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精品微生物细胞工程课件

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第十七章     微生物细胞工程


       指导老师:吴杨

       制作人: 黄明伸、王伟、
                      刘杰、张彬福
                         11生技本一班

               
       主要内容

  一.微生物细胞性状的改良技术
       -----原生质体融合

 二.微生物发酵

三.微生物细胞工程的应用
1.微生物原生质体融合的优越性

1)去细胞壁                                   糖化酵母融合图
          原生质体融合要求去
掉细胞壁,这对于有坚韧细
胞壁的微生物而言,无疑增
强了接受外界刺激的敏感性
,因此 各类微生物细胞均可
进行原生质体融合,特别对
于某些钝感微生物细胞更有
意义。对某些具有相同结核
型的霉菌或酵母,也可用原
生质体融合的方式集中优势
,改良性状。
2)原生质体融合    
          两亲株细胞整套遗传物质的接触,基因间发生交换重
  组的机会多,甚至是多次的交换重组,因而可以产生多种
  类型的融合重组子。


3)融合的亲株数不限    
          可以是两个,也可以是三个、四个,这一点在常规杂
  交中是不可能的。
4)需要助溶剂    
          原生质体融合时有助溶剂作用,所以融合重组频率高
  ,有利于后续融合重组子的筛选。
5)结合其他技术    
           原生质体融合也可同其他微生物细胞遗传性状改良方
  法相结合,优中选优。
6)筛选   
          原生质体融合时,为了提高筛选率,可以对一株原生
  质体融合体先进行高温、药物或紫外线等因素钝化处理,
  然后再与另一株原生质体融合,以便在再生菌落中筛选融
  合重组子。
原生质融合的基本方法P304

一.融合用亲本菌株的选择:
    1)要有人们所需的有益性状;
    2)要求所选的亲本菌株应同时具有可选择性遗传标记。
  可用的遗传标记有:营养缺陷型、抗药性、糖发酵和同化
  功能、温度敏感型、呼吸缺陷、形态和色素标记等。
二.原生质体的制备p305
三.原生质体的化学融合法
           第二节     微生物发酵

一、微生物发酵的分类

二、发酵必备条件和方式

三、微生物细胞固定化技术
          一、微生物发酵的分类

(一)微生物菌体发酵
 此类发酵以获得微生物细胞为目的。
例如:1.用于制作面包及动物饲料的单细胞菌体蛋
  白如酵母菌、藻类;
          
2.食用或药用的担子菌如蘑菇、灵芝;

          
3.人畜免疫用生物制品的细菌性疫苗及诊断
用菌体抗原;
         
 4.农林业生物防治的杀虫剂、农作物生物菌肥、医
   疗保健的乳酸菌制剂等。
   

    我国首个水产细菌性疫苗                                       生物菌肥
 (二)微生物代谢产物发酵
1.初级代谢产物:
         是微生物生长繁殖必需的原料和酶类,在其生存的任
  何时段均可产生。初级代谢产物主要有氨基酸、核苷酸、
  脂肪酸、蛋白质、核酸、脂类、糖类等。

2.次级代谢产物:
          并非产生菌生存所必需,但对产生菌适应生存环境和
  生物竞争是有利的。

 注:能产生次级代谢产物的微生物只有少数几个类群,一般为放线菌
  、真菌、和产生芽孢的细菌。次级代谢产物的产生需要营养和产生条
  件均比较特别,产物的结构也一般比较特别,并且是具有某些特定生
  理活性的物质。按结构特征和生理作用可分为:抗生素、生长刺激素
  、维生素、色素、生物碱、毒素等。
(三)微生物发酵

          酶普遍存在于生物细胞中,微生物产生的酶
  种类繁多。人们提取并利用微生物酶也有相当长
  的历史。具体见p309
  
1894年日本高峰以米曲霉制造淀粉酶            微生物发酵装置    
(四)微生物生物转化发酵

1.微生物生物转化发酵是利用微生物细胞的酶或酶
  系对化和转化的高效利用及特异性,使化合物转
  化成为具有某种使用价值或经济价值更高的发酵
  过程。
2.这类发酵可以使用微生物营养细胞、休眠细胞、
  甚至是死细胞来进行。
3.可进行生物转化的有脱氢、脱水、缩合、脱羧、
  羟化和异构化等。其特点为特异性强,即:反应
  特异性、结构位置特异性和立体特异性强。
          二、发酵必备条件和方式

