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知识点 3.1

微生物与发酵工艺. 知识点 3.1. 知识点 3.1 第一节 工业生产常用的微生物及要求 第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏. 知识点 3.1 第三节 工业微生物菌种的选育 第四节 生产菌种的改良 第五节 种子的扩大培养. 第一节 工业生产常用的微生物及要求. 一、工业生产常用的微生物 ⒈ 细菌 工业生产常用的细菌有：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。 用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等等。. ⒉ 酵母菌 工业上用的酵母菌有：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等。

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知识点 3.1

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Presentation Transcript

  1. 微生物与发酵工艺 知识点3.1

  2. 知识点3.1第一节 工业生产常用的微生物及要求第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏

  3. 知识点3.1第三节 工业微生物菌种的选育第四节 生产菌种的改良第五节 种子的扩大培养

  4. 第一节 工业生产常用的微生物及要求 • 一、工业生产常用的微生物 • ⒈ 细菌 • 工业生产常用的细菌有：枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。 • 用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等等。

  5. ⒉ 酵母菌 • 工业上用的酵母菌有：啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等。 • 分别用于酿酒、制造面包、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。

  6. 酿酒酵母的菌落 大肠杆菌的菌落

  7. ⒊ 霉菌 • 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。它们可用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素(steroid hormone)等。

  8. ⒋ 放线菌 • 在液体浸没培养中由于搅拌器的剪切应力作用，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。

  9. 放线菌的最大经济价值在于能产生多种抗生素(antibiotic)。放线菌的最大经济价值在于能产生多种抗生素(antibiotic)。 • 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、小单孢菌属和诺卡菌属等。

  10. ⒌ 担子菌 • ⒍ 藻类 灵 芝 螺旋藻

  11. 二、微生物工业对菌种的要求 • ⑴ 原料廉价、生长迅速、目的产物产量高； • ⑵ 易于控制培养条件，酶活性高，发酵周期较短； • ⑶ 抗杂菌和噬菌体的能力强； • ⑷ 菌种遗传性能稳定，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。

  12. 第二节 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏 • 一、微生物菌种的衰退 • ⒈ 菌种衰退的原因 • 菌种衰退的原因有两个方面： • 一是菌种保藏不妥； • 二是菌种生长的条件要求没有得到满足，或是遇到不利的条件，或是失去某些需要的条件。

  13. 此外还有经诱变得来的新菌株发生回复突变，从而丧失新的特征等情况。此外还有经诱变得来的新菌株发生回复突变，从而丧失新的特征等情况。 • 菌种的自发突变和回复突变是引起菌种自身衰退的主要原因。 • 微生物细胞在每一世代中的突变概率一般为10-8～10-9，保藏在0～4 ℃时这一突变概率更小，但仍然不能排除菌种衰退的可能。

  14. 菌种的回复突变是指突变菌株因遗传组成的自身修复，使原有的遗传障碍解除，代谢途径发生变化，从而恢复原有的特性，表现出原育种过程中已获得的优良性状的退化。菌种的回复突变是指突变菌株因遗传组成的自身修复，使原有的遗传障碍解除，代谢途径发生变化，从而恢复原有的特性，表现出原育种过程中已获得的优良性状的退化。

  15. 突变不完全造成菌体遗传组成的差异。

  16. ⒉ 菌种性能的改变 • ⑴ 菌种遗传特性的改变 • ① 异核现象导致微生物群体发生变异。 • ② 自发突变导致菌种遗传特性改变。 • ③ 突变所产生的变种或杂交重组所形成的杂种往往不稳定，容易发生回复突变或产生分离子，以致在菌种这一群体中形成具有不同基因型（亦称遗传型）的个体。 • 比较：基因型和表 型

  17. ⑵ 菌种生理状况的改变 • ① 一个菌种不是纯的群体，而是由一些变异株混合组成，这些变异株所占的比例决定该菌种的特性。 • 如灰色链霉菌(Streptomyces griseus) 链霉菌属孢子丝的主要类型 链霉素分子式

  18. 黑曲霉 • ② 菌种培养基可通过影响菌种的生理状况而影响发酵产量。 • ③ 在某些培养条件下，菌体的某些基因处于活化状态或阻遏状态，而使菌种的生理状态改变。 • ⒊ 防止菌种衰退的措施 • ⑴ 菌种的分离 • 如芽孢杆菌 • 如AT3.942栖土曲霉

  19. ⑵ 菌种的复壮 • 狭义的复壮与广义的复壮 • 比较：正突变和负突变 • ⑶ 提供良好的环境条件 • 发酵生产上一般只用三代内的菌种 • ⑷ 用优良的保藏方法 • ⑸ 定期纯化菌种

  20. 单核细胞 米曲霉菌落 枯草芽孢杆菌菌落 • 二、菌种的复壮 • ⑴ 纯种分离 • 菌落纯 • 细胞纯 • ⑵ 通过寄主体进行复壮 • 如杀螟杆菌 • ⑶ 淘汰已衰退的个体 • 如“5406”菌种

