工业微生物学教学大纲

1、课程名称：工业微生物学课程编码：04043100英文名称：Industrial Microbiology学 时：54 学 分：3适用专业：生物工程，制药工程，食品科学与工程，生物技术，食品质量与安全课程类别：必修课程性质：学科基础课先修课程：生物化学教 材：微生物学 路福平等，中国轻工业出版社，2005一、课程性质与任务 工业微生物学是为生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业开设的一门重要技术基础课。通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界

2、中的地位、在自然界中的分布与作用、特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。 虽然工业微生物学是我校生物工程，制药工程，食品科学与工程，食品质量与安全，生物技术专业重要的一门基础生物学课程，但因为学习时间有限，因而本课程不能详尽无遗地讲解微生物学的各个方面，在内容的选择和安排上要注意做到主次分明、概念清楚、由浅入深、理论联系实际，为提高教学质量与教学效果创造有利条件。二、课程教学的基本要求 工业微生物学是生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业的一门重要技术基础课，以阐述微生物的形态结构与功能、微生物的营养、环境因素对微生物生长的影响以

3、及微生物的遗传育种为主，同时适当介绍微生物的生态学、微生物的分类以及传染与免疫等知识。考虑到学生已经在生物化学课中学过各种物质代谢的知识，所以在工业微生物学中不再讲解，只介绍微生物的产能方式如呼吸和发酵。通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位，在自然界中的分布与作用，特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。2 / 24 为适应相应专业的发展，还要求比较系统地掌握发酵专业中有关微生物的形态、生理、培养、鉴别、检出、筛选、保

4、藏等方面的知识；了解微生物对营养物质的需要和营养物质在生命活动中的功能，具有选择与配制培养基的能力；掌握灭菌的原理与方法；了解环境因素与微生物生命活动的关系、了解微生物的生长发育、呼吸与发酵之间的关系、了解微生物在自然界中的分布及微生物间的相互关系和寻找新菌种的途径。通过对遗传变异知识的学习使学生具有分离、筛选和培育微生物新菌种的能力。三、课程内容及教学要求 第一章 绪论 教学基本内容： 1. 微生物与人类的关系：介绍微生物与我们日常生活息息相关，既给人类带来无数益处，又给人类带来灾难。 2. 微生物的定义、微生物的五大共性。 3. 微生物学的分科及微生物学的研究任务。 4. 微生物学发展史：

5、介绍微生物学发展的五个时期，巴斯德和科赫对微生物学发展的做出的重要贡献。 5. 微生物学发展促进了人类的进步：介绍医疗保健上六大“战役”，微生物在工业发展中的六个里程碑，微生物在工业发展中的重要地位。 6. 微生物学在工业发展中趋势。重点： 1.微生物的定义、特点； 2.微生物的五大共性；难点： 1.微生物学的发展史，尤其是巴斯德和科赫对微生物学发展所做出的贡献； 2.微生物学在工业发展中的趋势。 本章主要教学要求：通过本章的学习，要求学生掌握微生物的定义和微生物的五大共性，熟悉微生物学的研究任务和微生物学的分科，了解微生物学的发展史、巴斯德和科赫对微生物学发展的做出的重要贡献和微生物学的发展

6、趋势。 第二章 原核生物的形态、构造与功能 第一节 细菌 第二节 放线菌 第三节 蓝细菌 第四节 支原体、立克次氏体和衣原体教学基本内容： 1.细菌：主要介绍细菌的形态和大小、原核生物的细胞结构和功能、细菌的繁殖方式、细菌的菌落特征及工业上常见的有益菌和有害菌，如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）用于生产-淀粉酶（BF7658）蛋白酶(中性蛋白酶，AS1.398) 醋酸杆菌，醋酸发酵：恶臭醋杆菌（AS.1.41），巴氏醋酸菌（沪酿1.01） 保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）（改名：德氏乳杆菌保加利亚亚种）酸奶发酵剂； 嗜热链球菌（Strepto

7、coccus thermophilus）酸奶发酵剂； 北京棒杆菌（Corynebacterium pekinese）谷氨酸发酵； 大肠埃希氏菌（Escherichia coli） 生产谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸、天冬酰胺酶食品卫生重要指示菌，作为粪便污染指标来评价食品的卫生质量； 肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）右旋糖酐（代血浆）和葡聚糖（sephadex）； 双歧杆菌（Bifidobacterium）能在肠道定植的益生菌； 苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis） 细菌杀虫剂；. 丙酮丁醇梭菌（Clostridium ace

