第二章+菌种来源
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第二章+菌种的来源1
第二章：发酵工业菌种 一、常用的工业微生物 二、发酵工业菌种筛选的原则与基本技术 三、发酵工业菌种改良
对产物进行菌种筛选时，有两条经验： 对产物进行菌种筛选时，有两条经验：
进化上向上兼容 次生代谢在进化上后移， 次生代谢在进化上后移，芽孢菌以上才有 筛选意义。 筛选意义。
最常用的工业微生物
细菌
醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌 醋杆菌属的醋化醋杆菌、 乳酸杆菌 枯草杆菌 丙酮丁醇梭菌 大肠杆菌 谷氨酸棒状杆菌
2. 分离筛选工作在实际中应用的几个方面
从被污染的生产及科研用菌中分离目的菌； 从被污染的生产及科研用菌中分离目的菌； 生产中长期使用的菌种的定期分离筛选 ； 从各种育种方法处理的微生物材料中分离筛选适于工 业目的的优良菌株 ； 从已知菌种和大自然中分离新菌株 寻找新的发酵产品的产生菌； 寻找新的发酵产品的产生菌； 寻找老产品的新的优良菌株。 寻找老产品的新的优良菌株。 从保藏机构获取菌种进行分离筛选有两个好处： 从保藏机构获取菌种进行分离筛选有两个好处： 经济性 指导性
设计筛选方案时必须考虑两个要点 选择性 灵敏度
3. 新种分离与筛选的步骤
样品采集
→样品的预处理→目的菌富集培养
→菌种初筛→菌种复筛→菌种发酵性能鉴定 →菌种保藏。 菌种保藏。
3. 新种分离与筛选的步骤
查阅资料） 调查研究（查阅资料）
菌种纯化
试验方案设计
所需微生物？） 样品采集（所需微生物？）
初 筛
A
µ
B
S0
基质浓度对A、 两种菌的比生长速率 两种菌的比生长速率（ ） 基质浓度对 、B两种菌的比生长速率（µ）的影响
富集什么菌株？ 当S<S0时，富集什么菌株？ 富集什么菌株？ 当S>S0时，富集什么菌株？
对产物进行菌种筛选时，有两条经验： 对产物进行菌种筛选时，有两条经验：
进化上向上兼容 次生代谢在进化上后移， 次生代谢在进化上后移，芽孢菌以上才有 筛选意义。 筛选意义。
最常用的工业微生物
细菌
醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌 醋杆菌属的醋化醋杆菌、 乳酸杆菌 枯草杆菌 丙酮丁醇梭菌 大肠杆菌 谷氨酸棒状杆菌
2. 分离筛选工作在实际中应用的几个方面
从被污染的生产及科研用菌中分离目的菌； 从被污染的生产及科研用菌中分离目的菌； 生产中长期使用的菌种的定期分离筛选 ； 从各种育种方法处理的微生物材料中分离筛选适于工 业目的的优良菌株 ； 从已知菌种和大自然中分离新菌株 寻找新的发酵产品的产生菌； 寻找新的发酵产品的产生菌； 寻找老产品的新的优良菌株。 寻找老产品的新的优良菌株。 从保藏机构获取菌种进行分离筛选有两个好处： 从保藏机构获取菌种进行分离筛选有两个好处： 经济性 指导性
设计筛选方案时必须考虑两个要点 选择性 灵敏度
3. 新种分离与筛选的步骤
样品采集
→样品的预处理→目的菌富集培养
→菌种初筛→菌种复筛→菌种发酵性能鉴定 →菌种保藏。 菌种保藏。
3. 新种分离与筛选的步骤
查阅资料） 调查研究（查阅资料）
菌种纯化
试验方案设计
所需微生物？） 样品采集（所需微生物？）
初 筛
A
µ
B
S0
基质浓度对A、 两种菌的比生长速率 两种菌的比生长速率（ ） 基质浓度对 、B两种菌的比生长速率（µ）的影响
富集什么菌株？ 当S<S0时，富集什么菌株？ 富集什么菌株？ 当S>S0时，富集什么菌株？
2菌种的来源
工业微生物应具备的要求 如何从自然界中分离微生物一、工业化菌种应具备的条件A.生产成本1.工艺条件:2.能源消耗:3.生产周期:简单廉价的培养基快速的繁殖速率温和的反应条件B. 生产质量1.产量:2.质量纯度：代谢途径尽可能简单，副产物少无毒：菌种不致病，或不易染菌稳定：菌种优良性状稳定能利用廉价培养基，目标物产量高，稳定性好，繁殖快，所需的生产条件温和，抗污染能力强，不致病等特点目标产物产量高二、目的微生物从自然界中分离采样时要注意的问题结合产品特点和微生物的生理特征有选择的采集土样注明时间、地点、温度、气候等客观环境条件如何使样品中所含微生物的可能性大？问题1：¾富集方法三、目的微生物富集的一些基本方法¾富集的目的：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。
物理法：加热、膜过滤、离心等化学法：pH ，温度，底物，培养时间等如：细菌和放线菌的分离？(生物特性的利用，耐热)（μ）筛选，存max在选择压力的控制、移种时间和次数等问题μ）筛选基质浓度对/jpkc四、菌落的分离从产物角度出发在培养时以产物的形成有目的的设计培养基利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素从形态的角度菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。
如多糖产生菌在适当的培养基上生长，从具有粘液性的菌落外观上就可以初步识别。
实例：碱性纤维素酶产生菌的筛选采样（造纸厂）→80度30分钟处理文献:产生菌为中性芽孢杆菌，嗜碱芽孢杆菌、放线菌及霉菌0.0075%曲利本蓝＋1%CMC （羧甲基纤维素），pH10.5培养3～4天，选择有凹陷圈的菌落从285个土样中获得62株26株为组成型36株为诱导型↓工业微生物应具备的要求 如何从自然界中分离微生物富集的目的和一般方法分离的一般方法小节思考题微生物工程概念简述一般菌种分离和筛选步骤？工业生产上的优良菌种应该具备的哪些基本特性菌种的分离分为和＿＿＿法，如果样品中所需微生物并不一定是优势菌或数量有限，则可采用＿＿＿＿方法增加待分离菌的数量。
第2章 生产菌种的来源
诱饵法
2.2
菌种的分离
2．2．1 施加选择性压力分离法
在自然界获得的标本,是很多种类微生物的
混杂物,一般采用平板划线或平板稀释法进行纯
种分离。但大多数采集的样品中，所需微生物并
不一定是优势菌或数量有限。
为了增加分离成功率，可通过富集培养增加
待分离菌的数量。
富集培养
主要是利用不同种类的微生物其生长繁殖
诺卡氏菌 游动放线菌属 小瓶菌属 角质菌属
处理方法 加热，55℃，6分钟
100℃，1h或40℃， 2—6h 膜过滤法 离心法 空气搅拌法
土壤、根土 水 海水、污泥 发霉的稻草
化学方法
含1%几丁质培养基 用CaCO3提高pH进 行培养
用涂石蜡的棒置于碳 源培养基中 花粉 蛇皮 人的头发
土壤 土壤
土壤 土壤 土壤 土壤
2.2.2.4 抗病毒药物产生菌的分离
• 由于病毒增殖是在细胞内，药剂难以达到。利用 作用于核酸的方法筛选得到的药物毒性高。
