微生物工程(一)

名词解释：习题11．未培养微生物：指迄今所采用的微生物纯培养分离、培养方法还未获得纯培养的微生物。

这类微生物在自然环境微生物群落中占有非常高的百分比（约为99%）。

2．微生物发酵工程：微生物工程是将微生物学、生物化学、化学工程的基本原理有机地结合起来的学科，是一门利用微生物的生命活动来生产人们所需的有用物质的工程技术。

其主体是利用微生物生长代谢活动产生的各种生理活性物质来生产商业产品，由于它是在酵母发酵生产饮料酒的基础之上发展起来的，所以又称发酵工程。

3．菌种：通常指工业发酵所用的微生物，是实现工业发酵的关键所在。

发酵生产所用的菌种都来自于自然界，但又都带上了人类遗传操作的痕迹。

4．菌种分离：人们从各类微生物广泛存在的土壤、空气、水和各种动植物表面和部分器官的自然界中直接分离那些为适应环境而建立了非常完善的或特殊的代谢调控能力的微生物，通过进一步筛选，用于工业生产，或作为出发菌株，选育高产或特殊代谢产物的菌种，即称为菌种分离。

常规步骤为：采样、富集、培养、筛选和产物分析。

5．富集培养：指样品中目的微生物含量较少时，根据该微生物的生理特点，人为创建一种培养条件，使样品中的目的微生物在最适的环境下生长繁殖，相对数量快速增加，以利于菌株分离的手段。

主要通过控制微生物正常生长所要求的生理及环境条件（碳源、氮源、酸碱度、温度等）达到目的。

6．诱变育种：是最早实施也是最为有效的育种手段。

是以人工诱变手段诱发微生物基因突变，改变其遗传结构和功能，从多种多样的变异体中筛选出产量与性能符合工业化生产的突变株的专门技术。

是工业微生物优良菌种选育的重要途径。

7．原生质体：指采用人为的手段（机械法、非酶分离法、酶法）对具壁细胞去除细胞壁后形成的仅由细胞膜包裹着细胞质的单细胞结构。

8．原生质体融合：是20世纪70年代发展起来的基因重组技术。

用水解酶除去遗传物质转移的最大障碍——细胞壁，制成由原生质膜包被的裸细胞，然后用物理、化学或生物学方法，诱导遗传特性不同的两亲本原生质体融合，经染色体交换、重组而达到杂交的目的，经筛选获得集双亲优良性状于一体的稳定融合子。

实验1 培养基的配制和灭菌一、目的要求1.了解培养基的配制原理和方法，掌握其配制过程。

2.了解几种灭菌方法，掌握高压蒸汽灭菌法的原理及其使用方法。

3.熟悉菌种分离筛选的前期准备工作及操作方法。

4.每2人一组，每人一份实验报告。

二、实验材料1.药品：酵母粉、蛋白胨、氯化钠、琼脂、葡萄糖、KNO3、MgSO4•7H2O、FeSO4•7H2O、1N HCl、1N NaOH2.设备：高压蒸汽灭菌锅、紫外线灭菌灯、75%酒精棉。

3.材料：天平、药匙、电炉、pH 试纸、烧杯、量筒、5mL、10mL 注射器、玻璃棒、试管、培养基、吸管、移液器（1mL 0.2mL）、牛皮纸、线绳、标签等。

三、实验内容(一) 培养基的配制1．培养基的配制方法和步骤1)称量：按照配方正确称取所需药品放于烧杯中。

2)溶化：在烧杯中加入所需水量，玻棒搅匀，加热溶解。

3)调pH 值：用1N NaOH 或1N HCl 调pH，用pH 试纸对照。

4)加琼脂溶化：加热过程要不断搅拌，可适当补水。

5)分装：注意不要污染试管塞或纱布。

6)包扎成捆：用记号笔注明何种培养基。

7)灭菌：在高压锅中， 115 °C 高温灭菌30min。

2．培养基的配制A.富集培养基（液体）：海水2216E 液体培养基（g/L）：蛋白胨5.0，酵母粉1.0，海水1L，pH 8.0。

取50mL 分装250mL 三角瓶后，8 层纱布封口，外包1层牛皮纸，121℃，高温灭菌20min。

B. 2216E 斜面（固体）：海水2216E 液体培养基中加入2%的琼脂粉，加热溶化琼脂，每支试管内。

加入3mL，121℃高温灭菌20min，灭菌后摆斜面。

C. 无菌生理盐水和保种液：生理盐水： NaCl 0.85% 蒸馏水配制。

每支试管加入5mL，盖上试管帽、包扎、121°C 高温灭菌20min。

保种液：生理盐水，加25%甘油D. 碳源优化培养基：以海水2216E 液体培养基（蛋白胨0.5%，酵母粉0.1%，磷酸铁0.01%，人工海水，pH7.6）为基础，碳源分别是：葡萄糖、蔗糖、甘油、柠檬酸钠、乳糖，每种碳源的添加量为1%。

