第1页：第二章生物工业菌种
第二章 生物工业菌种
第2页：工业生产常用的微生物
§ 工业生产常用的微生物及要求
一、工业生产常用的微生物
- 细菌（bacteria）：常用的有枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等。
- 酵母菌（yeast）：属单细胞真核生物，主要分布于含糖较多的酸性环境中；常用的有啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等。
第3页：霉菌与放线菌
- 霉菌（mould）：喜偏酸性环境，可用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等。
- 放线菌（actionmycetes）：原核微生物类群，在含有机质丰富的微碱性土壤中分布较为广泛，主要用于生产多种抗生素。
第4页：担子菌与藻类
- 担子菌（basidiomycetes）：主要用于多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发。
- 藻类（alga）：许多国家已把它作为人类保健食品和饲料；还可通过藻类将 CO₂ 转变为石油，国外还有从“藻类农场”获得氢能的报道。
第5页：微生物工业对菌种的要求
二、微生物工业对菌种的要求：
- 原料廉价、生长迅速、目的产物产量高。
- 易于控制、酶活性高、发酵周期较短。
- 抗杂菌和噬菌体能力强。
- 菌种遗传性能稳定，不易变异和退化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
第6页：菌种的衰退、复壮与保藏
§ 工业微生物菌种的衰退、复壮与保藏
第7页：菌种衰退的表现
一、菌种的衰退：微生物个体特征与微生物群体特征各方面发生变化。
- 营养物质代谢和生长繁殖能力下降。
- 发酵周期延长。
- 抗不良环境的性能减弱。
- 目的产物的产量下降。
第8页：菌种衰退原因与防治
第9页：菌种衰退原因与保藏原理
- 菌种衰退的原因
- 菌种保藏不当，提供不了当的条件或不利的条件；经诱变得到的新菌株发生回复突变。
- 菌种保藏的基本原理
- 将微生物菌种保存在不利于微生物活跃生长和代谢的不良环境中，如低温、干燥、缺氧、黑暗、营养饥饿等条件，使微生物代谢速率极为缓慢或处于休眠状态，尽可能保持其活力和使其不发生变异。
- 高质量保藏
- 要求保藏的菌种不死亡、活性不衰退、特性不变异、分类不紊乱，随时可提供保持有原始特性的菌种用于交换和使用。
菌种连续传代是造成菌种衰退的直接原因。菌株经连续传代后，含突变基因的个体在数量上逐渐占优势，退化现象逐渐显露。
- 回复突变
- 指变异菌株因遗传组成的自身修复，使原有的遗传障碍解除，代谢途径发生变化，从而恢复原有的特性，表现出原育种过程中已获得的优良性状退化的现象。
第10页：菌种性能改变的两类表现
第11页：遗传特性改变的原因
菌种遗传特性的改变的原因：
- 异核现象导致微生物群体发生变异。
- 自发突变导致菌种遗传特性的改变。
- 突变所产生的变种或杂交重组所形成的杂种的不稳定性，易发生回复突变或产生分离子。
第12页：菌种生理状态的改变
菌种生理状态的改变：
- 菌种是由一些变异株混合组成。
- 菌种培养基影响菌种的生理状态。
- 在某些培养条件下，菌体的某些基因处于活化状态或阻遏状态，而使菌种的生理状态改变。
第13页：菌种培养基的选择
- 菌种培养基营养过于丰富不利于孢子形成，影响发酵。
- 菌种培养基营养贫乏，菌种在营养贫乏的培养基中多次传代会使菌体细胞内缺乏某些生长因子而衰退甚至死亡。
- 因此培养基应选择具有传代后生产能力不发生明显下降、菌落不易衰老和自溶的正常形态菌落、孢子丰富的培养基。
第14页：菌种的复壮措施
菌种的复壮：
第15页：生产菌种的改良途径
§ 生产菌种的改良
第16页：杂交育种
- 杂交育种
- 指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离筛选具有新性状的菌株。
第17页：原生质体融合的基本过程
原生质体融合的基本过程：
- 原生质体形成：细胞壁经细胞壁溶解酶处理去除，得到由细胞膜包裹的原生质体。
- 原生质体融合：两亲本原生质体在融合剂作用下融合，形成融合细胞。
- 细胞壁再生：融合细胞再生出细胞壁，获得重组菌株。
第18页：影响原生质体融合的因素
影响原生质体融合的主要因素：
- 菌体的前处理
- 菌体的培养时间
- 融合剂的浓度
- 融合剂作用的时间
- 阳离子浓度
- 融合的温度及体系的 pH 值等
第19页：影响原生质体再生的因素
影响原生质体再生的主要因素：
- 菌体自身的再生性能
- 原生质体制备的条件
- 再生培养基成分
- 再生培养条件等
第20页：DNA重组技术
- DNA 重组技术
- 就是把外源 DNA 分子结合到任何病毒、质粒或其它载体系统中，组成新的遗传物质，并转入宿主细胞内进行繁殖的过程。
第21页：DNA重组技术的意义
- 可以从复杂的 DNA 分子中分离出单独的 DNA 片段。
- 可以大量生产高纯度的基因片段及其产物。
- 可以在大肠杆菌中研究来自其它生物的基因。
- 在高等动植物中也可以发展和建立这种基因操作系统。
第22页：DNA重组的基本过程
DNA 重组过程：
- 目标 DNA 片段的获得与载体 DNA 分子的连接。
- 重组 DNA 分子引入宿主细胞。
- 筛选含有所需重组 DNA 分子的宿主细胞。
- 对外源基因的表达及稳定性的鉴定。
第23页：目的基因的分离
基因的分离：去垢剂溶解细胞，酚和蛋白酶去除蛋白质，核糖核酸酶去除 RNA，乙醇沉淀等步骤。
特异目的基因的分离主要采用：物理分离法、互补 DNA 分离法和“鸟枪法”等。
第24页：DNA的切割与连接
DNA 分子的切割与连接：
- 用限制性核酸内切酶（Ⅱ类，识别顺序通常为 4～6 个核苷酸）进行切割。
- 限制酶产生的黏性末端、末端转移酶合成的同聚物接尾以及合成的人工接头等，利用 DNA 连接酶来实现 DNA 分子的连接。
第25页：基因工程载体的条件
载体应具备的条件：
- 能在大肠杆菌中自主复制。
- 对某些限制酶来说只有一个切口，并在酶作用后不影响其自主繁殖能力。
- 从细菌核酸中易于分离和纯化。
- 在宿主中能以多拷贝形式存在，有利于插入的外源基因表达，能在宿主中稳定地遗传。
第26页：重组DNA引入宿主的方式
重组 DNA 引入宿主细胞的方式：
常用载体引入宿主细胞的方式| 载体 | 引入方式 |
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| 质粒 | 重组 DNA 以转化的方式进入宿主细胞 |
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| λ 噬菌体 | 重组 DNA 以转染的方式进入宿主细胞 |
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| 柯斯质粒 | 以转导的方式进入宿主细胞 |
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