微生物学-第十章-微生物应用-课件

第十章微生物应用

第一节微生物接种剂

第二节微生物农药

第三节微生物制药

第四节微生物菌体的应用

第五节微生物工业发酵产品

第六节清洁能源的微生物生产1PPT课件微生物的利用涉及食品、医药、环保、化工、冶金、轻纺、农牧、能源、电子、信息、海洋、宇宙等人类经济生活的广阔领域，在经济和社会的发展中起着重要作用，微生物资源开发利用所形成的产业，已成为继动物、植物两大生物产业之间的第三大生物产业。全世界目前微生物产业的年产值已高达2000多亿美元以上。2PPT课件

总体上看微生物的应用可以归纳如下几个方面：①微生物菌体的应用：如单细胞蛋白、生物杀虫剂（Bt、白僵菌）食用菌、活性酵母等；②代谢产物的应用：如氨基酸、抗生素、有机酸、维生素、醇类、核酸、酶制剂等。③微生物特性的应用：如甾体的转化、湿法冶金、细菌肥料、石油勘探等。④微生物基因的利用：如苏云金杆菌毒蛋白基因、产碱杆菌聚-羟基丁酸盐基因等。3PPT课件第一节微生物接种剂一、微生物接种剂概述1，定义：通常将直接应用微生物活体作为接种材料的一类制剂称为微生物接种剂。在微生物接种剂中，把为植物提供有效养料和促进生长的一类微生物接种剂称为生物肥料；把防治植物病虫害和消除杂草的一类为生物接种剂称为微生物农药。（广义的微生物农药还包括微生物的代谢产物如农用抗生素等。）4PPT课件2，微生物接种剂的主要的特点：（1）单位面积上用量微少。例如，最常用的草炭吸附接种剂，一般用量7.5~15公斤/公顷，每克含5亿个活细菌的菌剂，1公斤含菌总数为5000亿个细胞，以一个细胞0.1立方微米计算，它的总体积仅为0.5立方厘米，重量约0.5克。5PPT课件（2）不是直接作为植物的养料或药剂，而是靠他们在土壤中或植物表面大量繁殖、进行旺盛的代谢而起作用。

（3）易受环境影响，稳定性差（效果、制剂等）。6PPT课件3，微生物接种剂的吸附剂固体或液体培养物可以直接施用，但是为了便于保存和使用，一般都将培养物放入吸附剂中保存、使用。常见吸附剂主要有下列几类：7PPT课件（1）草炭、土壤及添加剂。草炭被认为是最好的材料。

（2）植物材料：如谷壳粉、糖渣、玉米穗轴粉、腐熟堆肥等。

（3）惰性无机和有机材料：如蛭石、珍珠石、粉末磷灰石、硫酸钙、聚丙酰胺胶粒等。8PPT课件二、微生物肥料微生物肥料是根据微生物在自然界物质循环中分解和合成作用，所产生的具有促进植物生长和减少植物危害的作用，精心选育菌种，生产而成的生物肥料。9PPT课件

目前工业生产的一些微生物肥料主要有固氮菌肥料、根瘤菌肥料、磷细菌肥料、钾细菌肥料、“5406”抗生菌肥、菌根菌肥料、植物促生根际菌肥等。还有的将固氮、解磷、转化矿物、抗病害的微生物混合配养制成复合微生物肥料。目前微生物肥料还是一种辅助性肥料，不能完全代替有机肥料和无机肥料。10PPT课件1，根瘤菌剂

由于豆科植物种类不同和土壤类型的差异，接种效果有很大差异，多数情况下有一定的增产作用。11PPT课件（1）应用方法种子拌种：固氮增产效果较差，但用量少、操作简便土壤混菌：固氮增产效果较好，但用量大、操作不便（2）应用时间播种前：拌种或做成丸衣化种子（使用方便、成本高）。播种时：拌种或土壤混菌。播种后：追施1~2次。

12PPT课件2，固氮菌肥料

用于生产的主要是固氮菌属和固氮螺菌属的某些种和菌株。13PPT课件（1）固氮菌剂固氮菌剂只有在生长繁殖过程中固定分子态氮，而且仅满足自身需要。要待它们死亡之后，细胞自溶或被分解时才能释放出化合态氮供植物和其他微生物利用。对疏菜类作物的效果较好，特别是同时使用有机肥的情况下增产效果更显著。固氮菌剂的应用最好结合秸秆还田、堆肥制作、苗床准备等来进行。14PPT课件（2）联合固氮菌制剂固氮螺菌除具有固氮作用外，还能够促进植物吸收NO3-，NH4+，PO43-，K+，Fe2+等无机养料和水分。存在的问题：细菌在根圈定植和繁殖不理想。15PPT课件第二节微生物农药微生物农药：是指利用微生物本身或其代谢产物防治病、虫、杂草的制剂。16PPT课件一、防治害虫的微生物农药

1，细菌杀虫剂已发现的昆虫致病菌由苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensis

），金龟子芽孢杆菌（B.popilise），缓死芽孢杆菌（B.lentimorbus），球形芽孢杆菌(B.sphaericus)，天幕虫梭菌(Clostridiummalacosome)，铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)和金龟子立克次氏体(Rickettsiellapopiliae)等。其中几种芽胞杆菌已制成商品菌剂在生产中应用。其中研究最深入，应用最广的是苏云金杆菌。17PPT课件（1）苏云金芽孢杆菌杀虫剂苏云金芽孢杆菌杀虫剂，简称Bt杀虫剂，对磷翅目、双翅目、膜翅目、鞘翅目、直翅目中的200多种昆虫都有毒杀作用，而且各亚种、各菌株所毒杀的昆虫对象不完全相同。有的对某种昆虫的杀灭的专一性很强，毒力很高。Bt杀虫机理主要靠其芽孢和毒素。苏云金杆菌在菌体的一端形成芽孢，另一端形成近菱形的蛋白质晶体即伴孢晶体。18PPT课件