– 如利用鸡胚线维芽细胞的噬菌斑形成法，发现了抗病 毒的壳二孢氯素（Ascochlorin）和衣霉素 （Tunicamycin）。 – 用小平板测定由病毒引起的细胞变性效果（CPE）也 是一种有用的筛选方法。 – 检测病毒复制中特有的DNA复制酶和核酸合成酶的酶 抑制剂，也是一种选择性更高的筛选方法。
• 一般认为能作用于细胞表面酶的物质，可能具有 免疫修饰作用。 • 因此以存在于细胞表面的氨基肽酶B，白氨酸氨 基肽酶，氨基肽酶A，碱性磷酸脂酶为靶性物质， 研究了这些酶的抑制剂，发现抑制这些酶，会增 强细胞性免疫或抗体产生能力。 • 这说明可以用细胞表面酶的抑制法，筛选免疫激 活剂产生菌（见书p21）。
细菌菌种筛选的原则
第二章生产菌种的来源
32
工业发酵菌种必须具备的基本特征
能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，并能生成较 多的发酵产物； 培养条件如温度、渗透压等易于控制； 抗杂菌和抗噬菌体能力较强； 遗传稳定性高、不易退化； 不产生有害的生理活性物质或毒素（食品或医药微生 物菌株）
33
4、性能测定（毒性试验）
自然界的一些微生物在一定条件下会产毒； 除啤酒酵母、脆壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作 为食用无须作毒性试验外，其他均需 2年以上的毒性试 验； 医药卫生上的产品，还须通过安全试验和临床试验，获 得国家的药品生产许可证，方能使用； 生产性能测定； 生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、温度、 pH值、提取工艺等； 经自然界分离筛选获得的有价值的菌种进一步进行人工 选育。
具体方法： 在固体选择培养基中加入酶作用的底物培养微生物，能够 利用此底物的酶产生菌得以生长，并且往往会在其菌落周 围形成一透明圈。 透明圈的大小与酶活力的高低成正相关，可以作为菌种初 筛的判断标准。 如：蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、甘露聚糖酶、淀粉酶、纤 维素酶等
22
目的微生物筛选方法的研究进展 目前土壤中能够培养的微生物不到总数的1%。 微生物的多样性及资源的开发仍然是今后若干 年的研究重点。 －－陈文新院士 分子生物学的实验手段，在微生物鉴别及特定 目标产物的筛选方面发挥了着越来越重要的作 用。如 :16SRNA同源性分析，基因序列分析及 DNA/DNA杂交技术等。
30
几种重要生物活性物质产生菌的分离方法 抗病毒药物产生菌：用小平板测定由病毒引起的细胞 变性效果，是一种有用的筛选方法；检测病毒复制中 特有的DNA复制酶和核酸合成酶的酶抑制剂，是另一 种选择性更高的筛选方法。
31
生长因子产生菌：通过观察分离菌能否促进营养 缺陷型菌株的生长来检出。 免疫激活剂产生菌：可以用细胞表面酶的抑制法， 筛选免疫激活剂产生菌； 多糖产生菌：可以通过菌落外观的观察来识别 （黏稠)
菌种的来源
BCRC 台湾生物资源保藏研究中心，台湾新竹
长江大学生科院生物工程系
13
国外菌种保藏机构
ATCC(American Type Culture Collection）美 国典型菌种保藏中心 NBRC (NITE Biological Resource Center)日本 技术评价研究所生物资源中心 NRRL (Agricultural Research Service Culture Collection) 美国农业研究菌种保藏中心 CBS (Centraalbureauvoor Schimmelcultures) 荷兰微生物菌种保藏中心 UKNCC (The United Kingdom National Culture Collection ) 英国国家菌种保藏中心
2018年10月18日星期四
ISF 中国农业科学院土壤肥料研究所 CACC 抗菌素菌种保藏管理中心 SIA 四川抗菌素工业研究所 AS 中国科学院微生物研究所 CFCC 林业微生物菌种保藏管理中心 CICC 工业微生物菌种保藏管理中心 CMCC 医学微生物菌种保藏管理中心 NICPB 卫生部药品生物制品监察所 CVCC 兽医微生物菌种保藏管理中心 YM 云南省微生物研究所 CCTCC 中国典型培养物保藏中心 CMBGCAS 海洋微生物中心 CUHK 香港中文大学保藏中心
国内菌种保藏机构27
ACCC 中国农业微生物菌种保藏管理中心 SH 上海市农业科学院食用菌研究所 IA 中国医学科学院抗菌素研究所 CGMCC 普通微生物菌种保藏管理中心 AS-IV 中国科学院武汉病毒研究所 CAF 中国林业科学院菌种保藏管理中心 IFFI 轻工业部食品发酵工业科学研究所 ID 中国医学科学院皮肤病研究所 IV 中国医学科学院病毒研究所 CIVBP 中国兽医药品监察所 GIMCC 广东省微生物研究所微生物菌种保藏中心 CCDM 华中农业大学菌种保藏中心 HKUCC 香港大学保藏中心
第二章 生产菌种的来源
4、其他防线菌生产的抗生素
其他生产的抗生素的防线菌有： 诺卡氏 其他生产的抗生素的防线菌有 ： 菌 形 放 线 菌 （ Nocardioform Actinomycetes ） 、 游 动 放 线 菌 （ Actinoplanetes ） 及 足 分 枝 菌 （Maduromyetes）。
5、青霉属（Penicillum） 青霉属（
6、粘细菌（Myxobacteria） 粘细菌（
粘细菌次级代谢产物中抗菌活性物质的检 出率非常高，并且许多都是新发现的抗生素。 出率非常高 ， 并且许多都是新发现的抗生素 。 如纤维素堆囊菌（ 如纤维素堆囊菌 （ Sorangium cellulosum ） 产 生的大环内酯类抗生素堆囊菌素、 生的大环内酯类抗生素堆囊菌素、
四、有机酸
柠檬酸 :黑曲霉 ,酵母 (解脂假丝酵母 、解脂 复膜孢酵母季也蒙假丝酵母 ） 乳酸 ：德氏乳杆菌 、赖氏乳杆菌 、植物乳杆 菌 、米根霉 苹果酸 ：黄曲霉 、米曲霉 、寄生曲霉 、华根 无根根霉、 霉 、无根根霉、膜醭毕赤酵母 衣康酸 ：土曲霉 、衣康酸曲霉、假丝酵母S-10 衣康酸曲霉、假丝酵母S
青霉菌属于腐生菌， 青霉菌属于腐生菌，广泛生存于土壤和 腐败的水果和蔬菜中。 腐败的水果和蔬菜中。 由于第一个工业化生产的抗生素青霉素是 中发现的， 由青霉属中的Penicillum notatum中发现的， 至今青霉素极其半合成抗生素仍是产量最大、 至今青霉素极其半合成抗生素仍是产量最大、 用途最广的抗生素， 用途最广的抗生素，因此青霉素在抗生素工 业中具有特别重要的地位。 业中具有特别重要的地位。
纤维素酶
