微生物技术应用学全册配套最完整精品课件2.ppt

1、微生物技术应用学全册配套最微生物技术应用学全册配套最 完整精品课件完整精品课件2 微生物技术应用微生物技术应用 通过本课程的学习，使学生掌握现 代微生物技术的基本理论和方法，了 解国内外微生物技术在各行业中的应 用状况，具备利用微生物技术提高畜 牧业、水产养殖业水平的知识和技能。 学习要求： 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 第一章 绪论 第二章 微生物资源开发和菌株选育 第三章 微生物发酵工艺 第四章 微生物发酵产物的分离与纯化 第五章第五章 代谢工程代谢工程 第六章 饲用微生物酶制剂 第七章 单细胞蛋白 第八章 益生菌剂 第九章 饲用微生物免疫增强剂 第十章 青贮

2、饲料 学习内容： 第一章 绪论 第一节 微生物技术概述 第二节 微生物技术的应用 第三节 微生物技术的基本原理 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 第一章 绪论 本章重点和难点：微生物技术的概 念、基本原理。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术的重要性微生物技术的重要性 微生物技术的概念 微生物技术的特点 微生物技术的发展 第一节 微生物技术概述 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物是一大群种类 各异的、微小、肉眼 难以看到的、独立生 活的生物体。但其中 也有少数成员是肉眼 可见的。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物

3、技术应用 德国科学家德国科学家H. N. Schulz 等等19991999年在纳米比亚海年在纳米比亚海 岸的海底沉积物中发现岸的海底沉积物中发现 的一种可见的的一种可见的硫磺细菌硫磺细菌 （sulfur bacterium），）， 其大小可达其大小可达0.75 mm， T h i o m a r g a r i t a namibiensis，-“纳纳 米比亚硫磺珍珠米比亚硫磺珍珠” 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物往往想到细 菌和病毒、流行病等： 14 世纪中叶，鼠疫耶森 氏菌（ Yersinia pestis ） 引起的瘟疫导致了欧洲 总人数约 1/3

4、人的死亡； 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 现在，人类社会仍然遭受着 微生物病原菌引起的疾病灾 难威胁，如艾滋病、肺结核、 疟疾、霍乱正在卷土重来和 大规模传播， 微生物技术应用微生物技术应用 还有正在不断出现的新的 疾病如疯牛病、军团病、 埃博拉病毒病、大肠杆菌 0157 、霍乱 0139 新致 病菌株， 2003 年春的 SARS 病毒、西尼罗河病 毒， 2004 年的禽流感病 毒，等等。 微生物技术应用微生物技术应用 但有害的微生物只是微生物家族中很小的一部分， 绝大多数是有益、无害、甚至不可或缺： 清洁工：动植物尸体、有机废物降解与循环； 自然界物质循环中的

5、重要环 节：空气中氮气被微生物固定 后转换成植物可以利用的形式， 硫化氢、氨气被微生物作为食 物利用； methanotrophs 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 为人类生产和生活服务： 中的馒头、面包、奶酪、酸 奶、酸菜、臭豆腐、大酱、泡 菜，各种发酵饮料如啤酒、白 酒，酱油、醋、味精等调味品； 微生物技术应用微生物技术应用 为人类生产和生活服务： 各种抗生素、维生素和其他 微生物，各种微生物性 ，污染的微生物 治理与修复，动植物生产过 程中使用。 抗生素 青霉 素 即由青 霉菌而 來 微生物技术应用微生物技术应用 4 4对世界的文明进步作出的巨大贡献：据有关统

6、计表明，其发现或发明人就有 30 位诺贝尔奖获 得者，在 20 世纪诺贝尔生理学和医学奖获得者 中，从事微生物领域研究的就占了13 。 微生物技术作为生命科学和生物技术的主要 分支之一，是它们发展的先导和基础，特别是在 解决地球人类所面临的人口健康（食品、药物）、资源 紧缺（石油、矿产）、环境污染（生物除臭剂、三废治理、清洁生产工 艺、生物可降解塑料）、粮食危机（微生物固氮、生物肥料、农药与除草 剂）、等方面，其具有不可替代的重要作用。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 广义微生物技术：所有直接或间接的利用微生物、微生物的机能、微生物的组成部分或其代谢产物（如酶）来加

7、工生产产品，或为社会提供服务的技术。 微生物技术的的概念：所有直接或间接的利用 微生物、微生物的机能、微生物的组成部分 或其代谢产物（如酶）来加工生产产品，或 为社会提供服务的技术。 它包括发酵工业的生产过程，涉及医药、能 源（开采石油、酒精、氢能源）、矿产（低品位金属矿和尾矿、海水中的重金 属等）、轻工业（纺织、酿造）、化工业、农业等产业， 还有环境和生态保护（三废治理、清洁生产工艺、生物可降解塑料） 等。过去，军事：731细菌部队、生化武器。 微生物技术概念微生物技术概念 微生物技术的特点微生物技术的特点 ：需要多学科的指示，既多 学科性质。要把微生物知识转化成微生物技术需 要多方面知识配