8、tobutylicum）丙酮，丁醇； 荧光假单胞杆菌（Pserdomonas fluorescens）降解苯酚等。 2.放线菌：介绍放线菌的形态与构造、放线菌的繁殖方式、菌落形态及工业生产中常用的放线菌，如 链霉菌属（Streptomyces）：产1000多种抗生素，用于临床超过100种： 灰色链霉菌（Str. griseus）：链霉素(streptomycin)；卡那霉素链霉菌（Str. kanamyceticus）：卡那霉素(kanamycin)；金色链霉菌（Str. aureofaciens）：四环素(tetracycline)； 龟裂链霉菌（Str. rimosus）：土霉素(氧四环素

9、)； 红霉素链霉菌（Str. erythreus）：红霉素(erythromycin)； 产二素链霉菌（Str. ambofaciens）：螺旋霉素(spirmycin)。 诺卡氏菌属（Nocardia）： 地中海诺卡氏菌（N. mediterranei）：利福霉素(rifamycin)结核分支杆菌和麻风杆菌有特效）石油脱蜡、烃类发酵、含氰废水的处理。 小单孢菌属(Micromonspora)：棘孢小单孢菌（M. echinospors）：庆大霉素(gebtamicin)。弗兰克氏菌属（Frankineae）： 能与非豆科木本植物共生固氮（根瘤。 3.蓝细菌：简单介绍蓝细菌的基本形态结构、特性

10、和重要经济价值。 4.支原体、立克次氏体和衣原体：简单介绍支原体、立克次氏体和衣原体的基本结构、特性和致病性。重点： 1.细菌的细胞结构和功能、繁殖方式、菌落特征及工业上常见的有益菌和有害菌； 2.放线菌的形态与构造、繁殖方式、菌落形态及工业生产中常用的放线菌。难点： 革兰氏阳性细菌和革兰氏阳性细菌在细胞壁的结构、组成和相关功能方面的异同。本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握细菌、放线菌的细胞形态、结构与功能、培养特征和繁殖方式等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的细菌和放线菌，并了解蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体的特性和与人类的关系。第三章 真菌的形态

11、、构造与功能 第一节 真核微生物概述 第二节 酵母菌 第三节 霉菌教学基本内容： 1.真核微生物概述：介绍真核细胞与原核细胞的比较，真核微生物的主要类群； 2.酵母菌：主要介绍酵母菌的细胞形态和大小、细胞结构、繁殖方式、生活史、菌落特征及工业上常见的有益和有害的酵母菌如： 酿酒酵母（ Sacharomyces cerevisiae ）发酵工业上最常用（啤酒，葡萄酒，白酒，酒精，面包，食用、药用和饲用酵母，提取核酸、麦角甾醇和维生素C等）。假丝酵母属（Candida） 热带假丝酵母（C. tropicalis）：氧化烃类能力强，利用石油生产 SCP。产朊假丝酵母(C. utilis)：能利用五碳

12、糖和六碳糖，既可利用造纸工业的亚硫酸纸浆废液，也能利用糖蜜、马铃薯淀粉废料、木材水解液等生产SCP。 异常汉逊酵母（Hansenula anomala） 产乙酸乙酯，用于酱油和白酒等增香（增香菌）。 3.霉菌：介绍霉菌菌丝的种类与构造、菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史、菌落特征及工业生产中常用的霉菌 如： 毛霉属(Mucor) （1）总状毛霉（ M. racemosus ）制作腐乳和豆豉（产蛋白酶）； （2）鲁氏毛霉（M. rouxianus）能糖化淀粉并生成少量乙醇，早期酒精生产采用阿明诺法（即双边发酵法）。 根霉属(Rhizopus) （1）米根霉（R. oryzae）淀粉酶活力强