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的 总称。它不是单种酶， 总称。它不是单种酶，而是起协同作用的多组分 酶系。 酶系。 纤维素酶是由绿色木霉、康氏木霉、黑曲霉、 纤维素酶是由绿色木霉、康氏木霉、黑曲霉、 青霉和根霉等菌株经深层发酵制成的酶制剂产品。 青霉和根霉等菌株经深层发酵制成的酶制剂产品。 此外，漆斑霉、反刍动物瘤胃菌、嗜纤维菌、 此外，漆斑霉、反刍动物瘤胃菌、嗜纤维菌、产 黄纤维单孢菌、侧孢菌、黏细菌、 黄纤维单孢菌、侧孢菌、黏细菌、梭状芽孢杆菌 等也能产生纤维素酶。 等也能产生纤维素酶。
2、菌种的来源
（4）菌的稳定性。
（5）菌的产物得率和产物在培养液中的浓度。（6）容易从培养 Nhomakorabea中回收产物。
（3）—（6）是用来衡量分离得到的菌种的生产性 能，如能满足这几条便有希望成为效益高的生产菌种。 但在投入生产之前还必须对其产物的毒性，和菌种的 生产性能作出评价。
以上所述菌种有些必须从自然环境中分离得到。 但若是工业微生物学者也可从菌种保藏委员会中索取。 尽管购买菌种的性能一般比较弱，但可作为模型来改 良和发展分析技术，然后再用于评定天然分离株。 理想的分离步骤是从土壤环境开始的，土壤中富于 各种所需的菌。设计的分离步骤应有利于具有工业重 要特性的菌的生长，如加入某些对其他类型菌生长不 利的化合物或采用选择性培养条件。
用连续培养，通过改变限制性基质浓度可以控 制两种菌的比生长速率，
用连续富集技术分离用于连续发酵生产的 菌种特别适合。因用分批富集培养和在固体培 养基上纯化的方法分离得到的菌株在连续培养 中的表现很差。 B 固体培养基的使用
碱性蛋白酶产生菌能消化平板上的不溶性蛋 白。产生一清晰圈。清晰圈的大小不能完全作 为选择高产菌的依据。因在沉浸培养中碱性蛋 白酶的单位与平板上的圈的大小之间不成比例。
2.2.6 未来的发展
近来发展了一种更为理性化的微生物筛选技 术，现已到实用阶段。采用遗传或生理操纵的 办法有可能发现新的代谢物或提高现有分离株 的生产能力。
A 天然基质的选择 现己有可能做到较为定向的选择。在大的 生态环境（海洋）中还有不少新微生物待发掘。 了解生态环境内的微环境变化会有助于分离出 更多的不同类型的菌株。例如在寻找有用产物 时往往忽视了厌氧微生物。
用一种很专一的筛选技术可以检出新的抗菌药物。
B 药理活性化合物的筛选
2-生产菌种的来源
如蛋白酶、脂肪酶、果胶酶等ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 液体培养方法：摇瓶培养（分批式富集培养） 连续培养（恒化式富集培养）。
摇瓶培养（分批式富集培养）：是指将富集培养 物转接到新的同一种培养基中，重新建立选择性 压力，如此反复转种几次后，再取此富集培养物 接种到固体培养基上，以获得单菌落。
转种的时间是关键，应在所需菌种占优势的 情况下移种。
霉 菌
• 1.根霉：酿酒工业，生产淀粉酶、脂肪酶
等。黑根霉、米根霉、华根霉 2.毛霉：生产腐乳、乳酸、琥珀酸、甘油、 转化甾体化合物等，糖化能力强 3.红曲霉：制备红曲、酿红酒、制醋，生 产腐乳、蛋白酶、淀粉酶、柠檬酸 4.曲霉：生产有机酸 5.青霉：有机酸、抗生素
• •
• •
• 担子菌： • 藻类：螺旋藻，单胞藻生产石油 • 生物工程菌：胰岛素、干扰素等。
陆地和水域中 未被培养微生物比例的估计
生境 可培养微 生物的比 例% 0.001-0.1 0.25 0.1-1 生境 可培养微 生物的比 例% 1-15 0.25 0.3
海水 淡水 半自养湖
活性污泥 沉积物 土壤
未污染河口 0.1-3
如何筛选？
关键在于要根据生产实际需要、目的代 谢产物的性质、可能产生所需产物微生物菌 种的分类地位、这类微生物分布、特性以及 生态环境等，设计选择性高的分离筛选方法， 才能快速从可能的环境和混杂的多种微生物 中获得所需菌种。
2. 抗肿瘤药物产生菌的分离 抗肿瘤药物作用机理：破坏核酸或 抑制核酸生物合成。利用这一原理筛选 抗肿瘤药物的常用方法有生化诱导分析 法和SOS生色检测法。
3. 酶抑制剂产生菌的分离
原理：如果某种化合物能在体外抑制某种关键 的人体酶，它就有可能在体内有药理作用。酶 抑制剂产生菌的筛选，主要选择与生理和病理 关系明确的酶作为靶酶进行筛选。
摇瓶培养（分批式富集培养）：是指将富集培养 物转接到新的同一种培养基中，重新建立选择性 压力，如此反复转种几次后，再取此富集培养物 接种到固体培养基上，以获得单菌落。
转种的时间是关键，应在所需菌种占优势的 情况下移种。
霉 菌
• 1.根霉：酿酒工业，生产淀粉酶、脂肪酶
等。黑根霉、米根霉、华根霉 2.毛霉：生产腐乳、乳酸、琥珀酸、甘油、 转化甾体化合物等，糖化能力强 3.红曲霉：制备红曲、酿红酒、制醋，生 产腐乳、蛋白酶、淀粉酶、柠檬酸 4.曲霉：生产有机酸 5.青霉：有机酸、抗生素
• •
• •
• 担子菌： • 藻类：螺旋藻，单胞藻生产石油 • 生物工程菌：胰岛素、干扰素等。
陆地和水域中 未被培养微生物比例的估计
生境 可培养微 生物的比 例% 0.001-0.1 0.25 0.1-1 生境 可培养微 生物的比 例% 1-15 0.25 0.3
海水 淡水 半自养湖
活性污泥 沉积物 土壤
未污染河口 0.1-3
如何筛选？
关键在于要根据生产实际需要、目的代 谢产物的性质、可能产生所需产物微生物菌 种的分类地位、这类微生物分布、特性以及 生态环境等，设计选择性高的分离筛选方法， 才能快速从可能的环境和混杂的多种微生物 中获得所需菌种。
2. 抗肿瘤药物产生菌的分离 抗肿瘤药物作用机理：破坏核酸或 抑制核酸生物合成。利用这一原理筛选 抗肿瘤药物的常用方法有生化诱导分析 法和SOS生色检测法。
3. 酶抑制剂产生菌的分离
原理：如果某种化合物能在体外抑制某种关键 的人体酶，它就有可能在体内有药理作用。酶 抑制剂产生菌的筛选，主要选择与生理和病理 关系明确的酶作为靶酶进行筛选。
第二章_菌种的来源
具有准确的转录后修饰功能
具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化 具有产物胞外分越功能， 具有重组基因的高效扩增和表达能力 具有贴壁生长特性， 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长 CHO很少分泌自身的内源蛋白 很少分泌自身的内源蛋白
已工业化产品生产菌的介绍
问题： 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？ 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？