这些晶体本身并不杀虫，它只是毒素的前体。当昆虫吞食伴孢晶体后，在肠道中的碱性条件下，伴孢晶体被分解，产生毒素的前体（也称原毒素），在肠道中特异性的碱性蛋白酶作用下，水解出有活性的不同相对分子量的毒性多肽（被称为苏云金芽孢杆菌δ的内毒素）。δ内毒素特异性的结合在肠道上皮细胞的糖蛋白受体上，导致K+、Na+—泵失去作用，细胞代谢停止，昆虫死亡。19PPT课件

苏云金芽孢杆菌的芽孢被昆虫吞食后，在肠道中萌发成营养体大量繁殖，并穿透肠壁进入血液繁殖，是昆虫得败血症死亡。苏云金杆菌中有些变种除产生伴孢晶体毒素外，还分泌一种苏云金素(又称β-外毒素)，它是一种非特异性的小分子腺嘌呤核苷酸衍生物，其热稳定性好，可溶于水，是RNA聚合酶的竞争性抑制剂，干扰与昆虫发育有关的激素的合成，导致幼虫发育畸形或不能正常化蛹。20PPT课件Bt杀虫剂的不足之处：Bt杀虫剂的不足之处：①防效受环境影响大；②各种Bt菌株仅对其敏感的昆虫有效，杀虫谱窄；③昆虫对Bt逐渐产生了可遗传的抗性；④必须通过吞食作用才能进入昆虫体内杀死昆虫，而且只能在昆虫发育的某一阶段才能有好的使用效果。

Bt的大量可采用深层好氧发酵法，也可采用固体发酵法。21PPT课件

将苏云金杆菌的毒素基因转入其它微生物或植物，不仅可以解决Bt需要吞食等不足问题，而且也是农药和防治害虫战略的重大变革。转基因植物中起抗虫作用的绝大多数都是苏云金芽孢杆菌的毒素基因。

应注意，蚕对毒素极为敏感，在养蚕的地区不能使用苏云金芽孢杆菌制剂。22PPT课件（2）金龟子芽孢杆菌金龟子芽孢杆菌是金龟子幼虫（蛴螬）的专性病原，蛴螬吞食其芽孢后，芽孢萌发侵入血腔并大量繁殖，使幼虫的血淋巴呈乳状，死亡幼虫呈乳白色，故又称乳状病。该种杀虫剂能够使50多种蛴螬致病，而且药效可持续9年以上，是一种成功地用于防治金龟子虫害的长效微生物农药。23PPT课件2，杀虫抗生素----阿维菌素（AvermectinAv）阿维菌素（AvermectinAv）是从除虫链霉菌（Streptomycesavermitilis）菌体中提取的大环内脂类抗生素。杀虫机理：在阿维菌素（AvermectinAv）作用下，虫体内γ--氨基丁酸增多，导致靶标生物的神经系统发生抑制，进而麻痹死亡。24PPT课件优点：广谱的杀虫杀螨活性。击倒速度快，持效期较长。消灭抗药性害虫效果明显。对人畜安全，不污染环境。使用成本低。25PPT课件3，真菌杀虫剂现在已知有500多种真菌能寄生于昆虫和螨类，导致寄主发病死亡。杀虫真菌分属于卵菌、结合菌、子囊菌、担子菌和半知菌。典型代表是白僵菌（Beauveriabassiana）（球孢白僵菌），属半知菌的丝孢霉目，丝孢霉科。26PPT课件白僵菌：白僵菌（Beauveriabassiana）（球孢白僵菌），属半知菌的丝孢霉目，丝孢霉科。分生孢子着生于小梗顶端，球形；分生孢子梗多次分叉、集聚成团，呈花瓶状；菌落平坦呈绒毛状，后期呈粉状，表面白色至淡黄色。27PPT课件

白僵菌是一种广谱性的寄生菌，能侵染磷翅目、双翅目、膜翅目、鞘翅目、同翅目等的昆虫和螨类。防治松毛虫、玉米螟、大豆食心虫等农林害虫效果显著。28PPT课件机制：白僵菌接触虫体感染，适宜条件下分生孢子萌发，分泌几丁质酶，溶解昆虫表皮，侵入虫体增殖，并分泌毒素（白僵菌素）和草酸钙结晶，破坏寄主的组织，是代谢机能紊乱，最后因虫体上长出白色的棉絮状菌丝和分生孢子梗及孢子堆，整个虫体水分被菌体吸收变成白色僵尸。。29PPT课件4，病毒杀虫剂

昆虫病毒种类多，分布广，专性强。常见的昆虫病毒有核多角体病毒（NPV）、质多角体病毒（CPV）、颗粒体病毒（GV）和无包含体病毒。核多角体病毒（NPV）是一致发现的种类最多的昆虫病毒，在寄主细胞的核内寄生和增殖，感染后寄主一般需4~20天才死亡。30PPT课件

我国有一定生产规模而且应用效果较好的病毒杀虫剂有：中国棉铃虫NPV，斜纹夜俄NPV，油桐尺蠖NPV，松毛虫NPV，菜粉蝶NPV等等。31PPT课件病毒杀虫剂发展限制因素：①需通过寄主昆虫才能增殖，培养困难。②专性强、杀虫谱太窄。③使昆虫致死的时间太长（杀虫慢）。④易受环境、温度、阳光、气候的影响。利用DNA重组技术改造和构建用于杀虫的病毒——基因工程病毒杀虫剂。32PPT课件二、防治病害的微生物农药1，抗生菌和抗生素产生抗生素的菌种称为抗生菌。包括放线菌、真菌、和细菌。其中最重要的是放线菌，在已知的放线菌种类中几乎半数以上都有拮抗性。抗生素具有选择性，各种抗生素的抗菌范围称为抗菌谱，敏感微生物种类很少的抗生素称为窄谱抗生素，敏感微生物种类很多的抗生素称为广谱抗生素。33PPT课件抗生素抗菌机制：①阻碍菌体细胞壁的合成②影响菌体细胞膜的通透性③抑制核酸的合成④抑制菌体蛋白质的合成。34PPT课件35PPT课件36PPT课件2，应用抗生素防治植物病害抗生素一般都在很低的浓度下对病菌产生作用，各种抗生素对不同微生物产生抑制作用的有效浓度各不相同。通常以抑制微生物生长的最低浓度作为抗生素的抗菌强度，简称有效浓度。有效浓度越低，抗菌作用越强。37PPT课件

