工业发酵菌种选育.ppt
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1、第二章 工业发酵菌种选育第一节第一节 工业发酵生产菌种工业发酵生产菌种工业常用的生产菌种工业常用的生产菌种工业常用的生产菌种工业常用的生产菌种微生物的代谢产物微生物的代谢产物微生物的代谢产物微生物的代谢产物发酵对生产菌种的要求发酵对生产菌种的要求发酵对生产菌种的要求发酵对生产菌种的要求工业发酵菌种的来源工业发酵菌种的来源工业发酵菌种的来源工业发酵菌种的来源现代发酵技术现代发酵技术一一 工业常用的生产菌种工业常用的生产菌种1.1.细菌细菌2.2.放线菌放线菌3.3.酵母菌酵母菌4.4.霉菌霉菌 由于发酵工程本身的发展以及遗传工程的介入,由于发酵工程本身的发展以及遗传工程的介入,藻类、病毒藻类、病
2、毒等也正在逐步地变为工业生产用的生物。等也正在逐步地变为工业生产用的生物。现代发酵技术现代发酵技术1 1、细菌、细菌 现代发酵技术现代发酵技术1 1、细菌、细菌现代发酵技术现代发酵技术1 1、细菌、细菌现代发酵技术现代发酵技术2 2、放线菌、放线菌u常用的放线菌:常用的放线菌:链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。u它的最大经济价值在于能产生多种抗生素它的最大经济价值在于能产生多种抗生素。如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等。如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等。现代发酵技术现代发酵技术3 3、酵母菌、酵母菌酿酒酿酒面包面包低凝固点石油低凝固点石油脂肪酶脂肪酶
3、酵母菌体蛋白酵母菌体蛋白生产应用 工业上用的酵母菌工业上用的酵母菌啤酒酵母啤酒酵母假丝酵母假丝酵母类酵母类酵母现代发酵技术现代发酵技术藻状藻状菌纲菌纲根霉、毛霉、根霉、毛霉、犁头霉,犁头霉,子囊子囊菌纲菌纲红曲霉红曲霉半知半知菌类菌类曲霉、青霉曲霉、青霉4 4、霉菌、霉菌产品产品酶制剂酶制剂抗生素抗生素有机酸有机酸甾体激素等甾体激素等现代发酵技术现代发酵技术5 5、其他生物、其他生物:A:担子菌担子菌 B:藻类:藻类藻藻 类类 工工 厂厂现代发酵技术现代发酵技术二二 微生物的代谢产物微生物的代谢产物1.1.初级代谢产物初级代谢产物2.2.次级代谢产物次级代谢产物3.3.转化产物转化产物现代发酵
4、技术现代发酵技术&初级代谢和次级代谢关系初级代谢和次级代谢关系产生初级代谢产物,后产生次级代谢产物产生初级代谢产物,后产生次级代谢产物初级代谢是次级代谢的基础初级代谢是次级代谢的基础次级代谢是初级代谢在特定前提下的继续与发展次级代谢是初级代谢在特定前提下的继续与发展现代发酵技术现代发酵技术1 1、初级代谢产物、初级代谢产物v是指微生物通过代谢活动所产生的、是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质,自身生长和繁殖所必需的物质,如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。v初级代谢作用初级代谢作用能使营养物转化为结构物质与具生理活性物质能使营养
5、物转化为结构物质与具生理活性物质为生长提供能量。为生长提供能量。v严格受代谢调控控制。严格受代谢调控控制。现代发酵技术现代发酵技术2 2、次级代谢产物、次级代谢产物v通过次级代谢合成的产物通过次级代谢合成的产物根据其作用根据其作用,可将其分为可将其分为抗生素抗生素,激素激素,生物碱生物碱,毒素毒素等类型等类型.v以初级代谢产物为原料进行合成。以初级代谢产物为原料进行合成。v合成受环境影响大,对自身无明确生理作用。合成受环境影响大,对自身无明确生理作用。现代发酵技术现代发酵技术3 3、转化产物、转化产物v外源物质加入培养基后,在微生物代谢过程结构发生了化学变化所得的产物。降解木质素类真菌和能降解
6、多环芳香烃类的球红假单胞菌作为煤炭转化用的微生物,现代发酵技术现代发酵技术三三三三 发酵对生产菌种的要求发酵对生产菌种的要求发酵对生产菌种的要求发酵对生产菌种的要求1.1.微生物的特性微生物的特性2.2.工业化菌种的要求工业化菌种的要求3.3.理想的生产菌种理想的生产菌种现代发酵技术现代发酵技术q 有些微生物能在厌氧的条件下生长q 有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长q 有些微生物能进行复杂的代谢q 有些微生物能利用较复杂的化合物q 有些微生物能在极端的环境下生长1 1、微生物的特性、微生物的特性现代发酵技术现代发酵技术l 能够利用廉价的原料,大量高效地合成产物能够利用廉价的原