微生物的特性及工业微生物的要求
二、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 能够利用廉价的原料，简单的培养基， • 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 有关合成产物的途径尽可能地简单， 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（最好与致病菌无关） 产生菌及其产物的毒性必须考虑（最好与致病菌无关） • 生产特性要符合工艺要求
自然界中有目的微生物分离的原则
四、菌落的选出
从产物角度出发 在培养时以产物的形成有目的的设计培养基 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素（ 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素（P35） ） 从形态的角度 菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。 菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。如多糖 产生菌在适当的培养基上生长， 产生菌在适当的培养基上生长，从具有粘液性的菌落外观 上就可以初步识别
菌株选育、 菌株选育、分子改造
自然选育在工业生产上的意义
问题： 问题：
高产菌株是正突变高，还是负突变高？ 高产菌株是正突变高，还是负突变高？
回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致 回复突变：高产菌株在传代的过程中， 高产性状的丢失，生产性能下降， 高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复 突变 自然选育虽然突变率很低， 自然选育虽然突变率很低 ， 但却是工厂保证稳产高产的 重要措施
具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化 具有产物胞外分越功能， 具有重组基因的高效扩增和表达能力 具有贴壁生长特性， 具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长 CHO很少分泌自身的内源蛋白 很少分泌自身的内源蛋白
已工业化产品生产菌的介绍
问题： 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？ 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？
微生物的特性及工业微生物的要求
二、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 能够利用廉价的原料，简单的培养基， • 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 有关合成产物的途径尽可能地简单， 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（最好与致病菌无关） 产生菌及其产物的毒性必须考虑（最好与致病菌无关） • 生产特性要符合工艺要求
自然界中有目的微生物分离的原则
四、菌落的选出
从产物角度出发 在培养时以产物的形成有目的的设计培养基 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素（ 利用简单、快速的鉴定方法，如抗生素（P35） ） 从形态的角度 菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。 菌落的外观形态，是微生物的一个重要表征。如多糖 产生菌在适当的培养基上生长， 产生菌在适当的培养基上生长，从具有粘液性的菌落外观 上就可以初步识别
菌株选育、 菌株选育、分子改造
自然选育在工业生产上的意义
问题： 问题：
高产菌株是正突变高，还是负突变高？ 高产菌株是正突变高，还是负突变高？
回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致 回复突变：高产菌株在传代的过程中， 高产性状的丢失，生产性能下降， 高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复 突变 自然选育虽然突变率很低， 自然选育虽然突变率很低 ， 但却是工厂保证稳产高产的 重要措施
第2章 菌种的来源及保藏
α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草牙孢杆菌 和地衣牙孢杆菌
武汉科技大学 生物工程教研室
发酵工程
菌种的来源
已工业化产品生产菌的介绍 三、常用的基因表达系统
(一)原核生物：大肠杆菌(1977年Boyer)、枯草牙胞杆菌 沙门氏菌
生长迅速、蛋白产量高; 表达蛋白的纯化、分离及分析快速；
外源基因的导入相对容易；
武汉科技大学 生物工程教研室
发酵工程
菌种的来源
自然界中有目的微生物分离 第三节 自然界中有目的微生物分离
一、菌种分离的一般过程
土样的采取 → 预处理 → 培养 → 菌落的选择
→ 产品的鉴定 目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物
问题： 如何使样品中所含微生物的可能性大 如何在后续的操作中使这种可能性实现
发酵工程
菌种的来源
已工业化产品生产菌的介绍
¾ 中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统
具有准确的转录后修饰功能；
具有产物胞外分越功能，便于下游产物分离纯化； 具有重组基因的高效扩增和表达能力；
具有贴壁生长特性，也可进行悬浮生长；
CHO很少分泌自身的内源蛋白。
武汉科技大学 生物工程教研室
z 能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物 z 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 z 遗传性能要相对稳定
z 不易感染它种微生物或噬菌体
z 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）
z 生产特性要符合工艺要求
培养条件易于控制 生长迅速，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体能力强
an alkaline soil sample.
