第二章工业微生物学基础
工业微生物医学宣教
工业微生物医学的安全与伦
05
理问题
工业微生物医学实验室安全
实验室安全规范
工业微生物医学实验室应建立和执行严格的安全规范，包括 人员培训、设备维护、事故应急处理等方面，以确保实验室 安全稳定运行。
生物安全防护措施
繁殖方式
主要有无性繁殖（如二分 裂、芽殖）和有性繁殖（ 如接合、孢子形成）两大 类。
工业微生物的选育与改良
自然选育：通过自然条件下的筛选和 驯化，挑选出具有优良性状的工业微
生物菌株。
基因工程改良：采用基因工程技术， 对工业微生物进行基因重组和转基因 操作，以获得具有特定功能的优良菌
株。
诱变育种：利用物理或化学诱变剂处 理微生物，诱发基因突变，从中筛选 出有益突变株。
生物医药领域的微生物发酵产品
抗生素的生产
利用放线菌、真菌等微生物进 行发酵，可以生产出多种抗生 素，如青霉素、链霉素等，为 抗感染治疗提供了有力武器。
疫苗的生产
通过微生物发酵技术，可以生产出 多种疫苗，如乙肝疫苗、狂犬疫苗 等，有效预防相应疾病的发生。
微生物酶制剂
利用微生物发酵生产的酶制剂，如 淀粉酶、蛋白酶等，广泛应用于食 品、纺织、造纸等行业，提高生产 效率和产品质量。
实验室应采取适当的生物安全防护措施，如佩戴个人防护装 备、操作生物安全柜、定期对实验室进行消毒等，以防止微 生物泄漏和人员感染。
微生物菌种的保存与管理
菌种保存制度
建立完善的微生物菌种保存制度，包括菌种的收 集、鉴定、分类、存储和档案管理等，以确保菌 种的纯正性、稳定性和可追溯性。
菌种安全管理
对微生物菌种实施严格的安全管理，包括菌种的 领取、使用、转移和销毁等，以防止菌种流失和 滥用。
微生物学各章节复习重点
绪论与第一章：微生物是一切肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。
它们是一些个体微小（直径＜0.1mm），构造简单的低等生物。
微生物的五大共性：⑴体积小、面积大:它是微生物五大共性的基础.⑵吸收多，转化快:⑶生长旺，繁殖快:⑷分布广、种类多:⑸适应强、易变异:微生物学奠基人——巴斯德；细菌学的奠基人——科赫原核微生物：是指一大类细胞核无核膜包裹、只有称作核区的裸露DNA的原始单细胞生物。
包括真细菌（通常简称细菌）和古生菌两大类群。
细菌：细胞细而短(直径0.5μm，长0.5-5um)、结构简单、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。
细胞壁功能：1、固定细胞外形2、协助鞭毛运动3、保护细胞免受外力的损伤4、为正常细胞分裂所必需5、阻拦有害物质进入细胞：如革兰氏阴性细菌细胞壁可阻拦分子量超过800的抗生素通过。
6、与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性密切相关。
细胞壁中的几种特殊成分：v肽聚糖：是真细菌细胞壁中特有的成分。
每一肽聚糖单体由三个部分组成：双糖单位：由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸通过β-1，4糖苷键连接而成。
四肽尾：是4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。
在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中氨基酸组成有所差异。
肽桥：起着连接前后两个四肽尾分子的桥梁作用。
连接甲肽尾的第四个氨基酸的羧基和乙肽尾第三个氨基酸的氨基。
肽桥的变化甚多，由此形成了肽聚糖的多样性。
v磷壁酸：是革兰氏阳性细菌细胞壁所特有的成分。
是结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖,主要成分为甘油磷酸或核糖醇磷酸。
v脂多糖：是革兰氏阴性菌细胞壁所特有的成分。
位于革兰氏阴性细菌细胞壁最外层的一较厚（8-10nm）的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O-特异侧链3部分组成。
革兰氏染色的机理：与细菌细胞壁的化学组成及结构有关。
革兰氏阴性细菌的细胞壁种脂类物质含量较高，肽聚糖含量较低。
