微生物与发酵工程(含生物固氮)
生物与发酵工程
生物与发酵工程主讲：黄冈中学教师严贻兰考点分析本专题知识属于现代生物高科技及能够紧密联系并应用于生产、生活实际的技术。
本考点常从以下几个方面命题：1、微生物的类群：一方面是细菌的结构和繁殖，如细菌与真核细胞的结构的区别，细菌的分裂生殖和菌落的概念，另一方面是病毒的结构和增殖，如病毒没有细胞结构，是由核酸和蛋白质组成的衣壳构成及病毒的增殖过程。
2、微生物的营养及培养基的种类和配置原则，掌握各类物质的主要功能，如碳源、氮源和生长因子的类型及功能，同时要重视联系微生物的实际类型，尤其是代谢特点，明确微生物对碳源、氮源需求的特异性，如自养型微生物所需碳源是无机物，固氮微生物所需氮源为分子态氮等，达到熟练应用的目的。
3、微生物的代谢产物、微生物代谢的调节和人工控制；酶的合成调节和酶活性的调节。
4、微生物群体的生长规律和影响微生物生长的环境因素。
5、发酵工程的概念和内容（如发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离和提纯等）、发酵工程的生产实例（如味精的生产过程）及发酵工程的应用（如生产胰岛素、生长激素等药物；生产啤酒、食品添加剂和高蛋白饲料和食品等）。
6、生物工程各分支领域之间的关系（如重视发酵工程与基因工程和细胞工程的相互关系，这既是科技发展热点课题之一，也是考试命题热点之一）。
复习提示近几年高考命题集中在微生物的概念和类群、微生物的营养、代谢和生长，复习时我们应注意以下两个方面：1、应注意用所学知识去解释生产和生活中的一些现象，把所学知识应用于实际。
例如：硝化细菌、反硝化细菌、根瘤菌在氮循环中的作用是什么？沼气池中微生物除臭的原理是什么？杀菌防腐的原理是什么？高温灭菌的原理是什么？制泡菜时坛口为何要加水密封？酵母菌酿酒为何要先通气后密封？水污染的鉴定办法以及如何治理水污染？如何选择菌种来缩短生产周期？如何延长稳定期，提高代谢产物的产量？理论联系实际，不仅能巩固所学生物学知识，而且能解决一些实际问题，这正是我们学习的目的。
第五章微生物与发酵工程
第五章微生物与发酵工程一、单选题（35分）：1.操纵细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状的基因位于（ ）A. 核区B.线粒体C. 核糖体D.质粒 2.通常用来作为菌种鉴定的重要依据是（ ）A. 细菌体积 B ．细菌形状 C ．菌落特点 D.细菌结构 3．要从多种细菌中分离出金黄色葡萄球菌，培养基要用 （ ）A. 加入青霉素的培养基 B ．加入高浓度食盐的培养基 C ．固体培养基 D.液体培养基 4．下列与微生物的代谢活动专门旺盛无关的缘故是 （ ）A ．表面积与体积比大B ．数量多C ．对物质的转化利用快 D. 表面积大 5．下列微生物的产物中没有菌种特异性的一组是 （ ）A ．氨基酸、核苷酸、多糖、毒素、激素B ．核苷酸、维生素、多糖、脂类、氨基酸C ．多糖、脂类、维生素、抗生素、氨基酸D ．氨基酸、多糖、维生素、色素、抗生素 6．可用于观看细菌运动的培养基是 （ ）A ．固体培养基B ．半固体培养基 C.液体培养基 D.天然培养基 7．研究微生物的生长是以群体为单位的，这项研究不包括 （ ） A ．菌落的生长 B ．繁育 C.群体细胞数增加 D.个体的体积增大 8．作为生产用和科研材料用的菌种，常选 （ ） A.稳固期 B ．衰亡期C ．调整期 D. 对数期9．下列不属于微生物的是 （ )A.原核生物B.原生生物C.真菌D.微小动植物10．在微生物生长的过程中，细胞形状最多和数目最多的时期是 （ ）A.对数期、稳固期B.衰亡期、对数期C.稳固期、衰亡期D.衰亡期、稳固期11．环境中氧含量的状况，对不同代谢类型的微生物群体的生长具有不同的阻碍，下列菌中无明显阻碍的是 （ ）A ．酵母菌B ．产甲烷杆菌 C.破伤风杆菌 D ．