生物微生物与发酵工程

1、本章知识体系微生物的形态、结构微生物的形态、结构微生物代谢微生物代谢微生物生长微生物生长微生物营养微生物营养微生物培养微生物培养如何获得更多代谢产物如何获得更多代谢产物微生物代谢产物微生物代谢产物发酵工程发酵工程高二生物教材高二生物教材为本章学习提供的背景知识为本章学习提供的背景知识第第2章章 原核细胞的基本结构原核细胞的基本结构第第3章章 微生物的代谢类型微生物的代谢类型第第5章章 生殖方式生殖方式第第6章章 遗传学经典试验遗传学经典试验 诱变育种诱变育种第第7章章 生物的分界生物的分界第第8章章 种群数量的变化种群数量的变化 微生物在生态系统中的地位与作用微生物在生态系统中的地位与作用第第

2、9章章 土壤、水体污染的净化土壤、水体污染的净化本章内容与其他章节的关系本章内容与其他章节的关系第第1章章 免疫免疫第第2章章 生物固氮生物固氮第第3章章 基因与基因工程基因与基因工程第第4章章 细胞工程细胞工程第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群结构结构教材知识结构教材知识结构细胞结构细胞结构繁殖方式繁殖方式菌落及其特点菌落及其特点繁殖方式繁殖方式菌丝体的结构菌丝体的结构繁殖方式繁殖方式病毒病毒放线菌放线菌细菌细菌微生物的类群微生物的类群 微生物的概念微生物的概念第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群教学目标教学目标n说出细菌的结构特点和繁殖方式、说出细菌的结构特点和繁殖方式、n说出放

3、线菌、病毒的结构特点和繁殖方说出放线菌、病毒的结构特点和繁殖方式式第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群教学建议教学建议1.关于微生物的概念与类群关于微生物的概念与类群n体型微小，结构简单，通常需要借助光学显微镜或电子显微镜才能看清楚的生物。n无细胞结构：病毒 原核生物界：细菌、放线菌、蓝藻 有细胞结构 真菌界：酵母菌、霉菌 原生生物界：草履虫、衣藻、变形虫特征特征细菌细菌支原体支原体立克立克次氏体次氏体衣原体衣原体病毒病毒直径直径(mm） 0.50.52.02.00.20.2.25.250.20.20.50.50.20.20.30.3 0.250.25可见性可见性光镜光镜光镜勉光镜勉强可见

4、强可见光镜光镜光镜勉光镜勉强可见强可见电镜电镜过滤性过滤性不能过滤不能过滤能过滤能过滤不能过滤不能过滤能过滤能过滤能过滤能过滤细胞壁细胞壁坚韧的坚韧的细胞壁细胞壁缺缺与细菌与细菌相似相似与细菌与细菌相似相似无细胞无细胞结构结构繁殖方式繁殖方式二分裂二分裂二分裂二分裂二分裂二分裂二分裂二分裂复制复制核酸种类核酸种类DNADNA和和RNARNADNADNA和和RNARNADNADNA和和RNARNADNADNA和和RNARNA DNADNA或或RNARNA核糖体核糖体有有有有有有有有无无大分子大分子合成合成可以合成可以合成可以合成可以合成可部分可部分合成合成可部分可部分合成合成需宿主需宿主细胞合成

5、细胞合成产生产生ATPATP系统系统有有有有有有无无无无增殖时结增殖时结构完整性构完整性保持保持保持保持保持保持保持保持失去失去第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群2.细菌结构的几个问题细菌结构的几个问题n细胞壁的成分n细胞膜与细菌的呼吸n细菌DNAn细菌的特殊结构细菌DNA芽孢的形成与萌发芽孢的形成与萌发第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群3.病毒的结构病毒的结构n哪些病毒的结构具有囊膜，哪些病毒不具有囊膜？n两类病毒的化学成分有什么差异n囊膜结构的化学成分与来源HIV病毒结构病毒结构第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群3.病毒的核酸病毒的核酸DNA 双链 T系大肠杆菌噬菌体 单

6、链 线状 环状RNA 双链 单链 逆转录病毒、烟草花叶病毒第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群5.病毒的繁殖病毒的繁殖 噬菌体的繁殖 HIV的繁殖方式：复制方式：复制第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群6. SARS病毒、禽流感病毒、病毒、禽流感病毒、朊病毒（朊病毒（蛋白质病毒）蛋白质病毒）第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群7.为什么为什么HIV具有具有2-10年的潜伏期？年的潜伏期？第第2 2节节 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长微生物需要的营养物质及功能微生物的营养微生物的代谢微生物的生长教材知识结构教材知识结构培养基的配制原则培养基的类型微生物的代谢产物微生

