下载文档原格式
微生物代谢工程的研究与应用在现代生物技术领域中，微生物代谢工程是一个重要的研究方向。
微生物是生命科学中最古老、最关键的研究对象之一。
微生物代谢工程则着眼于利用微生物的代谢路径，改造它们的基因组和代谢网络，以达到开发新药、生产化学品、生物燃料等目的。
一、微生物代谢工程的定义与发展微生物代谢工程，顾名思义，就是通过改变微生物的代谢通路和调控机制，实现有目的地合成特定化合物的一种技术。
其研究领域主要包括基础研究和应用研究，涉及微生物基因组学、生物化学、微生物遗传学、生物信息学等多个方向。
随着生物技术的迅速发展，微生物代谢工程的研究也进入了一个全新的阶段。
过去的20年中，关于微生物代谢工程的研究已经取得了大量的进展，被广泛应用于产生药物、化学品和食品添加剂等领域。
目前，已经有许多微生物代谢工程方面的应用走上了实际生产阶段，如化学品生产、酒精、酱油、味精、乳制品、香肠、奶酪等，进一步推动了微生物代谢工程的发展。
二、微生物代谢工程的理论基础微生物代谢工程的研究基于微生物的代谢途径和代谢调节机制。
生物代谢是维持生命活动的必要过程，通过一系列的酶促反应将有机物转化为生物分子。
因此，生物代谢通路和调控机制成为许多生物过程的基础。
为了实现更准确的代谢工程操作，微生物基因组学、代谢组学和转录组学等技术应运而生。
其中，微生物基因组学研究微生物的基因组结构和功能，代谢组学研究代谢产物和代谢通路，转录组学则研究基因表达和调控。
三、微生物代谢工程的应用1、合成特定的天然产物天然产物是代谢通路的末端产物，在生物调节机制的影响下，微生物可以通过代谢通路合成多种天然产物。
通过微生物代谢工程的手段，可以将微生物的代谢通路改造为目标产物的生物转化通路，从而合成更多、更高效的目标产物，如抗生素、维生素、蛋白质等。
2、生产化学品微生物代谢工程不仅可以合成天然产物，还可以合成人工合成的化学物质。
通过调控微生物代谢通路，可以生产关键化学物质，并加工为日常生活中需要的产品，如农药、染料、化妆品等。
微生物代谢工程和合成生物学的发展和应用微生物代谢工程和合成生物学是相对新兴的学科，这两个学科的发展与应用，正在对生物学和工程学领域产生重大的影响。
本文将重点讨论微生物代谢工程和合成生物学的发展和应用。
一、微生物代谢工程微生物代谢工程主要涉及的是微生物基因改造、代谢途径设计和工程菌的构建，以实现生产代谢产物，解决工业生产中的能源和环境问题。
与传统的微生物发酵工艺相比，微生物代谢工程具有以下优点：可通过改造代谢途径，提高代谢产物的产量和纯度；可以通过改装微生物代谢功能和遗传信息，实现微生物生产更多的高附加值品，开辟新的经济增长点。
在微生物代谢工程领域最常见的工业微生物有大肠杆菌、酵母菌、放线菌等。
其中，大肠杆菌是最理想的工业微生物菌种之一，因为它的基因组已大致明确，代谢途径更容易控制。
微生物代谢工程的应用比较广泛，例如：1. 食品和药品生产利用微生物生产食品添加剂或药品成分，如牛奶中的抗生素lactoferrin、一些药物的原料，这些能够有效去除短时间内不能完全消除的病菌和病毒。
2. 燃料生产微生物为原料生产的生物燃料是环保型能源。
包括普通生物柴油和生物乙醇等。
这些燃料成本较低，排放温室气体的比传统燃料少 50％或以上。
3. 生物降解生物降解是一种通过微生物代谢分解固体废物的方法。
把生物降解工程与传统废弃物处理方法结合起来，可以充分利用资源，降低废弃物拥塞和对环境的威胁。
从而实现可持续发展。
二、合成生物学合成生物学是一门通过定量分析来设计、构建、计算和优化生物系统的学科。
合成生物学的主要目的是通过合成细胞能够解决生物学的问题，并开发出新的生物技术应用。
