微生物资源开发与利用剖析

现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产 胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，
生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在 化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单
细胞蛋白等。
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Fermentation engineering
发酵工程组成
语的小商人，但却在1680
年被选为英国皇家学会的 会员。
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（2）微生物学的奠基
法国人巴斯德（Louis Pasteur） 德国人柯赫（Robert Koch） 6 （ 1843～1910） （1822～1895）
微生物学的奠基
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 (2) 彻底否定了“自然发生”学说； 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) 巴斯德消毒法：60～65℃作短时间加热处理，杀死有害微生物
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易培养：
很多微生物都可以非常方便地进行人工培养！
数量大：
在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）
都生存有大量的微生物！
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变异易：
个体小、结构简、且多与外界环境直接接触
繁殖快、 数量多
突变率：10-5 – 10-10
短时间内产生大量的变异后代
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抗（逆）性强： 抗热：有的细菌能在265个大气压，250 ℃的条件下生长；
微生物资源的开发利用：
（1）微生物
（2）发酵工程
（3）生物转化
（4）环境保护及清洁生产
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一、微生物及其特点
微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能 其进行观察。 病毒 微生物 原核生物： 真细菌、古生菌 真核生物： 真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、 原生动物等
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1. 人类时时刻刻与
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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
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（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 1、 在每一相同病例中都出现这种微生物； 2 、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来； 3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会 重复发生； 4 、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。
微生物“共存”。
在近代科学中，对人类福利最大 的一门科学算是微生物学了。 微生物与人类关系的重要性，你 怎么强调都不过分。但微生物是一把
是 祸？是 福？
十分锋利的双刃剑，它们在给人类带 来巨大利益的同时也带来“残忍”的 破坏。它给人类带来的利益不仅是享 受，而且实际上涉及到人类的生存。
微生物既是人类的敌人，更 是人类的朋友！
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4. 新世纪的微生物学
20世纪40年代后，微生物自身的特点使其成为生物学 研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到
了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科
学的发展中作出了巨大的贡献。
微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、 深入的发展
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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 共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、 其中： 微生物自身特性的进一步开发、利用：例如降解性塑料，分解纤维 繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组 素、生产单细胞蛋白等。 上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高 借助（利用）微生物特点的基因工程产业：利用微生物生产药物、 度的统一性。 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究； 疫苗等。 特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在 极端环境的微生物的研究； 其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其
自然界中细菌生长的最高温度可以达到113 ℃ ； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死
抗寒：有些微生物可以在―12℃ ~ ―30℃的低温生长
抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH 0.5 ~ 13
耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl, 32%)中
都有微生物生长
抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长
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3. 微生物的特点
个体小、结构简、胃口大、食谱广、 繁殖快、易培养、数量大、分布广、 种类多、变异易、抗性强
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食谱广：
微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广
是动植物完全无法相比的！
纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲 醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有
机物均可被微生物作为粮食
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2. 微生物的发现和微生物学的建立与发展
（1）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。
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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
他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其 微生物产业的开发； 丰富的多样性。 重要致病菌的特点及其防治；
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二、发酵工程

发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面 包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包 括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计 算机软硬件工程的一个多学科工程。
Baidu Nhomakorabea11
繁殖快：
大肠杆菌一个细胞重约10
–12
克，平均20分钟繁殖一代
24小时后： 4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨 48小时后：2.2 × 10
43个后代，重量达到2.2
× 10
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吨
相当于4000个地球的重量！
一头500 kg的食用公牛，24小时生产 0.5 kg蛋白质, 而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜） 和氨水为原料，24小时可以生产 50000 kg优质蛋白质。
上游工程 UPSTREAM PROCESSES