有效浓度大于100mg/L，作用强度较低的抗生素。

有效浓度小于100mg/L，作用强度高的抗生素。

我国已应用的农用抗生素主要有链霉素、农霉素100、灭瘟素、春雷霉素、庆丰霉素、井冈霉素、多抗霉素、放线菌酮等。38PPT课件抗生素的应用方法：①浸种，防种传病害。②喷洒，防叶部病害。③涂敷或涂刷，防果木树干病害，如用放线菌酮涂刷树干防白松孢锈病。39PPT课件3，抗生菌的直接利用对植物病害，特别是根部病害的防治可直接应用抗生菌。例如：伏革菌（Corticium.sp）玉米粉培养物混合在土壤中防治由终极腐霉（Pythiumultimkm）引起的甜菜根腐病。哈栖木霉（Trichodermaharzianum）的培养物混入土壤中防治由立枯丝核菌（Rhizoctoniasolani）引起的番茄菌核病等等。40PPT课件三、微生物农药防治杂草例如：①用5×10-6放线菌酮杀除浮萍。②12.5×10-6茴香菌素抑制稗草。③鲁保一号（黑盘孢目盘长孢属Gloeosporium）防治农田菟丝子效果可达70~90%。④澳大利亚用粉苞苣柄锈菌防治灯心草粉苞苣。41PPT课件四、昆虫病毒

由于病毒治虫的优点可以对害虫有长期控制作用，同时病毒专一性很强，对人、畜无害。如美国的棉铃虫病毒，日本的赤松毛虫病毒，已成为正式农药。我国曾开展斜纹夜蛾核型多用体病毒、桑毛虫核型多角体病毒、棉铃虫核型多角体病毒治虫，并取得了良好效果。

病毒不能在人工培养基上生长

只能用养虫法增殖病毒，做成制剂。使用方法有喷雾、喷粉、直接施于土壤和释放带病毒昆虫到害虫中去等。

42PPT课件第三节微生物制药微生物在制药领域起着重要的作用，如目前被广泛用于治疗疾病的抗生素就是微生物的代谢产物，其他如维生素、氨基酸、酶制剂、酶抑制剂、菌体制剂等都是微生物的代谢产物或利用微生物菌体本身。可以说微生物在制药工业上具有举足轻重的作用。我们以抗生素为例，简介微生物制药的相关知识。

43PPT课件一、抗生素1929年英国细菌学家弗莱明发现青霉素至今，已从自然界发现和分离了5000多种抗生素，并以其中一些主要抗生素为原料，进一步进行化学结构改造，制备了约30000多种半合成抗生素。目前，世界各国实际生产和应用于医疗事业的抗生素大约有120多种，连同各种半合成衍生物及盐类共约350多种，其中以青霉素类、头孢霉素类、四环素类及氨基糖苷类和大环内脂类为最多。

44PPT课件定义：抗生素是指生物在其生命活动中产生的（或用化学、生物或生物化学方法所衍生的），在低微浓度下能选择地抑制它种生物机能的化学物质。

45PPT课件2，抗生素的分类（1）根据抗生素的生物来源分类：①放线菌产生的抗生素：主要有氨基糖苷类（链霉素、卡那霉素等），四环素类（四环素、金霉素等），大环内脂类（红霉素、螺旋霉素等），多烯类（制霉素等），放线菌素类（放线菌素D等）。主要微生物种类是链霉菌属，诺卡氏菌属，小单孢菌属。

46PPT课件

②真菌产生的抗生素：如青霉素，头孢霉素等。主要微生物种类是青霉属和头孢霉属。

③细菌产生的抗生素：如多粘菌素，短杆菌素等。主要微生物种类是多粘杆菌和枯草芽孢杆菌、短芽孢杆菌。

④植物及动物产生的抗生素：如地衣酸、蒜素、鱼素等

47PPT课件（2）根据抗生素的作用（对象）分类：①抗G-细菌的抗生素：如青霉素、红霉素。②抗G+细菌的抗生素：如链霉素、多粘菌素。③抗真菌的抗生素：如灰黄霉素、制霉素。④抗病毒的抗生素：如四环素类对立克次氏体和较大病毒有一定作用⑤抗癌的抗生素：如丝列霉素、阿霉素对癌有一定的作用

48PPT课件（3）根据抗生素的作用机制分类：①抑制细胞壁合成的抗生素：如青霉素、头孢霉素（先锋）杆菌肽②影响细胞膜功能的抗生素：如两性霉素B、制霉素、短杆菌素③抑制蛋白质合成的抗生素：如四环素、链霉素、卡那霉素、红霉素、氯霉素④抑制核酸合成的抗生素：丝裂霉素C、灰黄霉素、利福霉素、放线菌素D

49PPT课件（4）根据抗生素的化学结构分类：①β—内酰胺类：（含有一个四元内酰胺环）如青霉素、头孢霉素②氨基糖苷类：（即含有氨基糖苷，有含有氨基环醇的结构）如链霉素、卡那霉素③大环内脂类：（含有一个大环内脂作为配糖体，以苷键和1~3个分子的糖相连）如红霉素、麦迪霉素④四环素类：（以四并苯为母核）如四环素、金霉素⑤多肽类：如多粘菌素、杆菌肽等

50PPT课件二、抗生素的生产过程及特点

抗生素大多数是由微生物细胞分泌的次级代谢产物，是产生菌在一定条件下，利用各种养料，通过自身产生的酶的作用合成的，所以要制备抗生素首先要获得大量的微生物细胞，然后再由这些微生物细胞分泌抗生素，此过程称为发酵。除氯霉素、磷霉素等少数结构简单的抗生素外，绝大多数的抗生素采用发酵法进行生物合成。

51PPT课件

抗生素的发酵过程一般在通气下进行，所用的培养基和设备都必须经过灭菌，与培养基接触的罐体、管件都应该严格不泄漏，以保证培养过程中保持纯种状态，避免污染杂菌。在培养过程中要求通入大量的灭菌空气，因此需要考虑输入空气的除菌问题。现代抗生素工业生产过程主要包括发酵和提取两部分，前者属于微生物发酵工业范畴，后者属于化学工业范畴，

