高三生物微生物與發(fā)酵工程

微生物與發(fā)酵工程1教學ppt本章知識結構及教學要求

第四節(jié)酶工程簡介（選學）第三節(jié)發(fā)酵工程簡介第二節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長第一節(jié)微生物的類群酶制劑的生產（A知道）酶制劑的應用（A知道）生物工程各分支領域的關系（A知道）細菌、放線菌病毒的結構和繁殖（B識記）發(fā)酵工程的概念和內容（A知道）發(fā)酵工程的應用（A知道）營養(yǎng)物質來源及功能（D應用）培養(yǎng)基的種類和配制原則（D應用）代謝產物的種類和主要功能（C理解）微生物代謝調節(jié)方式以及在生產實踐中如何人工控制微生物代謝（D）發(fā)酵概念和種類（C理解）微生物群體生長規(guī)律及其在生產中的應用（C理解）測定微生物群體生長的方法（B識記）溫度、PH和氧等因素對微生物生長的影響（C理解）2教學ppt微生物的類群微生物？魏泰克的五界說原核生物界:細菌、放線菌等原生生物界:藻類、原生動物等

真菌界:酵母、霉菌植物界動物界病毒3教學ppt無細胞結構：病毒有細胞結構真核生物微生物細菌放線菌藍藻支原體真菌：霉菌、酵母菌、食用真菌原生生物：藻類、原生動物等4教學ppt細菌一、形態(tài)球狀桿狀螺旋狀基本形態(tài)5教學ppt1、細胞壁如果將桿菌接入濃度為0.2mol/L的蔗糖等滲溶液和盛有玻璃珠的三角瓶中加以搖動，可以使細胞壁破裂，細胞內含物流出，這樣就可以得到細胞壁的空殼?？諝こ蓷U狀，而細胞內含物卻是圓的。6教學ppt原生質體在人為條件下，用溶菌酶處理或在含青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)而抑制新生細胞壁合成而形成的僅由一層細胞膜包裹的，圓球形、對滲透壓變化敏感的細胞，一般由革蘭氏陽性細菌形成。特點：對環(huán)境條件變化敏感，低滲透壓、振蕩、離心甚至通氣等都易引起其破裂；7教學ppt五肽交聯(lián)橋五個甘氨酸聚糖骨架G：N-乙酰葡萄胺M：N-乙酰胞壁酸四肽側鏈L-丙、D-谷、L-賴、D-丙主要成分

肽聚糖

G+菌肽聚糖結構:細胞壁8教學ppt2細胞膜證明細胞膜的存在（質壁分離、選擇性染色、原生質體破裂或電鏡觀察等方法）9教學ppt細胞膜的生理功能：①選擇性地控制細胞內、外的營養(yǎng)物質和代謝產物的運送；②合成細胞壁和糖被的各種組分（肽聚糖、磷壁酸、莢膜多糖等）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謝的酶系，是細胞的產能場所；10教學ppt含有抗藥性基因、固氮基因、抗生素生成基因3細菌質粒11教學ppt4．核糖體不同于真核生物。鏈霉素等抗生素通常作用于核糖體從而抑制蛋白質的合成，但對人核糖體不起作用。所以可用鏈霉素治療由細菌引起的疾病。

12教學ppt主要成分是多糖、多肽或蛋白質，尤以多糖居多。經特殊的莢膜染色，特別是負染色（又稱背景染色）后可在光學顯微鏡清楚地觀察到它的存在。b.莢膜等并非細胞生活的必要結構，但它對細菌在環(huán)境中的生存有利。莢膜13教學ppt某些細菌在其生長發(fā)育后期，在細胞內形成一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢(內生孢子）。芽孢14教學ppt細菌芽孢的特點整個生物界中抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要的指標。芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可以重新轉變成為營養(yǎng)態(tài)細胞；產芽孢細菌的保藏多用其芽孢。芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。15教學ppt6細菌的二分裂16教學ppt放線菌是具有菌絲、以孢子進行繁殖的一類原核微生物。放線菌17教學ppt形態(tài)與結構單細胞，大多由分枝發(fā)達的菌絲組成；菌絲直徑與桿菌類似，約1mm；細胞壁組成與細菌類似；細胞的結構與細菌基本相同，按形態(tài)和功能可分為營養(yǎng)、氣生和孢子絲三種。18教學ppt1、營養(yǎng)菌絲匍匐生長于培養(yǎng)基內，吸收營養(yǎng)，也稱基內菌絲。一般無隔膜，直徑0.2-0.8mm，長度差別很大2、氣生菌絲營養(yǎng)菌絲發(fā)育到一定階段，伸向空間形成氣生菌絲，疊生于營養(yǎng)菌絲上，可覆蓋整個菌落表面。在光學顯微鏡下觀察，顏色較深，直徑較粗（1-1.4mm），有的產色素。3、孢子絲氣生菌絲發(fā)育到一定階段，其上可分化出形成孢子的菌絲，即孢子絲，又稱產孢絲或繁殖菌絲。其形狀和排列方式因種而異，常被作為對放線菌進行分類的依據(jù)。19教學ppt分布特點及與人類的關系放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，土壤中最多，其代謝產物使土壤具有特殊的泥腥味。能產生大量的、種類繁多的抗生素（其中90%由鏈霉菌產生）少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動物（如皮膚、腦、肺和腳部感染）的疾病。20教學ppt藍細菌也稱藍藻或藍綠藻，是一類含有葉綠素a、能以水作為供氫體和電子供體、通過光合作用將光能轉變成化學能、同化CO2為有機物質的光合細菌。以前曾歸于藻類，因為它和高等植物一樣具有光和色素----葉綠素a，能進行產氧型光合作用。21教學ppt典型病毒粒的構造基本成分核酸——位于中心，稱為核心蛋白質——包圍在核心周圍，形成衣殼核心和衣殼合稱核衣殼，為病毒的基本結構。有些復雜的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類、蛋白質和多糖組成的囊膜。有的囊膜上還長有刺突。8病毒22教學ppt8病毒學生提出的問題：囊膜的成分為什么與細胞膜的成分相同？囊膜上的蛋白質是否決定病毒抗原特異性？囊膜的作用是什么？刺突的作用？23教學ppt病毒粒子并無個體的生長過程，而只有其兩種基本成分的合成和裝配，即：

