高三生物微生物与发酵工程

微生物与发酵工程1教学ppt本章知识结构及教学要求

第四节酶工程简介（选学）第三节发酵工程简介第二节微生物的营养、代谢和生长第一节微生物的类群酶制剂的生产（A知道）酶制剂的应用（A知道）生物工程各分支领域的关系（A知道）细菌、放线菌病毒的结构和繁殖（B识记）发酵工程的概念和内容（A知道）发酵工程的应用（A知道）营养物质来源及功能（D应用）培养基的种类和配制原则（D应用）代谢产物的种类和主要功能（C理解）微生物代谢调节方式以及在生产实践中如何人工控制微生物代谢（D）发酵概念和种类（C理解）微生物群体生长规律及其在生产中的应用（C理解）测定微生物群体生长的方法（B识记）温度、PH和氧等因素对微生物生长的影响（C理解）2教学ppt微生物的类群微生物？魏泰克的五界说原核生物界:细菌、放线菌等原生生物界:藻类、原生动物等

真菌界:酵母、霉菌植物界动物界病毒3教学ppt无细胞结构：病毒有细胞结构真核生物微生物细菌放线菌蓝藻支原体真菌：霉菌、酵母菌、食用真菌原生生物：藻类、原生动物等4教学ppt细菌一、形态球状杆状螺旋状基本形态5教学ppt1、细胞壁如果将杆菌接入浓度为0.2mol/L的蔗糖等渗溶液和盛有玻璃珠的三角瓶中加以摇动，可以使细胞壁破裂，细胞内含物流出，这样就可以得到细胞壁的空壳。空壳成杆状，而细胞内含物却是圆的。6教学ppt原生质体在人为条件下，用溶菌酶处理或在含青霉素的培养基中培养而抑制新生细胞壁合成而形成的仅由一层细胞膜包裹的，圆球形、对渗透压变化敏感的细胞，一般由革兰氏阳性细菌形成。特点：对环境条件变化敏感，低渗透压、振荡、离心甚至通气等都易引起其破裂；7教学ppt五肽交联桥五个甘氨酸聚糖骨架G：N-乙酰葡萄胺M：N-乙酰胞壁酸四肽侧链L-丙、D-谷、L-赖、D-丙主要成分

肽聚糖

G+菌肽聚糖结构:细胞壁8教学ppt2细胞膜证明细胞膜的存在（质壁分离、选择性染色、原生质体破裂或电镜观察等方法）9教学ppt细胞膜的生理功能：①选择性地控制细胞内、外的营养物质和代谢产物的运送；②合成细胞壁和糖被的各种组分（肽聚糖、磷壁酸、荚膜多糖等）的重要基地；③膜上含有氧化磷酸化或光合磷酸化等能量代谢的酶系，是细胞的产能场所；10教学ppt含有抗药性基因、固氮基因、抗生素生成基因3细菌质粒11教学ppt4．核糖体不同于真核生物。链霉素等抗生素通常作用于核糖体从而抑制蛋白质的合成，但对人核糖体不起作用。所以可用链霉素治疗由细菌引起的疾病。

12教学ppt主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光学显微镜清楚地观察到它的存在。b.荚膜等并非细胞生活的必要结构，但它对细菌在环境中的生存有利。荚膜13教学ppt某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠体，称为芽孢(内生孢子）。芽孢14教学ppt细菌芽孢的特点整个生物界中抗逆性最强的生命体，是否能消灭芽孢是衡量各种消毒灭菌手段的最重要的指标。芽孢是细菌的休眠体，在适宜的条件下可以重新转变成为营养态细胞；产芽孢细菌的保藏多用其芽孢。芽孢的有无、形态、大小和着生位置是细菌分类和鉴定中的重要指标。15教学ppt6细菌的二分裂16教学ppt放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖的一类原核微生物。放线菌17教学ppt形态与结构单细胞，大多由分枝发达的菌丝组成；菌丝直径与杆菌类似，约1mm；细胞壁组成与细菌类似；细胞的结构与细菌基本相同，按形态和功能可分为营养、气生和孢子丝三种。18教学ppt1、营养菌丝匍匐生长于培养基内，吸收营养，也称基内菌丝。一般无隔膜，直径0.2-0.8mm，长度差别很大2、气生菌丝营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝，叠生于营养菌丝上，可覆盖整个菌落表面。在光学显微镜下观察，颜色较深，直径较粗（1-1.4mm），有的产色素。3、孢子丝气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌丝，即孢子丝，又称产孢丝或繁殖菌丝。其形状和排列方式因种而异，常被作为对放线菌进行分类的依据。19教学ppt分布特点及与人类的关系放线菌常以孢子或菌丝状态极其广泛地存在于自然界，土壤中最多，其代谢产物使土壤具有特殊的泥腥味。能产生大量的、种类繁多的抗生素（其中90%由链霉菌产生）少数寄生型放线菌可引起人、动物（如皮肤、脑、肺和脚部感染）的疾病。20教学ppt蓝细菌也称蓝藻或蓝绿藻，是一类含有叶绿素a、能以水作为供氢体和电子供体、通过光合作用将光能转变成化学能、同化CO2为有机物质的光合细菌。以前曾归于藻类，因为它和高等植物一样具有光和色素----叶绿素a，能进行产氧型光合作用。21教学ppt典型病毒粒的构造基本成分核酸——位于中心，称为核心蛋白质——包围在核心周围，形成衣壳核心和衣壳合称核衣壳，为病毒的基本结构。有些复杂的病毒在衣壳的外面包裹着一层由脂类、蛋白质和多糖组成的囊膜。有的囊膜上还长有刺突。8病毒22教学ppt8病毒学生提出的问题：囊膜的成分为什么与细胞膜的成分相同？囊膜上的蛋白质是否决定病毒抗原特异性？囊膜的作用是什么？刺突的作用？23教学ppt病毒粒子并无个体的生长过程，而只有其两种基本成分的合成和装配，即：