(一)发酵必备条件:
适宜某种发酵的菌种,对菌种的要求是:生物学性状典型
  ,生物性状优良,遗传性状稳定,同时具有完整可查的历
  史资料;
有效保证和控制微生物代谢的各种条件,包括培养基的组
  成、温度、pH及氧含量等可控因素;
与发酵产品相匹配的发酵设备,具体的是指灭菌设备、培
  养设备、供氧设备、调控设备等;
④针对各种菌体和各类发酵产物进行后处理的设施,包括分
  离、提取、精制、纯化的适当方法和配套设施。
(二)发酵方式:(p309)

分批式发酵:发酵时一次向发酵罐内加足量培养基,发酵
  结束又一次将发酵产物全部放出。整个培养过程既无培养
  基流入,又无发酵产物流出
半分批式发酵,又叫流加式发酵。

反复分批式发酵,在分批发酵结束时,仅在发酵罐内放出
  部分发酵产物,并向有剩余发酵产物的发酵罐内一次性补
  加培养基,再按分批式发酵进行。如此反复。

④反复半批发式发酵

⑤连续式发酵
           三、微生物细胞固定化技术
(一)固定化微生物细胞的特点:

1、优点:
可实现多步骤、有序的催化反应
发酵持续期长,一般可达1至几个月
可以最大限度地保持微生物细胞内酶的自然状态,胞内酶的活性强
④对获得微生物代谢产物的连续发酵十分有利。

2、弊端:
使用的必须是胞内酶,所以要考虑底物和产物对微生物细胞膜的通透
  性。
微生物细胞内有许多酶存在,其中可能含有产生副作用    的酶,所以
  就会有相应的副产物出现。
仅适用于厌氧发酵。
(二)微生物细胞固定化方法

1.包埋法

2.载体吸附法

3.交联法

4.其他固定方法
        第三节   微生物细胞工程的应用

微生物细胞工程中所用的微生物主要类群有:
    细菌、放线菌、真菌中的酵母菌、霉菌等,主要是营独立
  生活的化能异养型微生物。

     放线菌                               霉菌                            酵母菌
       二、微生物细胞工程的应用范围

(一)农林业方面
         1.微生物肥料   
          2.微生物农药

(二)畜牧业:
        发展畜牧业饲料是关键,利用微生物细胞工程生产或
  改良动物饲料,无论是现在还是将来都是意义非凡的。
 
(三)医药卫生业:
         微生物细胞工程在医药卫生领域的应用是多方面的,
  诸如抗生素、维生素及生物制品等。
(四)轻工食品业:
         与人们日常生活息息相关,如酱、醋等各种酿造食品
  外,还包括氨基酸类、有机酸类、多糖类、酶类等。
 
(五)环保业:
         利用微生物细胞工程处理三废、治理环境大有可为。
  如:活性污泥法好氧处理污水、沼气发酵厌氧处理粪便及农
  业废物等 

         醋                              简易沼气产生装置               污水处理系统
(六)能源产业:
           以微生物厌氧发酵工业和农业废弃物生产沼气,不但
  消除了环境污染,而且产生了能源。

(七)冶金业
        1.细菌浸矿:利用微生物对某些金属的氧化还原作用
  ,直接或间接的将低品位矿物或矿石中的金属离子溶出,
  并收回的工艺叫做细菌浸矿。
        2.人们发现可用于采矿的微生物已有20多种,其中主要
  是化能自养菌。如硫化细菌,浸出的金属有铀、钴、镍、
  锰、锌、铅、砷、钛、铝、钠、金、锗、镓等。
      三、微生物细胞工程的产业化
  已产业化的微生物产品有:
      苏云金芽孢杆菌杀虫剂、根瘤菌肥、单细胞蛋白、抗
生素及其他生物制品。
              本章小结

        微生物细胞工程是以微生物学为基础,并
结合现代生物技术及工程化技术的一门学科。
       微生物细胞改良的细胞融合方法有化学法和
电融合法。
       微生物发酵有菌体发酵、代谢产物发酵、酶
发酵和生物转换发酵四类。
       ④微生物细胞工程中所用的主要类群有细菌
、放线菌、酵母菌及霉菌。
       ⑤微生物细胞工程的应用领域十分广泛,涉
及人类生活的各个方面。其产业化必将在农业、
食品、医药、环境和能源方面发挥更大的作用。
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