通过合成生物学来构建人工合成生命体，以应对能源和环境问题，这是其最终目标。
合成生物学的研究主要涉及以下核心方面：1. 基础生物学合成生物学是在基础生物学的基础上，通过工程排列和综合生物系统来构建人造生命体。
2. 生物网格计算生物网格计算在合成生物学领域中具有重要的地位。
微生物代谢工程的发展与应用微生物代谢工程是指对微生物的代谢路径进行人工修改和调整，以实现制造所需要的目标化合物。
随着生物制造技术的不断发展，微生物代谢工程已成为生物制造的重要方式之一。
微生物代谢工程的发展历程微生物代谢工程可以追溯到20世纪初期的化学合成。
当时，化学家使用化学方法合成复杂有机物。
然而，这种方法复杂度高、成本昂贵、产量低，且往往带来环境问题。
于是，人们开始追寻一种替代方法以合成所需化合物。
20世纪50年代，人们开始探索利用微生物来合成有机物。
第一批“微生物制造”的生物药品和化学品横空出世，代表性物质有链霉素和维生素B12。
随着对微生物代谢路径的研究深入，微生物代谢工程也日渐发展。
20世纪70年代后，随着基因工程技术的发展和成熟，微生物代谢工程也进入了高速发展时期。
现在，微生物代谢工程已经成为一个独立的学科，被广泛应用于药品、医疗、食品、能源和环境保护等领域。
微生物代谢工程的技术路线微生物代谢工程的技术路线包括以下几个方面：1. 代谢工程的策略。
代谢工程的策略根据不同的生产目标选择不同的途径，可以通过基因工程、进化工程、营养缺陷选异工程等方式来实现。
2. 代谢调控工程。
代谢调控工程是改变代谢通路的开关和调节元件以提高目标物合成的策略。
可以改变代谢通路的开关来增加输出物的路线，也可以合理设计调控元件，来实现代谢产物的调控。
3. 基因工程。
利用基因工程方法，将新的功能基因导入到微生物细胞中，改变代谢表型，实现对目标产物的高效合成。
4. 代谢网络建模。
建立代谢网络模型，预测代谢反应和目标物质合成的条件，极大地提高了微生物代谢工程的设计效率。
微生物代谢工程的应用领域1. 医药领域。
微生物代谢工程被广泛应用于药物制造中，如链霉素、青霉素和青蒿素等。
2. 医学领域。
微生物代谢工程被应用于微生物基因节约处理、癌症治疗等方面。
3. 环境领域。
微生物代谢工程被应用于污染物治理、能源将生产等方面。
4. 食品领域。
一.代谢控制发酵代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或生物化学方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，使得目的产物大量的生成、积累的发酵。
代谢控制发酵的核心：解除微生物代谢控制机制，打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。
二微生物代谢工程定义，研究内容和研究手段目前代谢工程较系统的定义如下：应用重组DNA技术和应用分析生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的遗传操作，改变酶的功能或输送体系的功能，甚至产能系统的功能，以改进细胞某些方面的代谢活性的整套操作工作（包括代谢分析、代谢设计、遗传操作、目的代谢活性的实现）。
简而言之，代谢工程是生物化学反应代谢网络有目的的修饰。
