第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养课件

1、写出生产以下产品的主要菌种：啤酒、黄酒、味精、柠檬酸、食醋、酸奶2、发酵工艺控制中，主要应监控

、

、

、泡沫、氧化还原电位等。

温故知新1、写出生产以下产品的主要菌种：温故知新1

第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养

第一节微生物工业菌种

第二节微生物工业菌种的选育与保藏第三节微生物工业种子扩大培养

第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养第一节微2第一节微生物工业菌种

野生菌变异菌自然选育代谢控制育种诱变育种基因重组定向育种

一、发展总趋势

第一节微生物工业菌种一、发展总趋势3

生长能力强、对原料要求低、原料转化率高；选择抗噬菌体能力强的菌株；菌种纯，不易变异退化；菌种不是病原菌，不产生任何有害物质；发酵副产物少，产物容易分离；选择单产高的营养缺陷型突变株、调节突变株或野生菌株

二、选择原则

二、选择原则4天冬氨酸甲硫氨酸苏氨酸高丝氨酸高丝氨酸脱氢酶不能合成可以大量积累赖氨酸人工诱变的菌种不能产生生产苏氨酸菌株转变成生产赖氨酸：高丝氨酸缺陷型天冬氨酸磷酸天冬氨酸激酶天冬氨酸半醛天冬氨酸甲硫氨酸苏氨酸高丝氨酸高丝氨酸不能合成可以大量积累赖5

四大类微生物:细菌、酵母菌、霉菌和放线菌都可以用来生产工业产品。(见P8-9表1-1)

微生物的开发潜力很大。

目前人们已知的微生物只占自然界微生物总数的不到10%。而微生物代谢产物据统计已超过1300多种，但进行工业规模生产的还不到100种。

三、工业上常用微生物四大类微生物:细菌、酵母菌、霉菌和放线菌都可以用来生产工6

第二节菌种的选育与保藏

1、菌种来源根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；通过菌种选育获得新的微生物菌种。

一、工业菌种选育

第二节菌种的选育与保藏1、菌种来源7第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养课件8

第二节菌种的选育与保藏

2、菌种选育定义(p11)

按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利用自然菌种筛选、人工诱变育种、代谢控制育种或基因重组定向育种等方法得到优良菌种的工作。

一、工业菌种选育

菌种购买指南视频

第二节菌种的选育与保藏2、菌种选育定义93、方法(1)自然选育定义从自然界土壤、水、空气、动物、植物、矿物等样品中分离筛选得到菌种的方法。

如：土壤如：选择培养基如：划线分离法、稀释分离法等3、方法(1)自然选育如：土壤如：选择培养基如：划线分离法、10饱浸含某种指示剂的滤纸片变色圈（如淀粉降解菌筛选）指示剂直接掺入或喷洒固体培养基，菌落周围形成变色圈。如淀粉的平皿上喷上稀碘液（如淀粉降解菌筛选）固体培养基中掺入溶解性差、可被特定菌(如磷细菌筛选)利用的营养成分，造成不透明的培养基背景。菌落利用此物质形成透明圈。利用有特别营养要求（如营养缺陷型菌株）作为工具菌，如待筛选菌具有合成该营养物能力，工具菌就能围绕该菌生长。待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质（如抗生素产生菌筛选）饱浸含某种指示剂的滤纸片变色圈（如淀粉降解菌筛选）指示剂直11

(2)诱变育种

采用物理、化学诱变因素处理微生物细胞，提高基因的随机突变几率，然后通过定向筛选获得所需优良菌株。

3、方法(2)诱变育种3、方法12

(3)代谢控制育种

通过改变微生物菌种的代谢途径或代谢自动调节系统（如增加特定基因拷贝数来提高限速酶含量）而使微生物发生异常代谢，使所需中间代谢产物过量积累。

3、方法生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制

代谢产物不会过量积累

解除或控制微生物的代谢调节目的产物积累3、方法生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制代谢13

(4)基因重组定向育种

通过转化、转导、杂交和原生质体融合等遗传学方法和技术定向地重组微生物DNA，使微生物的功能发生定向的改变。

3、方法让生命永存一37-43微生物学第六章3、方法让生命永存一37-4314

4、方法基因重组定向育种先进技术能取代传统育种方法吗？先进育种技术需在优良原始菌种基础上应用才有效。基因重组产品主要还是一些较短的多肽和小分子蛋白质。蛋白质类以外的很多发酵产物（如糖类、有机酸及次级代谢产物等）产生往往受到多个基因的控制，尤其是还有许多发酵产物的代谢途径还没有被确证。4、方法基因重组定向育种先进技术能取代传统育种方法吗？先15