8、合，如： 对将利用的微生物特性要非常熟悉 微生物学 要了解微生物的代谢过程 生物化学和分子生物学 掌握微生物的生长和遗传规律 细胞学、生理学和遗传学 要如何改造微生物使他们更适应工业应用的需要 基因工程、蛋白质工程、代谢工程 微生物技术特点微生物技术特点 （一）发展简史：（一）发展简史： 1 1、吕文虎克、吕文虎克（Leeuwenhoek） （荷兰）（荷兰） 在 17 世纪下半叶，荷兰学 者吕文虎克（ Antony van Leeuwenhook ）用自制的简易 显微镜亲眼观察到细菌个体。 Antony van Leeuwenhock (1632-1723) 微生物技术的发展微生物技术的发展

9、1 1、吕文虎克、吕文虎克 在这个时期，实际上人们在生产与日常生活中 积累了不少关于微生物作用的经验规律，并且应 用这些规律，创造财富，减少和消灭病害。 食品工艺中控制和应用微生物活动规律：民间 早已广泛应用的酿酒、制醋、发面、腌制酸菜、 泡菜、盐渍、蜜饯等等。古埃及人也早已掌握制 作面包和配制果酒技术。 微生物技术应用微生物技术应用 1 1、吕文虎克、吕文虎克 在农业生产实践中控制和应用微生物： 积肥、沤粪、翻土压青、豆类作物与其它作 物的间作轮作。 在预防疾病保护健康方面：种痘预防天 花是人类控制和应用微生物生命活动规律的 宝贵实践。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术

10、应用 2 2、巴斯德（、巴斯德（PasteurPasteur）（法国）（法国） 在 19 世纪 60 年代，酒 变酸现象对欧洲酿造业造成巨 大危害，巴斯德研究了酒变酸 的微生物原理微生物发酵 所至，建立了巴氏消毒法等一 系列微生物学实验技术。 Louis Pasteur (1822 1895) 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 柯赫在继巴斯德之后，贡献：贡献： 1）发明了倾皿法进行分离和纯化 细菌；2）改进了细菌固体培养基 的配方， Robert Kock (1843 1910) 3 3、科赫、科赫（Koch）（德国）（德国） （3）、证实病害的病原菌学说 （1）建立

11、微生物学研究技术 （2）、染色技术建立了细菌细胞 的染色技术， 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 纯培养技术的发明，使人们可以使用单一的 纯种微生物来进行微生物发酵，避免了其它杂菌 对发酵过程的干扰，因此，纯培养技术的发明使 微生物工业正式进入了理性发展阶段人类开 始有目的的生产微生物的初级代谢产物，如酵母 菌体、丙酮、乙醇、丁醇、柠檬酸和甘油等。 3 3、科赫、科赫（Koch）（德国）（德国） 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 Fleming-Sir-Alexander 弗莱明（Fleming）发现并证明了青 霉素的存在。二战推动了科学家对

12、青 霉素的研究和其它抗生素的寻找。液 体通风深层发酵技术的建立，为大规 模发酵生产耗氧微生物产品奠定了基 础，使以抗生素为代表的微生物次级 代谢产物发酵工业发展起来。 抗生素工业的发展拯救了无数人的生命，使人类对 细菌引起的病害不再那么害怕，提高了人类生活的 质量。 4 4、微生物次级代谢产物发酵工业发展起来： 微生物技术应用微生物技术应用 20世纪5060年代，生物化学基础研究的发展， 特别是代谢调控理论的建立，使氨基酸工业和酶 制剂工业等新型发酵工业发展起来。此间，新技 术、方法定向育种，对酶和发酵动力学一级代谢 调节技术的研究，再结合现代监测控制仪器设备 的研究开发，使微生物大量合成人类

13、需要的代谢 产物，从而形成了以现代大型耗氧生物反应器为 代表的现代工业发酵阶段。 5 5、现代大型耗氧生物反应器为代表的现代工业发酵时代： 微生物技术应用微生物技术应用 20世纪70年代后期至今，现代分子生物学和基因 工程技术迅速发展，使得人类能够成功地将动植物， 包括人类的基因转入到微生物内，构建成了能够表达 外源基因的微生物基因工程菌，因此，过去只能从动 植物体内分离提取微量的生物活性物质，如胰岛素、 干扰素、生长激素、白细胞介素、单克隆抗体等，现 在可以通过微生物发酵过程来较大规模的进行工业化 生产，进而开创了利用现代分子生物技术理性的改造 微生物，使之更好的服务于人类社会的新时代。 6

