工业微生物基础-1

第二章工业微生物基础

1、微生物的特点2、常见的工业微生物3、工业微生物菌种的分离和选育4、工业微生物菌种的改良5、工业微生物菌种的保藏6、工业微生物菌种的扩大培养教学内容第一个观察到球形、杆状和螺旋形细菌的是荷兰人列文虎克微生物学的开山鼻祖第一个观测到血液里的红细胞、第一个观察到水体等环境里的微生物，并画出图形1680年成为英国皇家学会会员、世界名人微生物定义微生物是一切微小生物的总称，它们是一些个体微小、结构简单、需借助显微镜的帮助才能看清其外形的低等生物；它们有的是单细胞，有的是多细胞，还有些没有细胞结构。第一节微生物的特点（一）种类多、分布广由于微生物的食谱极广、生长要求不高以及生长繁殖速度特别快等原因，使得它们在自然界中分布极其广泛，上至天空下至深海，到处都有微生物存在。例如：沙漠中一克砂土中也有十多万个微生物存在。在人的肠道中始终聚居着l00-400种微生物，它们是肠道的正常菌群，菌体总数可达100万亿。一个感冒者的喷嚏可以含有多达8500万个细菌。（二）体积小、表面积大微米级，如细菌：2微米1500个大肠杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长，而10亿个大肠杆菌加在一起才有一粒芝麻大。一块边长为10厘米的豆腐切成1厘米的正方形小块,表面积增加10倍。大肠杆菌的比表面积是人体的30万倍。也就是说与人体等重的大肠杆菌的表面积是人体表面积的30万倍。（三）生长旺、繁殖快微生物具有极高的繁殖速度，其中以二均分裂方式繁殖的细菌尤为突出。例如，大肠杆菌在37℃下以通常所说的20分钟分裂一次计，则一个细胞经48h后可产生2.2x1043个后代。（四）适应强、易变异微生物对环境条件尤其是恶劣的极限环境所具有的惊人适应力，堪称生物界之最。例如，某些细菌可在100℃以上的温度条件下正常生长；大多数细菌能耐-196℃(液氮)—0℃的任何低温；一些嗜盐菌甚至能在32%的饱和盐水中正常生活；许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。此外，耐酸碱、抗辐射、耐毒物等特性在微生物中也是极为常见的。能在沸水中生存的激烈火球菌由于微生物的个体一般都是单细胞或接近于单细胞，利用物理或化学的人工诱变处理后，容易使它们的遗传性质发生变异，从而改变微生物的代谢途径，产生新菌种。许多抗生素生产菌株，都是经过诱变处理提高产量的，例如青霉素产生菌，最初每毫升发酵液只有几十个单位青霉素。经菌种诱变处理已提高到几万单位。总之，可用微生物容易变异的特性来提高菌种的生产能力或筛选新菌种。（一）微生物大致分类：微生物

细胞型非细胞型：如病毒、类病毒等；原核微生物：如细菌、放线菌、立克次氏体等；真核微生物：如酵母、霉菌、单细胞藻类等；第二节工业生产中常见微生物1、原核微生物原核微生物细胞内有明显的核区，但没有核膜、核仁，化学组成主要是DNA。2、真核微生物真核微生物的细胞有具体的细胞核，细胞核有核仁、核膜和一至数条DNA构成的染色体。3、非细胞微生物非细胞微生物没有完整的细胞结构。仅含有一种类型的核酸(DNA或RNA)，不能进行独立的代谢作用。（二）工业常用微生物工业上常用到的微生物和经常遇到的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌和病毒。工业化菌种的要求

能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物

有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强

遗传性能要相对稳定

不易感染它种微生物或噬菌体

产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）

生产特性要符合工艺要求1、细菌

细菌是自然界中分布最广，数量最多，与人类关系最密切的一类微生物。（1）形状细菌为单细胞微生物，分裂繁殖，体积很小，直径约0.5微米，长度约0.5-5微米。具有杆状、球状、螺旋状等基本形态。A球菌C螺旋菌B杆菌（2）结构细菌的细胞在原核生物中具有代表性，它主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、类核及内含物等构成。有些细胞还有荚膜或鞭毛；有的细胞可形成芽孢。下图细菌细胞的结构模式图。1细胞质膜2细胞壁3荚膜4异染颗粒5伞膜6鞭毛7色素体8脂质颗粒9中体10核糖体11类核12横隔壁（3）发酵常用细菌主要是杆菌如枯草芽孢杆菌——生产蛋白酶、淀粉酶乳酸杆菌——生产乳酸丙酮-丁醇梭状芽孢杆菌——生产丙酮、丁醇醋酸杆菌——生产醋酸北京棒状杆菌——生产谷氨酸产氨短杆茵——生产氨基酸、核苷酸2、放线菌放线菌是因在培养基表面上的菌落呈放射状而得名。（1）形态图（2）用途最大的经济价值是产生能抑制其他微生物生长的抗生素。可用于治疗人和动植物的疾病。到目前为止，从自然界发现和分离了5500种以上的抗生素，其中大约2/3是由放线菌产生。此外放线菌用来生产维生素、酶制剂等。还在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用。3、酵母菌

酵母菌是单细胞真核微生物。（1）形态酵母菌的形态多种多样，其菌体细胞以卵形为主，其次有球形、椭圆形、柠檬形、腊肠形及荷藕形等。酵母的芽与出芽（2）在发酵工业中的应用

酵母在发酵生产中有着特别重要的地位。古代开始使用酵母，比如烤制面包，发馒头，后来进行酒精、甘油生产。在发酵工业中常用的酵母菌主要有酿酒酵母菌属和假丝酵母菌属，前者可用于生产酒精、啤酒、白酒、葡萄酒和各种果子酒等；近年来，又应用酵母生产各种有机酸，如柠檬酸、反丁烯二酸、脂肪酸等。由于酵母细胞内含有丰富的蛋白质、维生素和各种酸，所以，酵母细胞本身又是医药、化工和食品工业的重要原料。如单细胞蛋白(一种饲料蛋白)、酵母片、核糖核酸、核苷酸、辅酶A及酶制剂等。4、霉菌霉菌亦称丝状真菌，是真菌的主要代表