代谢工程的研究内容1 代谢流的定量和定向（1）流量评计原理A 基于模型动力学B 控制理论C 示踪实验D 磁化转移F 代谢平衡（2）代谢流的定向A 利用环境控制B 改变细胞组成的控制C 代谢流向的目标产物的增加2 细胞对底物的吸收和产品的释放模型及分析（1）转运过程的生物化学A 转运蛋白机制：载体通道泵B 转运动力学C 载体媒介转运的能量方面：偶联的概念D 细胞转运活性的调节（2）研究方法方面A 转运过程的实验分析B 扩散和载体媒介转运间的区别C 转运过程动力学分析D 生物过程中的转运分析E 公认控制步骤的转运3 研究胞内代谢物浓度的反应工程方法（1）用于胞内核磁共振研究的反应工程（2）胞内代谢物分析快速反应取样的反应工程4 用13C标记实验进行胞内稳态流分析（1）稳态流分析（2）测定稳态胞内数据（3）代谢物13C标记系统的模型（4）模拟和数据分析（5）稳态标记系统的综合分析代谢工程的研究手段1 采用遗传学手段的遗传操作：（1）基因工程技术的应用（2）常规诱变技术的应用2 生物合成途径的代谢调控：（1）生物合成中间产物的定量生物测定（2）共合成法在生物合成中的应用（3）酶的诱导合成和分解代谢产物阻遏（4）无机磷对生物合成的调节3 研究生物合成机制的常用方法：（1）刺激实验法（2）同位素示踪法（3）洗涤菌丝悬浮法（4）无细胞抽提法（5）遗传特性诱变法三．工业发酵的五字策略（图示加文字说明）①进，促进细胞对碳源营养物质的吸收；②通，使来自上游和各个注入分支的碳架物质能畅通地流向目的产物；③节，阻塞与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物；④堵，消除或削弱目的产物进一步代谢的途径；⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。
微生物代谢工程的应用与前景微生物代谢工程是一种基于生物学的工程学科，旨在利用微生物的天然代谢途径，设计和构建生成某些有用化合物的生物转化过程。
代谢工程利用生物学的知识，通过基因改造，可控调节微生物的代谢途径，使之合成一些新的分子，这些分子可用于制药、化学工业、能源等领域。
微生物代谢工程的发展，有着广泛的应用与前景。
1. 新型药物的研究开发目前，利用微生物代谢工程技术进行生产，已成为许多药物的主要生产手段。
比如，利用大肠杆菌代谢途径合成抗生素、激素、抗癌药物等效果显著。
此外，利用微生物代谢工程制备的药物，其质量更加稳定，纯度更高，相对于化学合成的药物，其环保、低成本，可持续性等优点更加明显。
而这一方法的发展还具有极大的潜力，可以将对某些疾病治疗效果显著的天然化合物和酶类生物合成的化合物产业化，例如，对于抗糖尿病的化合物、抗肿瘤化合物等。
2. 新型绿色能源生产微生物代谢工程技术也可应用于绿色能源领域。
例如，某些微生物可以利用光合作用产生生物燃料，并将其转化为生物质燃料、氢气等能源。
而与传统化石能源不同，这些燃料产生的二氧化碳循环利用，具有无排放、无化学污染等绿色环保优势。
这些新型绿色生物燃料和绿色能源，将为环保事业和可持续发展做出巨大的贡献。
3. 次世代高附加值化工原料微生物代谢工程技术的应用，拓展了化工原料生产的新思路，打破了对传统化工原料生产的依赖，例如，某些微生物中的酶、蛋白质、代谢物等，已经成为生产高附加值原料的重要来源，这一趋势逐渐引起了人们的关注。
放眼未来，如果将微生物代谢工程技术整合进化学合成的流程，将会获得更多次世代高附加值化工原料。
总的来说，微生物代谢工程技术的发展具有广阔的前景。
将此技术应用于新药的研发、绿色能源和新型原料的产生，有助于解决环保及可持续发展等相关问题。
在此背景下，微生物代谢工程技术在科学研究以及商业领域中的应用前景非常广泛，它将为人类可持续发展和生态环境保护做出越来越大的贡献。
微生物代谢工程的研究与应用随着现代科技的快速发展，人类对各种现象和生命体现有了更加深入的了解。
微生物代谢工程是一种应用生物技术的理论和技术，它已经成为了生物制造的重要突破口之一。