14、 6、利用现代分子生物技术理性的改造微生物时代： 微生物技术应用微生物技术应用 （二）发展趋向：（二）发展趋向： 微生物基因组研究形成巨大推动力 新微生物类群的发现将拓宽其应用领域 生物质资源导向性新经济体制的建立 （二）发展趋向：（二）发展趋向： v微生物基因组研究形成巨大推动力 v新微生物类群的发现将拓宽其应用领域 v生物质资源导向性新经济体制的建立 v可持续发展的重要基石 微生物技术发展微生物技术发展 首先，微生物结构简单、代谢途径和产物多样，是 人类解开生命之谜的最好的研究材料。具体： A 现代分析测试技术的发展DNA测序技术基 因组研究速度加快； B 微生物基因组小、重复序列少小于1

15、000万对 bp（人类30亿对bp），已经有许多微生物基因组被 测序，网站：http:/； http:/www.tigr.org/tdb/mdb/mdb.html，被学术界、医 学界和工业界所使用； 微生物基因组研究形成巨大推动力 微生物技术应用微生物技术应用 其次，一个完整的基因组包含了控制生 命现象的全部遗传密码，通过基因之间 的相互关系构建人类梦想的一切： A 已知的基因组序列和生物信息学技术 可以开展比较基因组学研究推测基 因功能研究基因组进化； 微生物基因组研究形成巨大推动力 微生物技术应用微生物技术应用 B 在新测序的微生物基因组中有40%的预测可读框 架在已知数据库中还有未发现的

16、相应序列功 能和生物学意义是未知的对应的蛋白质和生 物学现象有待发现。目前，已有科学工作者进入 后基因组研究计划功能基因组、蛋白质组和 代谢组的研究层次，并建立了生物信息库，如日 本京都大学建立的京都基因和基因组大全数据库， 网址： http:/www.genome.ad.jp/kegg。 微生物基因组研究形成巨大推动力 微生物技术应用微生物技术应用 新微生物类群的发现将拓宽其应用领域 A A 对极端环境微生物、深层地下微生物、地外 微生物的活跃研究，使人们发现了在极端高温、高 压、低温、酸碱、高盐、强辐射情况下的生命现象： 他们可能含有在极端环境下催化反应的酶，开辟 研究的新天地。 海栖热炮

17、菌海栖热炮菌（Thermotoga maritima）和闪烁古球菌和闪烁古球菌（Archaeoglobus fulgidus ）可以在可以在高于沸点的水温高于沸点的水温下生存和生长，好氧热棒菌下生存和生长，好氧热棒菌（Pyrobaculum aerophilum）能在能在113113下下旺盛生长，耐放射异常球菌旺盛生长，耐放射异常球菌（Deinococcus ridiodurans）可在可在极高的辐射极高的辐射环境里存活环境里存活 微生物技术应用微生物技术应用 新微生物类群的发现将拓宽其应用领域 B 未培养微生物：目前暂时还无法采用现有常 规方法、在实验室里培养的微生物。活细胞染色 和显微镜观

18、察方法，1081010个微生物细胞/克土 壤或毫升水，采用琼脂板培养，105107细胞形成 单菌落/克土壤或毫升水目前，人们认识的微 生物只是其中很小的一部分。提取总DNA将基 因转入可培养为生物体内，建立宏基因组文库 （ABC库）通过PCR技术和杂交技术筛选获得 目标基因。 微生物技术应用微生物技术应用 生物质资源导向性新经济体制的建立 新技术的发展：社会需求的拉动作用 研究者的兴趣。工业革命以来，新能源的开发 和技术革命为社会发展进步打下坚实的基础， 但是随着人口迅速膨胀，弊端显现：环境污染、 生态破坏、资源枯竭等寻找可再生资源。 我国：人多资源相对匮乏，食物、饲料、能源、 化工原料需求增

19、加，但石油储量、耕地面积减 少寻找可再生资源。 微生物技术应用微生物技术应用 生物质资源导向性新经济体制的建立 生物质资源是地球上最丰富的可再生资源。 光合作用产物1500亿2000亿吨/地球年，其 中80%以上是木质纤维素类物质，人、动物不 可利用，但微生物却可以，如酒精（玉米、 酶糖类+酵母菌酒精）替石油等，将 废弃的木质纤维素类物质（我国：10亿吨/年 农林废弃物，数千万吨工业纤维素废渣）转化 成燃料、饲料、化工原料。 微生物技术应用微生物技术应用 生物质资源导向性新经济体制的建立 解决环境、资源、粮食问题的最根本途径是 开发利用可再生的生物质资源，因此，随着人们 对可持续发展意识的增强

