02 菌种选育——【发酵工程 精】
发酵工程原理与技术第二章
施加选择压力的分离方法
分批式富集培养（摇瓶培养） 重复移植几次后，接种已富集的培养物到固体培养基，可 将优势微生物分离出来。
移种时间是关键，应在所需菌占优势时移种。
施加选择压力的分离方法
连续富集培养： 用于连续发酵生产的菌种选育特别适合。 改变限制性基质浓度可以控制两种菌的比生长速率。
返回
几个应注意的问题
（1）出发菌株 出发菌株应产量高、对诱变剂敏感性大、变异幅度广。
几个应注意的问题
（2）复合诱变因素的使用 野生型菌株用单一诱变因素有时能取得好效果；老
菌种单一诱变因素重复使用突变效果不高，可利用复合 因素、扩大诱变幅度，提高诱变效果。
青霉菌选育：先以氮芥处理很短时间而不引起突变， 再用UV处理，可使诱变频率大为提高。提高突变频率可 获得高产菌株。
诱变育种
诱变育种理论基础：基因突变。
自然突变：自然条件下出现的基因突变。
诱发突变：用各种物理和生物因素、化学 因素人工诱发的基因突变。
诱变剂处理使菌种发生突变频率和变异幅度提 高—获得特性优良变异菌株的几率高。
诱变育种主要步骤
出发菌株的诱变处理 和 突变体的筛选。
前进
出发菌株诱变处理
包括：
出发菌株的选择 诱变剂的选择 诱变剂量和处理时间的确定
几个应注意的问题
乙烯亚胺和UV复合处理，氯化锂和UV复合处理，都 用得较普遍，且有一定成效。
氯化锂本身无诱变作用，与一些诱变因子一起使用时 能促进突变。
几个应注意的问题
（3）剂量选择
变异率取决于诱变剂量，变异率和致死率之间有一 定关系。用致死率作为选择适宜剂量的依据。
合适剂量：同时增加变异幅度与正突变。
发酵工程 第二章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术讲解
种类：分属于子囊菌纲、担子菌纲及半知菌 类，目前已知的酵母菌有56属，大约500多种， 与其他类群比，种类要少得多。
分布：酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸 性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上， 特别是葡萄园和果园的土壤中，因而称为糖菌 （Sugar fungus）。
裂殖酵母
5. 担子菌——蘑菇（mushroom）
6. 藻类
许多国家已把藻类作为人类保健食品和饲料。 螺旋藻
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。
三、工业微生物的来源
根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工 厂或菌种保藏部门索取或购买 从发酵制品中分离目的菌株 自然界中分离筛选新的微生物菌种 菌种选育：自然选育、人工诱变、原生质体融 合、基因工程改造
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
我们的周围存在着多种多 样的微生物，它们和我们 的生活密切相关。
目前已知微生物约有10万种，分布在以下各界中：
原核生物界：例如细菌、蓝藻 真菌界：例如酵母菌 原生生物界：例如草履虫、变形虫 病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒
发酵工业对菌种的要求
能在廉价培养基上迅速生长，目的代谢产物产量高 培养条件易于控制 生长速度和反应速度快，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体和杂菌的能力强 遗传性状稳定，菌种不易变异退化 发酵过程产生泡沫少 对前体物质有耐受能力，不作为碳源利用 不是病原菌，不产生有害的生物活性物质
如何在后续的操作中使这种可能性实现？
从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要 和基础的步骤。
到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示 一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。
在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定种 类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时调 整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢之 微生物相适应。
发酵工程及其应用 课件高二下学期生物人教版选择性必修3
这是发酵工程的中心环节 ①了解发酵进程：随时检测培养 液中的微生物数量、产物浓度等。 ②及时添加必需的营养组分。 ③严格控制温度、pH和溶解氧等 发酵条件。环境条件不仅会影响 微生物的生长繁殖，而且会影响 微生物代谢物的形成。
02 发酵工程的应用
发酵工程的优点：