染色时乙醇溶解了脂类物质，使细胞通透性增加，结晶紫-碘的复合物易被抽出，于是被脱色。
工业微生物学
工业微生物学
《工业微生物学》
一、定义：
工业微生物学是研究有利于经济运营的微生物活动以及与其有
关的科学。
它综合应用生物、化学、物理等学科的知识来研究微生物如何利用原料转化为有用的产品，并分析其关键过程对生产的影响。
二、历史：
工业微生物学发展至今已经有百余年的历史，其发展过程可以大体分为三个阶段：
（1）19世纪初期，及期为现代工业微生物学的萌芽期，当时，随着近代化学、物理的发展，人们利用这些学科的知识，将微生物联系到制造发酵产品上。
（2）20世纪初期，蒸馏酒、酿酒、蔬菜和乳制品等发酵物品的生产，得到了迅速发展，给工业微生物学带来了非常重要的开发。
（3）20世纪中期以后，技术在改进，现代工业微生物学应运而生，可以通过识别和选择微生物，修饰生物体，改造存储和运输等把控发酵生产过程的方法，极大提高生产效率。
三、应用：
工业微生物学的应用广泛，主要涉及食品行业、药品行业、皮革行业、纸浆行业、农业行业、环境行业等。
它被广泛应用于生物质能源化学精炼、环境生物控制、药物代谢和合成、蛋白质工程和食品微生物杀菌等领域。
四、发展前景：
随着科技的发展，工业微生物学也朝着更为严谨、科学、安全发展的方向发展。
未来，工业微生物学将逐步深入到工业产品生产过程中，不断发挥其作用，实现产品安全、质量优良、效率高的生产，更好地服务于人类文明进步。
工业微生物育种学PPT课件
代谢流量调控
通过调节代谢流量，改变代谢产物的合成途 径和合成量，从而获得具有新性状的工程菌。
组合育种与高通量筛选
组合育种
将不同的育种方法进行组合，综合利用各种 方法的优势，提高育种效率和成功率。
高通量筛选
利用高通量筛选技术，快速、高效地对大量 菌株进行筛选，寻找具有优良性状的菌株。
04
工业微生物育种实践与应 用
05
工业微生物育种面临的挑 战与未来发展
基因编辑技术的伦理与法规问题
伦理问题
基因编辑技术对人类基因的干预引发了关于人类尊严 、生命伦理等方面的争议。在工业微生物育种中，应 充分考虑伦理原则，尊重生命、维护人类尊严。
法规问题
随着基因编辑技术的不断发展，各国政府正在制定相关 法律法规，以规范技术的合理应用。在工业微生物育种 中，应遵守相关法规，确保技术的合法性和安全性。
提高产率与生产效率
总结词
通过育种手段优化微生物的代谢途径，提高目标产物 的合成效率。
详细描述
工业微生物育种学通过基因工程技术对微生物进行改 造，优化其代谢途径，提高目标产物的合成效率，从 而提高整个生产过程的产率与生产效率。
降低生产成本与资源利用
要点一
总结词
降低生产成本，提高资源利用率，实现可持续发展。
特点
工业微生物育种学具有高度的应用性和实践性，强调对微生物的遗传特性和代 谢机制的深入理解，通过定向改造和优化微生物，实现工业生产的可持续发展 和高效性。
重要性及应用领域
重要性
随着生物技术的迅猛发展，工业微生物育种学在提高工业生产效率、降低成本、减少环境污染等方面发挥着越来 越重要的作用。通过对微生物的遗传改良，可以突破传统育种方法的限制，实现高效、精准的工业生产。
《工业生态学》第二章 工业生态学基本理论-工业共生01
工业共生理论
工业共生是一个完整的系统，是指产业内作 为独立经济组织的企业之间，因同类资源共 享或异类资源互补所形成的共生体。
该共生体促进了内部或外部、直接或间接的 资源配置效率的改进，既带来了企业效益的 增加，又推动了该产业的发展。
工业共生的特征
• 形成共生的群落性 • 系统内部的复杂性 • 资源使用的循环性 • 上下游产业的关联性 • 生产成果的增值性
目前已经形成了蒸汽、热水、石膏、硫酸和生物技术等相互依存、 共同发展的格局。
卡伦堡生态工业园是世界上最具有典型意义的生态工业园。
卡伦堡工业共生图
炼油厂
硫酸厂
养殖场 农场施肥
火电厂
墙体材料厂
建材厂
梯索胡
印刷厂
主要有六个核心部分组成： 1、阿斯瓦尔斯盖电站是丹麦最大的火力发电站，容量为150WKw；
复杂的关系组成 的有机统一体
(4) 具有应激性。生物 体对温度、湿度、光照、 食物以及潜在的繁殖伙 伴等外界变化都有反应。
企业
(4)企业对外部环 境同样有反应。 企业对外部环境， 如：资源的可获 得性、顾客、价 格等外部因素的 变化产生反应。
企业和生物体的相似性
生物体