20、，社会经济发展模式将 由石油导向型向生物质导向型转化，而且微生物 技术在实现此目标的过程中将起到关键的核心作 用：使用生物质资源的生物综合工艺不造成或少 造成环境污染，使用生物质能源没有二氧化碳净 产生，产品都是生物可降解的，废弃物可通过生 物技术再转化为资源等。 微生物技术应用微生物技术应用 生物质资源导向性新经济体制的建立 生物质资源导向型经济存在的问题：木质 纤维素材料难于被降解转化，如动物利用未木 质化的纤维素为80%，木质化的纤维素20%；造 纸业是污染、耗能大户，微生物法是有望解决 的途径，但微生物降解的基本问题不清楚，如 降解木质素的酶未知，酶活性低等等。 微生物技术应用微生物技

21、术应用 可持续发展的重要基石 A继续在发酵工业、生物医药产业中开拓广阔的发 展空间； B将在未来的资源循环型化学产业中发挥越来越大 的作用：生物能源、来源于生物质的大宗化工产 品和新型生物材料； C将在未来的环境生物产业中发挥越来越大的作用： 生物修复、生态系保全、环境监测等。 微生物技术应用微生物技术应用 利用微生物进行产品生产利用微生物进行产品生产 抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、 有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、 生物农药、生物肥料等生物农药、生物肥料等 医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业医药、轻工、食品、农业、环

22、保、能源等行业 基因工程药物、疫苗及抗体产品基因工程药物、疫苗及抗体产品 基因工程菌发酵基因工程菌发酵 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 微生物技术在医药业中的应用 微生物技术在农业中的应用 微生物技术在畜牧业中的应用 第二节 微生物技术的应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 （一）酿造食品业：可以说食品生产是世界上 最大的工业之一。发酵的食品包括面包，乳酪， 酸奶，泡菜，酱油，酱，醋等。发酵的饮料包 括啤酒，葡萄酒，白酒和非酒精饮料如茶，咖 啡，可可等。 可以说食品生产是世界上最大的工业

23、之一。 1. 酒精饮料酒精饮料 4谷类食品发酵谷类食品发酵 5豆类发酵豆类发酵 酒精饮料酒精饮料 蔬菜发酵蔬菜发酵 谷类食品发酵谷类食品发酵 豆类发酵豆类发酵 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 包括果酒、啤酒、白酒及其他包括果酒、啤酒、白酒及其他 酒均是利用酒均是利用酿酒酵母酿酒酵母，在厌氧条件，在厌氧条件 下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精 生产的。生产的。 酒精饮料酒精饮料 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 蔬菜发酵蔬菜发酵 水果和蔬菜可以用细菌产生 的乳酸保存，例如将卷心菜制的 泡菜，黄瓜和橄榄等。 微生物技术应用微生

24、物技术应用 微生物技术在工业中的应用 谷类食品发酵谷类食品发酵 面包：面包：是利用活性干酵母是利用活性干酵母（面包酵母）（面包酵母） 经活化后，与面粉混合发酵，再加入各经活化后，与面粉混合发酵，再加入各 种添加剂，经烤制生产的。种添加剂，经烤制生产的。 馒头：馒头：以前做馒头的面粉是经自然发酵后以前做馒头的面粉是经自然发酵后 蒸制的，发酵的菌种一般多为蒸制的，发酵的菌种一般多为乳酸菌乳酸菌。现在。现在 ，大批量生产是采用，大批量生产是采用干酵母干酵母发酵，所以不产发酵，所以不产 酸，不需要再用碱中和即可蒸制。酸，不需要再用碱中和即可蒸制。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用

25、 豆类发酵豆类发酵 大豆是用于发酵的主要豆类，发酵使这些豆类 易于消化，破坏了不易消化的成分和会在消化道内 引起肠胀气的化合物 酱油：以大豆为主要原料，利用产生蛋白酶的霉菌， 如黑曲霉进行发酵。 酱：以大豆和少量面粉为原料，利用能够产生蛋白 酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌进行发酵 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 （二）轻工业：（二）轻工业：柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、 干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产；干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产； 果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原 胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、 延长储存期等作用

26、各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸 作为酸味剂调节口味、口感； 饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷， 以增加鲜味。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 （三）化工业：（三）化工业：酒精、丙酮、丁醇、酒精、丙酮、丁醇、 衣康酸、丙烯酰胺等，部分产品见衣康酸、丙烯酰胺等，部分产品见 下表；下表； 微生物技术应用微生物技术应用 由微生物技术获得的工业化学品 微生物技术在工业中的应用 （四）冶矿业： 石油勘探和脱腊 油层中许多烃类的物质扩散渗 透到地壳表面，这些烃类是一些微生物最好食品， 烃类越多，微生物就大量繁殖。所以根据这类微 生物的数量就能测知地下油田的蕴 藏