微生物复习资料1.发酵工程：即微生物工程。

是渗透有工程学的微生物学，是传统的发酵技术与基因工程、细胞工程、蛋白质工程等相结合，具体包括菌种选育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。

发酵：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，来制备微生物菌体本身，或其代谢产物的过程。

2.菌种：用于发酵过程作为活细胞催化剂的微生物，包括细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类。

来源于自然界大量的微生物，从中经分离并筛选出有用菌种，再加以改良，贮存待用于生产。

3.培养基：供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料，一般都含有碳水化合物、含氮物质、无机盐（包括微量元素）以及维生素和水等。

有的培养基还含有抗菌素和色素，用于单种微生物培养和鉴定。

4.菌种退化：菌种的发酵能力降低、繁殖能力降低、发酵产品的得率降低5.下游技术：发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程称为下游加工过程6.工业微生物育种方法：A、自然选育；B、生产选育；C、诱变育种；D、细胞工程育种E、基于代谢调节的育种；F、代谢工程育种G、基因重组育种；H、蛋白质工程育种；J、组合生物合成育种；K、反向生物工程育种7.菌种选育目的：改善菌种的特性，使产量提高，改进质量、降低成本、改革工艺、方便管理及综合利用等8.影响微生物生长的环境因素：温度ph 氧9.好氧发酵罐：机械搅拌式通风发酵罐、自吸式发酵罐、气升式发酵罐和塔式发酵罐10.影响种子质量的主要因素1、培养基：2、种龄与接种量3、斜面冷藏时间4、温度：温度直接影响生长和酶的合成；5、pH值：对微生物有明显的影响。

[调节方法有三种方法：用酸碱溶液中和法；使用缓冲溶液法；使用生理缓冲剂.]6、通气搅拌：[溶解氧的作用：参与菌体呼吸作用]7、泡沫：8、染菌的控制9、种子罐级数11）大规模工业生产的培养方法A、固体培养（曲法培养）：浅盘固体培养，深层固体培养B、液体培养：浅盘液体培养，液体深层培养（目前几乎所有的好气发酵均采用此法）；C、载体培养：用天然（或人工）多孔材料代替麦麸之类固态基质作微生物生长的载体，营养成分可严格控制。

