工业微生物基础-1.ppt
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第二章第二章工业微生物基础工业微生物基础1、微生物的特点、微生物的特点2、常见的工业微生物、常见的工业微生物3、工业微生物菌种的分离和选育、工业微生物菌种的分离和选育4、工业微生物菌种的改良、工业微生物菌种的改良5、工业微生物菌种的保藏、工业微生物菌种的保藏6、工业微生物菌种的扩大培养、工业微生物菌种的扩大培养教教学学内内容容第一个观察到球形、杆状和螺第一个观察到球形、杆状和螺旋形细菌的是荷兰人旋形细菌的是荷兰人列文虎克微生物学的开山鼻祖n第一个观测到血液第一个观测到血液里的红细胞、第一个里的红细胞、第一个观察到水体等环境里观察到水体等环境里的微生物,并画出图的微生物,并画出图形形n1680年成为英国皇年成为英国皇家学会会员、世界名家学会会员、世界名人人微生物定义微生物定义微微生生物物是是一一切切微微小小生生物物的的总总称称,它它们们是是一一些些个个体体微微小小、结结构构简简单单、需需借借助助显显微微镜镜的的帮帮助助才才能能看看清清其其外外形形的的低低等等生生物物;它它们们有有的的是是单单细细胞胞,有有的的是是多多细细胞胞,还还有有些些没没有有细胞结构。
细胞结构。
第一节第一节微生物的特点微生物的特点
(一)
(一)种类多、分布广种类多、分布广由由于于微微生生物物的的食食谱谱极极广广、生生长长要要求求不不高高以以及及生生长长繁繁殖殖速速度度特特别别快快等等原原因因,使使得得它它们们在在自自然然界界中中分分布布极极其其广广泛,上至天空下至深海,到处都有微生物存在。
泛,上至天空下至深海,到处都有微生物存在。
例如:
例如:
沙漠中一克砂土中也有十多万个微生物存在。
沙漠中一克砂土中也有十多万个微生物存在。
在在人人的的肠肠道道中中始始终终聚聚居居着着l00-400种种微微生生物物,它它们们是是肠肠道的正常菌群,菌体总数可达道的正常菌群,菌体总数可达100万亿。
万亿。
一个感冒者的喷嚏可以含有多达一个感冒者的喷嚏可以含有多达8500万个细菌。
万个细菌。
(二)
(二)体积小、表面积大体积小、表面积大微米级,如细菌:
微米级,如细菌:
2微米微米1500个大肠杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝个大肠杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长,而麻长,而10亿个大肠杆菌加在一起才有一亿个大肠杆菌加在一起才有一粒芝麻大。
粒芝麻大。
一一块块边边长长为为10厘厘米米的的豆豆腐腐切切成成1厘厘米米的的正正方方形形小小块块,表面积增加表面积增加10倍。
倍。
大大肠肠杆杆菌菌的的比比表表面面积积是是人人体体的的30万万倍倍。
也也就就是是说说与与人人体体等等重重的的大大肠肠杆杆菌菌的的表表面面积积是是人人体体表表面面积积的的30万万倍。
倍。
(三)(三)生长旺、繁殖快生长旺、繁殖快微生物具有极高的繁殖速度,其中以二均分裂微生物具有极高的繁殖速度,其中以二均分裂方式繁殖的细菌尤为突出。
例如,大肠杆菌在方式繁殖的细菌尤为突出。
例如,大肠杆菌在37下以通常所说的下以通常所说的20分钟分裂一次计,则分钟分裂一次计,则一个细胞经一个细胞经48h后可产生后可产生2.2x1043个后代。
个后代。
(四)(四)适应强、易变异适应强、易变异微微生生物物对对环环境境条条件件尤尤其其是是恶恶劣劣的的极极限限环环境境所所具具有有的的惊人适应力,堪称生物界之最。
惊人适应力,堪称生物界之最。
例例如如,某某些些细细菌菌可可在在100以以上上的的温温度度条条件件下下正正常常生生长长;大大多多数数细细菌菌能能耐耐-196(液液氮氮)0的的任任何何低低温;温;一些嗜盐菌甚至能在一些嗜盐菌甚至能在32%的饱和盐水中正常生活;的饱和盐水中正常生活;许许多多微微生生物物尤尤其其是是产产芽芽孢孢的的细细菌菌可可在在干干燥燥条条件件下下保保藏几十年、几百年甚至上千年。
藏几十年、几百年甚至上千年。
此此外外,耐耐酸酸碱碱、抗抗辐辐射射、耐耐毒毒物物等等特特性性在在微微生生物物中中也是极为常见的。
也是极为常见的。