27、量。在提炼石油的过程中也需要 应用微生物进行脱蜡，因此，微生 物的利用在石油的勘探和提炼中是 十分重要的。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在工业中的应用 （四）冶矿业： 冶炼金属 利用细菌，经过人工培养后，集中以亿计 算的细菌水军，如，冶炼铜时，氧化硫杆菌、聚硫杆菌、 新多翼硫杆菌、排硫杆菌，它们进入矿层后，把矿石中 的硫化物氧化生成硫酸；氧化铁硫杆菌、氧化铁杆菌、 氧化硫铁杆菌，它们把硫酸亚铁变成硫酸高铁；矿石中 的铜在两种氧化剂作用下就变成 硫酸铜溶液流出来了。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在医药业中的应用 v抗生素发酵工业抗生素发酵工业 v核酸发酵工业核酸发酵工业

28、v氨基酸发酵工业氨基酸发酵工业 v基因工程药物的生产基因工程药物的生产 v疫苗技术疫苗技术 微生物技术应用微生物技术应用 抗生素发酵工业抗生素发酵工业 生产抗生素种类：包括疾病治疗的药用抗生素， 农业和畜牧业用于防病抗病的抗生素，如青霉 素、头孢霉素、链霉素、四环素、土霉素、红 霉素、稻瘟素、井岗霉素、春日霉素等等； 微生物技术在医药业中的应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在医药业中的应用 核酸发酵工业核酸发酵工业 核苷酸及其类似物：如鸟嘌呤核苷酸（5-GMP）、 肌苷酸（5-IMP）、腺嘌呤核苷酸（5-AMP）、 黄嘌呤核苷酸（5-XMP）等；现在已有60多种核 苷酸类物质是可以

29、用微生物发酵生产的。目前主 要是利用酵母菌、细菌，特别是它们经过诱变产 生的营养缺陷型变种。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在医药业中的应用 氨基酸生产品种：谷氨酸（单谷氨酸钠又 称味精）、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、 缬氨酸、精氨酸、丝氨酸、丙氨酸、酪氨 酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸 等； 氨基酸发酵工业 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在医药业中的应用 基因工程药物的生产基因工程药物的生产 随着基因工程的进展，人类将有益微生物的基因或 动植物带有的某种遗传信息基因，移到可以大量繁殖的 另一种微生物体内，培育出对人类有益的微生物来，培 育出人类需要的新品种。例如现在能

30、把合成胰岛素的基 因转移到大肠杆菌的细胞中去，让它大量繁殖，通过大 肠杆菌生产大量的胰岛素，这是对患糖尿病人的一个福 音 ，此外，还利用此种技术生产了人类生长激素 （hGH）、人类组织纤溶酶原激活物（tPA）等。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在医药业中的应用 疫苗技术疫苗技术 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在农业中的应用 （一）植物病虫害的防治生物农药 以菌治虫以菌治虫 A细菌：科学家用实验证明苏云金杆菌可以防治鳞 翅目、膜翅目、直翅目、鞘翅目等130多种害虫。 原理：细菌进入害虫消化道内，细菌内的 晶体被碱性的肠液分解，产生毒性，使害 虫麻

31、痹，直至中毒死亡。人和动物、畜禽 的胃肠是酸性的，不能溶解这种晶体蛋白， 所以不会中毒。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在农业中的应用 （一）植物病虫害的防治 以菌治虫以菌治虫 B.真菌：白僵菌目前已成为真菌中治虫效果最 好的农药之一。原理：其孢子在虫体上萌发后， 穿过体壁，进入虫体，大量繁殖，吸收营 养，致使昆虫死亡。国内外广泛用于杀灭 农林害虫，如玉米螟、苹果食心虫、棉花 红蜘蛛、松毛虫等。防治效果达70-90%。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在农业中的应用 微生物代谢产物防治病微生物代谢产物防治病 重要的应用有： 控制植物致病细菌感染。如链 霉素可用来防治欧文菌的感

32、染等； 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在农业中的应用 控制植物致病真菌感染。已广泛使用且具有重 大经济价值的抗植物致病真菌的微生物药物大多 属于核酸类药物，如杀稻瘟菌素S和多氧菌素等， 其他还包括复核生物蛋白合成抑制型放线菌酮以 及春雷霉素等； 除草剂。在微生物代谢产物中，研究最深入的 除草剂(控制植物的蔓延)是谷氨酰胺合成酶抑制 剂二丙胺磷。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在农业中的应用 1 1固氮微生物肥料：固氮微生物肥料：微生物固氮肥料是 微生物肥料中施用历史最久、应用范围 最广的一类。古代在新种植豆科植物的 土地上实行“客土法”，就是原始的接 种根瘤菌剂的措施。20