52PPT课件一般具体过程如下：

菌种——孢子制备——种子制备——发酵——发酵液预处理——提取和精制­——成品检验——成品包装

53PPT课件54PPT课件1，菌种：应性状优良

2，孢子制备

生产用的孢子必须经过纯种和生产能力的检验，符合规定的才能用来制备种子。制备孢子是一般是将保藏的处于休眠状态的孢子，通过严格的灭菌操作，将其接种的灭菌的固体培养基上，扩大培养。55PPT课件3，种子制备

目的是使孢子发芽、繁殖，获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐中。种子培养一般在种子罐中进行，逐级扩大培养。一般扩大培养的级数是二级，一级种子罐的接种量是0.1~2%，二级种子罐的接种量一般为5~20%（相对于罐的容积）。在培养过程中要通入无菌空气和搅拌，控制罐温和罐压，并定时取样作无菌试验、观察菌丝形态和进行生化分析等，确保种子质量。达到规定标准方可接种。

56PPT课件4，发酵

目的是使微生物分泌大量的抗生素。发酵过程的特点是深层发酵、需氧和纯种培养。发酵开始前，有关设备和培养基必须灭菌，然后接种种子，一般接种量为5~20%。发酵周期一般为4~5天，需不断地通气和搅拌，加入消泡剂。维持一定的PH、罐温、罐压，并隔一定的时间取样进行生化分析和无菌试验，观察代谢变化、抗生素产生情况和有无杂菌污染等。

57PPT课件影响发酵的主要因素①发酵培养基及补料工艺。②前体与抑制剂，其影响抗生素的合成方向和增加产量。③PH，发酵过程中PH不断变化，为使PH恒定，可在培养基配方中加入生理酸性、生理碱性或缓冲物质，也可不断滴加酸、碱。58PPT课件④温度，发酵产热使温度升高，必须通过夹层或蛇形管导入冷水或冰盐水降温，控制罐温。

⑤通气搅拌，必须大量通入无菌空气，机械搅拌和挡板作用是增加空气与发酵液的接触面积和时间，减少菌丝结团现象和避免产生涡流。（增加溶解氧量）。

⑥消沫，多使用聚醚类的聚氧乙烯丙烯（俗称泡敌），避免逃液和染菌。

⑦消毒灭菌。

⑧正确掌握放罐时间。59PPT课件5，提取和精制通常在提取前先进行过滤，将菌丝和滤液分开。如果抗生素分泌在液体内，则需将滤液进行预处理，以除去杂质和蛋白质，有利于以后的提取。如果抗生素存在于菌体中，则通常需先用有机溶液萃取。提取方法主要有：

60PPT课件（1）溶媒萃取法：此方法又可分为液--液萃取和固--液萃取等。前者适用过滤后的清液进行萃取。利用在不同PH下，抗生素在水相及有机溶剂相内的分配系数不同而提取，如酸性抗生素（如青霉素）在酸性情况下溶于有机溶剂，而在碱性条件下不溶于水，碱性抗生素（如红霉素）在碱性条件下，溶于有机溶剂，酸性情况下溶于水。这样，从水相转有机溶剂相，再从有机溶剂相转水相，反复提取，体积逐渐缩小，达到提取浓缩抗生素的目的。而所谓固液萃取是用过滤所得的菌丝滤饼进行萃取（如灰黄霉素）。菌丝滤饼经处理后，用丙酮浸取，减压浓缩。

61PPT课件（2）离子交换法：利用离子交换树脂和抗生素之间的亲和力，将抗生素从发酵液选择性地吸附于树脂上，然后在适宜的条件下，以少量洗脱液洗脱下来。碱性抗生素选择阳离子交换树脂，酸性抗生选择阴离子交换树脂，氨基糖苷类抗生素常用此法提取。

62PPT课件（3）吸附法：是将抗生素先吸附在吸附剂上，再以洗脱剂洗脱，常用吸附剂有活性炭、氧化铝和大网格聚合物吸附剂等。适用于不能利用离子交换树脂的弱电解质或非离子型抗生素的提取，如头孢菌素、林可霉素等。63PPT课件（4）沉淀法：利用等电点或能与酸、碱、金属盐类形成不溶或溶解度极小的复盐的办法，沉淀出抗生素。如四环素的提取。

64PPT课件7，成品包装抗生素产品一般分装为大包装的原料药，供制剂厂进行小包装或制剂加工。

65PPT课件二、微生物多糖微生物多糖可由许多细菌和真菌产生。根据多糖在微生物细胞中的位置，可分为胞内多糖、胞壁多糖和胞外多糖。其中胞外多糖由于产生量大，且易与菌体分离，而得到广泛关注。微生物多糖有着独特的药物疗效和独特的理化特性，使其成为新药物的重要来源，并被作为稳定剂、胶凝剂、增稠剂、成膜剂、乳化剂、悬浮剂和润滑剂等广泛应用于石油、化工、食品和制药等各个行业。66PPT课件真菌主要的功能性成分即是真菌多糖和齐全的各种氨基酸。真菌多糖对于人体具有免疫调节和激活巨噬细胞的功能，从而可以提高人体抵御各种感染和抗肿瘤等方面的能力。如试验表明香菇多糖能增加小鼠腹腔巨噬细胞的绝对数量。从灵芝、银耳、黑木耳、猴头菌、黑柄炭角菌、冬虫夏草等真菌中分离提取的多糖都能显著增强腹腔巨噬细胞的吞噬功能。真菌多糖能够激活淋巴细胞，加强免疫功能，可作为免疫增强剂。香菇多糖(lentinan)就是一个典型的T细胞激活剂,它在体内和体外均能促进特异性细胞毒T淋巴细胞(CTL)的产生，并提高CTL的杀伤活性.67PPT课件三、微生物免疫制剂针对人类和动植物疾病的致病菌，制作免疫制剂来预防疾病是几千年来我国人们常用的方法。免疫防治是通过免疫方法使动物具有针对某种传染病的特异性抵抗力。机体获得特异性免疫力有多种途径，主要分为天然获得性免疫和人工获得性免疫两大类型。人工获得性免疫又可分为人工自动免疫和人工被动免疫两种。68PPT课件四、微生物生产的酶抑制剂一切生物生命活动过程实质上都是由酶催化的生物化学反应过程。因此一旦某种酶的基因表达或其催化活性发生变化，机体无疑会显示出某种病变症状。利用微生物生产各种酶抑制剂来调整酶的表达量或酶的活性，有的已在临床上得到应用。69PPT课件