7、物代谢的调节微生物代谢的人工调节影响微生物生长的环境因素微生物群体的生长规律次级代谢产物初级代谢产物第第2 2节节 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长教学目标教学目标n理解、分析微生物的营养物质的来源和功能理解、分析微生物的营养物质的来源和功能n掌握培养基的种类和配制原则掌握培养基的种类和配制原则n分析为生物细胞代谢产物的种类和主要功能分析为生物细胞代谢产物的种类和主要功能n说出微生物代谢调节方式，说明在生产实践中说出微生物代谢调节方式，说明在生产实践中如何控制微生物代谢如何控制微生物代谢n解释发酵的概念，说出生产中利用的发酵类型解释发酵的概念，说出生产中利用的发酵类型n认识微生

8、物群体生长规律以及生产中的应用认识微生物群体生长规律以及生产中的应用n说明测定微生物群体生长的方法说明测定微生物群体生长的方法n解释温度、酸碱度、氧等因子对微生物生长的解释温度、酸碱度、氧等因子对微生物生长的影响影响第第2 2节节 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长教学建议教学建议1.从问题开始，介绍微生物营养有关知识。从问题开始，介绍微生物营养有关知识。n 研究微生物，利用微生物，需要培养微生物。我们怎样培养微生物？n 培养微生物，需要提供哪些物质？n 各种微生物的代谢类型不同，生长过程所需要的物质是不同的。怎样根据微生物代谢方式的差异选择培养基中的物质？ 问题讨论n若硝化细菌

9、、圆褐固氮菌、不固氮的蓝若硝化细菌、圆褐固氮菌、不固氮的蓝藻混合在一起，我们配置什么样的培养藻混合在一起，我们配置什么样的培养即可以将三种微生物分离？即可以将三种微生物分离？碳源碳源氮源氮源能源能源硝化细菌硝化细菌CO2氨氨氨氨圆褐固氮菌圆褐固氮菌糖类等含糖类等含碳有机物碳有机物N2有机物有机物不固氮的蓝藻不固氮的蓝藻CO2铵盐、硝酸盐铵盐、硝酸盐光光选择培养基n加入青霉素的培养基加入青霉素的培养基 分离酵母菌、霉菌等真菌分离酵母菌、霉菌等真菌n加入高浓度食盐的培养基加入高浓度食盐的培养基 分离金黄色葡萄球菌分离金黄色葡萄球菌n不加氮源的无氮培养基不加氮源的无氮培养基 分离固氮菌分离固氮菌n

10、不加含碳有机物的无碳培养基不加含碳有机物的无碳培养基 分离自养型微生物分离自养型微生物n 加入青霉素等抗生素的培养基加入青霉素等抗生素的培养基 分离导入了目的基因的受体细胞分离导入了目的基因的受体细胞n 加入氨基喋呤、次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷的加入氨基喋呤、次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培养基培养基 分离杂交瘤细胞分离杂交瘤细胞代谢类型代谢类型营养类型营养类型能源能源氢的供体氢的供体基本碳源基本碳源微生物举例微生物举例光能无机营光能无机营养（光能自养（光能自养型）养型）光光无机物无机物二氧化碳二氧化碳蓝细菌蓝细菌绿色硫细菌藻绿色硫细菌藻类类光能有机营光能有机营养（光能异养（光能异养型）养型）光光有机物

11、有机物二氧化碳二氧化碳及简单有及简单有机物机物紫色紫色非硫细菌非硫细菌化能无机营化能无机营养（化能自养（化能自养型）养型）无机无机物物无机物无机物二氧化碳二氧化碳硝化细菌硝化细菌氢细菌氢细菌化能有机营化能有机营养（化能异养（化能异养型）养型）有机有机物物有机物有机物有机物有机物大多数已知细大多数已知细菌和全部真核菌和全部真核微生物微生物第第2 2节节 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长2.关于微生物的代谢产物关于微生物的代谢产物n说明什么是初级或次级代谢产物，初级与次级代谢产物的特点是什么。n初级、次级代谢产物的产生时期与产生方式（既有同化作用产物，也有异化作用产物）n初级、次级

12、代谢产物对微生物自身具有什么作用初级代谢产物和次级代谢产物的比较初级代谢产物和次级代谢产物的比较初级代谢产物初级代谢产物次级代谢产物次级代谢产物生产繁殖生产繁殖是否必需是否必需是是否否产生阶段产生阶段一直产生一直产生生长到生长到一定阶段后产生一定阶段后产生是否有菌是否有菌种特异性种特异性否否是是分布分布细胞内细胞内细胞内或细胞外细胞内或细胞外种类种类氨基酸、核苷酸、氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等多糖、脂类、维生素等激素、毒素、激素、毒素、色素、抗生素色素、抗生素第第2 2节节 微生物的营养、代谢和生长微生物的营养、代谢和生长3.微生物代谢的调节微生物代谢的调节n调节主要方式 n微生物细胞