在利用微生物代谢工程的过程中，可以通过改变微生物基因组合和代谢途径，达到控制生产过程的目的。
近年来，随着微生物代谢工程的发展和应用的不断扩展，对于生产特定化合物的需求也越来越大。
本文主要讨论微生物代谢工程的研究与应用。
一、微生物代谢工程的基本概念微生物代谢工程是一种基于微生物生长的方法，通过改变微生物的代谢途径和基因组成，来生产特定化合物和代谢产物的方法。
通过对微生物代谢通路的理解和分析，将代谢途径的合理组合和改造，进而提高特定化合物的产量，是微生物代谢工程的关键技术之一。
在微生物代谢工程中，通过转化目标代谢通路、调节代谢途径，控制化学反应和代谢过程，从而实现特定化合物的生产。
这个过程需要通过分析代谢途径的基本过程，研究代谢通路组成和被调节的关键酶，以及分析微生物在特定环境下的代谢差异性和应答机制。
只有在这些分析和认知基础上，才能构建生物表达系统，进而达到高效生成所需特定化合物，实现微生物代谢工程的应用。
二、1. 微生物代谢工程的研究微生物代谢工程的研究是基于微生物的代谢途径，通过基因工程技术和代谢工程技术来改造微生物代谢途径和基因组成，以改变微生物生产特定化合物的潜力。
在微生物代谢工程的研究中，常用的方法有以下几个方面：（1）代谢途径的优化微生物代谢途径的组成和排序，对特定化合物的生产影响巨大，通过改变微生物代谢途径，来优化代谢途径的组成和排序，从而提高微生物生产特定化合物的产量和质量。
例如，在生产8-amino-7-oxononanoic acid（AON）的过程中，通过将7-羟基-5-氨基己酸的产物引入大肠杆菌的乙酰辅酶A途径，进而实现AON的快速合成，从而提高了AON的生产效率。
（2）基因组成的改良改变微生物基因组成，对于代谢途径的优化和调节，具有重要影响。
微生物代谢工程的研究及应用微生物代谢工程是一门集生物学、化学、计算机科学等多种学科知识于一体的前沿科学技术，通过对微生物基因组和代谢途径的深入研究，提高微生物代谢的能力，增加产物产量，改进代谢路线，使得微生物更高效地完成含氧和无氧条件下的生产工作。
微生物代谢工程在医药、农业、环保、食品、能源等领域都得到广泛应用。
一、微生物代谢工程的研究方法微生物代谢工程的研究方法主要包括基因工程、蛋白质工程、代谢工程、组学等多种技术手段，其中最关键的是代谢工程。
代谢工程是将代谢途径中的重要酶或代谢途径中的某个区间的基因进行改造和调控，从而增强代谢能力和产物的合成能力，减少代谢产物的副产物。
基因工程、蛋白质工程和组学等方法可以从不同角度切入，帮助代谢工程的进一步深入研究和发展。
二、微生物代谢工程的应用领域1. 医药领域微生物代谢工程在医药领域的应用主要包括：制造抗生素、疫苗、蛋白质药物、基因药物等。
微生物可以通过代谢工程改造，使得目标物的产率及纯度大幅提升，同时还可以在生产过程中避免对环境的污染，具有较好的社会效益。
2. 农业领域农业领域是微生物代谢工程的另一个应用领域。
通过微生物代谢工程的研究，可以增加动物饲料的营养价值，如添加乳酸杆菌和酵母，在饲料中含有更多的蛋白质和维生素等，提高了动物的生产性能。
此外，微生物代谢工程还能够直接转化废弃物质制成高附加值的农业生产原料。
3. 环保领域微生物代谢工程在环保领域有着重要的应用价值。
传统的环境治理方法往往需要昂贵的投入和复杂的工艺，而微生物代谢工程则可以针对特定污染物设定代谢途径，通过微生物的自净能力，有效地降解化学污染物，达到环保的目的。
4. 食品领域微生物代谢工程在食品领域的应用大多集中在食品添加剂的研发中。
微生物代谢工程可以通过改造微生物的代谢途径，使其产生适合特定目的的食品添加剂，例如食品酶剂，如体外消化酶、食品构造酶、毒素酶等，从而提高生产效率和降低成本。