乳酸菌12．微生物群体生长状况的测定方法能够是 （ ）:①测定样品的细胞数目 ②测定次级代谢产物的总含量 ③测定培养基中细菌的体积 ④测定样品的细胞重量A ．②④ B．①④ C.①③ D.②③13．微生物代谢的调剂属于 （ ）A ．神经调剂 B.激素调剂 C ．酶的调剂 D.基因调剂14．在细菌培养中，所制备的斜面培养基形成的斜面的长度不超过试管总长的（ ） A.l ／5 B ．2/3 C ．1/4 D ．1/215．在培养基的配制过程中，具有如下步骤，其正确顺序为 （ ） ①溶化 ②调pH ③加棉塞 ④包扎 ⑤培养基的分装 ⑥称量A.①②⑥⑤③④ B ．⑥①②⑤③④ C ．⑥①②⑤④③ D ．①②⑤④⑥③ 16．通过阻碍微生物膜的稳固性，从而阻碍营养物质吸取的因素是（ ） A.温度B. pHC.氧含量 D ．前三者的共同作用 17．在实际生产中，对数期的长短取决于（ ）①培养罐的大小 ②接种量的大小 ③培养基的多少 ④代谢产物合成的多少 A.②④ B ．②③ C ．①② D ．①③18．发酵是利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式，通常说的乳酸发酵属于 （ ） A.固体发酵 B ．液体发酵 C ．氨基酸发酵 D ．需氧发酵 19．圆褐固氮菌可利用的氮源是 （ ） A ．氨 B ．分子氮 C ．尿素 D ．蛋白陈 20．多数真菌的最适pH 出为（ ）A ．5．0～6．0 B. 6．0～7．0 C ．4．0～5．0 D.3．0～4．0 21．酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示：a 、b 、c 、d 分别表示不同的生长时期，其中适于作为生产用菌种的时期是A aB bC cD d22．关于微生物代谢产物的说法中不正确的是 （ ）A.初级代谢产物是微生物生长和繁育所必须的B.次级代谢产物并非是微生物生长和繁育所必须的C.次级代谢产物在代谢调剂下产生D.初级代谢产物的合成无需代谢调剂23．单细胞蛋白是通过下列何种方法获得的 （ ）A ．基因工程B ．细胞工程C ．发酵工程 D.酶工程24．某药厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其缘故是 （ ）A．温度操纵不适B．通气量过多 C. pH呈酸性 D.溶氧不足25．下列可用于生产谷氨酸的菌种是（）A.谷氨酸棒状杆菌、金黄色葡萄球菌B．链球菌、大肠杆菌C.谷氨酸棒状杆菌，黄色短杆菌D．大肠杆菌、乳酸菌26．发酵过程中，可不能直截了当引起pH变化的是（）A．营养物质的消耗B．微生物呼出的CO２C．微生物细胞数目的增加D．次级代谢产物的积存27．能为发酵工程提供菌种的是（）A.植物体细胞杂交B．动物细胞融合 C. 目的基因转移 D.聚乙二醇处理大肠杆菌28．依照酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是（）A.呼吸酶B.光合酶C．消化酶D．解旋酶29．在生产实践中，假如接种量大，则细菌生长的情形是（）A.调整期延长B.调整期缩短C.对数期缩短D.稳固期后移30．微生物体内抗毒素、抗生素、色素等的形成时期要紧是在( )A.调整期B.对数期C.稳固期D.衰亡期31．所有细菌都具有特点是（）A 差不多上异养生物B 仅在有水条件下繁育C 仅在有氧条件下生长D 生存温度都超过80℃32．关于灭菌和消毒的不正确的明白得是（）A．灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子B．消毒和灭菌实质上是相同的C．常用灭菌方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法 D．接种环用烧的法灭菌33．构成流感病毒的结构是（）A.荚膜、衣壳、核酸B.鞭毛、核酸、衣壳C.囊膜、鞭毛、核酸D.囊膜、衣壳、核酸34．下图是表示温度对微生物的生长阻碍，其中正确的是（）35．酵母菌培养液常含有一定浓度的葡萄糖，但当葡萄糖浓度过高时，反而抑制微生物的生长，缘故是（）A.碳源供应太充足B.细胞会发生质壁分离C.改变了酵母菌的出值D.葡萄糖不是酵母菌的原料二、多选题（10分）：36．发酵工程的第一个重要工作是选择优良的单一纯种。