①生产条件温和 ②原料来源丰富且价格低廉 ③产物专一 ④废弃物对环境的污染小和容易处理
【课堂检测】
2.下列不属于发酵工程在农牧业上的应用的是( D )
A.利用微生物肥料抑制土壤中病原微生物的生长， 减少病害的发生 B.利用放线菌产生的井冈霉素防治水稻枯纹病 C.用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家 禽增重快 D.利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
微生物或代谢产物
苏云金杆菌
白僵菌 一种放线菌产生的抗生素
—井冈霉素
防治病虫害种类 80多种农林虫害 玉米螟、松毛虫
水稻枯纹病
ห้องสมุดไป่ตู้
0022 发酵工程的应用
在农牧业上的应用
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料 微生物含有丰富的蛋白质 实例1——单细胞蛋白 许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料， 通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。
习题巩固
1．关于啤酒生产的流程说法错误的是( B )
A．让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶 B．焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶会丧失活性 C．糖化的目的是让淀粉分解 D．蒸煮时终止酶的作用，并对糖浆进行灭菌
习题巩固
2．啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发
酵的说法错误的是( C )
A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制 成的 B．酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段 C．啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有 氧呼吸 D．啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭 环境下进行的
发酵工程 2 发酵工业菌种应用
包括病毒、立克次氏体、细菌、放线菌、酵母菌、
霉菌、单细胞藻类、原生动物和支原体等。 常见的工业微生物： 细菌、放线菌、酵母菌、霉菌及危害细菌、放 线菌生长的噬菌体等 。
一、工业微生物常用菌种
1．细菌（bacteria ）
发酵工业常用的细菌有枯草芽孢杆菌、醋酸 杆菌、乳酸菌、棒状杆菌、短杆菌等。用于生 产酶制剂、醋酸、乳酸、氨基酸、肌苷酸等 。
如产腺苷的芽孢杆菌黄嘌呤营养缺陷型菌
株，回复子的比例随传代次数的增加而增加， 腺苷产量也随之下降。 3）创造良好的培养条件 孢子能力的衰退。 在进行栖土曲霉培养
时，温度从28-30℃提高到33-34℃，可防止产
4）利用不易衰退的细胞传代 在放线菌和霉菌中，由于其菌丝细胞常含 有几个细胞核，若用菌丝接种就易出现衰退，而 孢子一般是单核的，用于接种，就不会发生这类
5．其它 担子菌：香菇、灵芝等。 藻类：螺旋藻、单胞藻等。 基因工程菌：基因工程菌在发酵工程已得到广泛 应用，如酶制剂、胰岛素、干扰素、生长激素、 乙型肝炎病苗等的生产。
二、工业生产对菌种的要求 （ 1 ）能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生成的目的产物产量高、易于回收； （2）生长较快，发酵周期短；
2、退化的原因
1）基因突变
那些控制生产性状的基因发生负突变。
2）分离现象 由于诱变获得的高产菌株本身不纯，
高产突变只发生在一个核（多核时）和一条DNA链
上（单核时），随着细胞分裂，核发生分离，突 变基因和未突变基因发生分离，出现了突变的高 产菌株和未突变的低产菌株。
3 ）自发突变
培养环境营养不良、发酵时间过
变异有局限性，复合处理则可扩大突变的位点范
围，使获得正突变菌株的可能性增大，因此，诱
《发酵菌种选育》课件
发酵菌种选育是提高发酵工业生产效率和产品质量的关键环节， 对于降低生产成本、提高经济效益、推动产业发展具有重要意义 。
菌种选育的基本原则
80%
适应性
选育的菌种应适应发酵工业生产 的环境条件，如温度、pH、压力 等。
100%
产率
选育的菌种应具有较高的发酵产 率，以提高生产效率和降低成本 。
80%
人工智能的应用将有助于提高菌种选育的效率和成功率，缩短研发周期，降低研 发成本。同时，人工智能还可以结合自动化技术实现菌种筛选和发酵过程的自动 化控制，提高生产效率。
THANK YOU
感谢聆听
04
发酵菌种选育的应用与案例
在工业生产中的应用
生物能源
发酵菌种可用于生产生物燃料 ，如乙醇、生物柴油等，替代 化石燃料。