核酸復制+蛋白質合成

核蛋白（病毒粒子）一般可分五個階段，即吸附侵入增殖（復制與生物合成）成熟（裝配）裂解（釋放）病毒繁殖24教學ppt艾滋病毒侵染25教學ppt1病毒特點無細胞結構，專性活細胞內寄生；沒有酶或酶系統(tǒng)極不完全，不能進行代謝活動；個體極小，能通過細菌濾器；對抗生素不敏感，對干擾素敏感。小結細菌、放線菌和病毒的比較表26教學ppt

碳源、氮源、生長因子、無機鹽和水能源1.碳源微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質碳源譜｛有機碳無機碳異養(yǎng)微生物自養(yǎng)微生物微生物營養(yǎng)27教學ppt目前在微生物工業(yè)發(fā)酵中所利用的碳源物質主要是單糖、淀粉、麩皮、米糠等。對于為數(shù)眾多的化能異養(yǎng)微生物來說，碳源是兼有能源功能營養(yǎng)物。微生物利用的碳源物質主要有糖類、有機酸、醇、脂類、烴、CO2及碳酸鹽等。28教學ppt凡是能被用來構成菌體物質中或代謝產物中氮素來源的營養(yǎng)物質稱為氮源。1.氮源氮源譜｛有機氮無機氮NH3銨鹽硝酸鹽N2｛｛蛋白質核酸氨基酸尿素29教學ppt氮源(1)微生物的氮源譜也很廣,大大廣于動物或植物的(2)氨基酸自養(yǎng)型生物-----------綠色植物、很多微生物(尿素、銨鹽、硝酸鹽和氮氣)氨基酸異養(yǎng)型生物------------動物、大量異養(yǎng)微生物(3)“N·C·H·O”類營養(yǎng)物常是異養(yǎng)微生物的能源、碳源兼氮源

30教學ppt3生長因子事實：問題：如何證明某種物質是某種微生物的生長因子?31教學ppt微生物種類生長因子需要量腸膜乳狀桿菌胱氨酸5μg白喉棒桿菌β-丙氨酸1.5μg破傷風梭狀芽孢桿菌尿嘧啶0-4μg阿拉伯聚糖乳桿菌泛酸0.02μg糞鏈球菌葉酸200μg干酪乳桿菌生物素1μg幾種微生物所需的生長因子32教學ppt生長因子小結對微生物正常代謝必不可少有機物需要量一般很少生長因子種類：維生素、堿基、卟啉及其衍生物、甾醇、胺類、C4～C6的分枝或直鏈脂肪酸，氨基酸