二集合内部各个体 都不是孤立的,而是通过
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几个重要的概念
种群生态学
是研究某一特定物种或几个密切相关物种的空间分布、统计学特征、 时间动态及其演化的科学。
生态位
生态位是生态学的一个重要理论，是指在生物群落或生态系统中，每 个物种都拥有自己的角色和地位即占据一定的空间，发挥一定的功能。
工业生态学的研究主题
研究的主题是产品开发与演化中与潜在的资源消耗和环境影响有关 的内容。也就是说，是产品带来的后果而不仅仅是产品本身。
基础微生物学：第二章 真核微生物
• 厚约100~250nm，占细胞干物质的30% • 主要成分为己糖或氨基己糖构成的多糖链，如几丁质、纤维素、
葡聚糖、甘露聚糖，还有蛋白质、类脂等化学成分 多糖：β-1,4单糖聚合物
真核微生物的“9+2”型鞭毛构造
组成:
1微鞭)管鞭杆、杆“微9：管＋二中2”连央型，2为中央微管，9为微管二联体，外包
体；C动M力。蛋白臂； 微微管管连二丝联、体放：射 AB两条中空亚纤维组成，A是完全微管， 辐13条个微管蛋白亚基组成，B是10个，与A共用3个亚基。
2A解)上基酶伸体水出解两AT条P动供力运蛋动白。臂，可为Ca2+、Mg2+激活的ATP水 3基)过体渡是“区9＋0”，9个三联体，中间没有微管和鞘。
结构简单的子实体：分生孢子头、分生孢子梗、分生孢子囊 结构复杂的子实体：分生孢子器，分生孢子座，分生孢子盘
• 低等真菌：纤维素 • 酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖 • 高等陆生真菌：几丁质
– 不同生长阶段和外界环境因素，细胞壁化学成分明显不同。 – 在衰老的菌丝和孢子表面常出现一些附加物，最常见的是黑
色素和脂肪。 • 功能：固定细胞外形，保护细胞免受外界不良因子的损伤
真菌细胞壁成分
真菌原生质膜
• 与原核生物相似，由蛋白质和脂类组成 • 但真菌细胞膜中具有甾醇，在原核生物细胞膜
细胞形态和构造 • 菌丝（Hypha）:由细胞壁包被的一种管状细丝,无色透明,直
径3-10微米; ❖菌丝体(Mycelium) :分枝的菌丝相互交错而成的群体称为菌丝体.
P.170
菌丝中没有横隔膜，整个菌丝就是一个单细胞。
工业微生物学
课程名称：工业微生物学课程编码：英文名称：Industrial Microbiology学时：54 学分：3适用专业：生物工程，制药工程，食品科学与工程，生物技术，食品质量与安全课程类别：必修课程性质：学科基础课先修课程：生物化学教材：《微生物学》路福平等，中国轻工业出版社，2019一、课程性质与任务工业微生物学是为生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业开设的一门重要技术基础课。
通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位、在自然界中的分布与作用、特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。
虽然工业微生物学是我校生物工程，制药工程，食品科学与工程，食品质量与安全，生物技术专业重要的一门基础生物学课程，但因为学习时间有限，因而本课程不能详尽无遗地讲解微生物学的各个方面，在内容的选择和安排上要注意做到主次分明、概念清楚、由浅入深、理论联系实际，为提高教学质量与教学效果创造有利条件。
二、课程教学的基本要求工业微生物学是生物工程、制药工程、食品科学与工程、食品质量与安全和生物技术专业的一门重要技术基础课，以阐述微生物的形态结构与功能、微生物的营养、环境因素对微生物生长的影响以及微生物的遗传育种为主，同时适当介绍微生物的生态学、微生物的分类以及传染与免疫等知识。
考虑到学生已经在生物化学课中学过各种物质代谢的知识，所以在工业微生物学中不再讲解，只介绍微生物的产能方式如呼吸和发酵。
通过本课程的学习，要求学生掌握微生物的基本知识，包括微生物的形态、结构、营养、生长、环境因素对微生物的影响、菌种选育、菌种保藏以及新陈代谢和遗传变异等；了解微生物在生物界中的地位，在自然界中的分布与作用，特别是在食品、发酵与制药工业中的实际应用等，为其它专业课的学习奠定良好基础。
微生物学各章小结
