微生物学讲义.pptx

第十一章 微生物工业与应用微生物工业与应用第一节第一节工业发酵的菌种与特征工业发酵的菌种与特征P411一、生产菌种的要求和来源一、生产菌种的要求和来源t 高产高产t原料低廉原料低廉t无害无害t产物易提取产物易提取t遗传特性稳定遗传特性稳定要求：要求：P412t 自然环境自然环境图图15-2t搜集菌种搜集菌种t购置菌种购置菌种表表15-2来源：来源：第一节第一节工业发酵的菌种与特征工业发酵的菌种与特征P411二、大规模发酵的特征二、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、体积大，辅助设备系统多：扩大培养、空气供应、动力、储液罐、后处理动力、储液罐、后处理t发酵过程的优化和后处理发酵过程的优化和后处理t发酵的逐级放大：小试、中试、大试发酵的逐级放大：小试、中试、大试第二节第二节工业发酵的方式工业发酵的方式P421一、分批发酵（普遍）与连续发酵一、分批发酵（普遍）与连续发酵（方向）（方向）图图15-8二、液态发酵（普遍）与固态发酵二、液态发酵（普遍）与固态发酵（有特点）（有特点）图图15-10三、混合发酵三、混合发酵VC、茅台、代替工程菌、茅台、代替工程菌目前主要方式：目前主要方式：P422好氧、液态、深层、分批、游离、单一纯菌种结合好氧、液态、深层、分批、游离、单一纯菌种结合一、饮料、食品一、饮料、食品表表15-10图图15-12二、二、抗生素、微生物药物、生物产品抗生素、微生物药物、生物产品图图15-13三、三、氨基酸、有机酸、维生素等氨基酸、有机酸、维生素等 四、四、酶制剂酶制剂五、五、微生物农药、肥料、饲料微生物农药、肥料、饲料等等表表15-17第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品P429第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品P429一、饮料、食品一、饮料、食品表表15-10图图15-12奶牛和奶酪制作一直是瑞士生活的本质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制造阿尔卑斯咸奶酪的过程是是每一个瑞士奶酪制造人的骄傲。每一个瑞士奶酪制造人的骄傲。P432见P432第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品P433二、二、抗生素、微生物药物、生物产品抗生素、微生物药物、生物产品抗生素：抗生素：-内酰胺类：青霉素、头孢菌素，内酰胺类：青霉素、头孢菌素，G+大环内酯：红霉素，大环内酯：红霉素，G+；阿奇霉素阿奇霉素G+、G-、肺炎支原体、肺炎支原体、砂眼衣原体及梅毒螺旋体砂眼衣原体及梅毒螺旋体 氨基糖苷类：链霉素氨基糖苷类：链霉素G-四环类：四环素、金霉素、土霉素，广谱四环类：四环素、金霉素、土霉素，广谱氯霉素：广谱氯霉素：广谱发展方向：发展方向：修饰、引入新的基团；基因工程修饰、引入新的基团；基因工程青霉素青霉素G：苯甲基：苯甲基青霉素青霉素V：苯氧基：苯氧基第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品P435二、二、抗生素、微生物药物、生物产品抗生素、微生物药物、生物产品微生物药物微生物药物表表15-13酶抑制剂酶抑制剂免疫调节剂免疫调节剂受体拮抗剂受体拮抗剂抗氧化剂抗氧化剂第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品P436二、二、抗生素、微生物药物、生物产品抗生素、微生物药物、生物产品生物产品生物产品预防制剂：疫苗预防制剂：疫苗治疗制剂：抗血清、抗毒素；治疗制剂：抗血清、抗毒素；DNA疫苗疫苗诊断制剂：抗原、抗体、单克隆抗体诊断制剂：抗原、抗体、单克隆抗体系列化、普及化系列化、普及化趋势：趋势：微生物学、免疫学与基因工程结合微生物学、免疫学与基因工程结合 淋巴细胞杂交瘤淋巴细胞杂交瘤单克隆抗体技术单克隆抗体技术选择培养基：选择培养基：含次黄嘌呤（含次黄嘌呤（H）甲氨蝶呤（甲氨蝶呤（A）胸嘧啶（胸嘧啶（T）DNA疫苗疫苗 抗原抗原DNA通过载体导入人体，表达蛋白，这些通过载体导入人体，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。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英国正在开发一系列“疫苗疫苗”，拟采用，拟采用使直接进入皮肤细胞并有效散播至全身的方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，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。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。程尚未发挥重要作用。