微生物工程微生物工程：指采用现代工程技术手段，操纵微生物的某些特定功能，为人类出产有用的产物，或直接把微生物应用于工业出产过程的一种技术。

拮抗作用：当多种物质联合作用时，此中的一种物质会通过必然渠道降低另一种物质的作用〔通常是有害作用〕，使机体维持平衡状态。

例如当人体血糖含量较高时，胰岛素分泌增加，胰高血糖素分泌减少，两种激素桔抗作用使血糖的含量降低。

当血糖含量较低时，胰岛素分泌减少，胰高血糖素分泌增加，成果是使血糖的含量升高。

生物测定：操纵某些生物对某些物质(如维生素、氨基酸)的特殊需要，或对某些物质(如激素、抗生素、药物等)的特殊反响来定性、定量测定这些物质的方法。

载体：可以插入核酸片段、能携带外源核酸进入宿主细胞，并在此中进行独立和不变的自我复制的核酸分子。

质粒：细胞中独立于染色体之外，能够独立复制的共价闭合环状DNA.菌落原位杂交：是将细菌从培养平板转移到硝酸纤维素滤膜上，然后将滤膜上的菌落裂菌以释出DNA。

将DNA烘干固定于膜上与放射性同位素标识表记标帜过的探针杂交，放射自显影检测菌落杂交信号，并与平板上的菌落对位。

效价：抗生素的计量单元，是抗生素等生物成品有效成分含量上下的指标，可以通过仪器的方法测得。

复制起始位点：指在DNA转录时RNA聚合酶与之结合，起始转录的特定核苷酸序列，决定转录起始位点和转录频率。

BOD〔生物需氧量〕：通常暗示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。

水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。

半持续发酵：指在发酵过程的后期周期性地放出局部含有产物的发酵液，然后再补加不异体积的新鲜培养基的发酵方法。

这种发酵可以重复屡次。

半持续发酵semi-continuous fermentation：是指在补料－分批发酵的根底上，间歇地放掉局部发酵液的培养方法。

补充发酵：指在发酵过程中以必然的速率排出成熟的发酵液，同时以不异的速率参加新鲜培养基，使整个发酵过程根本维持在稳按期的发酵方法。

第一章——绪论一、什么微生物工程？（1）微生物工程的定义利用微生物的特定性状和机能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系。

（简单来说：就是利用微生物的特殊功能，在现代化工程技术下，用于工业化生产的技术）（2）发酵的定义传统的发酵：指酒的生产过程生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。

工业上的发酵：指在有氧或无氧条件下利用微生物制造或生产某些产品的过程。

二、微生物的主要研究内容？借助于微生物进行产品开发或环境改造是微生物工程的基本内容和目标（1）微生物工程的上中下游上游——优良发酵菌的筛选、鉴定、保藏和育种中游——发酵工艺的控制下游——产物的提取纯化，发酵副产品的综合利用三、微生物工程的发展经历了哪几个阶段？传统的微生物发酵技术——天然发酵（特点：只知现象，不知本质）↓第一代微生物发酵技术——纯培养技术（特点：天然发酵向纯种发酵转变、主要是厌氧发酵；初级代谢产物）↓第二代微生物发酵技术——深层培养技术（特点：好氧发酵，初级、次级代谢产物）（以抗生素的生产为标志）↓第三代微生物发酵技术——代谢调控技术（特点：大规模、连续化、自动化的开始）↓第四代发酵技术——基因工程技术四、微生物工程的产品包括哪些类型？1.微生物代谢产物发酵2、微生物菌体的发酵3、微生物的生物转化（1）微生物代谢产物发酵1）初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。

通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质。

2）次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。

（2）微生物菌体的发酵SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等）；生物防治制剂（如苏云金杆菌）；活性乳酸菌制剂；食用和药用酵母（3）微生物的生物转化利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物的特定部位进行加工，如加入羟基、还原双键、脱氧或切断支链等。

第一章微生物工程的组成部分：（1）上游工程（2）生物反应过程（3）下游工程微生物工业产品类型：（1）代谢产物初级代谢产物、次级代谢产物、基因工程外源蛋白（2）菌体活性微生物、富含有用物质的微生物（3）酶制剂α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶等（4）转化产品甾体激素、抗生素、前列腺素（5）机能利用净化环境、生态平衡、探矿、采矿等发酵工业概念：发酵工业是传统发酵技术和现代DNA重组、细胞融合等新技术相结合并发展起来的现代生物技术，并通过现代化学工程技术，生产有用物质或直接用于工业化生产的一种大工业体系。

次级代谢：是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。

次级代谢产物：通过次级代谢合成的产物，是微生物在生长的稳定期合成具有特定功能的代谢产物，与菌体的生长繁殖无明确关系，它们的生物合成具有特异性。

如抗生素，植物碱等。

微生物工程的特点是什么？发展趋势如何？特点：（1）原料广，价格低（2）微生物种类多，分布广，具有可变异性（3）反应条件温和（4）发酵途径多样化，产品多样化（5）生长繁殖速度快，生产周期短（6）需要控制生产环境，避免杂菌污染发展趋势：微生物工程结合了基因工程、酶工程、细胞工程技术，现代生物技术的快速发展给微生物工程提供了巨大的发展空间。

如： 1、菌种技术：菌种的筛选（极端微生物、转基因菌种)2、发酵技术：发酵培养基制备技术、发酵路线的优化和控制3、微生物工程下游分离、纯化技术。

第二章简要分析工业微生物菌种的基本要求？（1）具备高产目的代谢产物的能力（2）生长繁殖力强，较高的生长速率，发酵周期短（3）能利用低价格、来源广的农副产品原料，发酵成本低（4）培养条件要求不高，培养条件易于控制（5）无副产品或少副产品（6）有稳定的遗产性状，不易变异和退化。

