第一章 微生物工程概论

微生物工程第一章微生物工程概论1发酵的概念：利用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或代谢产物的过程。

2微生物工程的组成部分主要为六个部分1培养基的制备2无菌空气的制备3菌种和种子的扩大培养4发酵的培养和控制5发酵产品的加工处理过程6微生物过程废弃物的处理3初级代谢产物——是微生物代谢产生的，并是微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物，它们的生源和生物合成过程在各种微生物体内基本相同。

4次级代谢产物——是微生物在生长的稳定器合成的具有特定性生理功能的代谢产物，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，它基本上由微生物代谢产生的中间产物和初级代谢产物合成的。

5微生物微生物发酵产物的类型：菌体产品；微生物生物转化产品；微生物特殊机能的利用第二章工业微生物1工业生产对菌种的要求：工业菌种的基本特性1传性能稳定，有较高的生长速率2在发酵过程中不产生或少产生与目标产物性质相近的副产物3对原料要求不高4易于控制培养条件5非噬菌体溶源菌，具有抗噬菌体感染的能力6不是病原菌，不产生任何有害的物质2组成酶：酶的合成随菌体形成和合成，是细胞固有的酶，在菌体内含量相对稳定诱导酶：酶的合成与环境中某个物质有关，若环境中缺少这个物质，则酶合成停止。

诱导剂：有促使酶合成的物质，一般地，最有效的诱导剂是底物结构类似物3分解代谢阻遏现象：当同时存在两种可利用的C源或N源时，微生物优先利用的C源和N源会阻遏另外的利用慢的底物有关酶的合成。

（重点：葡萄糖效应）4反馈抑制——末端产物过量时会抑制该反应途径中初期步骤的酶的活性。

5工业上进行过量生产的方法：（一）遗传学方法：1,、营养缺陷型突变型的应用：使菌种发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺失，从而丧失合成某一些物质的能力，必须在培养过程中外源补加该营养物质才能生长的突变株。

1）直线代谢途径中过量几类某一中间产物，途径中某一酶缺失导致累积中间产物。

2）分支途径上，某一中间产物或另一末端产物的过量生产。

第一章发展简史：（1）传统的微生物发酵技术—天然发酵（如酒醋的酿造）（1）第一代微生物发酵技术——纯培养技术的建立，德国人柯赫创造了固体培养基，得到了细菌的纯培养物，由此建立了纯培养技术。

（2）第二代微生物发酵技术——深层培养技术（即机械搅拌通气技术）（3）第三代微生物发酵技术——微生物工程（构建高产量的基因工程菌，使之产生本身不能产生的产物）第二章菌种分离纯化步骤：（包括筛选）标本采集——标本材料的预处理——富集培养——菌种初筛——菌种复筛——性能鉴定——菌种保藏。

土壤微生物的分布：土壤中微生物以细菌和放线菌为主，果园中土壤以酵母菌含量较多；动物及植物残骸腐质土壤中霉菌较多；根瘤菌多在豆科植物根系土壤；分解石油的微生物在油田和石油炼油厂附近土层；死亡虫体肠道中有苏云金芽孢杆菌。

施加选择性压力分离法：人为控制某些条件（温度、pH、渗透压、氧气等）使之利于某种或某类微生物生长，而不利于其他种类微生物生存，已达到使目的菌种占优势，而得以加快分离纯化目的，这种方法叫作~~分批式富集培养：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，如此重复转接几次，再取此富集培养物接种到固体培养基中，以获得单菌落，。

恒化式富集培养：通过改变限制性基质浓度，来控制两类不同菌株生长速率。

第四章自然选育与诱变育种：自然选育：不经过人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程；原因是多因素低剂量的诱变效应和互变效应（碱基的互变）一般程序：将菌种制成菌悬液，用稀释法在固体平板上分离单菌落，再分别测定单菌落的生产能力，从中选出高水平菌种。

诱变育种：利用各种称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需的高产菌株的育种方法。

步骤：出发菌株选择——菌悬液制备——诱变处理——中间培养——分离和筛选。

优良菌种的特性：在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力。

发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近的副产物或其他产品。

微生物工程：发酵工程、生物冶金、环境保护、微生物勘探、能源开发等。

概念：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。

6狭义“发酵”的定义：在生物化学或生理学上发酵是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，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。

同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。

7广义“发酵”的定义：工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。

产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。

8“发酵工程”的定义：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

基本概念8发酵工程的特点发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。

其主要特点如下：1·发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

2·发酵所用的原料简单粗放。

通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。

微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。

基于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。

3·发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

4·发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。

除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。

如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。

因而维持无菌条件是发酵成败的关键。

5·由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。

《发酵工程》理论教学大纲(供四年制本科生物工程专业使用)I 前言发酵工程是生物学各专业本科生的专业课。

通过学习在工、农、医等方面的应用及发酵工艺的控制、发酵产物的提取、生产设备的结构，了解该学科的发展前沿、热点和问题，使学生牢固掌握发酵工程的基本理论和基础知识，为学生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。