5. 能源领域微生物代谢工程在能源领域的应用主要是通过微生物的发酵能力转化来自生物质的能量为生物燃料、氢气等。
微生物代谢工程前景 -回复
微生物代谢工程是一种利用微生物来生产药物、生物燃料及其他有用化合物的技术。
这种工程的前景非常广阔，因为微生物代谢工程具有以下几个优势：
1. 生产效率高：微生物具有快速繁殖和大规模培养的优势，可以通过优化代谢途径和基因工程技术提高产物的生成效率，实现产量的大幅提升。
2. 资源可持续利用：微生物代谢工程可以利用废弃物、低值化合物和可再生资源作为原料，实现资源的可持续利用，减少对化石能源的依赖。
3. 产品多样性：微生物代谢工程可以通过调控微生物的代谢途径和基因表达，实现对多种化合物的生产，包括药物、生物燃料、化工原料等。
这为新药开发、新材料的制备等领域提供了巨大潜力。
4. 环境友好性：微生物代谢工程可以通过代谢微生物的改造，减少或消除有害产物的生成，在生产过程中降低对环境的污染，实现清洁化学的生产。
基于以上优势，微生物代谢工程在医药、能源、环保和化工等领域都具有广阔的应用前景。
通过进一步的研究和技术创新，微生物代谢工程有望为人类社会的健康发展和可持续发展做出重要贡献。
生物技术中的微生物代谢工程微生物代谢工程是生物技术领域中的一项重要技术之一。
它利用微生物的代谢能力，通过改变其代谢途径和产物选择性，实现对生物物质的合成和转化，从而为食品、医药等产业提供了强有力的支持。
一、概述微生物代谢工程是利用基因工程和发酵技术对微生物进行改良，进而实现有目的的代谢产物的生产和转化，包括代谢途径的改变、产物选择性的调节、酶的改良等。
该技术已经成功地应用于食品、药品、化工等领域，在生产效率、产品品质等方面均取得了良好的效果，并产生了极大的社会和经济效益。
二、产物选择性的调节微生物代谢工程中，产物选择性的调节是一个非常重要的方向。
在传统发酵工业中，微生物只能合成其自然代谢途径所能产生的代谢产物，产物选择性十分有限。
但是，通过代谢工程技术的改进，可以实现对微生物的代谢途径和产物选择性的调节，使其合成非自然代谢产物。
例如，在生物制药领域中，利用代谢工程技术，对微生物进行改良，使其合成目标药物，如抗生素、激素、维生素等。
通过选择合适的基因和代谢途径，并改变酶的活性和底物特异性，可以实现对产物选择性的调节，从而提高产物的纯度和产量。
三、代谢途径的改变在微生物代谢工程中，代谢途径的改变也是一个非常重要的方向，它通常通过改变基因互换、突变和插入等方式来实现。
通过改变代谢途径，可以提高反应速率、产物选择性和产量等。
此外，代谢途径的改变还可以提高微生物对环境的适应性和耐受性，从而增强其生存力和稳定性。
例如，利用代谢工程技术，对大肠埃希菌进行改良，使其产生丙酮。
这项工作通过插入异源基因，扰乱代谢途径，改变代谢产物的分配和代谢流通来实现。
结果表明，经过优化的大肠杆菌产生的丙酮产量比天然细菌高出近100倍，同时纯度也有了极大的提高。
四、酶的改良在微生物代谢工程中，酶的改良也是一个重要的方向。
通过对酶的基因进行改变或诱变，可以创造新的酶，改变其底物特异性、催化能力和稳定性等性质。
此外，还可以通过重组DNA技术将多个酶基因组合起来，形成复合酶，提高其催化效率和特异性。
微生物代谢工程1.代谢控制发酵代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或生物化学方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，使得目的产物大量的生成、积累的发酵。
代谢控制发酵的核心：解除微生物代谢控制机制，打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。