13、，用作糖化菌（制曲酿酒，甜酒曲）；发酵产L-(+)乳酸 （2）黑根霉(R. nigricans)甾体化合物的转化(11羟基化) 梨头霉属(Rhizopus) （1）蓝色梨头霉（R. coerulea）：11羟基化。 曲霉属（Aspergillus） （1）米曲霉（A. oryzae）具很强的蛋白酶系，是酱油生产的主要菌种 （2）黑曲霉（A. niger）：酶制剂（淀粉酶，耐酸性蛋白酶，果胶酶，柚苷酶和橙皮苷酶，葡萄糖氧化酶，纤维素酶）有机酸（柠檬酸，葡萄糖酸、抗坏血酸、没食子酸等） （3）土曲霉洛伐他汀（lovastatin）：治疗高血脂。 青霉属（Penicillum） （1）产黄青霉（Pe

14、nicillum chrysogenum）：青霉素 木霉属（Trichoderma ）康氏木霉（T.koningi）绿色木霉（T.viride）：又名木素木霉（T.lignorum）具很强的纤维素酶活力。重点： 1.酵母菌的形态和大小、细胞结构、繁殖方式、生活史、菌落特征； 2.霉菌菌丝的种类与构造、菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史、菌落特征。难点： 1.真核细胞与原核细胞构造的异同； 2.酵母菌的繁殖方式、生活史； 3.霉菌菌丝体的功能和特化形式、繁殖方式、生活史。本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握原核生物与真核微生物的主要区别，酵母菌和霉菌的形态、结构

15、与功能、培养特征、繁殖方式和生活史等基本理论知识，了解食品发酵和制药工业中常见的酵母菌和霉菌。第四章 病毒 第一节 概述 第二节病毒的形态结构与化学组成 第三节病毒的增殖 第四节噬菌体 第五节真细胞病毒 第六节亚病毒 第七节病毒与发酵工业教学基本内容： 1.病毒：主要介绍病毒的特性、病毒的培养与纯化、病毒粒子的形态结构与化学组成、病毒的复制周期、噬菌体与宿主的关系，并介绍发酵工业中噬菌体污染的检测和防治措施，病毒杀虫剂的应用。 2.亚病毒：介绍类病毒、卫星病毒、卫星RNA和朊病毒的主要特性和致病性。重点： 病毒的特性、病毒的培养与纯化、病毒粒子的形态结构与化学组成。难点： 病毒的复制周期、噬菌

16、体与宿主的关系。本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，要求学生了解和掌握病毒的特性、形态结构与化学组成、复制周期、噬菌体与宿主的关系等基本理论知识，并了解发酵工业中噬菌体污染的检测和防治措施，病毒杀虫剂的应用，亚病毒的种类和主要特性。 第五章 微生物的营养 第一节 微生物细胞的化学组成与营养要素 第二节 微生物的营养类型 第三节 营养物质进入细胞的方式 第四节 培养基教学基本内容： 1.微生物细胞的化学组成和营养要求：重点介绍碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式。介绍根据碳源、氮源的不同筛选工业微生物菌种的方法。 2.微生物的营养类型：介绍

17、根据碳源和能源划分的四种营养类型，即光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型。 3.营养物质进入细胞的方式：介绍单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种主要运输方式的运输特点。 4.培养基：介绍选用设计培养基的原则、根据对培养基成分的了解、培养基的物理状态和培养基的用途所划分的培养基的种类，重点介绍选择性培养基和鉴别性培养基的选择鉴别性原理和应用。了解微生物营养与工业微生物发酵的关系。重点： 1.碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式；掌握根据碳源、氮源的不同筛选工业微生物菌种的方法。 2.光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型； 3

18、.营养物质进入细胞的方式； 4.选择性培养基和鉴别性培养基的选择鉴别性原理和应用难点： 1.光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型的划分和主要微生物种类； 2.单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位四种主要运输方式的运输特点； 3.选择性培养基和鉴别性培养基的选择鉴别性原理和应用。本章主要教学要求：此章为要求学生掌握的重点内容之一，使学生了解六大营养要素在微生物生命活动中功能和供给形式、微生物的营养类型、营养物质进入细胞的四种主要方式、选用设计培养基的原则、培养基的种类。掌握根据碳源、氮源的不同筛选工业微生物菌种的方法，了解微生物营养与工业微生物发酵的关系。第六章：微生物的新陈代谢 第