核酸复制+蛋白质合成

核蛋白（病毒粒子）一般可分五个阶段，即吸附侵入增殖（复制与生物合成）成熟（装配）裂解（释放）病毒繁殖24教学ppt艾滋病毒侵染25教学ppt1病毒特点无细胞结构，专性活细胞内寄生；没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；个体极小，能通过细菌滤器；对抗生素不敏感，对干扰素敏感。小结细菌、放线菌和病毒的比较表26教学ppt

碳源、氮源、生长因子、无机盐和水能源1.碳源微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质碳源谱｛有机碳无机碳异养微生物自养微生物微生物营养27教学ppt目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、麸皮、米糠等。对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。28教学ppt凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。1.氮源氮源谱｛有机氮无机氮NH3铵盐硝酸盐N2｛｛蛋白质核酸氨基酸尿素29教学ppt氮源(1)微生物的氮源谱也很广,大大广于动物或植物的(2)氨基酸自养型生物-----------绿色植物、很多微生物(尿素、铵盐、硝酸盐和氮气)氨基酸异养型生物------------动物、大量异养微生物(3)“N·C·H·O”类营养物常是异养微生物的能源、碳源兼氮源

30教学ppt3生长因子事实：问题：如何证明某种物质是某种微生物的生长因子?31教学ppt微生物种类生长因子需要量肠膜乳状杆菌胱氨酸5μg白喉棒杆菌β-丙氨酸1.5μg破伤风梭状芽孢杆菌尿嘧啶0-4μg阿拉伯聚糖乳杆菌泛酸0.02μg粪链球菌叶酸200μg干酪乳杆菌生物素1μg几种微生物所需的生长因子32教学ppt生长因子小结对微生物正常代谢必不可少有机物需要量一般很少生长因子种类：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺类、C4～C6的分枝或直链脂肪酸，氨基酸

33教学ppt总结：微生物的营养类型分类标准营养类型以能源分光能营养型化能营养型以碳源分自养型异养型以合成氨基酸能力分氨基酸自养型氨基酸异养型34教学ppt营养类型能源氢的供体基本碳源微生物举例光能自养型光无机物二氧化碳蓝细菌，绿硫细菌，藻类光能异养型光有机物二氧化碳及简单有机物紫色无硫细菌化能自养型无机物*无机物二氧化碳硝化细菌，氢细菌、铁细菌化能异养型有机物有机物有机物绝大多数细菌和全部真核微生物35教学ppt光能自养型以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+2H2S光能光合色素[CH2O]+2S+H2O36教学ppt光能异养型以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O37教学ppt培养基的配制原则一、目的明确二、营养协调三、物理化学条件适宜38教学ppt目的明确何菌？何目的？例如：发酵产物生产次级代谢产物B12加Co39教学ppt1营养物质浓度合适：过低，不能满足正常生长；过高，可能对微生物生长起抑制作用。2营养物质间比例。C/N营养协调40教学pptC/N培养基中所含的C源中C原子的摩尔数/N源中N原子的摩尔数例如：谷氨酸发酵C/N=4：1菌体大量繁殖，产生的谷氨酸少C/N=3：1菌体繁殖抑制，产生的谷氨酸多41教学ppt三、物理化学条件适宜PH微生物种类最适PH(一般)放线菌7.5~8.5细菌6.5~7.5霉菌4.0~5.8酵母菌3.8~6.0

为了维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。42教学ppt培养基的种类据物理性质分：液体培养基半固体培养基（+凝固剂琼脂）固体培养基（+凝固剂琼脂）据用途的不同：选择培养基鉴别培养基教法：自学——表格—归纳43教学ppt琼脂主要成分：多聚半乳糖的硫酸酯特性：极难分解，无营养价值（起支撑作用）透明度好；粘着力强，耐加压44教学ppt三种培养基的比较种类是否含凝固剂用途固体培养基