FEMS Microbiology Reviews 26 (2002) 73～81
第2章 菌种的来源
第二章 菌种的来源
• 菌种的分离 • 培养分离
发酵工业对菌种的要求
原料廉价，所需代谢产物产量高； 培养条件易控制； 生长迅速，发酵周期短； 抗噬菌体和杂菌的能力强； 遗传性状稳定，不易变异退化； 发酵过程中的泡沫少； 对添加的前体物有耐受能力；并不能利用前体物作为 一般碳源； • 产物对菌株无反馈抑制； • 不是病原菌。 • • • • • • •
5.采好的样应及时处理， 5.采好的样应及时处理，暂不能处理的也 采好的样应及时处理 应贮存于4℃ 4℃下 但贮存时间不宜过长。 应贮存于4℃下，但贮存时间不宜过长。 这是因为一旦采样结束， 这是因为一旦采样结束，试样中的微生 物群体就脱离了原来的生态环境， 物群体就脱离了原来的生态环境，其内 部生态环境就会发生变化， 部生态环境就会发生变化，微生物群体 之间就会出现消长
从自然界筛选
• 2、采样季节：以温度适中，雨量不多的 、采样季节：以温度适中， 秋初为好。 秋初为好。 • 3、采土方式：在选好适当地点后，用小 、采土方式：在选好适当地点后， 铲子除去表土，取离地面5-15cm处的土 铲子除去表土 ， 取离地面 处的土 约10g，盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中， ，盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中， 扎好， 标记， 记录采样时间、 地点、 扎好 ， 标记 ， 记录采样时间 、 地点 、 环 境条件等， 以备查考。 境条件等 ， 以备查考 。 为了使土样中微 生物的数量和类型尽少变化， 生物的数量和类型尽少变化 ， 宜将样品 逐步分批寄回，以便及时分离。 逐步分批寄回，以便及时分离。
3．水样采集方法
• 用于细菌检测的水样应收集于 用于细菌检测的水样应收集于100m1干净、灭菌的 干净、 干净 广口塑料瓶中。 广口塑料瓶中。 • 由于表层水中含有泥沙，故在采样时应在较深的静 由于表层水中含有泥沙， 水层中采集水样。 水层中采集水样。 • 方法是 ： 握住采样瓶底浸入水中 方法是： 握住采样瓶底浸入水中30-50cm处 ， 然后 处 瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。 瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。如果有急流存在 的话，应直接将瓶口反向于急流。 的话，应直接将瓶口反向于急流。采集瓶从水中取 出时应迅速并带有较大的弧度。 出时应迅速并带有较大的弧度。水样不应装满采样 所有水样都应在24h之内迅速进行检测， 或者 之内迅速进行检测， 瓶 。 所有水样都应在 之内迅速进行检测 4℃下贮存。 ℃下贮存。
• 菌种的分离 • 培养分离
发酵工业对菌种的要求
原料廉价，所需代谢产物产量高； 培养条件易控制； 生长迅速，发酵周期短； 抗噬菌体和杂菌的能力强； 遗传性状稳定，不易变异退化； 发酵过程中的泡沫少； 对添加的前体物有耐受能力；并不能利用前体物作为 一般碳源； • 产物对菌株无反馈抑制； • 不是病原菌。 • • • • • • •
5.采好的样应及时处理， 5.采好的样应及时处理，暂不能处理的也 采好的样应及时处理 应贮存于4℃ 4℃下 但贮存时间不宜过长。 应贮存于4℃下，但贮存时间不宜过长。 这是因为一旦采样结束， 这是因为一旦采样结束，试样中的微生 物群体就脱离了原来的生态环境， 物群体就脱离了原来的生态环境，其内 部生态环境就会发生变化， 部生态环境就会发生变化，微生物群体 之间就会出现消长
从自然界筛选
• 2、采样季节：以温度适中，雨量不多的 、采样季节：以温度适中， 秋初为好。 秋初为好。 • 3、采土方式：在选好适当地点后，用小 、采土方式：在选好适当地点后， 铲子除去表土，取离地面5-15cm处的土 铲子除去表土 ， 取离地面 处的土 约10g，盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中， ，盛入清洁的牛皮纸袋或塑料袋中， 扎好， 标记， 记录采样时间、 地点、 扎好 ， 标记 ， 记录采样时间 、 地点 、 环 境条件等， 以备查考。 境条件等 ， 以备查考 。 为了使土样中微 生物的数量和类型尽少变化， 生物的数量和类型尽少变化 ， 宜将样品 逐步分批寄回，以便及时分离。 逐步分批寄回，以便及时分离。
3．水样采集方法
• 用于细菌检测的水样应收集于 用于细菌检测的水样应收集于100m1干净、灭菌的 干净、 干净 广口塑料瓶中。 广口塑料瓶中。 • 由于表层水中含有泥沙，故在采样时应在较深的静 由于表层水中含有泥沙， 水层中采集水样。 水层中采集水样。 • 方法是 ： 握住采样瓶底浸入水中 方法是： 握住采样瓶底浸入水中30-50cm处 ， 然后 处 瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。 瓶口朝下打开瓶盖，让水样进入。如果有急流存在 的话，应直接将瓶口反向于急流。 的话，应直接将瓶口反向于急流。采集瓶从水中取 出时应迅速并带有较大的弧度。 出时应迅速并带有较大的弧度。水样不应装满采样 所有水样都应在24h之内迅速进行检测， 或者 之内迅速进行检测， 瓶 。 所有水样都应在 之内迅速进行检测 4℃下贮存。 ℃下贮存。
第二章 菌种的来源 (新)
2011-6-27
12
问题： 问题：
生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？ 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸？ 微生物（包括动、植物细胞）几乎可以生 微生物（包括动、植物细胞） 产我们所需的一切产品， 产我们所需的一切产品，但是涉及到工业 化生产对于某一种特定的产品， 化生产对于某一种特定的产品，只有特 才具有大量表达的潜力。 定的微生物才具有大量表达的潜力。
基因的直接进化： 基因的直接进化：
点突变、易错PCR、同序法 DNA Shuffling等
2011-6-27
9
四、常用的基因表达系统
(一)原核生物：大肠杆菌(1977年Boyer)、 (1977 枯草牙胞杆菌沙门氏菌
生长迅速、蛋白产量高; 表达蛋白的纯化、分离及分析快速； 外源基因的导入相对容易； 已建立了整套表达理论及技术.
(二) 真核细胞表达系统 酵母(既是微生物又是真核细胞) 酵母(既是微生物又是真核细胞)
谷氨酸发酵的菌种：
棒杆菌属，短杆菌属、 棒杆菌属，短杆菌属、节杆菌属 或小杆菌属的棒型细菌
其它氨基酸生产菌： 其它氨基酸生产菌：
常规菌种一般也是以谷氨酸生 产菌选育而成；工程菌， 产菌选育而成；工程菌，大肠 杆菌， 杆菌，枯草芽孢杆菌
2011-6-27
8
三、食品酶制剂生产有关的微生物
开发一个新酶，都要经过一系列研究的毒理试验。 开发一个新酶，都要经过一系列研究的毒理试验。 关于食品用酶，美国需要得到FDA的批准。 FDA的批准 关于食品用酶，美国需要得到FDA的批准。目前已 同意使用的仅仅少数微生物能用于生产食品用酶。 同意使用的仅仅少数微生物能用于生产食品用酶。 α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草 淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、 牙孢杆菌和地衣牙孢杆菌