(1)、与蛋白质代谢相关的酶抑制剂。包括内肽酶抑制剂，如由玫瑰链霉菌(Streptomycesroseus)产生的以纤维蛋白酶微靶酶的亮肽素(leupeptin)、由蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）产生的以硫醇蛋白酶微靶酶的硫醇蛋白酶抑素(thiolstatin)和外肽酶抑制剂，如由放线菌MF-931-A2生产的以氨肽酶B微靶酶的a-aminoacylarginines等。

(2)、与糖代谢相关的酶抑制剂。如由灰孢链霉菌（S.griseosporeus）生产的以a-淀粉酶微靶酶的haimI,II。

(3)、与脂质代谢相关的酶抑制剂。如由柠檬酸青霉(Penicillumcitrinum)生产的以HMG-CoA还原酶微靶酶的compactin等。

(4)、其他酶抑制剂。如由棍孢链霉菌(S.staurosporeus)生产的以蛋白激酶C为靶酶的棍孢素(staurosporine)，等。70PPT课件五、微生物毒素的药物应用

许多细菌和真菌可以产生毒素。细菌毒素有葡萄球菌毒素、链球菌外毒素、肺炎链球菌毒素、肉毒毒素、霍乱弧菌毒素、志贺氏菌毒素、大肠杆菌毒素、白喉杆菌毒素、炭疽杆菌毒素、梭菌毒素、蓝细菌毒素等等。真菌毒素有黄曲霉毒素、棕曲霉毒素、麦角、杂色曲霉素、烟曲霉震颤素、玉米赤霉烯酮、交链孢毒素、毒蘑菇毒素等等

根据微生物毒素的化学成分，可分为蛋白质类毒素、多肽类毒素、糖蛋白类毒素和生物碱类毒素。

根据毒素的作用机理，有溶细解毒素、抑制蛋白质合成毒素、神经毒素、作用于离子通道的毒素、作用于突触的毒素、凝血和抗凝血的毒素，等。71PPT课件

根据导致的疾病可分，引起光敏和过敏反应的毒素、引起精神和神经系统病变的毒素、引起胃肠道和肝脏病变的毒素、致畸致癌的毒素和引起呼吸系统病变的毒素。

人类和动物一旦误食这些微生物毒素，轻则引起各种疾病，重则引起致畸致癌甚至死亡，有的可在极短时间内致人死亡，难以抢救。72PPT课件微生物毒素同样是人类的重要医药宝库，尤其是寻找新药的资源库。这些毒素：（1）可直接用作药物，如肉毒毒素可用于治疗重症肌无力和功能性失明的眼睑及内斜视。利用白喉毒素的A链与多种癌症细胞抗体连接研制出导向抗癌药物。（2）以微生物毒素为模板，改造和设计抗病抗癌和治疗新药.（3）作为外毒素菌苗使用，大多数外毒素是蛋白质，注射进人体和动物体后能产生相应的抗体，这些抗体可与毒素有效的结合，干扰毒素与其靶细胞的结合，抑制其转运，如肉毒毒素、白喉类毒素、炭疽毒素、金黄色葡萄球菌毒素、破伤风毒素，等。73PPT课件（4）作为超抗原（SAg）使用，许多微生物毒素本身就是超抗原，是多克隆有丝分裂原，激活淋巴细胞增殖的能力远比植物凝集素高10~100倍，具有刺激频率高等特点，可用于治疗自身免疫性疾病。（5）从毒蘑菇毒素中寻找抗癌新药。毒蘑菇毒素已显示出抗癌和延缓癌变进程的良好前景。74PPT课件第四节微生物菌体的应用一、单细胞蛋白的生产与应用单细胞蛋白（singlecellprotein,SCP）的生产即是利用某些含有丰富营养源的废水废液或其他低氮或无氮原料培养某些细菌或酵母菌（有时为丝状霉菌）生产获得蛋白质的方式。微生物菌体细胞含有极为丰富而全面的营养成分，高量的蛋白质和较多种类的氨基酸，维生素等。另外微生物菌体生产可以工业化生产而不受环境条件影响，且微生物生长远较动、植物生长快得多，微生物合成同等数量的蛋白质比植物快500倍，比动物快2000倍。又可以利用廉价原料进行工厂化规模化生产。75PPT课件可用于单细胞蛋白生产的原料可分为碳水化合物类，碳氢化合物类，石油产品类，无机气类，有机工业废水类，城市废弃物类，农畜牧业废弃物类，海产废弃物类、泥炭类等等，来源十分广泛，尤其是利用城市、工农业生产有机废水废弃物如柠檬酸生产废水、味精废水、酒精废水、豆制品废水、淀粉厂生产废水、精密废水等进行单细胞蛋白生产，不仅可获得有价值的蛋白质，且可以清除有机污染物，变废物为资源，保护环境。国内都已有成功的规模化生产。

76PPT课件

各类生产单细胞蛋白的原料及涉及的微生物

类

别

原

料

主要微生物

碳水化合物

淀粉、糖、纤维素水解物等

酵母菌（

Saccharomyces）

碳氢类化合物

石油馏分物

石蜡

天然气、甲烷、乙烷、丙烷

假丝酵母（

Candida）

圆酵母（

Torulopsis）

假丝酵母

甲烷假单胞菌（

Pseudomonasmethanica）

石油产品物

甲醇、乙醇、乙酸

假丝酵母

酿酒酵母

毕赤氏酵母

(Pichia)