2.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段定义：应用重组DNA技术和应用分析生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的遗传操作，改变酶的功能或输送体系的功能，甚至产能系统的功能，以改进细胞某些方面的代谢活性的整套操作工作（包括代谢分析、代谢设计、遗传操作、目的代谢活性的实现）。
简而言之，代谢工程是生物化学反应代谢网络有目的的修饰。
研究内容：(1)代谢流的定量和定向(2)细胞对底物的吸收和产品的释放模型及分析(3)研究胞内代谢物浓度的反应工程方法(4)用13C标记实验进行胞内稳态流分析研究手段(1)采用遗传学手段的遗传操作①基因工程技术的应用。
②常规诱变技术的应用。
(2)生物合成途径的代谢调控①生物合成中间产物的定量生物测定。
②共合成法在生物合成中的应用。
③酶的诱导合成和分解代谢产物阻遏。
④无机磷对生物合成的调节。
(3)研究生物合成机制的常用方法①刺激实验法。
②同位素示踪法。
③洗涤菌丝悬浮法。
④无细胞抽提法。
⑤遗传特性诱变法。
3. 工业发酵的五字策略（图示加文字说明）①进，在育种和发酵控制方面都要促进细胞对碳源营养物质的吸收；②通，在育种方面解除对某些酶的反馈调节，在发酵控制方面，诱导这些酶的合成或激活这些酶，从而使来自各代谢物流（除碳架物流外海包括其他支持生物合成的物流）能够畅通的注入载流途径，汇入代谢主流，流向目的产物，特别是当发酵进入目的产物合成阶段后，必需确保载流路径通畅，代谢主流优势明显③节，采用育种或发酵控制手段，节制与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物。
这里所谓的“节制”是指封闭或削弱以目的产物合成途径的起始底物或以中间产物为起始底物的分支途径；④堵，采用育种或发酵手段消除或削弱目的产物进一步代谢的途径，包括目的产物参与的分解代谢和合成代谢，为了消除或削弱目的产物的进一步分解代谢，就必须降解目的产物进一步代谢的酶活力或酶量，甚至使这些酶不再合成或不起作用；⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。
在育种和发酵控制发面可通过调节细胞对目的产物的通透性，增加输送目的产物的载体蛋白的量，为目的产物输送代谢能的方法，使目的产物尽快转移出细胞。
4. 酶的阻遏机制，以大肠杆菌色氨酸或组氨酸操纵子为例来说明（图示加文字说明）终端产物对其自身合成途径的酶的合成的反馈阻遏和弱化的机制反馈阻遏：组氨酸操纵子：与His降解代谢有关的两组酶类被称为hut酶，控制这些酶合成的操纵子被称为hut operon。
由一个多重调节的操纵子控制，有两个启动子，两个操纵区及两个正调节蛋白。
Hut操纵子共编码4种酶和一个阻遏物。
4种酶分别由hutG，hutH，hutI及hutU基因编码，阻遏物则由hutC基因编码。
在产气克氏菌中，以上基因构成两个转录单位，hutI，hutG和hutU，hutH分别被转录合成两条mRNA长链。
这两个转录单位各自都有一个启动子和一个操纵区，其转录过程都是从左向右进行的，hutC阻遏物能与每个操纵区相结合。
无论以组氨酸作为唯一碳源或氮源，hut操纵子都会处于有活性状态。
Hut操纵子的每一个启动子上都有cAMP-CAP结合位点，当碳供应匮乏时，能合成cAMP，出现cAMP-CAP复合物，并与操纵区上的相应位点结合，诱发基因转录。