33、世纪初，国外就 有商品生产。 （二）微生物肥料（二）微生物肥料 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在农业中的应用 1 1固氮微生物肥料：固氮微生物肥料：建国初期，华北地区最早推 广应用花生根瘤接种剂，接着在东北推广了大豆 根瘤菌接种剂，长江流域应用紫云英等根瘤菌剂。 目前根瘤菌接种剂已在全国各地广泛应用。国内 目前生产的微生物固氮肥料主要有以下几 类： 根瘤菌肥料；固氮菌肥料；固氮蓝细 菌肥料；弗兰克氏菌菌肥料。 微生物技术应用微生物技术应用 2.2.解磷细菌肥料：解磷细菌肥料：有一种自养菌叫氧化硫杆菌，它 能把磷矿粉、煤矸石中的磷解放出来供给植物利用。 将这种细菌进行人工培养就制成解磷

34、细菌肥料。在 小麦、玉米试用后显示出明显的增产效果。 用一种硫杆菌与硫磺粉混用施入碱土中， 可以改良土壤的碱性，使之更适于植物生 长。 （二）微生物肥料（二）微生物肥料 微生物技术在农业中的应用 微生物技术应用微生物技术应用 3.3.复合菌肥：复合菌肥：把固氮菌、磷细菌、钾细菌人工培养 以后混合制成复合菌肥。这种菌肥既有固氮作用， 又能分解土壤和肥料中难溶于水的含磷和含钾的物 质供给植物吸收和利用，另外这些细菌的 活动还分泌一些对植物生长有利的激素。 利用微生物解决各种肥源是人类日益重视 并寄托极大的希望。 微生物技术在农业中的应用 （二）微生物肥料（二）微生物肥料 微生物技术应用微生物技术应

35、用 （三）植物激素（三）植物激素 人们利用微生物技术从赤霉菌中分离出一种赤 霉素，可以使水稻小麦的幼苗加速生长，后来广泛 应用于粮食、蔬菜和瓜果作物上，普遍获得丰收。 赤霉素是植物激素，又叫植物生长调节物质。 植物激素除赤霉素外，还有生长素、吲哚乙酸等多 种激素，各有不同的用途，它们对作物促进生长、 提早开花、提早成熟以及使果实变成无籽，更符合 人们的需求。 微生物技术在农业中的应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 微生物饲料微生物饲料：利用乳酸杆菌，使其在青饲料中迅速 生长繁殖，就能制止那些使青饲料腐败的微生物的 破坏，制成青贮饲料，可以存放数月至一年不会变 质。利

36、用微生物改造饲料不仅能延长保存期，以旺 补淡，而且饲料经过微生物的作用后，会变得又好 吃、又有营养。如利用黑曲霉、木霉和热带假丝酵 母菌、小椭圆啤酒酵母菌，生产酵母菌条件微生物 的培养、发酵，可以制成酵纤曲。它使得本来不爱 吃的粗饲料发酵成具有酸、甜、软、热、香的好饲 料。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 单细胞蛋白：单细胞蛋白：大自然中有不少的物质不能直接作 为饲料，如锯末、糖浆、石油等。人类利用多种 微生物，把这些物质作为微生物的食物进行利用， 经过人工培养，使这些微生物在这些物质中生长 繁殖，便获得大量微生物菌体，即菌体蛋白，其 蛋白含量4080%，菌体中含有丰

37、富的蛋白质， 其价值可与鱼粉、大豆相媲美。目前用于生产单 细胞蛋白的微生物主要有非致病、非产毒的酵母 菌、细菌、真菌和微藻等4大类群。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 动物激素动物激素 激素实质就是动物和人体血液体的化学信 使。激素通过血液的运送到作用部位，对动物 和人体发生重要的生理功能。动物的生长、繁 殖、代谢、都受到激素的调节和控制。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 动物激素动物激素 自然界中现成能用的淄体激素药物的量极少。 人们发现一种棒状杆菌能对淄体化合物的分子结 构进行手术，使结构改变，经过研究，可应用这 种棒状杆菌来生产可的松。

38、在避孕药的生产中， 用一种啤酒酵母菌，它能把羟基接到雌性激素的 分子中，使人工合成的药物具有了光学活性。而 且产量提高了10倍，同时大大地降低了成本。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 饲用微生物添加剂：饲用微生物添加剂：以有益微生物菌群研制开发的 饲用微生物添加剂，作为一类新型无公害饲料资源 已被广泛使用。由于它具有生物学活性，能很好地 参与动物胃肠道微生物菌群的生态平衡，促进动物 消化吸收、生长发育，提高饲料转化率和生产性能， 增强幼畜抗病力，以及具有改善饲养环境和减少环 境污染的独特作用，已引起越来越多的饲料生产企 业和饲料业的高度重视。 微生物技术应用微生物技术