本大纲适用于四年制本科生物工程专业使用。

现将大纲使用中有关问题说明如下：一为了使教师和学生更好地掌握教材，大纲每一章节均由教学目的、教学要求和教学内容三部分组成。

教学目的注明教学目标，教学要求分掌握、熟悉和了解三个级别，教学内容与教学要求级别对应，并统一标示（核心内容即知识点以下划实线，重点内容以下划虚线，一般内容不标示）便于学生重点学习。

二教师在保证大纲核心内容的前提下，可根据不同教学手段，讲授重点内容和介绍一般内容。

三总教学参考学时数：40学时，其中理论课36学时，实验课（参观）4学时。

理论与实验学时之比为9:1。

四教材：《微生物工程》，科学出版社出版，曹军卫主编，第二版，2007年3月。

Ⅱ正文第1章微生物工程概论一教学目的学习微生物工程的发展简史及其应用，发酵的一般过程。

二教学要求（一）了解微生物工程的发展简史。

（二）熟悉微生物工程的应用。

（三）掌握发酵的一般过程三教学内容（一）微生物工程的发展简史。

（二）微生物工程的应用（三）发酵的一般过程第2章生产菌种的来源一教学目的学习生产菌种的来源、分离方法。

二教学要求（一）掌握生产菌种的分离方法。

（二）掌握抗生素产生菌的分离。

（三）掌握氨基酸产生菌的分离。

三教学内容（一）生物物质产生菌的筛选过程。

（二）菌种的分离。

第3章微生物的代谢调节与代谢工程一教学目的通过本章的学习，学习初级代谢与次级代谢的概念、特点及二者的关系；微生物代谢的类型及关系；微生物代谢自我调节的方法及代谢调控方法；代谢工程的定义及方法。

二教学要求（一）了解微生物的代谢类型及关系。

（二）掌握初级代谢与次级代谢的概念、特点及二者的关系。

一、课件封面《微生物工程》课件副探索微生物世界的奥秘二、目录1. 微生物工程的概述2. 微生物的分类与特性3. 微生物的生长与繁殖4. 微生物的代谢与调控5. 微生物的应用实例三、课件1. 微生物工程的概述1.1 微生物工程的定义1.2 微生物工程的发展历程1.3 微生物工程的应用领域2. 微生物的分类与特性2.1 微生物的分类2.2 细菌的特性2.3 真菌的特性2.4 病毒的特性3. 微生物的生长与繁殖3.1 微生物的生长曲线3.2 微生物的繁殖方式3.3 微生物的遗传特性4. 微生物的代谢与调控4.1 微生物的代谢途径4.2 微生物的代谢调控机制4.3 微生物的代谢工程5. 微生物的应用实例5.1 发酵工程5.2 生物制药5.3 生物净化5.4 微生物肥料5.5 微生物食品四、互动环节1. 微生物分类小游戏2. 微生物代谢调控实验3. 微生物应用案例讨论五、总结与展望1. 微生物工程的意义与价值2. 微生物工程的发展趋势3. 微生物工程的前景展望六、参考文献1. 《微生物学》2. 《微生物工程》3. 《微生物应用技术》七、致谢感谢大家对本课件的支持与鼓励，希望本课件能帮助大家更好地了解微生物工程，激发对微生物研究的兴趣。

八、答疑与反馈如有任何问题或建议，请随时与我联系，我将竭诚为您解答和修改。

九、课件设计者姓名：X单位：大学生命科学学院联系方式：X十、更新时间2024年10月1日六、微生物工程技术6.1 微生物细胞的培养技术6.2 微生物遗传转化技术6.3 微生物基因组编辑技术6.4 微生物代谢工程七、微生物工程在医药领域的应用7.1 抗生素的产生7.2 疫苗的研发7.3 基因治疗7.4 生物制药的案例分析八、微生物工程在环境领域的应用8.1 生物降解与生物修复8.2 生物传感器与生物监测8.3 微生物燃料电池8.4 微生物工程在农业与环境治理中的应用九、微生物工程在食品工业中的应用9.1 发酵技术的原理与应用9.2 乳酸菌的应用9.3 酶制剂的应用9.4 微生物工程在食品安全与质量控制中的应用十、案例研究10.1 酿酒行业的微生物工程应用10.2 酸奶制造中的微生物工程10.3 生物制药：人类健康的新希望10.4 微生物工程在环境保护中的创新实践十一、课程小测11.1 选择题11.2 判断题11.3 问答题十二、参考资料12.1 推荐阅读书目12.2 在线资源12.3 相关学术期刊十三、课程评价13.1 学生自我评价13.2 同行评价13.3 教学效果反馈十四、14.1 课程总结14.2 对未来学习的建议14.3 鼓励学生持续探索微生物工程的奥秘十五、附录15.1 微生物工程相关术语解释15.2 常见微生物图片集15.3 实验操作安全指南十六、设计者与制作日期6. 设计者：[设计者姓名]单位：[设计者单位]制作日期：[制作日期]十七、版权声明本课件内容受版权保护，未经允许不得擅自复制、传播或用于商业用途。