5. 协同反馈抑制，以谷氨酸产生菌（棒杆菌或短杆菌）天冬氨酸族氨基酸代谢途径中反馈调节为例来说明（图示加文字说明）上图为谷氨酸棒杆菌中天门冬氨酸族氨基酸合成过程中的终产物的协同（反馈）抑制机理。
协同反馈抑制是指在分支代谢途径中，几种末端产物同时都过量，才对途径中的第一个酶具有抑制作用，若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用的现象。
天门冬氨酸族氨基酸合成起始于天冬氨酸，经过两个分支最终合成终产物赖氨酸、苏氨酸以及甲硫氨酸，而终产物中赖氨酸和苏氨酸协同起来对该途径第一步中的酶天门冬氨酸激酶具有抑制作用，这既为天冬氨酸族氨基酸代谢途径中协同反馈抑制。
6. 营养缺陷型和结构类似物抗性突变株（以赖氨酸产生菌为例）如何选育获得(1) 营养缺陷型突变株的选育营养缺陷型是指通过诱变产生的，由于发生了丧失某酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产物的培养基中才能生长的突变株。
营养缺陷型的筛选与鉴定涉及下列几种培养基：基本培养基（MM）是指仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需的最低成分的合成培养基。
完全培养基(CM)是指可满足某种微生物的一切营养缺陷型菌株的营养需要的天然或半合成培养基。
补充培养基（SM）是指在基本培养基中添加某种营养物质以满足该营养物质缺陷型菌株生长需求的合成或半合成培养基。
营养缺陷型的筛选一般要经过以下四个环节。
第一步，诱变剂处理。
第二步，淘汰野生型：在诱变后的存活个体中，营养缺陷型的比例一般较低。
通过以下的抗生素法或菌丝过滤法就可淘汰为数众多的野生型菌株即浓缩了营养缺陷型。
第三步，检出缺陷型：具体方法很多。
用一个培养皿即可检出的，有夹层培养法和限量补充培养法；在不同培养皿上分别进行对照和检出的，有逐个检出法和影印接种法。
可根据实验要求和实验室具体条件加以选用。
第四步，鉴定缺陷型：可借生长谱法进行。
生长谱法是指在混有供试菌的平板表面点加微量营养物，视某营养物的周围有否长菌来确定该供试菌的营养要求的一种快速、直观的方法。
(2)结构类似物抗性突变株的选育过程①确定结构类似物②进行生长抑制试验和敏感性试验③设计“筛子”a.根据反馈调节机制设计 b.同时要考虑协同调节机制等c.要考虑实验的成本问题d.根据问题多的轻重缓急设计④确定结构类似物剂量⑤确定筛选的具体方法a.浓度梯度平板筛选法b.纸片法c.液体培养浓缩后涂布的方法⑥高产株的检出a.反馈调节的调节突变株：抗性b.输送体系突变株：抗性c.影响与底物的亲和能力的突变株：超敏性d.对入围的突变株进行产量形状的筛选7. 以初级代谢产物乙醇（利用包括葡萄糖等各种原料）或1，3—丙二醇为例，简述微生物代谢设计育种方案答：以代谢产物为乙醇为例(1) 代谢育种方案的设计许多细菌、真菌和高等植物中都存在由丙酮酸生成乙醇的途径，它为厌氧条件下的糖酵解途径起着再生NAD+的重要作用。
其中，丙酮酸脱羧酶(PDC)催化丙酮酸的非氧化脱羧反应，形成二氧化碳和乙醛；后者在乙醇脱氢酶(ADH)的作用下转变为乙醇。
由于丙酮酸在糖酵解途径中是个关键的节点，与草酰乙酸、乙酰辅酶A、乳酸等合成途径均有密切联系，因此可以采用工业发酵的五字策略，通过强化表达细胞内PDC和ADH的活性来扩增目标途径，阻断副产物的形成路线，解除乙醇生物合成的代谢阻遏作用来提高菌株乙醇产量。
(2) 代谢育种方案的实施①菌种选定使用嗜温或嗜热性的梭菌属由纤维素类物质直接厌氧发酵乙醇，是生物能源再生的一种理想选择，其优点为代谢速率快，最终产物回收率高，细胞和酶系稳定，并能直接转化纤维素或戊糖。
