首页生物学生物工程发酵工艺学 02 第一章 菌种选育.ppt

02 第一章 菌种选育.ppt

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本课件聚焦发酵工业的起点——菌种。先介绍细菌、放线菌、霉菌、酵母及噬菌体的特性与工业用途,再系统讲解自然选育的采样、增殖培养、纯种分离与筛选流程,进而展开诱变育种、原生质体融合和DNA重组等改良手段,最后说明菌种衰退复壮、保藏方法与种子扩大培养工艺。

第一章菌种选育开篇页,列出工业发酵常用的五类细菌属,包括醋杆菌属、乳杆菌属与棒杆菌属等
放线菌类常用微生物说明,指出其最大经济价值在于产生多种抗生素,代表为链霉菌与小单孢菌属
霉菌类常用微生物说明,介绍曲霉属的黑曲霉、米曲霉、黄曲霉及青霉属桔青霉产磷酸二酯酶用途
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第1页:常见微生物之细菌

第一章 菌种选育 第一节 工业常用微生物及要求

一、常见微生物(一)细菌(bacteria)

  • 醋杆菌属(Acetobacter)
  • 乳杆菌属(Lactobacillus)
  • 芽孢杆菌属(Bacillus)
  • 短杆菌属(Brevibacterium)
  • 棒杆菌属(Corynebacterium)

第2页:放线菌及其应用

(二)放线菌(actinomyces):最大的经济价值在于产生多种抗生素(antibiotic)。

  • 链霉菌(Streptomyces)
  • 小单孢菌属(Micromonospora)

第3页:霉菌之曲霉属与青霉属

(三)霉菌(mould)

1. 曲霉属(Aspergillus)
黑曲霉(A. niger)、米曲霉(A. oryzae)、黄曲霉(A. flavus)
2. 青霉属(Penicillum)
桔青霉(P. citrinum),产生 5'-磷酸二酯酶,降解核糖核酸为四个单核苷酸。

第4页:根霉属与红曲霉属

3. 根霉属(Rhizopus)
米根霉(R. oryzae)、华根霉(R. chinensis)
4. 红曲霉属(Monascus)
常用于色素与功能性发酵产品生产。

第5页:常见酵母及其用途

(四)酵母(yeast)

1. 酵母属(Saccharomyces)
啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)
2. 假丝酵母属(Candida)
产朊假丝酵母(Candida utilis)
3. 毕赤酵母属(Pichia)
常用于外源蛋白表达与单细胞蛋白生产。

第6页:其它微生物

(五)其它微生物

1. 担子菌(basidiomycetes)
即菇类(mushroom)
2. 藻类(alga)
可用于单细胞蛋白与功能性物质生产。

第7页:几种菌落形态

本页以照片形式展示几种常见工业微生物在平板上的菌落形态,建议对照原图补充各菌落的形状、颜色与边缘特征描述。

第8页:噬菌体及其危害

(六)噬菌体(phage)

  • 危害以细菌和放线菌为生产菌株的发酵工业。

第9页:烈性与温和噬菌体

烈性噬菌体
引起寄主细胞迅速裂解,受感染的细菌称敏感性细菌。
温和噬菌体
随寄主细胞的繁殖而繁殖,含温和噬菌体的细菌称溶原性细菌。

第10页:噬菌体的增殖过程

噬菌体的增殖过程依次为:

  1. 吸附
  2. 注入核酸
  3. 合成核酸和蛋白质
  4. 装配
  5. 释放

第11页:微生物工业对菌种的要求

二、微生物工业对菌种的要求

  1. 原料廉价,生长迅速,目的产物产量高。
  2. 易控制培养条件,发酵周期较短。
  3. 抗杂菌和噬菌体的能力强。
  4. 不易变异和退化,不产生任何有害物质和毒素。

