微生物与发酵工程

1、 总目录 绪论 第一节 微生物的类群 第二节 微生物的营养、 代谢和生长 第三节 发酵工程 绪 论 列文虎克（A.vanA.van）及他使用的显微镜 沾取少量 稀释菌液 在固体培 养基上画 线 病毒界 原核生物界 真菌界 原生生物界 动物界 植物界 微生物四类 感染真菌的农作物 生长不良，甚至死 亡，从而导致农业 生产大量欠收 19181918年大流感肆虐欧洲， 夺去了40004000万人的生命。 警察工作时都戴上了口罩 。 放线菌 青霉菌 细 菌 一、细菌 1.1.细菌的大小和形态 第一节 微生物的类群 细菌三型示意图 杆菌 球菌 螺 旋 菌 常为透明态， 需染色后显微 镜观察 2.2.细菌

2、的结构 细菌立体结构模式图 细 菌 的 基 本 结 构 细胞膜 拟核 细胞壁 细胞质 核糖体 荚膜 质粒 大肠杆菌 纤毛 分解多氯化 联苯的细菌 鞭毛 细菌的特殊结构 v概念： 有些细菌在一定的 条件下，细胞里面形成 一个椭圆形的休眠体。 v结构及生理特点： 壁厚，小又轻，对 干旱、低温、高温等恶 劣的环境有很强的抵抗 力。 细菌 释放芽孢 芽孢 芽 孢 萌 发 形 成 芽 孢 芽孢萌发是生殖过程吗？ 基 本 结 构 细胞壁：肽聚糖，保护 细胞膜：与真核细胞的结构、功能相似 细胞质 特 殊 结 构 荚膜：粘性 ，保护作用 鞭毛、纤毛：运动器官 芽孢 ：细菌休眠体，对恶劣的环境 有抵抗力 拟核：

3、无核膜，大型环状DNA 质粒：小型环状DNA 贮藏性颗粒:淀粉粒、硫粒 细胞器：只有核糖体 细菌结构及功能 单 细 胞 原 核 生 物 （1 1）细菌繁殖方式： 无性生殖: :二分裂 （2 2）细菌繁殖过程 DNADNA复制、体积增大 细胞膜、细胞壁向 内生长形成隔膜 子细胞形成 （3 3）菌落 v单个或少数细菌在固体培养基上大量繁 殖时，子细胞形成一个肉眼可见的，具 有一定形态结构的细胞群体。 v菌落是鉴定菌种的重要依据 A A B B 菌落 特征 大小 形状 光泽度 颜色 硬度 透明度 二、放线菌 原 核 细 胞 三、真菌真核生物 （一）酵母菌 酵母菌电子显微镜下的形态结构 细胞壁 细胞核

4、 细胞膜 细胞质（含多种细胞器） 液泡 酵母菌结构示意图 比较一 下细菌 结构 2.细菌和酵母菌结构的比较 不同点: 酵母菌有成形的细胞核, 细菌没有 酵母菌有多种细胞器， 细菌只有核糖体； 相同点： 单细胞生物 细胞壁 细胞膜 细胞质 （二） 霉菌 青 霉 1.1.霉菌结构特点 营养 菌丝 气生 菌丝 孢子 相同点：菌丝构成 不同点： 放线菌 霉菌 单细胞 单细胞 或多细胞 原核生物 真核生物 2.2.与放线菌结构比较 青霉结构示意图 蝌蚪形 T T4 4噬菌体 流感 病毒 脊髓 灰质 病毒 烟草花叶 病毒 球形 杆形 腮腺炎 病毒 刺突 囊膜 衣壳 核酸 球形（腺病毒 1875001875

5、00倍） 衣壳粒 衣壳粒 内含 双链DNADNA 杆形（烟草花叶病毒 109105109105倍） RNARNA 基本结构：衣壳 核酸 特殊结构：囊膜 刺突 核衣壳 刺突 脂双层膜 内膜蛋白 脂双层膜 核衣壳 RNA 蛋白酶 囊 膜 HIV结构示意图 宿主细胞裂解 死亡后包裹在 核衣壳外的宿 主细胞膜 合成病毒核酸、蛋白质 寄主DNADNA 装配 吸附 注入 释放 第二节 微生物的营养、代谢和生长 微生物细胞中几种主要元素的含量（% %干重） 研究表明：微生物的化学组成与动植物高度 相似，反映了自然界生物细胞组成的共性。 水、无机盐、碳源、氮源、生长因子 一、微生物的营养 1.1.碳源 (1)

6、(1)定义：凡能为微生物提供碳元素的物质。 (2)(2)种类 有机碳: :糖类、脂肪酸等有机物； 花生粉、石油等天然物质 无机碳：COCO2 2、NaHCONaHCO3 3 (3)(3)作用：合成细胞物质、能源物质 代谢类型不同的微生物 所需碳源种类一样吗？ ( (一) )、微生物需要的营养物质及功能 不同的微生物所需氮源 种类一样吗？ 哪些微生物能利用N N2 2 ？ 2.2.氮源 (1)(1)定义：凡能为微生物提供氮元素的物质。 (2)(2)种类 ： 有机氮: :如尿素、氨基酸、核酸、蛋白质、 蛋白胨、牛肉膏（含多种多肽） 无机氮: :如N N2 2、NONO3 3- -、NHNH4 4+