33教學ppt總結：微生物的營養(yǎng)類型分類標準營養(yǎng)類型以能源分光能營養(yǎng)型化能營養(yǎng)型以碳源分自養(yǎng)型異養(yǎng)型以合成氨基酸能力分氨基酸自養(yǎng)型氨基酸異養(yǎng)型34教學ppt營養(yǎng)類型能源氫的供體基本碳源微生物舉例光能自養(yǎng)型光無機物二氧化碳藍細菌，綠硫細菌，藻類光能異養(yǎng)型光有機物二氧化碳及簡單有機物紫色無硫細菌化能自養(yǎng)型無機物*無機物二氧化碳硝化細菌，氫細菌、鐵細菌化能異養(yǎng)型有機物有機物有機物絕大多數(shù)細菌和全部真核微生物35教學ppt光能自養(yǎng)型以無機物如H2、H2S、S等作為供氫體或電子供體，使CO2還原為細胞物質；例如，藻類及藍細菌等和植物一樣，以水為電子供體（供氫體），進行產氧型的光合作用，合成細胞物質。而紅硫細菌，以H2S為電子供體，產生細胞物質，并伴隨硫元素的產生。CO2+2H2S光能光合色素[CH2O]+2S+H2O36教學ppt光能異養(yǎng)型以有機物作為供氫體，利用光能將CO2還原為細胞物質；例如，紅螺菌屬中的一些細菌能利用異丙醇作為供氫體，將CO2還原成細胞物質，同時積累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O37教學ppt培養(yǎng)基的配制原則一、目的明確二、營養(yǎng)協(xié)調三、物理化學條件適宜38教學ppt目的明確何菌？何目的？例如：發(fā)酵產物生產次級代謝產物B12加Co39教學ppt1營養(yǎng)物質濃度合適：過低，不能滿足正常生長；過高，可能對微生物生長起抑制作用。2營養(yǎng)物質間比例。C/N營養(yǎng)協(xié)調40教學pptC/N培養(yǎng)基中所含的C源中C原子的摩爾數(shù)/N源中N原子的摩爾數(shù)例如：谷氨酸發(fā)酵C/N=4：1菌體大量繁殖，產生的谷氨酸少C/N=3：1菌體繁殖抑制，產生的谷氨酸多41教學ppt三、物理化學條件適宜PH微生物種類最適PH(一般)放線菌7.5~8.5細菌6.5~7.5霉菌4.0~5.8酵母菌3.8~6.0

為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進行工業(yè)發(fā)酵時補加酸、堿。42教學ppt培養(yǎng)基的種類據(jù)物理性質分：液體培養(yǎng)基半固體培養(yǎng)基（+凝固劑瓊脂）固體培養(yǎng)基（+凝固劑瓊脂）據(jù)用途的不同：選擇培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基教法：自學——表格—歸納43教學ppt瓊脂主要成分：多聚半乳糖的硫酸酯特性：極難分解，無營養(yǎng)價值（起支撐作用）透明度好；粘著力強，耐加壓44教學ppt三種培養(yǎng)基的比較種類是否含凝固劑用途固體培養(yǎng)基

半固體培養(yǎng)基

液體培養(yǎng)基

45教學ppt用途分種類原理用途實例選擇培養(yǎng)基

鑒定培養(yǎng)基

分離

微生物的特殊營養(yǎng)要求或對其某化學、物理因素抗性

某種指示劑與某一菌的無色代謝產物發(fā)生顯色反應鑒別46教學ppt選擇培養(yǎng)基參考資料加入青霉素的培養(yǎng)基分離酵母菌、霉菌等真菌（抑制細菌、放線菌）加入高濃度食鹽的培養(yǎng)基分離金黃色葡萄球菌（抑制多種細菌）不加氮源的無氮培養(yǎng)基分離固氮菌不加含碳有機物的無碳培養(yǎng)基分離自養(yǎng)型微生物加入氨基喋呤、次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)基分離雜交瘤細胞47教學ppt鑒別培養(yǎng)基伊紅美藍乳糖培養(yǎng)基（EMB）機理染料抑制G+。在低酸度時，結合形成沉淀，起著產酸指示劑的作用。

用途：多種腸道菌鑒別48教學ppt微生物的代謝49教學ppt資料1.若干微生物和動物、植物組織的呼吸速率生物材料消耗O2ul/mg生物干重/hazotobacter固氮菌2000Acetobacter醋桿菌1800面包酵母110腎和肝組織10-20根和葉組織0.5-4代謝特點50教學ppt資料2發(fā)酵乳糖的細菌在1小時內可分解其自重1000~10000倍的乳糖。產朊假絲酵母合成蛋白質的能力比大豆強100倍，比食用牛強10萬倍51教學ppt結論：代謝旺盛探究其原因?體積小，面積大。（有利于吸收、排泄和信息的交換）52教學ppt初級代謝產物和次級代謝產物的不同教法：自學表格交流53教學ppt微生物代謝的調節(jié)（重點）54教學ppt微生物細胞代謝的調節(jié)主要是通過控制酶的作用來實現(xiàn)的調節(jié)類型酶合成調節(jié)酶活性調節(jié)通過酶分子結構的改變來調節(jié)變構調節(jié)，可逆性。通過調節(jié)酶的合成進而調節(jié)代謝速率的調節(jié)機制，是在遺傳學水平上發(fā)生的55教學ppt酶合成的調節(jié)和酶活性的調節(jié)的比較酶合成的調節(jié)酶活性的調節(jié)調節(jié)對象誘導酶的合成酶的活性調節(jié)機制對基因表達的調控反饋性調節(jié)(代謝調節(jié))特點間接、緩慢快速、精細意義避免物質和能量的浪費，增強適應避免代謝產物的積累合成條件基因和誘導物只基因控制56教學ppt調節(jié)教法建議實例1谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的調節(jié)實例2大腸桿菌合成半乳糖苷酶的調節(jié)微生物代謝調節(jié)的兩種主要方式總結比較表