微生物学各章小结第一章：绪论1、微生物：一类形体微小、单细胞或个体较为简单的多细胞，甚至无细胞结构的低等生物的统称。
2、微生物的几个基本特性：1体积小、面积大“微米”作为个体大小的度量单位，个体更小的病毒则以“纳米”为度量单位。
个体形态需要借助光学显微镜或电子显微镜观察。
肉眼可观察到微生物聚集的群体－菌落2微生物的种类多：原核生物：3500种；:病毒：4000种；真菌：9万种；原生动物和藻类：10万种；3在自然界中分布极为广泛4生长旺，繁殖快（单细胞藻类：3~6小时繁殖一代。
酵母：2~4小时繁殖一代。
细菌：0.5~1小时繁殖一代。
）5适应性强，易变异3、微生物学发展简史分几个阶段，其中代表人物是谁？主要做了什么贡献？（一）微生物的利用与发现时间：1676~1861 开创者：安东•列文虎克（Antony Leeuwenhoek )。
特点：自制单式显微镜观察细菌；微生物形态描述。
（二）微生物学及食品微生物学的建立19世纪中期，欧洲工业、农业规模化生产方式已经形成。
当时工农业生产发展中出现的葡萄酒发酵酸败、人畜传染病等与微生物相关的问题急需解决。
法国人巴斯德：彻底否定了“自生说”学说。
免疫学——预防接种。
证实发酵是由微生物引起的。
其他贡献：巴斯德消毒法等。
德国人柯赫：微生物学基本操作技术的贡献：a）细菌纯培养方法的建立。
b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养。
c）蒸汽灭菌。
d）染色观察和显微摄影。
对病原细菌研究作出了突出贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌；c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——著名的柯赫原则。
（三）近代微生物学的发展微生物学研究工具的不断改进；微生物学和其他生物科学共同发展，互相促进。
4、日常生活中与食品生产、储藏、变质等有关的微生物问题。
P5第二章：微生物的形态、结构与功能1、细菌：是一类单细胞、细胞壁坚韧、以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物。
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（3）生长旺、繁殖快
在生物界中，微生物具有极高的繁殖速度，其中 以二均分裂方式繁殖的细菌尤为突出。
例如，大肠杆菌在37℃下以20min分裂一次计， 则一个细胞经48h后可产生2.2×1043个后代，假 如一个细菌重量为10-12克，那么这时的总重量将 在2.2×1025吨，即相当于4000个地球之重 。
1956年美籍华裔遗传学家Joe Hin Tjio(庄有兴)等人
明确了人类每个细胞有46条染色体，46条染色体按其 大小、形态配成23对，第一对到第二十二对叫做常染 色体，为男女共有，第二十三对是一对性染色体。女 性性染色体是两条X染色体，而男性是X染色体和Y染 色体各一条。
一、细菌（germs ）
凡动植物能利用的营养物质，微生物一概可以利用；
而大量为动植物所不能利用的，甚至是剧毒的物质，微生 物照样可以很好的利用。
由于微生物的食谱极广、生长要求不高以及生长繁殖速度 特别快等原因，使得它们在自然界中分布极其广泛，上至 天空下至深海，到处都有微生物存在，
而土壤则是各种微生物的大本营。一亩肥沃的土壤，在 150cm深的表土内就含有300kg以上的真菌 和裂殖菌。
细菌是自然界中分布最广、数量最多， 与人类关系最密切的一类微生物。
细菌为单细胞生物，分裂繁殖，体积 很小，直径约0.5μm，长度约0.55μm，具有杆状、球状、螺旋状等基 本形态
（见图2-1）。
1982年，澳大利亚学者巴里·马歇尔和罗 宾·沃伦发现了幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)，并证明该细菌感染胃部会导致 胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。
第一节 微生物的特点
微生物(microorganism microbe)
是一切微小生物的总称，它们是一些个体 微小，需借助显微镜才能看清其外形、结 构简单的低等生物；