39、应用 微生物技术在畜牧业中的应用 我国饲用微生物添加剂的应用研究开始于二 十世纪八十年代，何明清教授用大肠杆菌SY-30 菌株制成的制剂防治仔猪腹泻。近年来，四川农 大的仔猪用8501和育肥猪用8701，南京农大的 “复合菌剂”，武汉大学的芽孢菌剂特痢强， 吉林农大的931活菌剂，上海的DM432菌粉，北京 的增生素，青海省畜牧兽医科学院的高蛋白生物 活性饲料高蛋白料精等产品在生产应用中， 已收到良好的应用效果和经济效益。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 饲用微生物酶制剂饲用微生物酶制剂 在禽畜产品养殖中应用饲 用酶制剂既能提高饲料的消化率和利用率，提 高畜禽及鱼类的

40、生产性能，又能减少畜禽排泄 物中的氮、磷的排泄量，保护水体和土壤免受 污染，因而饲用酶制剂作为一类高效、无毒副 作用和环保型的“绿色”饲料添加剂在21世纪 将有着十分广阔的应用前景。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 饲用酶的种类、来源和特性：应用于饲料中的 酶，依其作用底物有淀粉酶、 脂解酶、蛋白 质分解酶、纤维素分解酶、半纤维素分解酶、 果胶分解酶、植酸酶和棉籽糖分解酶等，主要 来源于微生物（包括细菌、真菌、酵母）发酵 物，部分来源于植物组织和动物组织（或消化 液）。 饲用微生物酶制剂饲用微生物酶制剂 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 饲用微

41、生物免疫增强剂饲用微生物免疫增强剂 近些年来，人们越来越重视对于免疫增强剂的 研究。国内外已经发现或正在开发应用的免疫增强 剂很多，如黄芪多糖、灵芝多糖、裂褶多糖等多糖 类，合成聚合体、卡介苗、沙门氏杆菌、植物血凝 素、核糖核酸、皂素、胸腺肽、某些中草药、某些 细胞因子、某些病毒成分等。免疫增强剂作为抗生 素的替代产品主要是指饲用型免疫增强剂，其相关 报道也很多。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术在畜牧业中的应用 饲用微生物免疫增强剂饲用微生物免疫增强剂 通过大量的试验证明：免疫增强剂具有提高 动物抗病力，提高动物的生产性能的功效，和抗 生素具有类似的功效，而很多免疫增强剂，如中 草药

42、添加剂，具有无毒无害，并且还具有保健作 用。因此现在普遍认为免疫增强剂是取代饲用抗 生素的最佳替代品之一。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术的基本原理 微生物应用的基本技术 微生物技术应用的一般程序 第三节 微生物技术的基本原理 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术的基本原理 正如前面所讲的，微生物技术具有多学科的特 点，涉及分的学科包括微生物学、分子生物学、细 胞学、遗传学、化学、工程学（化学工程、机械工 程、电子工程等）、医学、药学、农学等，但从具 有基础性作用来讲，主要是以下三方面： 微生物学与分子生物学微生物学与分子生物学 发酵工艺学发酵工艺学

43、 生化分离理论生化分离理论 微生物技术应用微生物技术应用 微生物学与分子生物学微生物学与分子生物学 微生物学与分子生物学为微生物产业提供原材料： 微生物工业的基础和前提是具有符合生产要求的菌株， 因此可以说菌株就是微生物产业的最基本、最重要的 原材料。菌株的分离、鉴定、增殖、保藏等需要微生 物学理论的支持；符合生产要求的菌株需要经过一系 列的菌种选育过程，而微生物育种，尤其是现代高性 能微生物菌种的选育，已经进入了基因工程育种和代 谢工程育种阶段，更是离不开分子生物学的指导。 微生物技术应用微生物技术应用 发酵工艺学发酵工艺学 拥有高产菌株只是基础，如何利用这些高产 菌种来获得大量的目标产物，

44、有许多关键性的 工艺需要解决，如培养基优化、培养条件控制、 生物反应器的选择、生物反应过程的放大等， 发酵工艺学正是研究上述问题的一门科学。 微生物技术应用微生物技术应用 生化分离理论生化分离理论 我们知道，微生物发酵后所收获的培养上清或微 生物菌体，都是一个成分非常复杂的体系，并且我们 的目标产物的含量往往都很低，而对最终的产品都需 要具备一定的纯度。这一任务即需要分离纯化过程来 完成。 在生物技术产品生产中，分离纯化技术对生物技 术产品的形态、收率和成本起着极其重要的作用。在 以小分子为主的传统发酵工业中，分离成本占总成本 的60%左右，而在现代基因工程产品中，高达90%。 微生物技术应用