19、一节 代谢概论 第二节 糖代谢 第三节氨基酸和蛋白质代谢 第四节脂类代谢 第五节微生物代谢调控与发酵生产教学基本内容： 1.代谢概论：简单介绍新陈代谢的概念，同化作用和异化作用。 2.微生物的产能代谢：重点介绍化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸，介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；有氧呼吸与无氧呼吸的概念，并介绍无氧呼吸中硝酸根（反硝化作用）、硫酸根作为最终电子受体的呼吸特点，介绍不同呼吸类型的微生物。介绍化能自养微生物的生物氧化特点，光能自养微

20、生物的光合磷酸化途径（循环光合磷酸化、非循环光合磷酸化和嗜盐菌紫膜的光合作用）。 3.微生物的代谢调节与发酵调控：介绍酶活性的调节种类、酶合成的调节（大肠杆菌乳糖操纵子的正、负调节，色氨酸操纵子的调节）、代谢调控在发酵工业的应用（高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸）。重点： 化能异养微生物生物氧化的三种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸，介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；有氧呼吸与无氧呼吸的概念；代谢调控在发酵工业的应用（高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸）难点： 化能异养微生物生物氧化的三

21、种产能方式，即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸的区别。微生物的代谢调节与发酵调控：介绍酶活性的调节种类、代谢调控在发酵工业的应用（高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸）。本章节主要教学要求：由于学生在生物化学课程中已经学过各种代谢途径，因此在微生物学中不再作为重点讲解。本章内容主要使学生了解呼吸与发酵作用，重点讲解微生物代谢的特殊性，联系在食品和发酵生产上的应用，注意体现微生物不同发酵类型及代谢的特点。第七章 微生物的生长与控制 第一节 个体细胞生长概述 第二节 微生物的群体生长 第三节 微生物生长的测定 第四节 环境对微生物生长的影响 第五节 微生物生长的控制 第六节 病毒和真菌的控制 第七节 微生物抗药性和新

22、型抗微生物药物的筛选教学的基本内容： 1.微生物生长的测定：介绍计数法、质量法和生理指标法测定微生物生长量。 2.微生物的生长规律：重点介绍单细胞微生物的典型生长曲线，并了解丝状真菌的生长曲线；介绍同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）；恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用。 3.环境对微生物生长的影响：介绍温度、pH、水活度和渗透压、氧气、辐射等理化因素对微生物生长的影响。谷氨酸发酵过程中，氧、温度、pH和磷酸盐等的调节和控制 4.微生物生长的控制：介绍消毒、灭菌、防腐和化疗四个相关术语；常用的物理灭菌方法，包括各种加热法、辐射法和过滤法；常用的防腐剂和消毒剂及其用法；两类

23、化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理。重点： 1.微生物生长的测定方法； 2.单细胞微生物的典型生长曲线； 3.同步培养的方法（机械筛选法和环境条件控制法）；恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用； 4.温度、pH、水活度和渗透压、氧气、辐射等理化因素对微生物生长的影响；并通过谷氨酸发酵过程的事例来阐在发酵工业中的实际应用。 5.消毒、灭菌、防腐和化疗四个相关术语；常用的物理灭菌方法，包括各种加热法、辐射法和过滤法；常用的防腐剂和消毒剂及其用法；两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理和在生产中的应用。难点： 1.单细胞微生物的

24、典型生长曲线各阶段的特点及其研究生长曲线的意义； 2.恒浊连续培养和恒化连续培养的原理、控制方法和应用； 3.两类化学治疗剂包括抗代谢药物和抗生素的定义以及它们作用于微生物的机理；本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，使学生掌握微生物生长发育的规律及生长条件的控制，掌握生长的测定方法，学会同步培养和连续培养的方法，了解物理因素、化学因素对微生物生长发育的影响及实际应用，掌握消毒和灭菌的原理和方法等。第八章 微生物的遗传学 第一节 遗传变异的物质基础 第二节 质粒 第三节 基因突变的规律及类型 第四节 基因突变的机制 第五节 微生物的诱变育种 第六节 原核微生物的基因重组 第七节 真核微

25、生物的基因重组 第八节 菌种的衰退、复壮和保藏教学基本内容： 1.遗传变异的物质基础：介绍遗传与变异的概念，遗传性变异与饰变（介绍基因型、表现型和等位基因的定义），证明遗传变异物质基础是核酸的三个经典实验。 2.质粒：介绍质粒的结构、检测方法、特性和主要类型。 3.基因突变：介绍基因突变的类型、基因突变的规律以及基因突变的机制（包括自发突变和诱发突变的机制），介绍各种诱变剂如物理诱变剂（紫外线）和化学诱变剂（碱基类似物、亚硝酸、烷化剂、羟胺以及丫啶类化合物）诱变的原理，DNA损伤的修复机制（光复活作用、切除修复、重组修复、SOS修复系统）。Ames试验重点讲述实验原理、方法步骤及其应用，了解其