1、菌种衰退的概念

指菌种整体在多次接种传代过程中逐渐造成生产能力降低，表现为发酵力（如对培养基的利用）或繁殖力（如孢子的产生）下降或发酵产物得率降低的现象。

二、工业菌种的衰退与防止

1、菌种衰退的概念二、工业菌种的衰退与防止16

2、菌种衰退的常见现象

菌落和细胞形态的改变生长速度缓慢，产孢子越来越少抵抗力、抗不良环境能力减弱等代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降二、工业菌种的衰退与防止2、菌种衰退的常见现象二、工业菌种的衰退与防17

3、菌种衰退产生的原因

保藏不恰当传代次数过多发生回复突变

培养条件不适合二、工业菌种的衰退与防止

3、菌种衰退产生的原因二、工业菌种的衰退与防止18

4、防止菌种衰退的方法

作好菌种保藏工作尽可能使每次培养条件适合而一致尽量减少传代次数

应使用幼龄菌培养二、工业菌种的衰退与防止

4、防止菌种衰退的方法二、工业菌种的衰退与防止19

三、菌种的复壮

概念

狭义：在菌种已衰退情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退群体中找出少数未衰退的个体，以恢复原有典型性状的措施。

广义：在菌种未衰退前经常有意识地进行纯种分离和生产性状测定工作，以期从中选择到自发的正变个体。

三、菌种的复壮概念

狭义：在菌种已衰退情况20

衰退菌种复壮的方法

单细胞菌株分离法

沸水筛选法

菌液用沸水处理后进行单细胞菌株分离，从而挑选出优良菌体。

改变培养条件法采用有利于高产菌株而不利于低产菌株的条件来选出高产菌株。

通过宿主体复壮如Bacillusthuringiensis的复壮诱变处理法对发生回复突变进行重新诱变育种。

三、菌种的复壮

衰退菌种复壮的方法三、菌种的复壮21

1、原理

根据菌种的生理、生化特点，人为地创造条件，使菌种的代谢活动处于不活泼状态(最好是休眠状态)。

四、工业菌种的保藏

1、原理四、工业菌种的保藏22

2、原则

挑选优良纯种，最好是休眠体（如孢子、芽孢等），创造一个最有利于休眠的环境条件（如低温、干燥、缺氧、营养物质缺乏等），就可以达到菌种保藏的目的。同时，作为可行的方法，还要考虑方法的经济和简便。三、工业菌种的保藏

三、工业菌种的保藏23斜面低温保藏法菌种在斜面培养基上培养，生长旺盛后存放在4-8℃的冰箱中，一般半年要移植一次。适合保藏实验室常用菌种。低温冰箱保藏法

菌种经液体培养后，加入无菌甘油，使甘油含量为30-40%，置于-80℃低温冰箱中保存，保存期为1-10年。适用于保存各类微生物菌体。

石蜡油封保藏法

医用石蜡油灭菌冷却后加在斜面菌种上,超过斜面顶部1cm，在室温下或冰箱里可保存1-10年。几乎所有微生物都适用。

三、工业菌种的保藏3、方法斜面低温保藏法三、工业菌种的保藏24

砂土保藏法将干的孢子、芽孢与彻底灭菌的砂土混合后装入砂土管，放入装有吸湿剂的干燥器或大试管中，加橡皮塞用蜡封严，置阴凉干燥处或冰箱中可保藏1-10年。适合于孢子、芽孢等的保存。冷冻干燥保藏法

瓶中加入菌体或孢子悬液，-40℃低温冰箱冷冻1h，室温真空干燥固封，可保存10-数10年。适用于保存各类微生物菌体。保存运输方便。

液氮超低温保藏法

菌种密封于安踣瓶中,慢速冻结器中以每分钟下降1℃的速度下降到-35℃，再迅速降温至-196℃，并在该温度下的液氮超低温罐中保存，保存期为3-9年。适用于保存各类微生物菌体。砂土保藏法液氮超低温保藏法25