能在沸水中生存的激烈火球菌能在沸水中生存的激烈火球菌n由由于于微微生生物物的的个个体体一一般般都都是是单单细细胞胞或或接接近近于于单单细细胞胞,利利用用物物理理或或化化学学的的人人工工诱诱变变处处理理后后,容容易易使使它它们们的的遗遗传传性性质质发发生生变变异异,从从而而改变微生物的代谢途径,产生新菌种。
改变微生物的代谢途径,产生新菌种。
n许许多多抗抗生生素素生生产产菌菌株株,都都是是经经过过诱诱变变处处理理提提高高产产量量的的,例例如如青青霉霉素素产产生生菌菌,最最初初每每毫毫升升发发酵酵液液只只有有几几十十个个单单位位青青霉霉素素。
经经菌菌种种诱诱变变处处理理已已提提高高到到几几万万单单位位。
总总之之,可可用用微微生生物物容容易易变变异异的的特特性性来来提提高高菌菌种种的的生生产产能能力力或或筛选新菌种。
筛选新菌种。
(一)
(一)微生物大致分类:
微生物大致分类:
微微生生物物细胞型细胞型非细胞型:
如病毒、类病毒等;非细胞型:
如病毒、类病毒等;原核微生物:
如细菌、放线菌、立克次氏体等;原核微生物:
如细菌、放线菌、立克次氏体等;真核微生物:
如酵母、霉菌、单细胞藻类等;真核微生物:
如酵母、霉菌、单细胞藻类等;第二节第二节工业生产中常见微生物工业生产中常见微生物1、原核微生物、原核微生物原原核核微微生生物物细细胞胞内内有有明明显显的的核核区区,但但没没有有核核膜膜、核核仁仁,化化学学组组成成主主要要是是DNA。
2、真核微生物、真核微生物真核微生物的细胞真核微生物的细胞有具体的细胞核,有具体的细胞核,细胞核有核仁、核细胞核有核仁、核膜和一至数条膜和一至数条DNA构成的染色体。
构成的染色体。
3、非细胞微生物非细胞微生物非细胞微生物没有完整的细胞结构。
仅含有非细胞微生物没有完整的细胞结构。
仅含有一种类型的核酸一种类型的核酸(DNA或或RNA),不能进行独,不能进行独立的代谢作用。
立的代谢作用。
(二)
(二)工业常用微生物工业常用微生物工业上常用到的微生物和经常遇到的微生物工业上常用到的微生物和经常遇到的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌和病毒。
霉菌和病毒。
工业化菌种的要求工业化菌种的要求q能够利用廉价的原料,简单的培养基,大量高效地合成能够利用廉价的原料,简单的培养基,大量高效地合成产物产物q有关合成产物的途径尽可能地简单,或者说菌种改造的有关合成产物的途径尽可能地简单,或者说菌种改造的可操作性要强可操作性要强q遗传性能要相对稳定遗传性能要相对稳定q不易感染它种微生物或噬菌体不易感染它种微生物或噬菌体q产生菌及其产物的毒性必须考虑(在分类学上最好与致病产生菌及其产物的毒性必须考虑(在分类学上最好与致病菌无关)菌无关)q生产特性要符合工艺要求生产特性要符合工艺要求1、细菌细菌细细菌菌是是自自然然界界中中分分布布最最广广,数数量量最最多多,与与人类关系最密切的一类微生物。
人类关系最密切的一类微生物。
(1)形状)形状细菌为单细胞微生物,分裂繁殖,体积很细菌为单细胞微生物,分裂繁殖,体积很小,直径约小,直径约0.5微米,长度约微米,长度约0.5-5微米。
微米。
具有杆状、球状、螺旋状等基本形态。
具有杆状、球状、螺旋状等基本形态。
A球菌球菌C螺旋菌螺旋菌B杆菌杆菌
(2)结构)结构细菌的细胞在原核生物中具有代表性,它主细菌的细胞在原核生物中具有代表性,它主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、类核及内含要由细胞壁、细胞膜、细胞质、类核及内含物等构成。
有些细胞还有荚膜或鞭毛;有的物等构成。
有些细胞还有荚膜或鞭毛;有的细胞可形成芽孢。
细胞可形成芽孢。
下图细菌细胞的结构模式图。
下图细菌细胞的结构模式图。
1细胞质膜细胞质膜2细胞壁细胞壁3荚膜荚膜4异染颗粒异染颗粒5伞膜伞膜6鞭毛鞭毛7色素体色素体8脂质颗粒脂质颗粒9中体中体10核糖体核糖体11类核类核12横隔壁横隔壁(3)发酵常用细菌)发酵常用细菌主要是杆菌主要是杆菌如枯草芽孢杆菌如枯草芽孢杆菌生产蛋白酶、淀粉酶生产蛋白酶、淀粉酶乳酸杆菌乳酸杆菌生产乳酸生产乳酸丙酮丙酮-丁醇梭状芽孢杆菌丁醇梭状芽孢杆菌生产丙酮、丁醇生产丙酮、丁醇醋酸杆菌醋酸杆菌生产醋酸生产醋酸北京棒状杆菌北京棒状杆菌生产谷氨酸生产谷氨酸产氨短杆茵产氨短杆茵生产氨基酸、核苷酸生产氨基酸、核苷酸2、放线菌、放线菌放线菌是因在培养基表面上的菌落呈放射放线菌是因在培养基表面上的菌落呈放射状而得名。