第12页:自然选育的采样与增殖培养

第二节 工业微生物菌种的选育 一、自然选育

  1. 采样
  2. 增殖培养,方法包括:控制培养基成分;控制培养条件;抑制不需要的菌类

第13页:纯种分离的划线法与稀释法

3. 纯种分离

(1)划线法
简单、快捷。
(2)稀释法
菌落单一均匀。

第14页:固体培养基四区划法接种法

固体培养基四区划法接种法:本页起连续展示十步操作,通过分区划线逐步稀释菌量,最终在第四区获得单菌落。

第15页:四区划法步骤一

步骤一:接种针先以火焰灭菌法灭菌。

第16页:四区划法步骤二

步骤二:轻触营养平板上无菌的琼脂处冷却。

第17页:四区划法步骤三

步骤三:以接种针轻触菌落,使接种针上沾有细菌。

第18页:四区划法步骤四

步骤四:更换一个新的无菌营养平板。

第19页:四区划法步骤五

步骤五:将接种针上的细菌划于一个新的营养平板上,此为第一菌区。

第20页:四区划法步骤六

步骤六:重复第一步骤,将接种针以火焰灭菌法灭菌,然后轻触琼脂无菌处冷却。

第21页:四区划法步骤七

步骤七:由第五步骤的第一区中划出第二区。

第22页:四区划法步骤八

步骤八:重复第六以及第七步骤,由第七步骤的第二区中划出第三区。

第23页:四区划法步骤九

步骤九:重复第六以及第七步骤,由第八步骤的第三区中划出第四区,划满剩下的空间,至此完成整个营养平板的划线。

第24页:四区划法步骤十

步骤十:在营养平板上贴好标签,标示好接种日期、操作者姓名、菌种学名以及培养基名称。

第25页:固体培养基稀释涂抹接种法

固体培养基的稀释涂抹接种法:本页起连续展示该方法的操作步骤,通过十倍梯度稀释后取菌液涂布平板,用于分离与计数。

第26页:需要使用的仪器震荡机

本页展示稀释涂抹接种需要使用的仪器——震荡机,用于将试管中的菌液混合均匀。

第27页:吸取待稀释菌液

吸取准备好欲稀释的菌液。

第28页:吸取均匀菌液

吸取充分均匀后的菌液。

第29页:第一次十倍稀释

取含有 9mL 无菌水之试管,将试管口过火灭菌。将菌液置入,此时试管须做记号为第一次稀释。

第30页:震荡混匀菌液

将试管于震荡机上,使菌液混合均匀。

第31页:梯度重复稀释

取出试管中的第一次十倍稀释菌液 1mL,加入另一个新的含 9mL 无菌水的试管中。重复此步骤直至所需要的稀释浓度。

第32页:取菌液置入平板

从最后稀释菌液中吸取 0.1mL 菌液,置入准备好的无菌琼脂内。

第33页:三角玻璃棒浸酒精

将三角玻璃棒浸于酒精中。

第34页:玻璃棒火焰灭菌

将三角玻璃棒在火焰上燃烧(须注意勿使燃烧中的酒精滴入酒精瓶中,引起燃烧)。

第35页:涂布培养与浓度推算

使用玻璃棒将菌液均匀涂布开来,将培养皿置于恒温培养箱中隔天观察菌落数目,再依照稀释倍数推算出菌液浓度。

第36页:

第37页:生产性能的初筛与复筛

4. 生产性能的测定:一般采用两步法。

初筛
以量为主
复筛
以质为主

第38页:诱变育种与诱变剂

二、诱变育种:用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变。

诱变剂
能够提高生物体突变频率的物质。
物理诱变剂
紫外线、快中子
化学诱变剂
硫酸二乙酯、亚硝基胍

第39页:诱变育种的主要环节

诱变育种的主要环节

  1. 以合适的诱变剂处理细胞悬浮液——诱变
  2. 用合适的方法淘汰负效应变异株,选出性能优良的正变异株——筛选

第40页:原生质体融合育种

第三节 生产菌种的改良 一、原生质体融合(protoplast fusion)

  1. 标记菌株的筛选
  2. 原生质体的制备
  3. 原生质体的融合与再生:聚乙二醇(PEG)为脱水剂助融剂,Ca2+ 可提高融合频率
  4. 融合子的选择

第41页:DNA 重组技术改良菌种

二、DNA 重组技术(DNA recombination technology)

  1. 目标 DNA 片断的获得
  2. 与载体 DNA 分子的连接
  3. 重组 DNA 分子引入宿主细胞
  4. 从中选出所需重组 DNA 分子的宿主细胞

第42页:菌种衰退的原因

第四节 菌种的衰退、复壮与保藏 一、菌种的衰退

衰退的原因:

  1. 菌种保藏不当
  2. 菌种生长条件没有得到满足

第43页:菌种的复壮

二、菌种的复壮

  1. 纯种分离
  2. 通过寄主体进行复壮
  3. 淘汰已衰退的个体

第44页:菌种保藏的原理与方法

三、菌种保藏

1. 原理
低温、干燥、缺氧、缺营养物质
2. 方法
(1)斜面保藏法(2)干燥保藏法(3)悬液保藏法(4)冷冻干燥保藏法(5)低温保藏法

第45页:微生物的培养方法

第五节 种子的扩大培养 一、微生物的培养方法

  1. 表面培养
  2. 固体培养
  3. 液体深层培养

第46页:

第47页:菌种扩大培养的目的

二、菌种的扩大培养

菌种扩大培养的目的:为每次发酵罐的投料提供相当数量的代谢旺盛的种子。

第48页:种子制备的工艺流程

(一)种子制备的工艺流程

  1. 保藏菌种
  2. 试管斜面活化(固体培养基)
  3. 茄瓶斜面
  4. 摇瓶
  5. 种子罐

第49页:

第50页:

第51页:摇瓶种子培养与发酵培养

  1. 摇瓶种子培养
  2. 发酵培养

第52页:

第53页:

第54页:斜面菌种的培养

(二)斜面菌种的培养

  1. 不宜多次移种。
  2. 活化斜面中加 0.1% 葡萄糖。

培养基特点:原料较精细。

第55页:一级种子摇瓶培养

(三)一级种子培养(摇瓶)

培养基特点:使用的原料基本接近于发酵培养基。

第56页:二级种子培养

(四)二级种子培养(种子罐)

培养基的特点:和一级种子相似,其中葡萄糖用水解糖代替,更接近于发酵培养基。

第57页:大量接种的优点

大量地接入培养成熟菌种的优点:

  1. 可以缩短生长过程的延缓期,因而缩短了发酵周期,提高了设备利用率。
  2. 节约了发酵培养的动力消耗。
  3. 并有利于减少染菌机会。
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