26、优点。 4.微生物的诱变育种：介绍诱变育种的几个原则，包括出发菌株的选择、菌悬液的制备、诱变剂的选择及处理方法、中间培养以及变异菌株的分离与筛选。介绍几类重要突变株如抗终代谢物结构类似物突变株和营养缺陷型突变株的筛选方法，野生型、营养缺陷型、原养型、基本培养基、完全培养基和补充培养基的概念，筛选营养缺陷型菌株的意义和筛选方法。 5.基因重组：包括原核微生物的基因重组和真核微生物的基因重组，介绍转化、转导、接合、有性杂交、准性生殖以及原生质体融合。 6.菌种的衰退、复壮和保藏：介绍菌种衰退的原因以及菌种复壮和防止退化的措施；并介绍菌种保藏的原理和方法。重点： 1.证明遗传变异的物质基础是核酸的三

27、个经典实验； 2.质粒的结构、检测方法、特性和主要类型； 3.基因突变的类型、基因突变的规律及基因突变的机制（包括自发突变和诱发突变的机制），介绍各种诱变剂如物理诱变剂（紫外线）和化学诱变剂（碱基类似物、亚硝酸、烷化剂、羟胺以及丫啶类化合物）诱变的原理，Ames试验的测定原理和具体操作； 4.微生物的诱变育种：出发菌株的选择、菌悬液的制备、诱变剂的选择及处理方法、中间培养以及变异菌株的分离与筛选，抗终代谢物结构类似物突变株和营养缺陷型突变株的筛选方法； 5.野生型、营养缺陷型、原养型、基本培养基、完全培养基和补充培养基的概念，筛选营养缺陷型菌株的意义和筛选方法； 6.转化、转导、接合、有性杂交

28、、准性生殖以及原生质体融合； 7.菌种衰退的原因以及菌种复壮和防止退化的措施、菌种保藏手段。难点： 1.证明核酸是遗传变异的物质基础的微生物学实验剖析； 2.基因突变的类型、基因突变的规律、各种诱变剂诱变的原理，DNA损伤的修复机制。 3.原核生物与真核微生物基因重组方式的介绍，包括转化（自然转化，人工转化）、转导（普遍性转导，局限性转导）、接合（大肠杆菌的性别和F因子、接合现象的发现和证实、大肠杆菌的接合机制）、酿酒酵母的有性杂交育种程序、准性生殖过程。本章主要教学要求：此章为本课程的重点内容之一，主要使学生掌握微生物遗传变异的物质基础、遗传物质在细胞内的存在方式、基因突变的规律及类型、微生

29、物的诱变育种、营养缺陷型的筛选方法和应用、酶活性的调节种类、代谢调控在发酵工业的应用、原核生物与真核微生物的基因重组方式、菌种衰退的原因以及菌种复壮和防止退化的措施、菌种保藏手段。第九章 微生物生态学 第一节 自然界中的微生物 第二节 微生物生态学的研究方法 第三节 微生物活性的测定方法 第四节 微生物在自然界物质循环中的作用 第五节 微生物之间的关系 第五节 微生物与环境治理 第七节 瘤胃微生物生态系统 第八节 产甲烷作用和互养共栖教学基本内容： 1.微生物在自然界的分布与菌种资源的开发：介绍土壤、水和空气中的微生物群系和种类，从自然界分离微生物的主要程序。 2.微生物之间的相互关系：介绍互生、共生、寄生和拮抗的概念，这些关系对微生物生长的作用以及举例。 3.微生物与自然界中的物质循环：包括碳素循环、氮素循环和硫循环，微生物在这几种循环中的作用。 4.微生物与环境保护：微生物对污染物的降解与转化，微生物对污染物的处理尤其是污水处理的微生物学原理，介绍活性污泥和BOD的概念。 5. 以茅台酒为例阐述微生物生态与产品质量的关系。重点： 1.微生物在自然界的分布； 2.微生物之间的相互关系：互生、共生、寄生和拮抗的概念