13、内的酶（根据合成特点分类）n以实例说明不同的调节方式的特点微生物代谢的调节n调节的主要方式调节的主要方式 酶合成调节 酶活性的调节微生物代谢的调节微生物中的酶微生物中的酶 组成酶 细胞中始终存在的酶 （遗传物质决定合成） 诱导酶 环境中某种物质诱导下产生的酶 （诱导物：该酶的底物）酶合成的调节酶合成的调节调节诱导酶的合成调节诱导酶的合成实例实例 大肠杆菌细胞半乳糖苷酶的合成 乳糖代谢基因表达调控乳糖代谢基因表达调控（环境中没有乳糖时的基因状态环境中没有乳糖时的基因状态）乳糖代谢基因表达调控乳糖代谢基因表达调控（环境中具有乳糖时的基因状态环境中具有乳糖时的基因状态）酶活性调节实例谷氨酸谷氨酸棒状

14、棒状杆菌杆菌合成合成谷氨酸谷氨酸途径途径酶合成的调节和酶活性的调节酶合成的调节和酶活性的调节比较比较酶合成的调节酶合成的调节酶活性的调节酶活性的调节调节对象调节对象诱导酶的合成诱导酶的合成酶的活性酶的活性调节机制调节机制对基因表达对基因表达的调控的调控反馈性调节反馈性调节特点特点间接、缓慢间接、缓慢快速、精细快速、精细意义意义避免物质和能量避免物质和能量的浪费的浪费避免代谢产物的避免代谢产物的积累积累微生物代谢的调节微生物代谢的调节4.微生物调节人工控制与代谢产物的生产微生物调节人工控制与代谢产物的生产 分析如何使黄色短杆菌高产赖氨酸？黄色黄色短杆短杆菌合菌合成赖成赖氨酸氨酸的的途径途径5.发

15、酵概念发酵概念微生物的生长微生物的生长6.微生物群体生长规律与应用微生物群体生长规律与应用分析生长曲线个阶段的特点分析生长曲线个阶段的特点细胞分裂细胞分裂细胞数量细胞数量细胞代谢特点细胞代谢特点细胞形态特点细胞形态特点调整调整期期不分裂不分裂不增加不增加代谢活跃、大量代谢活跃、大量合成与细胞分裂合成与细胞分裂有关的物质有关的物质对数对数期期快速分裂快速分裂细胞呈细胞呈指数增长指数增长生理特征稳定，生理特征稳定，代谢旺盛代谢旺盛个体形态稳定个体形态稳定稳定稳定期期细胞增加数细胞增加数等于死亡数等于死亡数活菌数达活菌数达到最高峰到最高峰大量积累代谢产大量积累代谢产物，特别是次级物，特别是次级产物，

16、营养物质产物，营养物质减少减少（细菌）形成（细菌）形成芽孢芽孢衰亡衰亡期期细胞死亡数细胞死亡数大于增加数大于增加数活菌数活菌数下降下降菌体释放代谢产菌体释放代谢产物物细胞多种形态，细胞多种形态，甚至畸形，开始甚至畸形，开始解体解体微生物的生长微生物的生长7.测定微生物群体生长的方法测定微生物群体生长的方法n称干重称干重（离心法）一般干重为湿重的离心法）一般干重为湿重的1020% 将待测培养也放入离心管中，清水离心洗涤将待测培养也放入离心管中，清水离心洗涤15次后，次后，干燥处理，然后称干重。一个细胞（细菌）一般重约干燥处理，然后称干重。一个细胞（细菌）一般重约10121013g。n比例计数法比

17、例计数法 将已知颗粒（如霉菌孢子或红细胞等）浓度的液体于将已知颗粒（如霉菌孢子或红细胞等）浓度的液体于一般待测细胞的菌液按一定比例均匀混合，在显微镜一般待测细胞的菌液按一定比例均匀混合，在显微镜下数出各自的数目，然后求未知菌液中的细胞浓度。下数出各自的数目，然后求未知菌液中的细胞浓度。n平板菌落计数法平板菌落计数法 取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在其凝固取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在其凝固前均匀混合，或涂布于固体培养基平板上，经培养在前均匀混合，或涂布于固体培养基平板上，经培养在培养基上（内）出现的菌落乘上菌液稀释度，计算出培养基上（内）出现的菌落乘上菌液稀释度，计算出原菌液

18、含菌数。原菌液含菌数。第3节 发酵工程简介教材知识结构教材知识结构菌种的选育应用发酵工程的生产实例发酵工程的概念和内容发酵工程的应用在医药工业上的应用在食品工业上的应用培养基的配制灭菌扩大培养和接种发酵过程和分离提纯生物工程个分子领域之间的关系？生物工程个分子领域之间的关系？第3节 发酵工程简介教学目标教学目标n通过实例说出发酵工程的概念和内容通过实例说出发酵工程的概念和内容n说出发酵工程在医药工业与食品工业中说出发酵工程在医药工业与食品工业中的应用的应用n说出基因工程、细胞工程于发酵工程之说出基因工程、细胞工程于发酵工程之间的关系间的关系第3节 发酵工程简介教学建议教学建议1.通过比较传统与