曲霉属（

Aspergillus）

无机气体

CO2，

CO，

H2，其他

水球藻（

Chlorella）

螺旋藻（

Spirullina）

颤藻（

Diatoma）

氢单胞菌（

Hydrogenomonas）

有机工业废水

淀粉废水，糖蜜废水、酒精废水、豆制品废水、味精废水等

以上各类微生物

农畜有机废弃物

各种牲畜粪尿，果汁加工废液，各种秸杆、木屑、蔗渣等等发酵水解液

以上各类微生物

77PPT课件二、微生态调节剂的生产微生态调节剂（microecologicalmodulator）就是以微生态学理论为基础、用于调整微生态平衡，防止微生态失调，以达到提高动物、植物和人的健康水平或增进健康佳态的有益微生物及其代谢产物的微生物制品。

微生态调节剂包括益生菌（Probiotics

）、益生元（prebiotics

）和合生元（synbiotics

）三类。78PPT课件益生菌是指能通过改善微生态平衡，发挥有益作用而帮助寄主提高健康水平或改善健康状态的微生物及其代谢产物。目前对于人类应用较多的有双歧杆菌（Bifidobacterium

）、乳杆菌(Lactobacterium

)、肠球菌（Enterococcus

）、大肠杆菌（Escherichiacoli）、枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis

）、蜡样芽孢杆菌（B.cereus

）、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis

)和酵母菌等。益生元是指能够促进益生菌生长繁殖的物质，如双歧因子（bifidusfactor），各种只能为有益菌利用，却不能为大部分肠细菌分解和利用的寡聚糖以及某些中草药等等，能够扶植正常菌群生长，调整菌群失调，提高有益菌的定殖能力。合生元是指益生菌和益生元同时并存的制剂。

79PPT课件微生态调节剂制品近年来得到了很大的发展，很多已成为商品。其生产过程如同其他发酵物一样。固体剂型是在液体发酵后干燥、再加人填充料灌装成胶囊。质量是保证微生态调节剂有效的关键。活菌体制剂应使含菌量在（107~108）个/ml或g。微生态调节剂的作用主要是：①调整失调的微生态系统，使之保持平衡。②对非自然的微生物产生拮抗，抑制有害微生物。③利用其代谢产物改善环境，有利于保持生态平衡。④促进动植物生长。⑤预防和治疗某些动植物和人类的疾病，有利于健康。人类利用微生态调节剂预防和治疗或辅助治疗许多疾病已有众多报导，如对胃肠道疾病、肝脏疾病、高血脂症、某些医源性疾病、婴幼儿保健、癌症、某些妇科疾病等等都有较好的预防和治疗或辅助治疗作用。80PPT课件三、食用菌及其生产食品中应用微生物菌体最广泛和直接的是食用菌。食用菌是可以食用的一类大型真菌（主要是担子菌），一般直接作为人类食品，现也有通过各种精细加工，制成更精美的饮料、滋补保健品和医疗药品。

食用菌的干物质中，平均粗蛋白含量为25%，脂肪8%，碳水化合物60%（其中糖52%，纤维素8%），灰分7%。

81PPT课件其蛋白质和氨基酸含量较一般水果和蔬菜高，在鲜蘑菇中蛋白质含量为3.5%，而白萝卜仅0.6%，大白菜1.1%。食用菌中氨基酸种类较全，有17~18种之多，即含有人体所必需的8种必需氨基酸。许多种类的氨基酸含量可以与牛乳、肉和鱼粉相当。食用菌中的脂类主要是脂肪、磷脂、蜡和固醇等脂溶性化合物，这些脂类可与蛋白质结合成脂蛋白质。食用菌脂类似于植物脂肪，含有较高的不饱和脂肪酸如油酸、亚油酸，其中亚油酸可占中性脂肪部分脂肪食量的70%，占极性类脂部分脂肪酸量的90%。食用菌的灰分中含有人体必需的多种矿物元素，尤以钾和磷的含量最高，钾可高达灰分的58%，磷达20%，钠2%左右，再是钙和铁。而且许多食用菌含有丰富的维生素。如双孢蘑菇中含有VB12、VB2、VC、VK、泛酸、烟酸、叶酸等。82PPT课件各种药用或食疗作用的真菌，其功效分类包括：解表类、利尿渗湿类、消导类、止血活血类、祛痛类、止咳化痰类、健胃类、清热类、通便类、安神类、补益类、驱虫类、祛风湿类、平肝息风类、降血压类、调节机体代谢类，抗肿瘤类，外用消炎等17类。如白木耳有提神生津、滋补强身的功用，是珍贵的滋补品。黑木耳具有润肺和消化纤维素的功用。香菇含有的香菇素能降低血液胆固醇。猴头菌制片对胃及十二指肠溃疡具有良好疗效，并可缓解消化系统癌症。灵芝菌具有治疗神经衰弱和延缓衰老的作用。83PPT课件第五节微生物工业发酵产品1、发酵生产食醋食醋是人们日常生活所必需的调味品，也是最古老的利用微生物生产的食品之一。食醋生产是利用醋酸菌在充分供氧的条件下将乙醇氧化为醋酸。反应式为：

能用于食醋生产的醋酸菌有纹膜醋酸菌（Acetobacteraceti

）、许氏醋酸菌(A.schutzenbachii

)、恶臭醋酸菌(A.rancens

)和巴氏醋酸菌(A.pasteurianus

)等。不同原料还需加入不同的微生物。以淀粉为原料时加入霉菌和酵母菌，糖类为原料时加入酵母菌。获得风味迥异的食醋品种。我国名优食醋有镇江香醋、山西陈醋、江浙玫瑰醋、四川麸醋等。

84PPT课件2．酒类酒类的发酵生产主要是利用酵母菌在厌氧条件下将葡萄糖发酵为酒精的过程。不同的酒类酿造所选用的酵母菌不同。所选用的原料、水质、甚至环境都会影响酒类的品质和风味。纯净的矿泉水往往较河水和自来水好。有人发现，贵州茅台酒之所以具有其独特的芬芳风味，与其酿酒厂环境中存在的微生物区系有关。

