微生物学讲义第十一章.ppt

第十一章第十一章 微生物工业与应用 第一节 工业发酵的菌种与特征 P411 一、生产菌种的要求和来源 t 高产 t原料低廉 t无害 t产物易提取 t遗传特性稳定 要求： P412 t 自然环境 图15-2 t搜集菌种 t购置菌种 表15-2 来源： 第一节 工业发酵的菌种与特征 P411 二、大规模发酵的特征 t 体积大，辅助设备系统多：扩大培养、空气供应、 动力、储液罐、后处理 t发酵过程的优化和后处理 t发酵的逐级放大：小试、中试、大试 第二节 工业发酵的方式 P421 一、分批发酵（普遍）与连续发酵 （方向） 图15-8 二、液态发酵（普遍）与固态发酵 （有特点） 图15-10 三、混合发酵 VC、茅台、代替工程菌 目前主要方式： P422 好氧、液态、深层、分批、游离、单一纯菌种结合 一、饮料、食品 表15-10 图15-12 二、抗生素、微生物药物、生物产品 图15-13 三、氨基酸、有机酸、维生素等 四、酶制剂 五、微生物农药、肥料、饲料等 表15-17 第三节 发酵的主要产品 P429 第三节 发酵的主要产品 P429 一、饮料、食品 表15-10 图15-12 奶牛和奶酪制作一直是瑞士生活的本质 制造阿尔卑斯咸奶酪的过程 是 每一个瑞士奶酪制造人的骄傲。 P432 见P432 第三节 发酵的主要产品 P433 二、抗生素、微生物药物、生物产品 抗生素： -内酰酰胺类类：青霉素、头孢头孢 菌素，G+ 大环环内酯酯：红红霉素， G+；阿奇霉素G+ 、G -、肺炎支原体、 砂眼衣原体及梅毒螺旋体 氨基糖苷类类：链链霉素G - 四环类环类 ：四环环素、金霉素、土霉素，广谱谱 氯氯霉素：广谱谱 发发展方向：修饰饰、引入新的基团团；基因工程 青霉素G：苯甲基 青霉素V：苯氧基 第三节 发酵的主要产品 P435 二、抗生素、微生物药物、生物产品 微生物药物 表15-13 酶抑制剂 免疫调节剂 受体拮抗剂 抗氧化剂 第三节 发酵的主要产品 P436 二、抗生素、微生物药物、生物产品 生物产品 预防制剂：疫苗 治疗制剂：抗血清、抗毒素；DNA疫苗 诊断制剂：抗原、抗体、单克隆抗体 系列化、普及化 趋势：微生物学、免疫学与基因工程结合 淋巴细胞杂交瘤 单克隆抗体技术 选择培养基： 含次黄嘌呤（H） 甲氨蝶呤（A） 胸嘧啶（T） DNA疫苗 抗原DNA通过载体导入人体，表达蛋白，这些 蛋白质会被机体识别为外来物体并受到攻击。 英国正在开发一系列“疫苗”，拟采用使 直接进入皮肤细胞并有效散播至全身的方法 ，抵御流感、乙肝、皮肤癌以及糖尿病之类的疾病 。即病人只需将嵌有个微型针头的硅片在手 背上按几秒钟，就能自己完成疫苗接种。整个过程 是无痛的，因为这些微型针头只刺入皮肤的外层， 而达不到人体的痛感神经末梢。 技术成熟。涉及多种酶，重在代谢调控，基因工 程尚未发挥重要作用。 第三节 发酵的主要产品 P439 三、氨基酸、有机酸、维生素等 四、酶制剂 P440 酶发酵生产常用微生物： 大肠杆菌：基因工程工具酶，DNA聚合 酶、 限制性核酸内切酶 枯草杆菌：淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶 曲霉：纤维素酶、果胶酶、脂肪酶等 啤酒酵母：转化酶、丙酮酸脱羧酶 提高途径：诱变筛选、基因工程菌（大肠杆菌凝乳酶） 第三节 发酵的主要产品 五、微生物农药、肥料 P442 现状： 1、符合环保发展趋势，应大力发展； 2、虽已得到广泛应用，但存在诸多问题，不宜被农民接 受； 3、基础研究不足，认识存在误区，使用缺乏规范。 发展方向： 1、由豆科用肥向非豆科用肥发展； 2、由单功能向多功能发展； 3、加强基础与应用研究； 4、规范质量标准。 第四节 微生物在冶金、能源等领域的应用 一、微生物冶金 P445 现状：国外已有成熟技术，国内刚起步，尚未应 用，主要 原因是转化效率低。今后方向：优化工艺、诱变育种、基因改良。 原理： 微生物（自养型） 残渣 金 铜矿 产生硫酸、硫酸铁 硫酸铜 铜 铁 硫酸亚铁 微生物（自养型） 铁氧化钩端螺菌 第四节 微生物在冶金、能源等领域的应用 二、微生物与石油工业 t 指标菌：微生物找石油 P446 t提高采油率：黄原胶（黄单胞菌胞外多糖）增稠剂 可扩大扫油面 t酵母蛋白等 t石油污染的生物修复：“超级细菌” P447 第四节 微生物在冶金、能源等领域的应用 三、微生物与能源二、微生物与 燃料乙醇： 原料：取之不尽的农作物淀粉原料 工艺：酒精发酵 变性 与汽油调和 意义：缓解石油短缺，改善大气环境，解决粮食过剩 国外：汽油发动机 ：乙醇添加量为5%-22% 乙醇发动机 ：85%-100% 乙醇汽油用量占1/3 国内：河南（河南天冠燃料乙醇有限公司 ）、黑龙江 三、微生物传感器、电池、DNA芯片 P447 第四节 微生物在冶金、能源等领域的应用 t 固定化微生物的耗氧量 氧电极 图15-15 血糖、污水BOD（Biochemical Oxygen Demand） 介体 t富含电子的中间产物 电极（生物电化学） 电子传递链 图15-16 t已知序列核苷酸固定化（玻璃、硅片）：DNA芯片 未知样品（用荧光素标记） DNA芯片 核酸杂交原理 未知样品DNA序列 核酸杂交技术： 原理：带有互补的核苷酸序列的单链DNA（或RNA）， 当它们混和在一起时，其相应的同源区段形成双链结构。 如果彼此配对的核酸来自不同的生物有机体，那么如此形 成的双链分子就叫做杂种核酸分子。 能够杂交的不同来源的DNA分子，其亲缘关系较为密切； 反之，其亲缘关系则比较疏远。 用于基因鉴定、基因组研究、亲缘关系检测 DNA芯片存在的问题 技术成本昂贵、复杂、检测灵敏度较低、重复性差、 分析泛围较狭窄等 美国Affymetrix公司：投入1千万美元/年 我国尚未有较成型的基因芯片问世 ， 不能够蜂拥而至， 不能“有条件没有条件都要上”，造成人力物力浪费 应集中具有一定研究实力的单位和个人进行攻关 四、微生物材料 微生物塑料：成本高 微生物功能材料 ： 不成熟 生物计算机： 遥远 五、海洋微生物与宇宙微生物 海洋微生物 提倡“下海” 功能基因 资源利用：杜氏藻 宇宙微生物 太空育种 功能微生物：产氧、产能 第四节 微生物在冶金、能源等领域的应用 重点思考题 1、目前工