57教學ppt問題：半糖苷酶為什么在葡萄糖和乳糖同時存在時不能合成？酶合成調節(jié)有兩種形式：誘導和阻遏。葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成，稱為葡萄糖效應---阻遏。58教學ppt微生物代謝的人工控制（重難點）措施：改變微生物的遺傳特性：例如誘變處理控制發(fā)酵條件：例如改變細胞膜的透性

59教學ppt控制細胞膜的滲透性----------------加入亞適量生物素（培養(yǎng)條件控制）

在谷氨酸發(fā)酵生產中，生物素的濃度對谷氨酸的累積量有明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量的情況下，才能分泌大量的谷氨酸。

因此控制生物素的含量可以改變細胞膜的成分，進而改變膜的透性、谷氨酸的分泌和反饋調節(jié)。60教學ppt高絲氨酸缺陷型菌株不能合成高絲氨酸酶，故不能合成高絲氨酸，也不能合成蘇氨酸和甲硫氨酸，在補給適量的高絲氨酸就可產生大量的賴氨酸。示圖：協(xié)同抑制現(xiàn)象及結果控制目的？原理？方法？61教學ppt微生物的生長細菌數(shù)目的對數(shù)時間1234群體生長的實質是包含著個體細胞生長與繁殖交替進行的過程62教學ppt在保持整個培養(yǎng)液體積不變條件下，以時間為橫坐標，以菌數(shù)為縱坐標，根據(jù)不同培養(yǎng)時間時細菌數(shù)量的變化，可以作出一條反映細菌在整個培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線。生長曲線63教學ppt調整期（延遲期、適應期）特點：菌數(shù)不立即增加，或增加很少，生長速度接近于零。代謝活躍①通過遺傳學方法改變種的遺傳特性使之縮短；②利用對數(shù)生長期的細胞作為“種子”；③盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；④適當擴大接種量等方式縮短，克服不良的影響。在工業(yè)發(fā)酵和科研中通常采取一定的措施縮短延滯期：64教學ppt對數(shù)期

細菌個體形態(tài)、化學組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長迅速、代時穩(wěn)定，是研究微生物基本代謝的良好材料。在生產上用作種子以最大的速率生長和分裂，細菌數(shù)量呈對數(shù)增加，65教學ppt穩(wěn)定期

營養(yǎng)物質消耗，代謝產物積累和pH等環(huán)境變化，逐步不適宜于細菌生長，原因：采取措施：補充營養(yǎng)物質或取走代謝產物或改善培養(yǎng)條件，如對好氧菌進行通氣、攪拌或振蕩等生長速率降零代謝產物大量積累的產物如外毒素、內毒素、抗生素、以及芽胞等66教學ppt衰亡期

細菌代謝活性降低，細菌衰老并出現(xiàn)自溶，產生或釋放出一些產物。細胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，有時產生畸形，細胞大小懸殊。該時期死亡的細菌以對數(shù)方式增加

現(xiàn)象：67教學ppt【教法建議】給出某種細菌的生長曲線得到此曲線需要的條件？如何測定？（請參考教師教學用書）分析各期的特點和成因，分析其的實踐意義。參考問題如下：（1）調整期的特點是什么？如何縮短？（2）對數(shù)期有何特點？處于此期的微生物有何實際應用？（3）穩(wěn)定期有何特點？為什么在對數(shù)期后，如果不創(chuàng)造特殊條件，就必然進入穩(wěn)定期？在工業(yè)發(fā)酵過程，需要延長穩(wěn)定期，以提高代謝產物的產量。如何解決？68教學ppt連續(xù)培養(yǎng)

連續(xù)培養(yǎng)的基本原則：微生物培養(yǎng)過程中不斷的補充營養(yǎng)物質和以同樣的速率移出培養(yǎng)物69教學ppt優(yōu)點：縮短發(fā)酵周期，提高設備利用率；便于自動控制；降低動力消耗及體力勞動強度；產品質量較穩(wěn)定；缺點：雜菌污染和菌種退化70教學ppt環(huán)境因素對微生物的影響影響因素：氧溫度PH值71教學ppt(一)溫度微生物生長的最適溫度不同，可以將微生物分為嗜冷、兼性嗜冷、嗜溫、嗜熱和超嗜熱等五種不同的類型。最適生長溫度：某菌分裂代時最短或生長速率最高時