85PPT课件86PPT课件3、发酵生产乳制品利用乳酸细菌进行发酵，使成为具有独特风味的食品很多。如酸制奶油、干酪、酸牛乳、嗜酸菌乳（活性乳）、马奶酒、面包格瓦斯以及酸泡菜、乳黄瓜等等。这些乳制品不仅具有良好而独特的风味，而且由于易于吸收而提高了其营养价值。有些乳制品还有抑制肠胃内异常发酵和其他肠道病原菌的生长，因而具有疗效作用，受到人们的喜爱。发酵乳制品的主要乳酸菌有干酪乳杆菌（Lactobacilluscasei

）、保加利亚乳杆菌（L.bulgaricus

）、嗜酸乳杆菌(L.acidophilus

)、植物乳杆菌（L.plantraum

）、瑞士乳杆菌（L.heltyieus

）、乳酸乳杆菌（L.lactis

）、乳链球菌(Streptococcuslactis

)、乳脂链球菌（S.cremoris

）、嗜热链球菌（S.thermophilus

）、噬柠檬酸链球菌（S.citrovorus

）、副柠檬酸链球菌(S.paracitrovorus

）等许多种。嗜柠檬酸链球菌还可以把柠檬酸代谢为具有香味的丁二酮等，使乳制品具有芳香味。不同的乳制品往往需要由不同的乳酸菌发酵，以保证不同的口味和质量。而且常由两种或两种以上的菌种配合发酵，既可使风味独特多样，又可防止噬菌体的危害。87PPT课件4、发酵生产酱油酱油是包括霉菌、酵母菌和细菌等多种微生物参与原料物质转化的混合作用的结果。对发酵速度、成品色泽、味道鲜美程度影响最大的是米曲霉（Aspergillusoryzae

）和酱油曲霉(A.sojae

），而影响其风味的是酵母菌和乳酸菌。米曲霉含有丰富的蛋白酶、淀粉酶、谷氨酸胺酶和果胶酶、半纤维素酶、酯酶等。涉及酱油发酵的酵母菌有7个属的23个种，其中影响最大的是鲁氏酵母（Saccharomycesrouxii

），易变圆酵母（Torulopsisversatilis

）等。而乳酸菌则以酱油四联球菌（Tetrcoccussoyae

)、嗜盐片球菌（Pediococcushalophilus

）和酱油片球菌（P.soyae

）等与酱油风味的形成关系最为密切。因为它们利用糖形成乳酸，再与乙醇反应形成特异香味的乳酸乙酯。也已发现某些芽孢杆菌是影响酱油风味的主要微生物。88PPT课件在酱油生产过程中必须防止霉菌，尤其是那些能产生黄曲霉毒素和其他毒素的曲霉、青霉、镰刀霉（Fusarium

）的污染，还有其他致病细菌和耐盐性产膜酵母如盐生接合酵母（Zygosaccharomycesalsus

），粉状毕赤氏酵母（Pichiafarinosa

）等的污染。

89PPT课件5、腐乳的发酵生产腐乳是大豆制品经多种微生物及其产生的酶，将蛋白质分解为胨、多肽和氨基酸类物质以及一些有机酸，有机醇和酯类而制成的具有特殊色香味的豆制品。涉及的微生物主要是毛霉(Mucor

）中的腐乳毛霉（M.sufu

）、鲁氏毛霉（M.rouxianus

)、五通桥毛霉（M.wutungkial

）、总状毛霉（M.recemosus

）、华根霉（Rhizopuschinensis

）等，另外也有利用微球菌（Micrococcus）或枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis

)酿造的。90PPT课件6、氨基酸和维生素C等的发酵生产氨基酸不仅是人体所必需，而且是众多食品工业不可缺少的鲜味剂、甜味剂和添加剂，使食品提高了营养价值和蛋白质利用率，增加风味。如象谷氨酸钠即是人们日常生活中菜肴的调味刺，赖氨酸作为大米或饲料的添加剂，有利于蛋白质的合理和高效利用。91PPT课件用于发酵生产谷氨酸的微生物有谷氨酸棒杆菌（Corynebacteriumglutaraicum

）、黄色短杆菌（Brevibacteriumflavum

）等。它们都是球形、短杆至棒状；无鞭毛，不运动，不形成芽孢，G+，需O2需生物素的细菌。合成途径是在形成丙酮酸后，进一步生成乙酰-COA，进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸。在有NH4+存在时由谷氨酸脱氨酶催化生成L-谷氨酸。92PPT课件维生素C的合成发酵系由两步完成。首先由弱氧化醋杆菌（A.subaxydans

）、黑色醋杆菌（A.melanogenum

）、胶醋杆菌（A.xylinum

）等将山梨醇转化成山梨糖，然后山梨糖由双黄假单胞菌氧化为α-酮基-L-古龙酸，古龙酸再在碱性溶液中转化为烯醇化合物，加入酸后即转化成为L-抗坏血酸。

93PPT课件7、有机酸的发酵

食品工业和其他工业中都需要大量的有机酸。许多厌氧细菌和兼性厌氧细菌可发酵生产乙酸、乳酸丙酸、丁酸、甲酸以及丙酮等，而霉菌也能生产多种有机酸，如柠檬酸就是由黑曲霉(Aspergillusniger

)或温特曲霉（Asp.wenti

i）所发酵生产。

下表是一些霉菌产生的有机酸94PPT课件有

机

酸

产

生

菌

发

酵

基

质

D-阿拉伯抗坏血酸

点青霉

葡萄糖

异柠檬酸

产紫青霉

葡萄糖

康酸

衣康酸曲霉、土曲霉

葡萄糖

酒石酸

土曲霉，衣康酸曲霉

蔗糖

柠檬酸

黑曲霉，泡盛曲霉

微紫青霉

葡萄糖

(C10～

C18)烷烃

葡萄糖酸

黑曲霉

葡萄糖

曲酸

黑曲霉

葡萄糖

吡啶二羧酸

桔青霉

青霉

葡萄糖

(C12～

C18)烷烃

L-乳酸

米根霉

葡萄糖

丙酮酸

鲁氏毛霉

东北毛霉

蔗糖

糖

反丁烯二酸

黑根霉

淀粉

苹果酸

黄曲霉

葡萄糖

95PPT课件第六节清洁能源的微生物生产甲烷、乙醇和氢气等不仅是可再生的燃料，而且在燃烧过程中不产生严重危害环境的污染问题，尤其是氢气，燃烧后仅形成水，具有清洁、高效、可再生等突出特点。另一方面，这些燃料可由微生物利用有机废弃物生产，从而在获得清洁燃料的同时，处理了有机废物废水，保护和改善了环境。利用生物技术将可利用的廉价有机物甚至有机废物转化为清洁燃料替代“石油”等矿物燃料，将是世界性的实施环境可持续发展的长期战略。96PPT课件一、甲烷的微生物学产生——沼气发酵