②遗传操作方案的制定这类细菌用于工业规模的乙醇发酵也存在两大缺陷：在乙醇发酵过程中往往伴有乙酸和丁酸等副产物的产生，而且最终产物的最高积累浓度仅为3％左右，由此则采用分子生物学方法对菌株进行改进以提高乙醇产量。
③遗传操作方案的实施利用DNA重组技术重新设计糖酵解途径，阻断副产物的形成路线，解除乙醇生物合成的代谢阻遏作用，同时提高细胞对高浓度乙醇的耐受性，是高产乙醇梭菌属工程菌构建的主要内容。
④变异株培养条件的优化对变异株培养条件的进行优化，优化时尽量从生物学的角度安排试验，尽量排除培养基消毒、摇瓶培养条件不一致带来的系统误差，每批摇瓶试验都要做对照，注重产量与菌体量之间的的微妙关系。
8. 如何采用代谢工程进行氨基酸（如赖氨酸或苏氨酸）育种？答：以苏氨酸产生菌育种为例(1) 代谢育种方案的设计中心代谢流上节点的分析：在谷氨酸棒杆菌中，存在着由L-天门冬氨酸为起点产生L-苏氨酸和L-异亮氨酸的生物合成途径，整个途径含有两大节点：即由L-丁氨醛酸合成L-赖氨酸或高丝氨酸，以及由高丝氨酸合成L-蛋氨酸或L-苏氨酸直至L-异亮氨酸。
前一节点两条途径的代谢流选择由高丝氨酸脱氢酶(HD)和二氢吡啶羧酸合成酶对其共同底物丁氨醛酸的相对亲和性控制，这两个酶的编码基因分别为hom和dapA。
在正常情况下，HD的底物亲和性以及转化率是其竞争对手二氢吡啶羧酸合成酶的25倍，因此碳源主要流向苏氨酸-蛋氨酸生物合成途径。
但当产生菌细胞内苏氨酸大量积累时，由于HD对L-苏氨酸的变构抑制作用极为敏感，导致丁氨醛酸优先进入赖氨酸生物合成途径。
理想载流途径的推定：谷氨酸棒杆菌的HD和高丝氨酸激酶(HK)由hom-thrB操纵子编码，在hom编码序列上游邻近区域存在一个单一的启动子，L-蛋氨酸的阻遏作用可使这个启动子介导的操纵子转录水平降低3倍。
此外，在操纵子mRNA的转录起始位点与翻译起始密码子之间还存在着一个衰减子结构。
为此根据L-苏氨酸和L-异亮氨酸的生物合成途径，采用工业发酵的五字策略，主要通过阻塞与目的产物L-苏氨酸的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物，以及消除或削弱目的产物进一步代谢的途径的方法提高L-苏氨酸的产量。
(2) 代谢育种方案的实施①菌种选定谷氨酸棒状杆菌，优点：工业中以广泛应用的菌株。
②遗传操作方案的制定与实施●提高野生型hom基因编码产物HD的表达水平，缓和由于苏氨酸变构抑制作用而导致的酶活降低程度，或者直接用hom dr突变基因代替生产菌中的野生型hom基因。
●在hom dr出突变株中，同时克隆表达thrB和thrC基因，但转化子在苏氨酸的合成能力上并没有新的突破。
●克隆表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因。
该酶催化反应的产物为草酰乙酸，它是L-天冬氨酸生物合成的前体，因此草酰乙酸的大量积累有助于L-天冬氨酸类氨基酸合成产率的提高。
●苏氨酸合成的显著流分被转化成异亮氨酸或者进一步降解为甘氨酸。
苏氨酸向异亮氨酸的转化可通过同源交换构建ilv A突变株而抑制，而阻断苏氨酸到甘氨酸的降解途径则是个具有挑战性的难题，涉及到多个途径，而且有关的基因在棒状杆菌中尚未被鉴定。
③变异株培养条件的优化对变异株培养条件的进行优化，优化时尽量从生物学的角度安排试验，尽量排除培养基消毒、摇瓶培养条件不一致带来的系统误差，每批摇瓶试验都要做对照，注重产量与菌体量之间的的微妙关系。
9. 氨基酸生物合成的代谢流量分析涉及到哪几方面的内容？除了代谢途径及其调节机制和已知途径的化学计量分析以外，稳态代谢流量和流量动力学分析对于理解氨基酸生产的代谢网络也越来越重要。