它们有的是单细胞，有的是多细胞，还有 些没有细胞结构。
从生化观点看，微生物是一种生物催化剂， 它促使生物物质转化的进行。
另一方面，微生物细胞又与反应工程中的 反应器十分相象，原料中的养分（即反应 物）透过微生物活细胞周围的细胞壁和细 胞膜，进入微生物体内，由微生物体内酶 系的催化作用，把反应物转化为产物，最 后产物被释放出来。
十年、几百年甚至上千年。 此外，耐酸碱、抗辐射、耐缺氧、耐毒物等特性在微生
物中也是极为常见的。
由于微生物的个体一般都是单细胞或接近 于单细胞，利用物理或化学的人工诱变处 理后，容易使它们的遗传性质发生变异， 从而改变微生物的代谢途径，产生新菌种， 达到为人类服务的目的。
第二节 工业生产中常见的微生物
任何物体被分割得越细，其比表面积（单位体积所占有的 表面积）就越大，大肠杆菌的这一比值可高达30万。微生 物的这种小体积大表面积的特点，特别有利于它们与周围 环境进行物质、能量和信息的交换。实际上，微生物的一 系列其他属性都和这一特点密切相关。
（2）种类多、分布广
目前已发现的微生物在10万种以上。不同种类的微生物具 有不同的代谢方式，能分解各式各样的有机物质和无机物 质：
所以从化学工程角度考虑，微生物细胞又 可认为是一种极其微小的“反应器”。
微生物个体所特有的小体积、大表面积的特点，给
它们带来了一系列有别于其他高等生物的特征：
（1）体积小，表面大
微生物的个体都极其微小，一般用微米（即10-6m)或纳米 （即10-9m)作单位。以微生物的典型代表---细菌为例， 其最普遍的杆菌的平均长度2微米，1500个杆菌头尾衔接 起来仅有一粒芝麻长，细菌的重量更微乎其微，每毫克细 菌数比全地球人口总数还多。
染色体（chromosome）由DNA、蛋白质以及
少量的RNA构成的线状或短棒状的物质，是遗传 物质的载体。
它是由细胞分裂间期的染色质高度螺旋化的产物。
染色体是遗传信息的主了遗传基因在染色体上的学说.
1928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体，从而 获得了生理医学诺贝尔奖。
第二章 工业微生物学基础
第一节 微生物的特点 第二节 工业生产中常见的微生物 第三节 微生物菌种的分离选育与保藏 第四节 微生物的营养 第五节 影响微生物生长发育的因素 第六节 微生物的培养 第七节 灭菌技术
第二章教学目的与要求：
掌握微生物的细胞结构、特点及鉴别。 掌握诱变育种的理论和原生质体融合技术的步骤。 熟悉微生物的营养和微生物对营养物质的吸收过程。 会分析影响微生物生长发育的因素。 掌握微生物群体的生长规律，了解微生物的培养过程。 熟悉灭菌的方法。
具有核膜,能进行有丝分裂,细胞质中存在线粒体或 同时存在叶绿体等细胞器的微小生物,都称为真核 微生物. 细胞内含有具体的细胞核，细胞核有核仁，核膜
和一至数条DNA构成的染色体。
非细胞生物没有完整的细胞结构，仅含有一种
类型的核酸（DNA或RNA）不能进行独立的代谢 作用，如病毒（virus） 噬菌体（phage）是侵染细菌的微生物病毒
人类在100多年前从植物的花粉细胞中，发现了 一些丝状和粒状的东西.
直到1879年德国生物学家弗莱明（Fleming1843一1905） 把细胞核中的丝状和粒状的东西，用染料染红并观察它， 发现这些东西平时散漫地分布在细胞核中，当细胞分裂时， 散漫的染色物体便浓缩，形成一定数目和一定形状的条状 物，到分裂完成时，条状物又疏松为散漫状，后来科学家 就把这种染色的条状物称为染色体
自然界里，微生物的种类繁多，可粗分为：
原核微生物(prokaryotic microbe): 指核质和
细胞质之间不存在明显核膜，其染色体由单一核 酸组成的一类微生物。
细胞内有明显的核区，但没有核膜、核仁，核区 内含有一条DNA构成的细菌染色体。
真核微生物(Eucarvotic microbe):凡是细胞核
（4）适应强，易变异
微生物对环境条件尤其是恶劣的极端环境所具有的惊人 适应力，堪称生物界之最。
例如，某些细菌可在100℃以上的温度条件下正常生长； 大多数细菌能耐0—-196℃的任何低温； 一些嗜盐菌甚至能在32%的饱和盐水中正常生活； 许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几