第1章发酵工程-高二生物必背知识清单(沪科选择性必修3)_41441748
选择性必修3 生物技术与工程第1章发酵工程某些青霉用于发酵生产青霉素或酶抑制剂，某些曲霉和根霉是发酵工业的重要菌种，某些霉菌会引起动植物或人体疾病，如皮肤癣等。
微生物：微生物是对一切肉眼看不到或看不清楚的一群微小生物的统称，包括细菌。
微生物需要的营养物质在我们生活的周围，处处都有微生物在繁衍生息。
微生物个体微小，在自然界中常常是多种微生物生活在一起。
因此，分离、纯化和培养微生物是研究和利用微生物的前提。
微生物的生存和生长依赖于适宜的营养物质和生长环境。
培养基：是一种由人工配制的适合微生物生长、繁殖并产生代谢产物的营养基质。
微生物所需的营养物质包括：碳源、氮源、生长因子、无机盐和水等。
①碳源（碳元素的来源）：碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后，成为微生物自身的结构物质（碳骨架）和代谢产物（提供能量）。
生物新陈代谢的基本类型同化作用：又叫合成代谢，是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。
异化作用：又叫分解代谢，是生物体将体内的大分子转化为小分子并释放出能量的过程。
分类自养生物：能够以光能或氧化无机物释放的化学能为能源，以环境中的二氧化碳为碳源，来合成自身的组成物质，并储存能异养生物：以环境中现成的有机物作为能量和碳的来源，将这些有机物转变自身的组成物质，并储存能量需氧型兼氧型厌氧型自养微生物（光能自养和化能自养）能够利用CO2为唯一或主要碳源（无机碳源）：一般不需要添加碳源，微生物可以利用空气中的CO2。
异养微生物则利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等有机碳源。
②氮源（氮元素的来源）：氮源物质主要用于合成细胞中的蛋白质、核酸等。
一般包括蛋白质及其不同程度的降解产物，如蛋白胨（多肽混合物）、氨基酸，以及尿素、铵盐、硝酸盐等。
备注：自养微生物只能利用无机氮源；异养微生物可以利用有机氮源和无机氮源。
③生长因子：通常是指微生物自身不能合成或合成量不足，但又是微生物生长和代谢所必需的小分子。
第4章 发酵工程
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
3）产物促进剂
所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物， 又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
5、水
三 发酵的一般过程
配制
灭菌
培养基原料
接种
培养基
灭菌 灭菌 接种 发酵
菌种
摇瓶
扩大
种子罐
生产罐
培养液
分 离
产品抽提、精制
上清液
菌体
1 菌种 2.种子扩大培养 斜面菌种活化 →一级种子培养（摇瓶）
环境
环境
合成产物的前体
合成副产物
从检测手段分可分为：直接参数、间接参数
发酵过程变化的参数
直接参数:温度、 pH、溶解氧 浓度、压力、发酵液粘度等；
间接参数:细胞生长速率、产物 合成速率和呼吸熵等。
1 温度
(1) 温度对生长的影响
根据微生物对温度的要求大致可分为四类：
在最适温度下，微生物生长迅速；
• 1680年,荷兰的列文虎克(Anthony Leeuwenhoek)制成了 显微镜,并通过显微镜观察到了微生物.