菌种的来源
发酵工程 课件
Fermentation Engi欢ne迎ering
光临 第二章 菌种的来源
主讲人：夏帆
第二章 菌种的来源(4学时)
教学目的：了解工业化菌种的要求以及一些工业化生
产菌介绍；了解菌种分离的一般过程；掌握土样采集应注 意的问题，菌种的分离方法；掌握优良菌种应具备的基本 特性和菌种的选育、种子扩大培养。
23
Ｄ、极端环境条件下采样分离
极端微生物的采集。高热、高压、低温、强碱、 强酸及高渗透压等
2020年3月6日星期五
长江大学生科院生物工程系
24 返回
三、标本的预处理
提高菌种分离的效率
●物理方法：加热(55℃,6min；100℃,1h；40℃ 2-6h)、 膜过滤法、离心法、空气搅拌法
●化学方法：含1%几丁质培养基、用CaCO3提高pH值进行 培养（链霉菌属）
20
A、不同的土壤特点
因土壤组成、有机物浓度、pH等条件的不同，微生物的 种群分布会非常不同。如菜园和农田常以细菌和放线菌较多 （偏碱）；果园树根土壤中酵母菌含量较高（偏酸）；动植物 残骸及腐殖土中霉菌较多；根瘤菌多在豆科植物根系土壤中分 离；分解石油的微生物常在油田和石油炼油厂附近的土层中分 布最多。
α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌 和地衣芽孢杆菌等；
β-淀粉酶：米曲霉、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌等； 纤维素酶：木霉、青霉； 蛋白酶：黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌、灰色链霉菌等。
2020年3月6日星期五
长江大学生科院生物工程系
14 返回
§2 自然界中目的微生物的分离
一、菌种分离的一般过程
教学重点、难点：土样采集应注意不同的土壤特点、
地理和气候条件，土样的采集方法； 生化反应分离法；种 子扩大培养。
Fermentation Engi欢ne迎ering
光临 第二章 菌种的来源
主讲人：夏帆
第二章 菌种的来源(4学时)
教学目的：了解工业化菌种的要求以及一些工业化生
产菌介绍；了解菌种分离的一般过程；掌握土样采集应注 意的问题，菌种的分离方法；掌握优良菌种应具备的基本 特性和菌种的选育、种子扩大培养。
23
Ｄ、极端环境条件下采样分离
极端微生物的采集。高热、高压、低温、强碱、 强酸及高渗透压等
2020年3月6日星期五
长江大学生科院生物工程系
24 返回
三、标本的预处理
提高菌种分离的效率
●物理方法：加热(55℃,6min；100℃,1h；40℃ 2-6h)、 膜过滤法、离心法、空气搅拌法
●化学方法：含1%几丁质培养基、用CaCO3提高pH值进行 培养（链霉菌属）
20
A、不同的土壤特点
因土壤组成、有机物浓度、pH等条件的不同，微生物的 种群分布会非常不同。如菜园和农田常以细菌和放线菌较多 （偏碱）；果园树根土壤中酵母菌含量较高（偏酸）；动植物 残骸及腐殖土中霉菌较多；根瘤菌多在豆科植物根系土壤中分 离；分解石油的微生物常在油田和石油炼油厂附近的土层中分 布最多。
α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌 和地衣芽孢杆菌等；
β-淀粉酶：米曲霉、巨大芽孢杆菌、腊状芽孢杆菌等； 纤维素酶：木霉、青霉； 蛋白酶：黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌、灰色链霉菌等。
2020年3月6日星期五
长江大学生科院生物工程系
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§2 自然界中目的微生物的分离
一、菌种分离的一般过程
教学重点、难点：土样采集应注意不同的土壤特点、
地理和气候条件，土样的采集方法； 生化反应分离法；种 子扩大培养。
生产菌种的来源-精品文档
第二章 生产菌种的来源
微生物工程的工业生产三个要素： 生产菌种的性能 发酵及提纯工艺条件 生产设备 其中优良的菌种是最重要的。
微生物是发酵工业的灵魂（张星元、木下祝郎）
“微生物细胞”是生物学的概 念；“微生物细胞机器”是工程学 的概念。菌种微生物细胞是对应的 发酵产物的细胞机器，因此是有工 业生产个性的微生物细胞。微生物 细胞机器是从天然的微生物细胞改 造成的，因此天然的微生物具有成 为微生物细胞机器的潜在能力。
如蛋白酶、脂肪酶、果胶酶等。 液体培养方法：摇瓶培养（分批式富集培养） 连续培养（恒化式富集培养）。
摇瓶培养（分批式富集培养）：是指将富集培养 物转接到新的同一种培养基中，重新建立选择性 压力，如此反复转种几次后，再取此富集培养物 接种到固体培养基上，以获得单菌落。
转种的时间是关键，应在所需菌种占优势的 情况下移种。
霉 菌
• 1.根霉：酿酒工业，生产淀粉酶、脂肪酶
等。黑根霉、米根霉、华根霉 2.毛霉：生产腐乳、乳酸、琥珀酸、甘油、 转化甾体化合物等，糖化能力强 3.红曲霉：制备红曲、酿红酒、制醋，生 产腐乳、蛋白酶、淀粉酶、柠檬酸 4.曲霉：生产有机酸 5.青霉：有机酸、抗生素
• •
• •
• 担子菌： • 藻类：螺旋藻，单胞藻生产石油 • 生物工程菌：胰岛素、干扰素等。
ห้องสมุดไป่ตู้.1.3.标本的预处理
(1)采用热处理方法减少材料中的细菌数
(2)采用膜过滤和离心的方法浓缩水中的细胞 (3)采用化学方法 (4)诱饵法：将固体基质（如蛇皮、花粉）等加到 待检的土壤或水中，待其菌落长出后再铺平板分 离。
(5)空气搅拌法 ：在空气中搅拌，收集孢子沉淀， 如稻草的处理。
2.1.4.富集培养 在采集的样品中，如果目的微生物是优势 菌，则可以直接分离纯化，但多数情况下不是 优势菌，因此需要设法增加分离菌的数量，这 就需要进行富集培养。
微生物工程的工业生产三个要素： 生产菌种的性能 发酵及提纯工艺条件 生产设备 其中优良的菌种是最重要的。
微生物是发酵工业的灵魂（张星元、木下祝郎）
“微生物细胞”是生物学的概 念；“微生物细胞机器”是工程学 的概念。菌种微生物细胞是对应的 发酵产物的细胞机器，因此是有工 业生产个性的微生物细胞。微生物 细胞机器是从天然的微生物细胞改 造成的，因此天然的微生物具有成 为微生物细胞机器的潜在能力。
如蛋白酶、脂肪酶、果胶酶等。 液体培养方法：摇瓶培养（分批式富集培养） 连续培养（恒化式富集培养）。
摇瓶培养（分批式富集培养）：是指将富集培养 物转接到新的同一种培养基中，重新建立选择性 压力，如此反复转种几次后，再取此富集培养物 接种到固体培养基上，以获得单菌落。
转种的时间是关键，应在所需菌种占优势的 情况下移种。
霉 菌
• 1.根霉：酿酒工业，生产淀粉酶、脂肪酶
等。黑根霉、米根霉、华根霉 2.毛霉：生产腐乳、乳酸、琥珀酸、甘油、 转化甾体化合物等，糖化能力强 3.红曲霉：制备红曲、酿红酒、制醋，生 产腐乳、蛋白酶、淀粉酶、柠檬酸 4.曲霉：生产有机酸 5.青霉：有机酸、抗生素
• •
• •
• 担子菌： • 藻类：螺旋藻，单胞藻生产石油 • 生物工程菌：胰岛素、干扰素等。
ห้องสมุดไป่ตู้.1.3.标本的预处理
(1)采用热处理方法减少材料中的细菌数
(2)采用膜过滤和离心的方法浓缩水中的细胞 (3)采用化学方法 (4)诱饵法：将固体基质（如蛇皮、花粉）等加到 待检的土壤或水中，待其菌落长出后再铺平板分 离。