7、料,大量高效地合成产物l 有关合成产物的途径尽可能地简单有关合成产物的途径尽可能地简单l 遗传性能相对稳定遗传性能相对稳定l 不易感染它种微生物或噬菌体不易感染它种微生物或噬菌体l 产生菌及其产物的毒性低产生菌及其产物的毒性低l 生产特性要符合工艺要求生产特性要符合工艺要求2 2、工业化菌种的要求、工业化菌种的要求现代发酵技术现代发酵技术v生长繁殖迅速;v产量高;v易培养;v发酵周期短;v耐噬菌体;v纯种。3 3、理想的生产菌种、理想的生产菌种现代发酵技术现代发酵技术四四 工业发酵菌种的来源工业发酵菌种的来源v从自然界中分离v对野生菌株进行人工诱变v使用重组DNA技术改造v菌种保藏机构获取v从
8、正突变的生产菌中获取现代发酵技术现代发酵技术第二节第二节第二节第二节 生产菌种的选育生产菌种的选育生产菌种的选育生产菌种的选育1 1目前育种总趋势目前育种总趋势2 2菌种选育的主要目的菌种选育的主要目的3 3菌种选育的重要指标菌种选育的重要指标4 4常用的菌种选育方法常用的菌种选育方法现代发酵技术现代发酵技术一、目前育种总趋势一、目前育种总趋势v从野生菌转向变异菌v自然选育转向代谢育种v从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。现代发酵技术现代发酵技术二、菌种选育的主要目的二、菌种选育的主要目的v提高产量v改进质量v增加新品种v改善工艺条件现代发酵技术现代发酵技术原始产生菌原始产生菌&实实 例例青
9、霉素产生菌产黄色色素青霉素产生菌产黄色色素土霉素产生菌产大量泡沫土霉素产生菌产大量泡沫红霉素产生菌不耐噬菌体红霉素产生菌不耐噬菌体不再分泌黄色色素不再分泌黄色色素泡沫减少泡沫减少耐噬菌体耐噬菌体工业生产菌工业生产菌现代发酵技术现代发酵技术三、菌种选育的重要指标三、菌种选育的重要指标:菌种的营养特征菌种的营养特征菌种的生长温度菌种的生长温度菌种的适应性菌种的适应性菌种的稳定性菌种的稳定性产物的得率和产物的浓度产物的得率和产物的浓度产物回收难易产物回收难易现代发酵技术现代发酵技术四、常用的菌种选育方法四、常用的菌种选育方法1.1.自然选育自然选育2.2.诱变育种诱变育种3.3.杂交育种杂交育种4.
10、4.基因工程育种基因工程育种现代发酵技术现代发酵技术%常用的名词常用的名词v自发突变和诱发突变v突变率v正向变异(有益于生产的变异)v负向变异(不利于生产的变异)v衰退(菌种发生了负向变异)v复壮(使衰退的菌种恢复原有的优良性能)现代发酵技术现代发酵技术 1 1、自然选育、自然选育v定义定义v目的目的v特点特点v操作步骤操作步骤现代发酵技术现代发酵技术 1 1)定义)定义 指利用微生物在一定条件下产生自发突变,指利用微生物在一定条件下产生自发突变,通过分离、筛选排除衰变型菌落,从中选择通过分离、筛选排除衰变型菌落,从中选择正向变异菌株的过程。正向变异菌株的过程。P例如:从污染噬菌体的发酵液中例
11、如:从污染噬菌体的发酵液中有可能分离到抗噬菌体的新菌株。有可能分离到抗噬菌体的新菌株。现代发酵技术现代发酵技术&从自然界筛选从自然界筛选从自然界筛选从自然界筛选现代发酵技术现代发酵技术显著减毒的结显著减毒的结核杆菌核杆菌(卡介苗)(卡介苗)Description of thecompanys products定向培育定向培育230代代13年年自然育种的成功实例自然育种的成功实例19231923年获得卡介苗年获得卡介苗(BCG vaccine)(BCG vaccine)牛型结核杆菌牛型结核杆菌现代发酵技术现代发酵技术2)目的v纯化v复壮v稳定生产现代发酵技术现代发酵技术3)特点v自发突变率低,变
12、异程度较轻微,变异过自发突变率低,变异程度较轻微,变异过程十分缓慢(突变率程十分缓慢(突变率10 109 910 106 6)v自发突变不定向,负向变异可能性大,正自发突变不定向,负向变异可能性大,正向变异可能性小向变异可能性小现代发酵技术现代发酵技术4 4)操作步骤)操作步骤确定采样环境确定采样环境采样采样设计实验方案设计实验方案充分查阅资料充分查阅资料增殖培养增殖培养确定增殖条件确定增殖条件纯种分离纯种分离 划线、稀释与组织分离划线、稀释与组织分离菌种筛选菌种筛选纯种鉴定纯种鉴定、生产能力考查生产能力考查毒性试验毒性试验其他其他鉴定鉴定现代发酵技术现代发酵技术%采样采样v采样对象采样对象v