状而得名。
(1)形态图)形态图
(2)用途)用途最大的经济价值是产生能抑制其他微生物最大的经济价值是产生能抑制其他微生物生长的生长的抗生素抗生素。
可用于治疗人和动植物的。
可用于治疗人和动植物的疾病。
疾病。
到目前为止,从自然界发现和分离了到目前为止,从自然界发现和分离了5500种以上的抗生素,其中大约种以上的抗生素,其中大约2/3是由放线菌是由放线菌产生。
产生。
此外放线菌用来生产此外放线菌用来生产维生素、酶制剂维生素、酶制剂等。
等。
还在还在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理水处理等等方面也有所应用。
方面也有所应用。
3、酵母菌、酵母菌酵母菌是单细胞真核微生物。
酵母菌是单细胞真核微生物。
(1)形态)形态酵母菌的形态多种多样,其菌体细胞以卵形酵母菌的形态多种多样,其菌体细胞以卵形为主,其次有球形、椭圆形、柠檬形、腊肠为主,其次有球形、椭圆形、柠檬形、腊肠形及荷藕形等。
形及荷藕形等。
酵母的芽与出芽酵母的芽与出芽
(2)在发酵工业中的应用)在发酵工业中的应用酵酵母母在在发发酵酵生生产产中中有有着着特特别别重重要要的的地地位位。
古古代代开开始始使使用用酵酵母母,比比如如烤烤制制面面包包,发发馒馒头头,后来进行酒精、甘油生产。
后来进行酒精、甘油生产。
在在发发酵酵工工业业中中常常用用的的酵酵母母菌菌主主要要有有酿酿酒酒酵酵母母菌菌属属和和假假丝丝酵酵母母菌菌属属,前前者者可可用用于于生生产产酒酒精精、啤酒、白酒、葡萄酒和各种果子酒等;啤酒、白酒、葡萄酒和各种果子酒等;近近年年来来,又又应应用用酵酵母母生生产产各各种种有有机机酸酸,如如柠柠檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸等。
檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸等。
由由于于酵酵母母细细胞胞内内含含有有丰丰富富的的蛋蛋白白质质、维维生生素素和和各各种种酸酸,所所以以,酵酵母母细细胞胞本本身身又又是是医医药、化工和食品工业的重要原料。
药、化工和食品工业的重要原料。
如如单单细细胞胞蛋蛋白白(一一种种饲饲料料蛋蛋白白)、酵酵母母片片、核核糖核酸、核苷酸、辅酶糖核酸、核苷酸、辅酶A及酶制剂等。
及酶制剂等。
4、霉菌、霉菌霉菌亦称丝状真菌,是真菌的主要代表。
霉菌亦称丝状真菌,是真菌的主要代表。
凡凡生生长长在在营营养养基基质质上上形形成成绒绒毛毛状状、蛛蛛丝丝网网状状或或絮絮状状菌菌丝丝体体的的,如如根根霉霉、毛毛霉霉、曲曲霉霉、青青霉等真菌,统称为霉菌。
霉等真菌,统称为霉菌。
依靠孢子繁殖。
依靠孢子繁殖。
发酵工业应用发酵工业应用传统传统酿酒、制酱和做其他发酵食品。
酿酒、制酱和做其他发酵食品。
近近代代发发酵酵工工业业中中,更更是是广广泛泛利利用用霉霉菌菌来来生生产产酒酒精精、有有机机酸酸、抗抗生生素素、维维生生素素、激激素素、酶酶制剂等多种有用产品。
制剂等多种有用产品。
5、病毒、病毒病毒是一类比细菌小,没有细胞结构,不能病毒是一类比细菌小,没有细胞结构,不能独立生活的微生物。
独立生活的微生物。
病毒虽然个体极小、结构简单、但是它们却病毒虽然个体极小、结构简单、但是它们却能使人致病,如感冒、麻疹、脑炎等,也能能使人致病,如感冒、麻疹、脑炎等,也能引起家畜、家禽、农作物和树木等病害,如引起家畜、家禽、农作物和树木等病害,如猪瘟、鸡瘟、烟草花叶病、苹果花叶病等。
猪瘟、鸡瘟、烟草花叶病、苹果花叶病等。
(1)噬菌体)噬菌体
(2)植物病毒)植物病毒(3)类病毒和朊病毒)类病毒和朊病毒类病毒:
没有蛋白质外壳的单链类病毒:
没有蛋白质外壳的单链RNA分子。
分子。
例如:
仓鼠肿瘤。
例如:
仓鼠肿瘤。
朊病毒:
不含任何核酸的小分子无免疫原性的疏水朊病毒:
不含任何核酸的小分子无免疫原性的疏水蛋
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