(5)空气搅拌法 ：在空气中搅拌，收集孢子沉淀， 如稻草的处理。
2.1.4.富集培养 在采集的样品中，如果目的微生物是优势 菌，则可以直接分离纯化，但多数情况下不是 优势菌，因此需要设法增加分离菌的数量，这 就需要进行富集培养。
第2章 菌种的来源、生物活性物质的筛选和菌种保藏
一、施加选择性压力分离法 1、富集(enrichment)培养 是在目的微生物含量较少时，根据微生物的 生理特点，设计一种选择性培养基，创造有 利的生长条件，使目的微生物在最适的环境 下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然 条件下的劣势种变成人工环境下的优势种， 以利分离到所需的菌株。
其要领是提供一些有利于所需菌株生长或不利于其 他菌型生长的条件，例如，供给特殊的基质或加入某些 抑制剂。 控制氧可将好氧微生物和厌氧微生物分开；
2）、用于分离放线菌的预处理技术
• 干热处理：土壤在120℃或100 ℃干热处理能够 极大地减少分离平板上的丝状细菌和链霉菌。 • 杀菌剂苯酚（1.5%）、葡萄糖酸洗必泰 （CG0.01%)和苄索氯铵（BC 0.01%):不同的 放线菌孢子对杀菌剂的抗性不同。链霉菌的孢 子和杆菌及假单孢菌的营养细胞用苯酚、CG 和BC有30 ℃处理30min即被杀死；相反的，小 双孢菌属的孢子对各种杀菌剂都有相当强的抗 性。
• 植物体上细菌的分离：无菌富集，加植物浸出液
适度培养取样，洗涤，取1ml经适度稀释后涂布平 板。
3）．水样采集方法
• 用于细菌检测的水样应收集于100m1干净、灭菌的 广口塑料瓶中。 • 由于表层水中含有泥沙，故在采样时应在较深的静 水层中采集水样。 • 方法是：握住采样瓶底浸入水中30-50cm处，然后瓶 口朝下打开瓶盖，让水样进入。如果有急流存在的 话，应直接将瓶口反向于急流。采集瓶从水中取出 时应迅速并带有较大的弧度。水样不应装满采样瓶。 所有水样都应在24h之内迅速进行检测，或者4℃下 贮存。 水中细菌的分离：水样通过0.22μm无菌滤膜，取出滤 膜用1ml无菌稀释液将滤膜上的沉积洗下。用样本稀 释液适度稀释,涂布平板倒置培养或滤纸压印分离法。
第二章菌种的选育
2. 快中子 快中子的生物学效应是由其撞击原
子核后产生的质子产生的。 能够引起较多的点突变和染色体变， 而产生诱变育种的效应。
3.氮芥(p40) 机理：氮芥的盐酸盐和碳酸氢钠
反应释放出氮芥子气，再与细胞作 用引起染色体发生畸变。
使用方法： 活化剂和解毒剂的配置 氮芥的盐酸盐配置 诱变作用 诱变终止
2.2 工业化菌种的要求
1. 能够利用廉价的原料，或使用来源丰富的原料. 2.菌体温度应适应较高的温度. 3. 遗传性能要相对稳定 4.菌对所采用的设备和生产过程的适应性
5.菌的产物得率和产物在培养基中的浓度 6.产物容易从发酵液（细胞）中提取
7. 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）
2.1.2.3 所需菌种的分离
为了提高分离效率选择合适的 培养基、选择性抑制剂的选择、培 养条件控制等等。
采用给混合菌群提供一些有利于所需 菌种或不利于其它菌型生长条件以促使所 需菌株大量繁殖，从而利于分离它们，所 谓的增殖培养。
富集的目的：让目的微生物在种群中占 优势，使筛选变得可能。
富集的三种方案：
A+B-Lac+SMsT1r A+B+Lac+SMsT1r A+B+Lac+SMrT1s
等等组合型
细菌的杂交育种其他方式： F因子的转移、转化和转导等发
生基因重组的方式。 例如： F因子的转移：（Hfr)
+
F+
Hfr
2.6.2放线菌的杂交育种
亲
链霉菌基因重组主要过程
本 分
亲本
异核体
离 子
混合菌丝体 部分合子
2.1.2.4 菌种的培养
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中国仓鼠卵巢细胞（CHO细胞）表达系统
8、短杆菌 (Brevibacterium) 氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也 是酶法合成生产辅酶A的菌种
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
细胞直杆状，G－，无芽孢，极生鞭毛
在含蔗糖的琼脂平板上形成圆形、边缘整齐、粘稠光滑的黄 色菌落；液体培养形成黄色粘稠的胶状物——荚膜多糖，其黄色 为一种水溶性色素 野油菜黄单胞菌(X. campestris) 可以淀粉生产黄原胶(Xanthan gum)
AS1.393 蛋白酶 BF7658 -淀粉酶
2、大肠杆菌 (Escherichia coli)
可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等 大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸 的定量分析 基因工程的很好材料
3、乳酸杆菌 (Lactobacillus sp.)
革兰氏阳性，无芽孢，厌氧或兼性厌氧
3、根据代谢控制的要求，选择单产高的营 养缺陷型突变株或调节突变株或野生菌株。 4、选育抗噬菌体能力强的菌株，使其不易 感染噬菌体。 5、菌种纯粹，不易变异退化，以保证发酵 生产和产品质量的稳定性。 6、菌种不是病原菌，不产生有害的生物活 性物质和毒素，以保证安全。
（一） 细菌 （二） 放线菌 （三）酵母菌 （四）霉菌
可由菌体提取大量脂肪、-胡萝卜素
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii ) 又名棉病囊霉，能危害许多重要的经济作物，如棉 花、柑橘、番茄等 该菌具有大量合成核黄素的能力，是核黄素生产的 重要菌种
9、毕赤氏酵母 ( Pichia ) 能利用石油或农副产品及工业废料产生菌体蛋 白，有些菌株能生产麦角固醇、苹果酸、磷酸甘露 聚糖 近年来其在基因工程中的作用日益得到重视
（四）霉菌
1、根霉 (Rhizopus)
米根霉 ( Rhizopus oryzae ) 淀粉酶活力极强，多作糖 化酶使用；又由于具有较强的 蛋白质分解能力，也可用于制 造腐乳。 华根霉 ( Rhizopus chinentis )
是酿酒所必须的重要霉菌，也 是酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要 菌种。
1、链霉菌属 ( Streptomyces )
灰色链霉菌(Streptomyces griseus) 生产链霉素 金霉素链霉菌 (Streptomyces aureofaciens)
在PDA培养基上生长时，基内菌丝产生金黄色 色素
生产金霉素 红霉素链霉菌 (Streptomyces erythreus) 产红霉素
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓糖、阿 拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。 5、假丝酵母 (Candida) 能形成假丝，液体培养时能形成浮膜 可生产SCP、甘油、脂肪酶
6、红酵母 (Rhodotorula)
有明显的红色或黄色色素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落
4、诺卡氏菌属 (Norcadia)