•
19世纪中期，法国的巴斯德（Louis Pasteur)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。
德国的柯赫（Robert Koch)发明了固体培养基，得到了 细菌的纯培养物，由此建立了微生物的纯培养技术。
（ 1 ）调节好基础料的 pH ，基础料中若含有 玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。 （2）在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ， 或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 （3）通过补料调节pH 在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。 在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH （4）当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
高中生物新人教版选择性必修3微生物的选择培养和计数(49张)课件
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第1章 发酵工程
8
[提醒] 显微镜直接计数法统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和。
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第1章 发酵工程
9
四、实验设计
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第1章 发酵工程
10
(1)筛选分解尿素的细菌的培养基以尿素为唯一氮源且为固体培养基。 (√ )
(2)利用稀释涂布平板法统计菌落数目时，统计的菌落数就是活菌的实际 数。( × ) (3)统计菌落数目时为保证结果准确，一般选择菌落数目最多的平板进行 统计。( × )
(2)在培养基上进行划线操作时，操作的第一步及________之前都要灼烧 接种环。在第二次及以后的划线，总是从上一次划线的________开始。 同时注意最后一区(图甲中5区)的划线与第一区(图甲中1区)__________。
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第1章 发酵工程
21
(3) 接 种 过 程 的 所 有 操 作 一 定 要 在 火 焰 附 近 进 行 的 原 因 是 _____________________________________________________________。
点
以得到单菌落
接种工具
接种环
涂布器
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第1章 发酵工程
15
比较项目 单菌落 的获得
不 用途
同 点
操作难 易程度
平板划线法
稀释涂布平板法
单菌落从最后划线的区域 只有稀释度合适，才能得到单
挑取
菌落
分离纯化菌种，获得单菌 ①分离纯化菌种，获得单菌落；
落
②用于计数
操作较简便，细菌的数目 操作比较复杂，需将菌液进行
高考生物一轮复习课件第34讲发酵工程
淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液通过发酵获得微生物菌体（单细胞蛋白）
教材延伸
1.在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长? 它们会对果酒发酵产生影响吗? 如果有，如何避免这种影响? _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)对发酵工程概念的理解
①微生物：包括来自自然界的微生物(即“常规菌”)和基因重组的微生物(即“工程菌”)。②产品：通过微生物的大量繁殖获得所需产品。包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。 ③实质：利用微生物进行产品生产(如次生代谢物和菌体本身)。
2.某生产谷氨酸的发酵装置，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和 乙酰谷氨酰胺，由此你可得出什么结论。____________________________________________________________________。
环境条件不仅影响微生物的生长繁殖，而且也会影响微生物的代谢物的形成
高中生物选择性必修三 第三单元 发酵工程及应用((含答案))高二生物单元复习知识清单
第一章发酵工程第3节发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节1.发酵工程的基本环节：菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵罐内发酵，产品分离、提纯等方面。
2．选育菌种目的：获得性状优良的菌种。
3.选育方法（菌种来源）：可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
4.菌种选育的重要性（意义）:优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。
5.扩大培养：(1)目的：获得更多的菌种。
(2)原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。
(3)扩大培养的培养基：一般为液体培养基。
6．配制培养基的要求：（1）在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基。
（2）在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
（即不断优化培养基）7．培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌原因：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。
一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。
8.灭菌目的：避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量。
9．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。
大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
