• 原核生物中的 细菌、放线菌； • 真核生物中的 酵母菌、霉菌； • 非细胞生物中的 噬菌体； • 是在发酵工业上有重要用途或关 系密切的微生物, 因而是本课程讨论 的重点。
• 二、微生物的特点
• • • • • ㈠ ㈡ ㈢ ㈣ ㈤ 体积小，面积大 吸收多，转化快 生长旺，繁殖快 适应强，易变异 分布广，种类多
• 人体体表及体内存在大量的微生物：
• 皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；
• 口腔：细菌种类超过500种； • 肠道：微生物总量达100万亿， 粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细 菌总数为：1000亿个；
少数微生物也是人类的敌人！
鼠疫； 天花； 梅毒； 小儿麻痹症； 肺结核； 麻疯病； 感冒； 脑毛炎； 艾滋病； 疯牛病； 埃博拉病毒；
课 程 介 绍
• 推荐相关专业网站： • 中国生物技术信息网http://www.biotech.org.cn/; • 中国科学院微生物研究所 http://www.im.ac.cn/chinese.php ; • 中国食品网 http://www.cnfoodnet.com/20060427/ ; • 中国微生物学会 http://csm.im.ac.cn/ ; • 中国微生物资源数据库 http://sdb.im.ac.cn/ ; • 国工业微生物菌种保藏管理中心 http://www.china-cicc.org/; • 中国发酵工业协会 http://www.clii.com.cn ）。
课 程 考 核 方 式
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（一）基本思路：能力考核，过程考核、综合 评价。 （二）课程设计的评分标准（共100分） 课程总成绩 = 平时表现成绩×10% + 项目成绩的 平均成绩×40% ＋综合考核成绩×50% 说明： （1）平时表现成绩是根据能力训练过程 中出勤情况、纪律表现、课堂讨论情况。 （2）综合考核是指最后理论考试的成绩。
微生物培养与发酵
健雄职业技术学院化工系 陈秉全
课
• 1、课程性质 •
程
介
绍
本课程是在生物基本技能训练、化学基本技能训练基础上开设 的专业课程。本课程属于生物制药技术、生物技术及应用专业课。 目的让学生在生物工业领域能有更广阔的就业选择。
• 2、课程教学目标
•
让学生全面系统地了解工业微生物和发酵工艺，并重点掌握微
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微生物与农业和畜牧业
微生物饲料 农用抗菌素 生物农药 生物菌肥 微生物能源
微生物饲料
菌体蛋白饲料 饲 料 酵 母 维生素饲料 发 酵 饲 料 青 贮 饲 料
农用抗菌素
某些微生物能够产生具有抑制 或杀死植物病原菌的物质,该物质称 农用抗菌素。
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生物农药 细菌农药 真菌农药
• ⒌ 立克次氏体
• 立克次氏体 (rickettsia) 具有 细胞壁的较大原核 生物, 不能独立生 活, 专性寄生于真 核细胞内，是某些 人类传染病的病原 体。
• ⒍ 衣原体
• 衣原体 (chlamydia) 的细胞壁缺肽聚糖, 缺乏产能酶系的原核 生物，于真核细胞内 营专性能量寄生的一 类病原体。
1664年，英国人虎克（Robert Hooke）曾用原始的 显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行 观察。
1676年，微生物学的先驱 荷兰人列文虎克（Antony
van leeuwenhoek）首次
观察到了细菌。他没有上
过大学，是一个只会荷兰
语的小商人，但却在1680 年被选为英国皇家学会的 会员。
课 程 介 绍
１.武汉大学微生物学教学网站 ２.江南大学微生物学教学网站 ３.华中农业大学微生物学微生物教学网站 ４.长春师范学院微生物学网络课程 ５.华南师范大学微生物学教学网站 ６.长春师范学院微生物学网络课程 ７.安徽科技学院微生物学网站 ８.华中农业大学微生物学微生物教学网站 ９.江西农业大学精品课程 10.西北农林科技大学微生物学教学网站 11.山东大学生命科学院微生物学教学网站
病毒农药
生物菌肥 主要是根瘤菌肥即含固氮菌 活菌的肥料。
微生物与工业
• • • • • • 酶 工 业 氨基酸工业 有机酸工业 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料开发 生物化 工 食品工 程
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微生物与饮食、调味品
青 红方腐乳 酱，酱油，豆豉 食 用 醋 发酵饮料 淹渍蔬菜 味 精 发酵面食 食药用菌 食用色素 食品添加剂
泉生热孢菌全基因组序列测定。
21世纪微生物学展望
1．微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用 生物进化方面的研究； 性别分化的意义； 生物智慧的发展； 生命起源的研究； 极端环境的微生物的研究；
以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；
微生物产业的开发；
• ⒊ 蕈菌 • 蕈菌 (mushroom) 又名伞菌或担子菌，能产生大 型肉质子实体的真菌。
蘑
菇
灵
芝
• ⒋ 藻类
• 藻类 (algae) 是单细胞或单细胞的聚合体，进行 光合作用并产生氧气的一类真核生物。
• ⒌ 原生动物
• 原生动物 (protozoan) 个体 微小，无真正细胞 壁，具运动性，行 吞噬营养的单细胞 真核生物。
20世纪的微生物学
十九世纪末到二十世纪中期： 微生物学：鉴定病原菌、
研究免疫学及其在预防疾病中的作用 寻找化学治疗药物、 分析微生物的化学活性。
普通生物学：细胞的构造及其在繁殖
和发展中的作用、植物和动物的遗 传和进化的机制。
微生物学在生命科学发展中的重要地位
（1）微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，
非典(萨斯病毒)
；禽流感病毒；
人类对微生物世界的认识过程
• 感性认识阶段（史前时期） • 形态学发展阶段（初创时期） • 生理学发展阶段（奠基时期）
• 分子生物学发展阶段（成熟时期）
微生物的发现
• 我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；
• 4000年前埃及人已学会 烘制面包和酿制果酒；
• 2500年前发明酿 酱、醋，用曲治消化道疾病； • 公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不洁食物； • 公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”； • • • 公元九世纪 痘浆法、痘衣法预防天花； 16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由 肉眼看不见的生物(living creatures)引起的； 1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学 说；
（二）微生物学的奠基
法国人巴斯德（Louis Pasteur） （1822～1895）
德国人柯赫（Robert Koch） （ 1843～1910）
1.巴斯德
(1) 发现并证实发酵是由微生物引起的； 化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病”和 “蚕病” (2) 彻底否定了“自然发生”学说；