For personal use only in study and research; not for commercial use微生物工程复习提纲一、微生物工程概论微生物产品的四大类型：微生物菌体细胞、微生物细胞的代谢产物（初生和次生代谢）、通过微生物细胞转化的类型（药物、激素）、微生物分泌的蛋白和酶类。

For personal use only in study and research; not for commercial use微生物工程的发展简史1）传统的微生物发酵技术——天然发酵2）第一代微生物发酵技术——纯培养技术的建立：1.1680年列文虎克发明显微镜，第一个通过显微镜观察到用肉眼看不见的微生物，包括细菌、酵母等。

2.1857年法国人巴斯德发现并证明了酒精发酵是由活酵母引起的，各种不同的发酵产物是由不同的微生物产生的。

3.1897年德国的毕希纳进一步证明酶对发酵的作用，为微生物工程奠定了牢固的基础。

4.十九世纪初德国人科赫首先发明固体培养基，得到了细菌的纯培养物，由此建立了细菌的纯培养技术。

3）近代微生物发酵技术—深层培养技术4）第三代微生物发酵技术—微生物工程二、微生物的代谢调节和代谢工程1. 代谢工程基本思路：根据已有的遗传和生化知识，找出限速步骤，进行遗传操作2.代谢工程的设计：改变代谢途径，扩展代谢途径，转移或构建新的代谢途径。

三、菌种的来源与选育1.微生物工程的工业生产水平的决定要素：生产菌种的性能，发酵及提纯工艺条件（发酵工艺的优化和提取工艺的优化），生产设备。

其中第一步优良的菌种是最重要的。

2.分离纯化、筛选菌种的一般步骤：调查研究（资料查阅）试验方案设计标本采集标本的预处理富集培养菌种初筛菌种复筛性能鉴定菌种保藏3.标本预处理常用的方法：物理方法：加热、膜过滤、离心等。

化学方法：加碳酸钙提高pH值等。

诱饵法：将固体基质加到待检的土壤或水中，待其菌落长成后再铺平板。

第一章微生物工程概论1-1 微生物工程研究领域现状与研究内容1.1.1 微生物工程是生物工程科学的重要基础学科微生物工程（microbial engineering）是研究微生物生长代谢活动规律在工业化大规模生产上应用的科学。

它在不同的范围内以研究菌种的特性和选育、培养基的特性和选择，微生物的代谢与控制、发酵工艺控制、微生物反应动力学、染菌的防治与控制和产品分离提纯工艺控制以及单元操作等为主要内容。

微生物工程是当今生物工程学的重点，微生物工程是21世纪生物工程发展的重要组成部分。

可以预见，微生物工程的研究将越来越深入，并将成为21世纪生物工程科学研究的重要领域之一。

微生物工程是多层次、非线性、多侧面的复杂工程体系，而微生物是微生物工程的最基本单位，工业化过程的现象都要从微生物及其生长代谢调控中寻找答案。

微生物工程的研究是生物工程的基础，也是现代生物科学发展的重要支柱。

微生物的生长遗传发育，代谢调控等重大活动现象的研究都要以微生物细胞为基础。

以基因工程为主的现代生物技术主要是通过对细胞操作为基础而进行的。

因此，微生物工程与轻工、农业、医药、化工、环境保护等发展有关密不可分的关系，它将解决人类面临的重大问题，促经济和社会发展中发挥重要的基础作用。

由于分子生物学和基因工程概念、方法与技术的引入，微生物工程在近几年取得了突破性的进展，产生了许多新的生长点，并逐步形成新的概念与新的领域。

许多科学家认为，在21世纪，微生物工程将继续迅猛发展，其原因它是生物工程不可缺少的“主角”。

微生物工程是在生产实践中和科学实验的基础上，通过总结归纳，逐步上升的理论，再用这些理论指导生产取得的。

但是，生产放大方法中出现的某些实际问题尚无完善的理论指导；连续发酵的理论虽然很多，但实际生产的许多问题目前仍未能很好解决等等。

假如不重视微生物工程的基础研究，势必是影响21世纪生物工程的整体发展速度。

为此，我们应十分重视这一领域的基础研究。