以保证产品的稳定性（7）非病源微生物。

第三章工业微生物的代谢调节和代谢工程微生物的代谢：代谢是细胞内所有的生物化学过程的总称，包括物质代谢和能量代谢两个方面。

微生物工程考试试题一、选择题（每题 2 分，共 40 分）1、微生物工程的核心是（）A 微生物菌种选育B 发酵工艺控制C 下游分离提取D 设备选型2、以下哪种微生物常用于工业发酵生产抗生素？（）A 细菌B 真菌C 病毒D 放线菌3、发酵培养基中碳源的作用是（）A 提供能量B 构成细胞成分C 调节渗透压D 以上都是4、微生物发酵过程中，pH 值的控制非常重要，通常采用（）来调节 pH 值。

A 氢氧化钠B 盐酸C 缓冲液D 以上均可5、下列哪种方法常用于微生物菌种的保藏？（）A 斜面低温保藏法B 液体石蜡保藏法C 冷冻干燥保藏法D 以上都是6、好氧发酵过程中，溶氧的控制至关重要，增加溶氧的方法不包括（）A 增加通气量B 提高搅拌速度C 降低发酵温度D 增加罐压7、发酵过程中泡沫的产生会带来诸多不利影响，消除泡沫的方法有（）A 机械消泡B 化学消泡C 两者结合D 以上都不对8、微生物发酵过程中，温度对发酵的影响主要表现在（）A 影响微生物生长B 影响产物合成C 影响发酵液的物理性质D 以上都是9、以下哪种发酵类型属于厌氧发酵？（）A 酒精发酵B 谷氨酸发酵C 青霉素发酵D 柠檬酸发酵10、工业发酵中，种子扩大培养的目的是（）A 获得足够数量的纯种细胞B 缩短发酵周期C 降低生产成本D 以上都是11、发酵过程中，代谢产物的积累通常遵循（）规律。

A 生长偶联型B 部分生长偶联型C 非生长偶联型D 以上都有可能12、以下哪种设备常用于微生物发酵过程中的搅拌？（）A 桨式搅拌器B 涡轮式搅拌器C 推进式搅拌器D 以上都是13、微生物发酵生产中，灭菌的目的是（）A 杀死所有微生物B 杀死芽孢和孢子C 杀死细菌D 杀死真菌14、以下哪种分离方法常用于发酵液中细胞的分离？（）A 离心分离B 过滤分离C 膜分离D 以上都是15、微生物发酵过程中，染菌的主要原因是（）A 设备渗漏B 空气过滤不彻底C 种子带菌D 以上都是16、以下哪种发酵产品是通过微生物的次级代谢产物获得的？（）A 氨基酸B 核苷酸C 抗生素D 维生素17、微生物发酵过程的优化通常包括（）A 培养基优化B 培养条件优化C 菌种改良D 以上都是18、以下哪种微生物可以用于生产酸奶？（）A 双歧杆菌B 枯草芽孢杆菌C 大肠杆菌D 金黄色葡萄球菌19、发酵过程中，微生物的生长曲线通常包括（）A 延滞期B 对数生长期C 稳定期D 以上都是20、工业发酵中，发酵罐的类型有（）A 机械搅拌式发酵罐B 气升式发酵罐C 自吸式发酵罐D 以上都是二、填空题（每题 2 分，共 20 分）1、微生物工程是利用微生物的特定，通过现代工程技术手段生产有用物质或直接应用于工业化生产的一门技术。

微生物工程课程教学大纲课程名称：微生物工程（Microbiology Engineering)课程编码:1313073214课程类别：专业课总学时数:60课内实验时数:24学分:2.5开课单位：生命科学学院生物技术教研室适用专业：生物技术适用对象:本科(四年）一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程，是生物技术专业的专业必修课。

发酵工程是一门综合性很强的课程，涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科,基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产实践密切结合.在课程讲授过程中，将要按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术，讲解理论知识的同时，又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。

因此，该课程需要在理论教学的同时，配合实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念，在实践中巩固本课程的教学效果，学生利用实验、参观、实习、社会实践等机会，培养分析问题和解决问题的能力。

学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。

二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。

三、教学内容及教学基本要求［1]表示“了解”；[2］表示“理解”或“熟悉”；［3］表示“掌握”;△表示自学内容；○表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义［1］;发酵工程的发展史［1];发酵工程的特点［3];发酵工程的分类及应用[2]；发酵工程与现代生物技术的关系[1］;国内外发酵工业概况及其发展趋势［1]；重点：发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：1．发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2．发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点？课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。