化学品生产
发酵菌种可以用于生产各种化 学品，如氨基酸、抗生素、维 生素等。
食品加工
在食品加工中，发酵菌种可用 于生产酸奶、奶酪、面包等食 品。
在农业上的应用
有机肥料
发酵菌种可以将有机废弃物转化为有机肥料，提高土 壤肥力。
合成生物学结合了基因编辑技术和系 统生物学，通过设计和构建人工基因 线路和细胞系统来优化微生物发酵过 程。
随着合成生物学的发展，未来将有望 实现定制化的菌种设计和优化，提高 发酵产物的产量和纯度，降低生产成 本。
人工智能在菌种选育中的应用前景
人工智能技术如机器学习和深度学习能够处理大量的菌种数据，预测和优化菌种 生长和代谢过程。
菌种选育的成功案例分析
青霉素的发现
通过对霉菌的发酵产物进行筛选，发 现了青霉素，为人类治疗细菌感染做 出了巨大贡献。
酵母菌的选育
高赖氨酸玉米的选育
发酵工程第二章发酵工业微生物菌种
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
（一）采样
1、采样对象 以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼泽 土中，以细菌和放线菌为主；富含碳水化合物的 土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果 生长区和果园内。采样的对象也可以是植物，腐 败物品，某些水域等。
新种分离与筛选的步骤
（五）毒性试验 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的，将其作为 生产菌种应当十分当心，尤其与食品工业有关的菌种， 更应慎重。据有的国家规定，微生物中除啤酒酵母、脆 壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒 性试验外，其他微生物作为食用，均需通过两年以上的 毒性试验。
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
（三）培养分离
尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂
李 先 磊
Fermentation Engineering
生长状态。因此还必须分离，纯化。在这一步，增殖培 养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一 点，好一点。纯种分离的方法有划线分离法、稀释分离 法。
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
李 先 磊
（二）增殖培养 为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物 至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择 性培养基，选择一定的培养条件来控制。 例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维 素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源， 那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常 生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样 对下阶段的纯种分离就会顺利得多。
微生物菌种
虽然遗传工程等新的育种方法迅速发展，但诱变育种仍是目 前广泛使用的育种手段。
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
原始菌株（出发菌株）
活细胞计数 诱变剂处理 活细胞计数 中间培养
突变株分离
诱变预备处 理
初筛 复筛 生产性能试验
工业微生物来源
想菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需
菌株。
从自然界采集分离。
从一些发酵制品中分离目的菌株。
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
微生物菌种的选择性分离
工业化菌种的要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合 成产物； 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；
分离耐高渗透压酵母菌，可到甜果、蜜饯、甘蔗渣堆积处采样
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
目的微生物富集的一些基本方法
让目的微生物在种群中占优势，使筛选变 富集的目的： 得可能。
富集的三种方案：
定向培养:采用特定的有利于目的微生物富集的
条件（加热、膜过滤等），进行培养。
当不可能采用定向培养时，则可设计在一个分