7、 +、NHNH3 3 (3)(3)作用：合成蛋白质、核酸、含氮产物 3.3.生长因子 (1)(1)定义：某些微生物生长必不可少的微 量有机物；但自身不能合成或合成能力 有限。 (2)(2)种类： 碱基、维生素、氨基酸等 酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液 (3)(3)作用：酶和核酸的组成成分 并非所用的微生物 都需要生长因子 几种微生物所需的生长因子 ( (二) )、微生物的营养类型 （三）、微生物培养基的配置原则 1.1.有的放矢 （1 1）明确培养目的：生产或实验 （2 2）明确培养对象的代谢类型 2.2.营养要协调 （1 1）营养物质浓度适宜 （2 2）各种营养物质（如C/NC/N）比例适

8、当 3.3.酸碱度要适宜 细菌的最适pHpH为6.5-7.56.5-7.5 放线菌的最适pHpH为7.5-8.57.5-8.5 4.4.无菌: :无杂菌 5.5.经济节约 （四）培养基的类型 1.1.依物理性质 （1 1）液态培养基 常用于工业化生产。 （2 2）半固态 加入少量凝固剂。主要用于观察微生 物的运动和菌种鉴定等。 （3 3）固态培养基 加入大量凝固剂，如琼脂。主要用于 微生物的分离、计数。 伊红为红色酸性染料，带 荧光美蓝为深蓝碱性染料 2.2.依培养基的化学成份分类 （1 1）合成培养基：化学成分明确； 常用于分类、鉴定微生物。 （2 2）天然培养基：以天然物质配成 ，成份不明

9、，常用于工业生产。 （2）鉴别培养基：加入某种指示 剂或化学药品，通过指示剂的显 色反应来鉴别不同的微生物。 伊红美蓝培养基鉴别大肠杆 菌。大肠杆菌菌落呈深紫色金属 光泽 在培养基中加入葡萄糖和乳糖培养 大肠杆菌。开始时，大肠杆菌只消 耗葡萄糖；只有当葡萄糖全部被消 耗后，大肠杆菌才开始利用乳糖。 （2 2）调节对象：诱导酶 （3 3）调节方式： 环境中存在诱导物质且微生物需要时 （4 4）调节水平：基因水平调节产酶量 诱导物 诱导酶基因 诱导酶 性状 （5 5）特点：间接、缓慢 （6 6）意义： 避免物质和能量的浪费， 保证代谢需要， 增强对环境的适应性。 抑制 谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途

10、 径 消耗 (2)(2)调节者 (3)(3)调节机理 (4)(4)调节水平 (5)(5)特点 终产物 直接、快速、精细 反馈调节 蛋白质空间构型 黄色短杆菌合成赖氨酸的途 径 抑制 谷氨酸棒状杆菌合成谷氨 酸的途径 消 耗 增大细胞 膜的通透 性，使谷 氨酸迅速 排到细胞 外，解除 对酶的抑 制，提高 产量。 1 1 3 3 2 2 4 4 单位体积 细菌数目对数 培养时间/h 活菌数 总菌数 (+) 0 (-) 生长速率 1.1.调整期 2.2.对数期 3.3.稳定期 4.4.衰亡期 (1)(1)方法 (2)(2)目的: : 使微生物较长 时间的高速生长 (3)(3)优势： 缩短培养周期 提

11、高设备利用率 便于自动化管理 (4)(4)应用：用于酒 精、丙酮等产品 的生产 练 习 巩 固 1. 1. 糖类是微生物培养中最常见的碳 源，下列说法正确的是（ ） A.A.配置培养基时都应该加糖类 B.B.配置培养基时可以不加糖类 C.C.培养基中含量最多的物质是糖类 D.D.没有糖类的培养基只能培养自养 型微生物 答案：B B 练 习 巩 固 2. 2.下列微生物的代谢产物中没有菌种 特异性的一组是（ ） A.A.氨基酸、核苷酸、多糖、毒素、激素 B.B.核苷酸、维生素、多糖、脂类、氨基酸 C.C.多糖、脂类、维生素、抗生素、氨基酸 D.D.氨基酸、多糖、维生素、色素、抗生素 答案：B B

12、 练 习 巩 固 3. 3.将少量的某种细菌接种到恒定容积的 液体培养基中，并置于适宜的条件下培 养，定期取样统计细菌的数目。如果以 时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵 坐标作图，可以得到细菌生长曲线。曲 线中，细菌数量变化较大的时期为（ ） A.A.衰亡期和调整期 B.B.调整期和稳定期 C.C.对数期和衰亡期 D.D.稳定期和对数期 答案：C C 练 习 巩 固 4. 4. 下面资料表明在各种培养基中细菌的 生长状态。A A代表简单培养基，U U、V V、X X、 Y Y、Z Z代表加入培养基的不同物质。这些物 质中细菌不能合成的是（ ） A.U B.V C.Y D.Z A.U B.V C

13、.Y D.Z 答案：C C 5. 5.同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固 氮菌和酵母菌混在了一起，请你设计一个实验， 分离得到纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌。 （1 1）实验原理： （2 2）方法步骤： 配制A A、B B两种培养基：一种是 培养 基，一种是 培养基。分别分成两份，依次标 上A1A1、A2A2、B1B1、B2B2，备用。 分别向A1A1、B1B1培养基中接种 后，放入 恒温箱培养3-43-4天。 分别从A1A1、B1B1培养基的菌落中挑取生长良好 的菌，接种到A2A2、B2B2种。然后，将培养基放入恒 温箱中培养3-43-4天。 回答问题：第步的目的是 。 什么是发 酵？ 发酵有几种类 型？ 如何 控制？ 谷氨酸是味精的主要 成分 水解 两种生产方式 有什么不同？ 从自然界分离的菌种 诱变育种基因工程 细胞工程 生产用菌种 物理方法？ 化学方法？ 具体 方法？ 培养基 的配制 原则？ 培养基种类 依物理性质属于： 依化