13、采样季节采样季节v采样方式采样方式现代发酵技术现代发酵技术采样对象土壤v细菌和放线菌细菌和放线菌 一般园田土和耕作过的沼泽土一般园田土和耕作过的沼泽土v酵母和霉菌酵母和霉菌 富富含含碳碳水水化化合合物物的的土土壤壤和和沼沼泽泽地地中中,如如一一些些野野果果生生长长区和果园内区和果园内v采采样样的的对对象象也也可可以以是是植植物物、腐腐败败物物品品、某某些水域等。些水域等。现代发酵技术现代发酵技术采样季节v以温度适中,雨量不多的初秋为好以温度适中,雨量不多的初秋为好采样方式v选点选点在选好适当地点,用小铲子除去表土在选好适当地点,用小铲子除去表土v取取土土取取离离地地面面5-15cm5-15cm
14、处处的的土土约约10g10g,盛盛入入清清洁洁的的牛牛皮皮纸纸袋袋或塑料袋中扎好。或塑料袋中扎好。v标记标记记录采样时间、地点、环境条件等,记录采样时间、地点、环境条件等,v分离分离将样品逐步分批寄回,及时分离。将样品逐步分批寄回,及时分离。现代发酵技术现代发酵技术%增殖培养v通过选择培养基来控制通过选择培养基来控制F例如碳源利用的控制例如碳源利用的控制 可可选选定定糖糖、淀淀粉粉、纤纤维维素素或或者者石石油油等等,以以其其中中的的一一种种为为唯唯一一碳碳源源,那那么么只只有有利利用用这这一一碳碳源源的的微微生生物物才才能大量正常生长,而其它微生物就可能死亡或淘汰。能大量正常生长,而其它微生物
15、就可能死亡或淘汰。现代发酵技术现代发酵技术%纯种分离v通过增殖培养,微生物还处于混杂生长状态通过增殖培养,微生物还处于混杂生长状态v进一步应用选择性控制条件分离进一步应用选择性控制条件分离v纯种分离的方法有稀释分离法、划线分离法等纯种分离的方法有稀释分离法、划线分离法等现代发酵技术现代发酵技术&稀释分离法稀释分离法现代发酵技术现代发酵技术&平皿划线分离法平皿划线分离法b.b.b.b.连续划线分离法连续划线分离法连续划线分离法连续划线分离法 a.a.a.a.分区划线分离法分区划线分离法分区划线分离法分区划线分离法 现代发酵技术现代发酵技术qq从产物角度出发从产物角度出发从产物角度出发从产物角度出
16、发根据产物的性质有目的地设计培养基来筛选菌种根据产物的性质有目的地设计培养基来筛选菌种qq 从形态角度出发从形态角度出发从形态角度出发从形态角度出发 根据根据菌落的外观形态反映的微生物重要表征筛选。菌落的外观形态反映的微生物重要表征筛选。F如如多多糖糖产产生生菌菌在在适适当当的的培培养养基基上上生生长长,从从具具有有粘粘液液性性的的菌落外观上就可以初步识别。菌落外观上就可以初步识别。%菌种筛选菌种筛选(初筛(初筛+复筛)复筛)(1)平板筛选)平板筛选(初筛)(初筛)(初筛)(初筛)现代发酵技术现代发酵技术qq从生产性能考察从生产性能考察从生产性能考察从生产性能考察v小小型型发发酵酵试试验验(摇
17、摇瓶瓶试试验验)考考察察发发酵酵菌菌的的生生产产性性能能,摸摸索索最最优优的的发发酵酵菌种。菌种。%菌种筛选菌种筛选(2)摇瓶筛选)摇瓶筛选(初筛(初筛+复筛)复筛)现代发酵技术现代发酵技术v筛选原理筛选原理变色圈法变色圈法 透明圈法透明圈法 生长圈法生长圈法 抑菌圈法抑菌圈法%菌种筛选菌种筛选现代发酵技术现代发酵技术琼脂培养基琼脂培养基测测 试试 菌菌 苔苔含含 药药 物物 滤滤 纸纸抑菌圈抑菌圈F抑菌圈法抑菌圈法现代发酵技术现代发酵技术v自然界天然微生物可能产生毒素自然界天然微生物可能产生毒素3据据规规定定,微微生生物物中中除除啤啤酒酒酵酵母母、脆脆壁壁酵酵母母、黑黑曲曲霉霉、米米曲曲霉霉
18、和和枯枯草草杆杆菌菌作作为为食食用用无无须须作作毒毒性性试试验验外外,其其他他微微生生物物作作为为与食品工业有关的菌种,均需通过两年以上的毒性试验。与食品工业有关的菌种,均需通过两年以上的毒性试验。%其他鉴定其他鉴定毒性试验现代发酵技术现代发酵技术2、诱变育种 Add your title in here Add your title in here诱变育种诱变育种用用各各种种物物理理、化化学学的的因因素素人人工工诱诱发发基基因因突突变变进行的筛选。包含进行的筛选。包含诱变诱变与与筛选筛选两个部分。两个部分。诱变诱变以以诱诱变变剂剂处处理理样样品品,造造成成大大量量死死亡亡时时使使存存活活个体
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