45、微生物技术应用 微生物应用的基本技术 微生物应用的基本技术可以分为以下几类： 微生物分离与纯培养技术微生物分离与纯培养技术 大规模发酵与控制技术大规模发酵与控制技术 产物分离与纯化技术产物分离与纯化技术 微生物技术应用微生物技术应用 微生物分离与纯培养技术：微生物分离与纯培养技术： 如显微镜技术、无菌操作技术、菌种分离技术 （土壤、水、空气等环境中微生物的分离）、菌 种鉴定技术（形态鉴定、生理生化特征鉴定、分 子生物学鉴定等）。 微生物技术应用微生物技术应用 菌种选育技术：菌种选育技术： 如各种诱变育种技术（物理诱变、化学诱变等）、 杂交育种技术（原生质体融合等）、分子生物技术育 种（基因工程

46、技术、代谢工程技术等）。 培养基制备技术：培养基制备技术： 不同培养基的设计、配制 （培养基的组成、形态、pH调 节、渗透压调节等）。 微生物技术应用微生物技术应用 灭菌技术：灭菌技术： 各种灭菌方法（物理方法、 化学方法）、灭菌工艺（分批 灭菌、连续灭菌）；培养基、 设备及空气的各种灭菌工艺及 无菌验证。 微生物技术应用微生物技术应用 大规模发酵与控制技术：大规模发酵与控制技术： 发酵工艺参数及控制（pH、溶氧、温度、搅拌 速率、泡沫、补料方式等）；发酵过程的代谢调 控技术；发酵规模的放大工艺（从摇瓶到发酵罐、 从小发酵罐到大发酵罐）等。 微生物技术应用微生物技术应用 产物分离与纯化技术：产

47、物分离与纯化技术： 微生物发酵产物分离纯化的一般原则及各种纯化 技术（如过滤、沉淀、结晶、层析、萃取等）。 微生物技术应用微生物技术应用 微生物技术应用的一般程序 微生物技术的流程一般可以分为三个部分：菌种 分离与选育部分；发酵培养部分；产物分离纯化部分。 菌种分离与选育部分菌种分离与选育部分：主要是根据生产目的筛选分离 能产生特定代谢产物或具有特定生长代谢性能的菌株， 并提高一系列的遗传育种手段，选育达到生产要求的 菌株。 微生物技术应用微生物技术应用 发酵部分发酵部分：主要是通过一系列的环节，提供条件，使 菌体生长繁殖，并产生发酵所要的目的产物（代谢产 物）。 提纯部分提纯部分：这部分是通

48、过一些物理的、化学的手段、 方法，将代谢产物从发酵醪中提纯出来，获得最终产 品。 一般的工艺流程如下图所示，具体操作过程在后面的 章节将详细介绍。 微生物技术应用的一般程序微生物技术应用的一般程序 End Thanks! 第二章第二章 微生物资源开发与菌株选育微生物资源开发与菌株选育 本章内容：本章内容： 常用的微生物类群常用的微生物类群 菌株的分离与筛选菌株的分离与筛选 菌种改良菌种改良 选育具有优良生产性能的菌株是微生物选育具有优良生产性能的菌株是微生物 工业能否成功的最根本基础。对于微生物工工业能否成功的最根本基础。对于微生物工 业而言，菌株就相当于农业中的种子，畜牧业而言，菌株就相当于

49、农业中的种子，畜牧 水产业中的猪、禽、鱼。水产业中的猪、禽、鱼。 菌种就是微生物工业的灵魂！菌种就是微生物工业的灵魂！ 第一节第一节 常用微生物的类群常用微生物的类群 微生物资源极其丰富，但目前已经知道微生物资源极其丰富，但目前已经知道 的仅是其中的极少部分，据估计，全世界的仅是其中的极少部分，据估计，全世界 被描述的微生物种类不到实有数的被描述的微生物种类不到实有数的2%。 细菌可能有细菌可能有4万种，已知种仅占万种，已知种仅占12%；真；真 菌可能有菌可能有150万万种，已知的仅约种，已知的仅约7万万种。种。 尽管微生物种类繁多，但并不是任意一种菌种都可尽管微生物种类繁多，但并不是任意一种

50、菌种都可 以用于生产应用。工业化菌种应符合下述要求：以用于生产应用。工业化菌种应符合下述要求： q能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地 合成产物合成产物 q有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改 造的可操作性要强造的可操作性要强 q遗传性能要相对稳定遗传性能要相对稳定 q不易感染它种微生物或噬菌体不易感染它种微生物或噬菌体 q生产菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好生产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）与致病菌无关） q生产特性要符合工艺要求生产特性要符合工艺要求 细