10．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。
11.发酵罐内发酵严格控制发酵条件的原因：（1）环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；（2）严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。
12.发酵罐内发酵要求：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
13.不同发酵条件的影响实例——谷氨酸发酵（1）在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸。
（2）在酸性条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺。
苏教版高中生物学选择性必修3生物学技术与工程精品课件 第一章 发酵工程 第四节 发酵工程及其应用
发酵生产 于最佳状态; ②随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进
程,还要及时添加必需的营养组分等
①若发酵产品是微生物细胞本身,采用过滤、沉淀等方法将菌
产物的分 体分离、干燥;
离与提纯 ②若发酵产品是代谢物,可根据产物的性质采取适当的提取、
分离和纯化措施来获得产品
2.发酵过程的影响因素及相应的调节和控制方法 (1)温度。 微生物分解有机物释放的能量,一部分用于合成ATP,另一部分散发到培养 基中时,会引起发酵过程温度升高;机械搅拌也会产生一部分热量引起温度 升高。 调节和控制培养液温度的方法:用冷却水进行温度的调节。 (2)pH。 pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时,培养液的pH就会下 降;而碱性物质的生成则会导致培养液的pH上升。 调节和控制培养液pH的方法:在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸 或加碱。
方法突破
1.发酵工程的基本环节
基本环节
主要方法及目的
菌种选育 从自然界中筛选;诱变育种;基因工程育种 扩大培养 快速增加菌种数量
发酵培养 基的配制 结合菌种的代谢特点配制培养基
灭菌
避免因杂菌污染而影响产品品质和产量
接种
将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
基本环节
主要方法及目的
①监测并控制温度、pH、溶解氧等发酵条件,使发酵全过程处
第一章 第四节 发酵工程及其应用
内
01 基础落实•必备知识全过关
容
索
02 重难探究•能力素养全提升
引
学习目标
1.归纳微生物的特定功能,了解其在发酵工程中的应用。 2.结合具体事例,掌握发酵工程的一般过程。 3.掌握发酵工程在医药业、食品业、农业及其他领域的广泛应用。
考点9 微生物与发酵工程
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考点9 微生物与发酵工程1.（2010·四川高考·T1）与酵母菌相比，硝化细菌具有的特点是A. 无线粒体，只能通过无氧呼吸获得能量B. 无固氮酶，只能以含氮有机物作为氮源C. 无细胞核，只能通过出芽生殖方式繁殖后代D. 无染色体，只能在DNA水平产生可遗传变异【命题立意】本题以酵母菌和硝化细菌为实例，比较了真核生物和原核生物在结构和功能上的区别，意在考查考生的分析推断能力。
【思路点拨】决定生物代谢类型的是酶，而不是细胞器。
只要含有无氧呼吸相关的酶，就能进行无氧呼吸，含有有氧呼吸所需的酶，就能通过有氧呼吸获得能量。
【规范解答】选D。
硝化细菌是原核生物，虽无线粒体，但仍可在细胞膜内侧进行有氧呼吸，A错误；硝化细菌无固氮酶，但可以将氨气氧化为亚硝酸根离子和硝酸根离子，并从该过程中获得能量。
这里的氨气是硝化细菌的无机氮源，B错误；硝化细菌无细胞核，其增殖方式是二分裂，C错误；硝化细菌无染色体，不可能产生染色体变异，只能在DNA水平产生可遗传变异，D正确。
2.（2010·全国卷Ⅰ·T34）下列是与微生物培养有关的问题，请回答：⑴某细菌固体培养基的组成成分是KH2PO4、Na2HPO4、MgSO4、葡萄糖、尿素、琼脂和蒸馏水，其中凝固剂是，碳源是，氮源是。
已知只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，故该培养基属于培养基。
按照化学成分分类，该培养基属于培养基。
从同化作用类型看，用该培养的细菌属于。
⑵将少量细菌接种到一定体积的液体培养基中，适宜条件下培养，定时取样测定菌体数目，以时间为横坐标，以菌体数目的对数为纵坐标，可以得到细菌的曲线。
该曲线中以菌体数目的对数作为纵坐标的原因是。
实验室中，为了获得形态和生理特征一致的菌体，一般应在期取材；在生产中，常收集培养至期的细菌用于次生代谢产物的提取。
现代微生物工程简介
6、醋酸菌 (Acetobacter)
G－，椭圆、杆状，单生、成对或成链，不形成芽 孢，好氧微生物
能把酒精氧化成醋酸 分两群： 1）只将乙醇氧化成醋酸 2）将产生的醋酸继续氧化成CO2和水
7、棒状杆菌 (Corynebacterium)
细长的杆菌，因菌体的一端或两端粗大（呈棒状）而 得名 。 需氧或兼性厌氧 以葡萄糖为原料发酵产生酸，是谷氨酸和其他氨基酸 的高产菌
二、微生物工程的地位与作用
生
微 生 物 工 程
物
细 胞 工 程
工
基 因 工 程
程
酶 工 程
微生物工程
是生物工程的重要组成和基础， 是生物技术产业化的重要环节。它 将微生物学、生物化学和化学工程 的基本原理有机结合起来，广泛而 深入地揭示了发酵过程的本质。
三、微生物工程发展简史
1、传统的微生物发酵技术——天然发酵
4、诺卡氏菌属 (Norcadia)
一般无气丝，基丝培养十几小时形成横隔，并 断裂成杆状或球状孢子。 菌落较小，边缘多呈树根毛状。 生产利福霉素、蚊霉素 等
5、孢囊链霉菌属 (Streptosporangium)
孢子丝盘卷成球形孢囊，内形成孢囊孢子，孢囊孢 子无鞭毛 产可抑制细菌、病毒和肿瘤的多霉素
3、第二代（近代）微生物发酵技术——深层培养技术
出现于20世纪40年代，以抗生素（青霉素）的生产为标志 青霉素的发现与大量需求
表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30%
深层培养技术（submerged fermentation) ——机械搅拌通气发酵 链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等 抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发 酵工业 好氧发酵，初级、次级代谢产物