半固体培养基

液体培养基

45教学ppt用途分种类原理用途实例选择培养基

鉴定培养基

分离

微生物的特殊营养要求或对其某化学、物理因素抗性

某种指示剂与某一菌的无色代谢产物发生显色反应鉴别46教学ppt选择培养基参考资料加入青霉素的培养基分离酵母菌、霉菌等真菌（抑制细菌、放线菌）加入高浓度食盐的培养基分离金黄色葡萄球菌（抑制多种细菌）不加氮源的无氮培养基分离固氮菌不加含碳有机物的无碳培养基分离自养型微生物加入氨基喋呤、次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培养基分离杂交瘤细胞47教学ppt鉴别培养基伊红美蓝乳糖培养基（EMB）机理染料抑制G+。在低酸度时，结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。

用途：多种肠道菌鉴别48教学ppt微生物的代谢49教学ppt资料1.若干微生物和动物、植物组织的呼吸速率生物材料消耗O2ul/mg生物干重/hazotobacter固氮菌2000Acetobacter醋杆菌1800面包酵母110肾和肝组织10-20根和叶组织0.5-4代谢特点50教学ppt资料2发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖。产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强10万倍51教学ppt结论：代谢旺盛探究其原因?体积小，面积大。（有利于吸收、排泄和信息的交换）52教学ppt初级代谢产物和次级代谢产物的不同教法：自学表格交流53教学ppt微生物代谢的调节（重点）54教学ppt微生物细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用来实现的调节类型酶合成调节酶活性调节通过酶分子结构的改变来调节变构调节，可逆性。通过调节酶的合成进而调节代谢速率的调节机制，是在遗传学水平上发生的55教学ppt酶合成的调节和酶活性的调节的比较酶合成的调节酶活性的调节调节对象诱导酶的合成酶的活性调节机制对基因表达的调控反馈性调节(代谢调节)特点间接、缓慢快速、精细意义避免物质和能量的浪费，增强适应避免代谢产物的积累合成条件基因和诱导物只基因控制56教学ppt调节教法建议实例1谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的调节实例2大肠杆菌合成半乳糖苷酶的调节微生物代谢调节的两种主要方式总结比较表

57教学ppt问题：半糖苷酶为什么在葡萄糖和乳糖同时存在时不能合成？酶合成调节有两种形式：诱导和阻遏。葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成，称为葡萄糖效应---阻遏。58教学ppt微生物代谢的人工控制（重难点）措施：改变微生物的遗传特性：例如诱变处理控制发酵条件：例如改变细胞膜的透性

59教学ppt控制细胞膜的渗透性----------------加入亚适量生物素（培养条件控制）

在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累积量有明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸。

因此控制生物素的含量可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。60教学ppt高丝氨酸缺陷型菌株不能合成高丝氨酸酶，故不能合成高丝氨酸，也不能合成苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量的高丝氨酸就可产生大量的赖氨酸。示图：协同抑制现象及结果控制目的？原理？方法？61教学ppt微生物的生长细菌数目的对数时间1234群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程62教学ppt在保持整个培养液体积不变条件下，以时间为横坐标，以菌数为纵坐标，根据不同培养时间时细菌数量的变化，可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。生长曲线63教学ppt调整期（延迟期、适应期）特点：菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。代谢活跃①通过遗传学方法改变种的遗传特性使之缩短；②利用对数生长期的细胞作为“种子”；③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大；④适当扩大接种量等方式缩短，克服不良的影响。在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期：64教学ppt对数期

细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致，代谢旺盛、生长迅速、代时稳定，是研究微生物基本代谢的良好材料。在生产上用作种子以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加，65教学ppt稳定期

营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长，原因：采取措施：补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等生长速率降零代谢产物大量积累的产物如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等66教学ppt衰亡期

细菌代谢活性降低，细菌衰老并出现自溶，产生或释放出一些产物。细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬殊。该时期死亡的细菌以对数方式增加

现象：67教学ppt【教法建议】给出某种细菌的生长曲线得到此曲线需要的条件？如何测定？（请参考教师教学用书）分析各期的特点和成因，分析其的实践意义。参考问题如下：（1）调整期的特点是什么？如何缩短？（2）对数期有何特点？处于此期的微生物有何实际应用？（3）稳定期有何特点？为什么在对数期后，如果不创造特殊条件，就必然进入稳定期？在工业发酵过程，需要延长稳定期，以提高代谢产物的产量。如何解决？68教学ppt连续培养

连续培养的基本原则：微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物69教学ppt优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；降低动力消耗及体力劳动强度；产品质量较稳定；缺点：杂菌污染和菌种退化70教学ppt环境因素对微生物的影响影响因素：氧温度PH值71教学ppt(一)温度微生物生长的最适温度不同，可以将微生物分为嗜冷、兼性嗜冷、嗜温、嗜热和超嗜热等五种不同的类型。最适生长温度：某菌分裂代时最短或生长速率最高时