第三节微生物工业种子扩大培养

获得活力旺盛的、接种数量足够、纯而壮的培养物。

一、目的与任务

种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。

第三节微生物工业种子扩大培养获得活力旺盛26斜面摇瓶种子罐发酵罐

二、工艺

斜面摇瓶种子罐发酵罐二、工艺27

斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→发酵罐（二级）斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→三级种子罐培养→发酵罐（三级）尽量采用二级发酵

三、级数的确定

斜面菌种→一级种子摇瓶培养→二级种子罐培养→发酵罐（二28菌种发展总趋势，如何理解工业菌种选育的定义、方法工业菌种衰退的定义、防止方法菌种复壮的概念与方法工业菌种保藏原则与方法工业菌种扩大培养工艺与级数

课后思考题？菌种发展总趋势，如何理解课后思考题？291、写出生产以下产品的主要菌种：啤酒、黄酒、味精、柠檬酸、食醋、酸奶2、发酵工艺控制中，主要应监控

、

、

、泡沫、氧化还原电位等。

温故知新1、写出生产以下产品的主要菌种：温故知新30

第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养

第一节微生物工业菌种

第二节微生物工业菌种的选育与保藏第三节微生物工业种子扩大培养

第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养第一节微31第一节微生物工业菌种

野生菌变异菌自然选育代谢控制育种诱变育种基因重组定向育种

一、发展总趋势

第一节微生物工业菌种一、发展总趋势32

生长能力强、对原料要求低、原料转化率高；选择抗噬菌体能力强的菌株；菌种纯，不易变异退化；菌种不是病原菌，不产生任何有害物质；发酵副产物少，产物容易分离；选择单产高的营养缺陷型突变株、调节突变株或野生菌株

二、选择原则

二、选择原则33天冬氨酸甲硫氨酸苏氨酸高丝氨酸高丝氨酸脱氢酶不能合成可以大量积累赖氨酸人工诱变的菌种不能产生生产苏氨酸菌株转变成生产赖氨酸：高丝氨酸缺陷型天冬氨酸磷酸天冬氨酸激酶天冬氨酸半醛天冬氨酸甲硫氨酸苏氨酸高丝氨酸高丝氨酸不能合成可以大量积累赖34

四大类微生物:细菌、酵母菌、霉菌和放线菌都可以用来生产工业产品。(见P8-9表1-1)

微生物的开发潜力很大。

目前人们已知的微生物只占自然界微生物总数的不到10%。而微生物代谢产物据统计已超过1300多种，但进行工业规模生产的还不到100种。

三、工业上常用微生物四大类微生物:细菌、酵母菌、霉菌和放线菌都可以用来生产工35

第二节菌种的选育与保藏

1、菌种来源根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；通过菌种选育获得新的微生物菌种。

一、工业菌种选育

第二节菌种的选育与保藏1、菌种来源36第三章微生物工业菌种的选育与扩大培养课件37

第二节菌种的选育与保藏

2、菌种选育定义(p11)

按照生产要求，根据微生物遗传变异理论，利用自然菌种筛选、人工诱变育种、代谢控制育种或基因重组定向育种等方法得到优良菌种的工作。

一、工业菌种选育

菌种购买指南视频

第二节菌种的选育与保藏2、菌种选育定义383、方法(1)自然选育定义从自然界土壤、水、空气、动物、植物、矿物等样品中分离筛选得到菌种的方法。

如：土壤如：选择培养基如：划线分离法、稀释分离法等3、方法(1)自然选育如：土壤如：选择培养基如：划线分离法、39饱浸含某种指示剂的滤纸片变色圈（如淀粉降解菌筛选）指示剂直接掺入或喷洒固体培养基，菌落周围形成变色圈。如淀粉的平皿上喷上稀碘液（如淀粉降解菌筛选）固体培养基中掺入溶解性差、可被特定菌(如磷细菌筛选)利用的营养成分，造成不透明的培养基背景。菌落利用此物质形成透明圈。利用有特别营养要求（如营养缺陷型菌株）作为工具菌，如待筛选菌具有合成该营养物能力，工具菌就能围绕该菌生长。待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质（如抗生素产生菌筛选）饱浸含某种指示剂的滤纸片变色圈（如淀粉降解菌筛选）指示剂直40