  21. 液氮保藏菌种 中温大曲 • 三、菌种的保藏 • ⒈ 菌种保藏的原理 • ⒉ 菌种保藏方法 • ⑴ 斜面低温保藏法 • ⑵ 液体石蜡封存保藏法 • ⑶ 固体曲保藏法 • ⑷ 砂土管保藏法 • ⑸ 冷冻干燥法 • ⑹ 液氮超低温保藏法

  22. 简易冷冻干燥法

  23. 液氮罐 低温冰箱

  24. ⒊ 菌种保藏的注意事项 • ⑴ 菌种在保藏前所处的状态 • ⑵ 菌种保藏所用的基质 • 低温保藏斜面培养基，碳源比例应少些，营养成分贫乏些较好，否则易产生酸，或使代谢活动增强，影响保藏时间。 • ⑶ 操作过程对细胞结构的损害 • 冻结速度 • 真空干燥程度

  25. 自然选育 主要通过突变和筛选来育种 经验育种 诱变育种 常规的杂交育种 菌种选育 杂交育种 原生质体融合 定向育种 通过DNA重组技术来育种 分子育种 第三节 工业微生物菌种的选育

  26. 划线法 稀释法 • 一、自然选育 • ⒈ 从自然界分离获得菌株 • ⑴ 采样 • ⑵ 增殖培养 • ⑶ 纯种分离 • ⑷ 生产性能的测定

  27. ⒉ 从自发突变体中获得菌株 • 自然突变是指在自然条件下出现的基因变化。 • 微生物的代谢调节系统趋向于最有效地利用环境中的营养物质，优先进行生长和繁殖，而生产菌种（突变株）常常是打破了原有的代谢调节系统的突变株，因此常常表现出生活力比野生菌株弱、遗传特性不够稳定的特点。

  28. 青霉 • 二、诱变育种的程序 • 比较：野生菌株与突变菌株 • 比较：负变异株与正变异株 • ⒈ 出发菌株的选择 • ⒉ 菌悬液的制备 • ⒊ 前培养 • ⒋ 诱变 • ⒌ 变异菌株的分离和筛选

  29. 目的突变菌株TK0303的诱变图谱

  30. 导致微生物同步生长的选择法

  31. 三、诱变育种方案设计 ㈠ 突变的诱发 诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改变称为前突变。 ⒈ 诱变剂接触DNA分子 ⒉ DNA损伤的修复 光复活作用 切补修复 重组修复 SOS修复系统 DNA多聚酶的校正作用

  32. ⒊ 从前突变到突变 光复活作用 不利于突变 校正差错 切补修复 DNA多聚酶校正作用 修复系统 重组修复 有利于突变 引起差错 SOS修复系统

  33. ⒋ 从突变到突变表型 • 突变基因的出现并不等于突变表型的出现，表型的改变落后于基因型改变的现象称为表型迟延。 • 表型迟延有两种原因： • 分离性迟延 • 生理性迟延 • 前突变 突变 突变表型 • 比较：基因型与表型

  34. ㈡ 诱变剂的种类及选择 • ⒈ 诱变剂 • 物理诱变剂和化学诱变剂 • ⒉ 影响诱变效果的因素 • ㈢ 出发菌株的选择 • ① 选择纯种作为出发菌株，借以排除异核体或异质体的影响。 • ② 选择出发菌株，不仅是选产量高的，还应该考虑其他因素。 • ③ 选择对诱变剂敏感的菌株作为出发菌株，不但可以提高变异频率，而且高产突变株的出现率也大。

  35. ㈣ 筛选的方法 • ⒈ 制定筛选方案 • 整个流程可分为诱变和筛选两部分。 • 筛选过程主要包括传种斜面、菌株保藏和筛选高产菌株这三项工作。 • ⒉ 营养缺陷型的筛选方法 • 比较：营养缺陷型（auxotroph）、原养型（prototroph）、野生型（wild type） • 比较：基本培养基（MM）、完全培养基（CM）、补充培养基（SM）

  36. 二次诱变 负（正）变株、营养缺陷型等 回复突变株 突变菌株

  37. 天冬氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸 中间产物Ⅰ 中间产物Ⅱ 高丝氨酸 天冬氨酸激酶 高丝氨酸 脱氢酶 黄色短杆菌的代谢过程 抑制

  38. 天冬氨酸 中间产物Ⅰ 中间产物Ⅱ 甲硫氨酸 苏氨酸 高丝氨酸 天冬氨酸激酶 赖 氨 酸 人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸 人工诱变的 菌种不能产生 高丝氨酸 脱氢酶 不能合成 可以大量积累

  39. 甲硫氨酸缺陷型菌株 • 营养缺陷型的筛选，一般是经诱变后，再经中间培养、淘汰野生型、检出营养缺陷型、确定生长谱等步骤。

  40. 夹层平板法

  41. 透明圈 • ⒊ 突变株的筛选

  42. 育种工作中常采用随机筛选和理性化筛选这两种筛选方法。育种工作中常采用随机筛选和理性化筛选这两种筛选方法。 • ⑴ 随机筛选 • ① 摇瓶筛选法

  43. ② 琼脂块筛选法 • ③ 筛选自动化和筛选工具微型化

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