19、现代生产谷氨酸钠方式，通过比较传统与现代生产谷氨酸钠方式，说明发酵工业的特点，以及什么是发酵说明发酵工业的特点，以及什么是发酵工业，并引出本节内容的教学工业，并引出本节内容的教学。第3节 发酵工程简介 传统生产方式传统生产方式 现代生产方式现代生产方式 蛋白质水解蛋白质水解 微生物发酵微生物发酵 植物蛋白植物蛋白 氨基酸氨基酸 ？ 酸酸两种生产方式有什么不同？两种生产方式有什么不同？利用发酵工程生产谷氨酸利用发酵工程生产谷氨酸菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌培养基成分：豆饼（马铃薯）水解液、玉米浆、培养基成分：豆饼（马铃薯）水解液、玉米浆、尿素、尿素、K2HPO

20、4、K2O、Mg2SO4、生物素（生、生物素（生长因子）长因子）培养方式：液体培养培养方式：液体培养培养过程：配制培养基培养过程：配制培养基灭菌灭菌接种接种培养培养培养条件：温度培养条件：温度 3037；pH7 pH7 8；通气、无；通气、无杂菌杂菌培养时间：培养时间：28 32h产品获得方式：分离提取产品获得方式：分离提取中和中和过滤浓缩过滤浓缩离心分离离心分离产品：谷氨酸钠（味精）产品：谷氨酸钠（味精）利用发酵工程生产谷氨酸利用发酵工程生产谷氨酸 优点：优点： 生产条件温和生产条件温和 原料来源丰富，价格低廉原料来源丰富，价格低廉 产物专一产物专一 废弃物易处理，对环境污染少废弃物易处理，

21、对环境污染少生长激素释放抑制因子生产生长激素释放抑制因子生产n成份：成份：14肽肽n合成器官：下丘脑合成器官：下丘脑n作用：抑制生长激素的分泌作用：抑制生长激素的分泌n应用：治疗肢端肥大症应用：治疗肢端肥大症n传统生产方式：哺乳动物的脑中提取传统生产方式：哺乳动物的脑中提取 （ 5mg需要需要 50万个羊脑）万个羊脑）n现代生产方式：利用工程菌生产现代生产方式：利用工程菌生产 （ 5mg 需要需要7.5L培养液）培养液）第3节 发酵工程简介2.发酵工程的主要内容 发酵工程主要内容发酵工程主要内容选育菌种：获得选育菌种：获得工程菌工程菌 （自然界中寻找、人工诱变育种、基因工程、（自然界中寻找、人

22、工诱变育种、基因工程、细胞工程）细胞工程）灭菌：培养基灭菌、发酵设备灭菌灭菌：培养基灭菌、发酵设备灭菌扩大培养菌种扩大培养菌种 （利用什么时期的菌体接种速度最快？）（利用什么时期的菌体接种速度最快？）发酵过程发酵过程 （如何调控发酵过程，获得更多的产品？）（如何调控发酵过程，获得更多的产品？）分离提纯分离提纯 方法：蒸馏、萃取、离子交换方法：蒸馏、萃取、离子交换 过滤、沉淀过滤、沉淀 产品：初级、次级代谢产物产品：初级、次级代谢产物 微生物菌体微生物菌体单细胞蛋白单细胞蛋白第3节 发酵工程简介3.发酵工程的应用发酵工程的应用 可以采取学生自学的学习方式，通过教科书提供的大量资料，思考我们生活中

23、与发酵工程有关的实例，认识发酵工程与我们生活的关系。 如果时间允许，除了食品工业、医药工业外，教师还可以提供发酵工程在其他领域的应用实例，使学生对发酵工程的应用有更多地了解。生物工程各分支领域的关系生物工程各分支领域的关系生物工程的上游工程生物工程的上游工程： 基因工程、细胞工程 按照人的要求改造物种，获得工程均获工程细胞生物工程的下游工程生物工程的下游工程： 发酵工程、酶工程 基因工程、细胞工程产业化 基因工程、细胞工程、发酵工程中需要的酶多通过酶工程获得；酶工程中酶的生产一般通过微生物发酵的方法获得。实验、研究性学习课题的处理实验：研究性学习课题：第第1 1节节 微生物的类群微生物的类群教学建议教学建议1.关于微生物的概念与类群关于微生物的概念与类群n体型微小，结构简单，通常需要借助光学显微镜或电子显微镜才能看清楚的生物。n无细胞结构：