沼气：在自然界各种无氧环境中，如沼泽、池塘、海洋和水田的底部，常可见到有气泡冒出水面。若将这些气体收集起来，可以点燃，称之为沼气。

沼气的主要成分甲烷（约60~70%）和二氧化碳（约30~35%）

沼气发酵：是指在厌氧条件下将有机化合物转化为沼气的微生物学过程。97PPT课件第一阶段：水解发酵性细菌将复杂有机物水解成相应的单体，并对水解产物进行发酵；

第二阶段：产氢产乙酸细菌利用第一阶段的发酵产物，形成乙酸和氢气；

第三阶段：产甲烷细菌把前几个阶段中产生的乙酸裂解成甲烷和二氧化碳、或利用氢将二氧化碳还原成甲烷和水；

第四阶段：某些同型产乙酸细菌可将氢和二氧化碳还原成乙酸。沼气发酵的微生物作用98PPT课件沼气发酵过程99PPT课件产甲烷菌的特征和分类1989年出版的Bergy’sManualofSystematicBacteriology,Vol.3)将产甲烷分成3目6科13属，近40余种。

形态：杆状、球状、螺旋状等。100PPT课件部分产甲烷细菌的形态101PPT课件产甲烷菌的生长条件绝大多数产甲烷细菌利用氢和二氧化碳为基质，少数产甲烷菌以一氧化碳为生长基质，少数产甲烷细菌利用甲酸为生长和产甲烷的基质，更少的产甲烷细菌可利用甲醇、乙酸和甲胺类物质生长和产甲烷。

氮源：铵盐最适生长温度：30℃嗜热产甲烷菌：65~70℃102PPT课件嗜热自养产甲烷菌固定二氧化碳的过程103PPT课件甲烷形成的生化机制1.由氢和二氧化碳形成甲烷

4H2+CO2——CH4+2H2O2.由乙酸形成甲烷（1）CH3C3OOH——CH4+CO2

（2）CH3COOH+2H2O——2CO2+4H2

3.由甲酸或甲醇形成甲烷

（1）4HCOOH——CH4+3CO2+2H2O（2）4CH3OH——3CH4+CO2+2H2O

104PPT课件沼气发酵的应用生产沼气，提供能源

处理废物，保护环境105PPT课件沼气发酵装置1106PPT课件沼气发酵装置2107PPT课件沼气发酵技术要点严格维持厌氧条件

原料：各种有机废弃物pH值：6.8~7.2温度：中温发酵32~38℃；

高温发酵50~55℃

搅拌108PPT课件二、乙醇的发酵生产

1、有机物糖化及其微生物

由于能将葡萄糖转化为乙醇的酵母菌不能利用淀粉、纤维素等大分子有机物，因此必须有其它微生物将这些大分子有机物降解为葡萄糖提供给酵母菌。这一将淀粉、纤维素等大分子有机物转化为葡萄糖的过程称为糖化作用。

糖化过程可利用酸水解或酶解或某些微生物将大分子有机物水解为葡萄糖。能将这些大分子有机物转化为葡萄糖的微生物称为糖化菌。根霉(Rhizopus)、毛霉(Mucor)、曲霉(Aspergillus)的许多种都具有很高的糖化能力。在生产中主要用的糖化菌是曲霉和根霉。曲霉有黑曲霉(A.niger)、白曲霉和米曲霉(A.oryzae)等。根霉是淀粉发酵法的主要糖化菌，其中以东京根霉（又称河内根霉）、黑根霉(R.nigricans)等应用最广。109PPT课件2、乙醇发酵及其微生物

酵母菌在厌氧条件下利用大分子有机物糖化后的葡萄糖时，先形成丙酮酸，丙酮酸脱羧形成乙醛，乙醛再在乙醇脱氢酶作用下形成酒精。

乙醇发酵能力最强的酵母菌是子囊菌纲酵母菌属的啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)

。

乙醇产率1mol葡萄糖可产生2mol乙醇，即180g葡萄糖可产生92g乙醇，转化率为51.5%。但由于约有2%的碳水化合物用于酵母菌细胞增殖，约2%的碳水化合物用于形成甘油，0.5%的碳水化合物用于形成以琥珀酸为主的有机酸和0.2%的碳水化合物用于形成杂醇油，因此实际上只有47%的葡萄糖转化为乙醇。110PPT课件乙醇发酵微生物

细菌中能进行乙醇发酵的种不多，仅有发酵单胞菌（Zymomonas）、胃八叠球菌（Sarcinaventriculi）和解淀粉欧文氏菌(Erwiniaamylovora)等少数种。它们在形成乙醇时的途径于酵母菌不同。

运动发酵单胞菌（Z.mobilis）可以通过ED途径发酵葡萄糖产生酒精。111PPT课件3、利用纤维质有机废弃物直接发酵产生乙醇

厌氧性的热纤梭菌（Clostridiumthemocellum）、嗜热氢硫梭菌、布氏嗜热厌氧菌和乙酸乙基嗜热拟杆菌(Thermobacteroidesacetoethylicus)等能直接利用除葡萄糖等己糖外较为广泛的有机物质转化为乙醇。但已知和研究较深入的能直接将纤维素转化为乙醇的细菌仅是热纤梭菌。

热纤梭菌细胞壁表面分布有不连续的包含有纤维素酶系的纤维素体（Cellulosome）。这些纤维素体与纤维素相黏附，然后纤维素酶系逐步将纤维素分解为可溶性糖类，吸收入细胞进一步利用，转化为乙醇。

由于木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构，天然木质纤维素直接进行酶水解时，其纤维素水解成糖的比率一般仅有10%~20%。因此由热纤梭菌直接转化为乙醇