一般无气丝，基丝培养十几小时形成横隔，并 断裂成杆状或球状孢子。 菌落较小，边缘多呈树根毛状。 生产利福霉素、蚊霉素 等
5、孢囊链霉菌属 (Streptosporangium)
孢子丝盘卷成球形孢囊，内形成孢囊孢子，孢囊孢 子无鞭毛 产多霉素、创新霉素
（三）酵母菌
单细胞真核，主 分布于含糖质较 多的偏酸性环境 中，如水果、蔬 菜、花蜜和植物 叶子上，以及果 园土壤中。
1、啤酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)
根据长与宽的比例，分三组：
第一组 长宽比为1～2
细胞多为圆形、卵圆形； 主要供生产啤酒、白酒和酒精及面包 第二组 长宽比为2 多供生产葡萄酒、果酒用
1.微生物的特性及工业微生物的要求 2.发酵工业常用的微生物 3.一些工业化产品生产菌种的特点
4.自然界中有目的微生物分离的原则 5.菌种选育、分子育种
1.微生物的特性 2.发酵工业对微生物菌种的要求
尽管工业用微生物菌种多种多样，但作为大规模生 产，选择菌种应遵循以下原则：
1、能在廉价原料制成的培养基上迅速生长， 并形成所需的代谢产物，产量高。 2、可以在易于控制的培养条件下迅速生长 和发酵，且所需酶活力高。
第三组 长宽比大于2
耐高渗透压，供发酵甘蔗糖蜜生产酒精用
啤酒酵母在液体培养基中的生长行为有两类：
上面酵母——发酵度较高，不易凝集沉淀，浮于上面 下面酵母——发酵度较低，易凝集沉淀
啤酒酵母的应用非常广，常用于传统的发酵行业， 如啤酒、白酒、果酒、酒精、药用酵母、面包制作， 故又称酿酒酵母。
近年来，利用啤酒酵母提取核酸、麦角固醇、细 胞色素C、凝血质和辅酶A等；生产单细胞蛋白 (SCP)可食用、药用和作为饲料；它的转化酶可用 于转化蔗糖，制造酒心巧克力。
可生产乳酸
干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作
4、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyleum)
芽孢卵形，中生或次端生，使芽孢囊膨大成梭状 或鼓槌形 专性厌氧 发酵生产丙酮丁醇
5、肠膜状明串珠菌 (Leuconostoc mesenteroides)
G+、微需氧至兼性厌氧，生长需要缬氨酸和谷氨酸 在蔗糖液中形成特征性葡聚糖黏液（20~25ºC促使形成） 可生产葡聚糖
生长迅速、蛋白产量高; 表达蛋白的纯化、分离及分析快速； 外源基因的导入相对容易； 已建立了整套表达理论及技术.
(二) 真核细胞表达系统
酵母(既是微生物又是真核细胞)
生长迅速，营养要求不高，易培养； 安全性好； 比哺乳动物细胞操作简单； 具有一定的修饰蛋白的能力。
3、食品酶制剂生产有关的微生物
开发一个新酶，都要经过一系列研究的毒理试验。关于 食品用酶，美国需要得到FDA的批准。目前已同意使用的 仅仅少数微生物能用于生产食品用酶。
α—淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草牙孢杆菌 和地衣牙孢杆菌
4、常用的基因表达系统
(一)原核生物：大肠杆菌(1977年Boyer)、枯草牙胞杆菌 沙门氏菌
可制作豆豉
3、曲霉 ( Aspergillus )
米曲霉 ( Aspergillus oryzae )
有较强的蛋白分解能力，同时又具有糖化能力
酿酒中的糖化菌；蛋白酶和淀粉酶的生产菌
黑曲霉 ( Aspergillus niger )
◇具有多种强大的酶系，如淀粉酶、蛋白酶、果 胶酶、纤维素酶和葡萄糖氧化酶等； ◇还能产生多种有机酸，如抗坏血酸、柠檬酸、 葡萄糖酸和没食子酸等 ◇是生产柠檬酸和葡萄糖酸的重要菌种
5、白地霉 ( Geotrichum candidum )
节孢子单个或连接成链 白地霉菌体蛋白营养价值很高，可供食用和饲 料用，也可用来提取核酸，在废料废水的利用上很 有价值
6、产黄头孢霉 ( Cephalosporium chrysogen ) 头孢霉素、先锋霉素 营养菌丝分隔； 分生孢子梗短，大多从 气丝上生出； 分生孢子从顶端长出后 推至侧旁，靠黏液连成 假头状，遇水散开
使糖汁变粘而无法加工，为糖厂有害菌
6、醋酸菌 (Acetobacter)
不形成芽孢，G－，好气性
分两群：1）只将乙醇氧化成醋酸 2）将产生的醋酸继续氧化成CO2和水
可生产醋酸
7、棒状杆菌 (Corynebacterium)
以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸和其他氨基酸 的高产菌 生产谷氨酸等 如北京棒杆菌AS1.299钝齿棒杆菌AS1.542
多种可产抗生素，如 棘孢小单胞菌 （M. echinospora）产庆大霉素
3、游动放线菌属 （Actinoplanes） 一般不形成气生菌丝，孢囊在基内菌丝上形成，孢 囊孢子在孢囊内盘卷或呈直线排列；孢子球形，有时 端生1-40根鞭毛，能运动。 济南游动放线菌 (Actinoplanes tsinanesis) 产创新 霉素(creatmycin; 1964)
展开青霉 ( P. patulum )： 又名寻麻青霉，主要用于生产灰黄霉素（一种 有效的可口服抗生素，用于治疗真菌性皮肤病、痢 疾及灰指甲） 橘青霉 ( P. citrinum ) : 许多菌系可产生橘霉素，也能产生脂肪酶、葡 萄糖氧化酶和凝乳酶 有的菌系产生5`-磷酸二酯酶，可用它生产5`核苷酸 （肌苷酸和鸟苷酸具有很强的助鲜作用）
ห้องสมุดไป่ตู้
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum) 与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖 葡萄汁酵母常用于啤酒酿造的底层发酵，也可食用、 药用或作饲料。 3、汉逊酵母 (Hansenula) 此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。 但由于它能利用酒精作碳源，又能在饮料表面产 生干皱的菌膜，所以又是酒精生产的有害菌。
10、假单胞菌 (Pseudomonas)
能发酵生产维生素B12、丙氨酸、谷氨酸、葡萄 糖酸、色素、果胶酶；也能进行类固醇（甾体） 转化；有些菌株可利用烃类生产单细胞蛋白。
（二） 放线菌
因其菌落呈放射状而得名
属原核微生物类群，在自 然界中分布很广，尤其在 有机质丰富的微碱性土壤 中较多。
大多腐生，少数寄生。 产生多种抗生素（12 000 余种，60%左右来自放线 菌），经济价值大
1、抗生素生产有关的微生物 抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂的代谢， 目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉素 四环素；红霉素 等） 真菌（青霉素、头孢等）
一些产芽孢的细菌 植物或动物来源
2、氨基酸生产有关的微生物
50, 60年代以氨基酸发酵为代表的代谢控制发酵，是 发酵工业发展历史上的一个转折点： 代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生 物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地 称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。