第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品P439三、三、氨基酸、有机酸、维生素等氨基酸、有机酸、维生素等四、四、酶制剂酶制剂P440酶发酵生产常用微生物：酶发酵生产常用微生物：大肠杆菌：基因工程工具酶，大肠杆菌：基因工程工具酶，DNA聚合聚合酶、酶、限制性核酸内切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、丙酮酸脱羧酶啤酒酵母：转化酶、丙酮酸脱羧酶提高途径：提高途径：诱变筛选、基因工程菌（大肠杆菌凝乳酶）诱变筛选、基因工程菌（大肠杆菌凝乳酶）第三节第三节发酵的主要产品发酵的主要产品五、五、微生物农药、肥料微生物农药、肥料P442现状：现状：1、符合环保发展趋势，应大力发展；、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、虽已得到广泛应用，但存在诸多问题，不宜被农民接受；受；3、基础研究不足，认识存在误区，使用缺乏规范。、基础研究不足，认识存在误区，使用缺乏规范。发展方向：发展方向：1、由豆科用肥向非豆科用肥发展；、由豆科用肥向非豆科用肥发展；2、由单功能向多功能发展；、由单功能向多功能发展；3、加强基础与应用研究；、加强基础与应用研究；4、规范质量标准。、规范质量标准。第四节第四节微生物在冶金、能源等领域的应用微生物在冶金、能源等领域的应用 一、微生物冶金一、微生物冶金P445现状：现状：国外已有成熟技术，国内刚起步，尚未应国外已有成熟技术，国内刚起步，尚未应用，主要用，主要原因是转化效率低。原因是转化效率低。今后方向：今后方向：优化工艺、诱变育种、基因改良。优化工艺、诱变育种、基因改良。原理：原理：微生物（自养型）微生物（自养型）残渣残渣金金铜矿铜矿产生硫酸、硫酸铁产生硫酸、硫酸铁硫酸铜硫酸铜铜铜铁铁硫酸亚铁硫酸亚铁微生物（自养型）微生物（自养型）铁氧化钩端螺菌铁氧化钩端螺菌第四节第四节微生物在冶金、能源等领域的应用微生物在冶金、能源等领域的应用 二、微生物与石油工业二、微生物与石油工业t 指标菌：微生物找石油指标菌：微生物找石油P446t提高采油率：黄原胶（黄单胞菌胞外多糖）增稠剂提高采油率：黄原胶（黄单胞菌胞外多糖）增稠剂可扩大扫油面可扩大扫油面t酵母蛋白等酵母蛋白等t石油污染的生物修复：石油污染的生物修复：“超级细菌超级细菌”P447第四节第四节微生物在冶金、能源等领域的应用微生物在冶金、能源等领域的应用 三、微生物与能源三、微生物与能源二、微生物与二、微生物与燃料乙醇：燃料乙醇：原料：取之不尽的农作物淀粉原料原料：取之不尽的农作物淀粉原料工艺：酒精发酵工艺：酒精发酵变性变性与汽油调和与汽油调和意义：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：汽油发动机国外：汽油发动机：乙醇添加量为：乙醇添加量为5%-22%乙醇发动机乙醇发动机：85%-100%乙醇汽油用量占乙醇汽油用量占1/3国内：河南（河南天冠燃料乙醇有限公司国内：河南（河南天冠燃料乙醇有限公司）、黑龙江）、黑龙江三、微生物传感器、电池、三、微生物传感器、电池、DNA芯片芯片P447第四节第四节微生物在冶金、能源等领域的应用微生物在冶金、能源等领域的应用 t 固定化微生物的耗氧量固定化微生物的耗氧量氧电极氧电极图图15-15血糖、污水血糖、污水BOD（BiochemicalOxygenDemand）介体介体t富含电子的中间产物富含电子的中间产物电极（生物电化学）电极（生物电化学）电子传递链电子传递链图图15-16t已知序列核苷酸固定化（玻璃、硅片）：已知序列核苷酸固定化（玻璃、硅片）：DNA芯片芯片未知样品（用荧光素标记）未知样品（用荧光素标记）DNA芯片芯片核酸杂交原理核酸杂交原理未知样品未知样品DNA序列序列核酸杂交技术：核酸杂交技术：原理：带有互补的核苷酸序列的单链原理：带有互补的核苷酸序列的单链DNA（或或RNA），当它们混和在一起时，其相应的同源区段形成双链结构。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。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能够杂交的不同来源的DNA分子，其亲缘关系较为密切；分子，其亲缘关系较为密切；反之，其亲缘关系则比较疏远。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、技术成本昂贵、复杂、检测灵敏度较低、重复性差、分析泛围较狭窄等分析泛围较狭窄等美国美国Affymetrix公司：投入公司：投入1千万美元千万美元/年年我国尚未有较成型的基因芯片问世我国尚未有较成型的基因芯片问世，不能够蜂拥而至，不能够蜂拥而至，不能不能“有条件没有条件都要上有条件没有条件都要上”，造成人力物力浪费，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、微生物材料四、微生物材料微生物塑料：成本高微生物塑料：成本高微生物功能材料微生物功能材料：不成熟不成熟生物计算机：生物计算机：遥远遥远五、海洋微生物与宇宙微生物五、海洋微生物与宇宙微生物海洋微生物海洋微生物提倡提倡“下海下海”功能基因功能基因资源利用：杜氏藻资源利用：杜氏藻宇宙微生物宇宙微生物太空育种太空育种功能微生物：产氧、产能功能微生物：产氧、产能第四节第四节微生物在冶金、能源等领域的应用微生物在冶金、能源等领域的应用重点思考题重点思考题1、目前工业发酵的主要方式和优点。、目前工业发酵的主要方式和优点。2、举例说明、举例说明2-3个具有良好发展前景的微生物应个具有良好发展前景的微生物应用的新领域及其原理。用的新领域及其原理。3、试述从自然界筛选用于洗涤剂的碱性蛋白酶、试述从自然界筛选用于洗涤剂的碱性蛋白酶生产菌种的主要步骤。生产菌种的主要步骤。brew 酿造mash 调和糖化hops 啤酒花Thank you very much！欢迎批评指正欢迎批评指正！