(2)诱变育种

采用物理、化学诱变因素处理微生物细胞，提高基因的随机突变几率，然后通过定向筛选获得所需优良菌株。

3、方法(2)诱变育种3、方法41

(3)代谢控制育种

通过改变微生物菌种的代谢途径或代谢自动调节系统（如增加特定基因拷贝数来提高限速酶含量）而使微生物发生异常代谢，使所需中间代谢产物过量积累。

3、方法生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制

代谢产物不会过量积累

解除或控制微生物的代谢调节目的产物积累3、方法生物进化过程中微生物形成完善的代谢调节机制代谢42

(4)基因重组定向育种

通过转化、转导、杂交和原生质体融合等遗传学方法和技术定向地重组微生物DNA，使微生物的功能发生定向的改变。

3、方法让生命永存一37-43微生物学第六章3、方法让生命永存一37-4343

4、方法基因重组定向育种先进技术能取代传统育种方法吗？先进育种技术需在优良原始菌种基础上应用才有效。基因重组产品主要还是一些较短的多肽和小分子蛋白质。蛋白质类以外的很多发酵产物（如糖类、有机酸及次级代谢产物等）产生往往受到多个基因的控制，尤其是还有许多发酵产物的代谢途径还没有被确证。4、方法基因重组定向育种先进技术能取代传统育种方法吗？先44

1、菌种衰退的概念

指菌种整体在多次接种传代过程中逐渐造成生产能力降低，表现为发酵力（如对培养基的利用）或繁殖力（如孢子的产生）下降或发酵产物得率降低的现象。

二、工业菌种的衰退与防止

1、菌种衰退的概念二、工业菌种的衰退与防止45

2、菌种衰退的常见现象

菌落和细胞形态的改变生长速度缓慢，产孢子越来越少抵抗力、抗不良环境能力减弱等代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降二、工业菌种的衰退与防止2、菌种衰退的常见现象二、工业菌种的衰退与防46

3、菌种衰退产生的原因

保藏不恰当传代次数过多发生回复突变

培养条件不适合二、工业菌种的衰退与防止

3、菌种衰退产生的原因二、工业菌种的衰退与防止47

4、防止菌种衰退的方法

作好菌种保藏工作尽可能使每次培养条件适合而一致尽量减少传代次数

应使用幼龄菌培养二、工业菌种的衰退与防止

4、防止菌种衰退的方法二、工业菌种的衰退与防止48

三、菌种的复壮

概念

狭义：在菌种已衰退情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退群体中找出少数未衰退的个体，以恢复原有典型性状的措施。

广义：在菌种未衰退前经常有意识地进行纯种分离和生产性状测定工作，以期从中选择到自发的正变个体。

三、菌种的复壮概念

狭义：在菌种已衰退情况49

衰退菌种复壮的方法

单细胞菌株分离法

沸水筛选法

菌液用沸水处理后进行单细胞菌株分离，从而挑选出优良菌体。

改变培养条件法采用有利于高产菌株而不利于低产菌株的条件来选出高产菌株。

通过宿主体复壮如Bacillusthuringiensis的复壮诱变处理法对发生回复突变进行重新诱变育种。

三、菌种的复壮

衰退菌种复壮的方法三、菌种的复壮50

1、原理

根据菌种的生理、生化特点，人为地创造条件，使菌种的代谢活动处于不活泼状态(最好是休眠状态)。

四、工业菌种的保藏

1、原理四、工业菌种的保藏51

2、原则

挑选优良纯种，最好是休眠体（如孢子、芽孢等），创造一个最有利于休眠的环境条件（如低温、干燥、缺氧、营养物质缺乏等），就可以达到菌种保藏的目的。同时，作为可行的方法，还要考虑方法的经济和简便。三、工业菌种的保藏

三、工业菌种的保藏52斜面低温保藏法菌种在斜面培养基上培养，生长旺盛后存放在4-8℃的冰箱中，一般半年要移植一次。适合保藏实验室常用菌种。低温冰箱保藏法

菌种经液体培养后，加入无菌甘油，使甘油含量为30-40%，置于-80℃低温冰箱中保存，保存期为1-10年。适用于保存各类微生物菌体。

石蜡油封保藏法

医用石蜡油灭菌冷却后加在斜面菌种上,超过斜面顶