能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明 圈，圈的大小初步反应菌株利用底物的能力。
分离水解酶产生菌时较多采用，如蛋白酶、淀粉酶、 脂肪酶、核酸酶等；
《发酵工程》
第二章 微生物菌种选育
例如用此法分离产生碱性蛋白酶的芽孢杆菌 土壤经巴氏消毒，以减少不产芽孢的微生物；然 后铺在pH8-9的琼脂培养基（含有均匀的不溶性蛋白 质）表面；碱性蛋白酶产生菌能消化平板上的不溶性 蛋白质，产生一透明圈。
遗传性能要相对稳定；
不易感染它种微生物或噬菌体； 产生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）； 生产特性要符合工艺要求。
2 发酵工程的菌种及其扩大培养
是酿酒重要霉菌，也是酸性蛋 白酶和腐乳生产中的重要菌种。
2、毛霉 ( Mucor ) 鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 从我国小曲中分离出来； 能糖化淀粉且能生成少量酒精； 能产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力， 常用来制作腐乳 总状毛霉 ( Mucor racemosus ) 是毛霉中分布最广的一种，几乎在各地 土壤中、一些生霉的材料上、空气中都能找到； 酒曲中常见 可制作豆豉
10、假单胞菌 (Pseudomonas)
能发酵生产维生素B12、丙氨酸、谷氨酸、葡萄糖酸、 色素、果胶酶；也能进行类固醇（甾体）转化；有些菌 株可利用烃类生产SCP。
（二）放线菌（actinomyces）
因其菌落呈放射状而得名 属原核微生物类群，在自然 界中分布很广，尤其在有机 质丰富的微碱性土壤中较多。 大多腐生，少数寄生。 产生多种抗生素（12 000余 种，60%左右来自放线菌）， 经济价值大
（六）噬菌体（phage）
危害以细菌和放线菌为生产菌 株的发酵工业。
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。
吸附
释放
注入核酸
装配
合成核酸和蛋白质
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。
第一节 发酵工程菌种的分离和筛选
一、菌种的来源 向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买； 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 二、分离思路 新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性， 采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生 产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。
《发酵工程》第2章 菌种与种子扩大培养
基酸生产中应用较多。控制菌体在不同生 长期的条件。（营养生长与代谢产物积累
时条件不同）
eg: 酶制剂两步法液体深层培养
特点：将菌体生长条件（营养期）与产酶条件（自我繁 殖期）区分开来。 操作：菌种先在营养丰富的培养基上大量繁殖→收 集菌体浓缩物→洗涤→添加诱导物的产酶培养基中 培养
eg: 氨基酸生产的两步法液体深层培养：
二、工业上常用的微生物
微生物在工业上的用途很广，包括化工、
医药、食品、水产、国防、纺织、石油 勘探及石油化工等方面。 微生物的代谢产物多，已超过1300多种， 而用于大规模工业生产的不足100多种； 微生物酶有近千种，而工业上用的不过 40－50种。微生物具有巨大的潜力可挖 掘。 工业上常用菌种举例：
A、固体培养 （曲法培养）
浅盘固体培养 深层固体培养
B、液体培养
浅盘液体培养 液体深层培养：
目前几乎所有的好
气发酵均采用液体深
层发酵法；
C、载体培养：用天然（或人工）多孔材料
（如脲脘泡沫塑料）代替麦麸之类固态基质作 微生物生长的载体，营养成分可严格控制。
D、两步法液体深层培养：在酶制剂和氨
保藏时首先要挑选优良纯种，最好是它们的休眠体 （孢子、芽孢等），其次是要创造一个最有利于休眠的 环境，如低温、干燥、缺氧和缺乏营养物质等，以达到 降低其代谢活动，延长保存期的目的。
3、菌种保藏的方法：
斜面保藏法、矿物油保藏法、砂土保管保藏法、真空 冷冻干燥法、冷冻法、液态真空干燥法、琼脂穿刺封 口保藏法、曲法保藏、麦粒保藏法、无水硅胶保藏法。
四、防止菌种退化的措施
1、菌种退化：菌种的发酵能力降低、繁
殖能力降低、发酵产品的得率降低
区别于杂菌污染：
发酵工程中菌种的选育流程
发酵工程中菌种的选育流程同学们！今天咱们来一起探索一下发酵工程中菌种选育的神奇流程。
咱们得知道为啥要选育菌种。
简单说，就是要找到那种特别厉害、能高效干活的菌种，这样才能让发酵过程更顺利，产出更好更多的东西。
那选育流程是咋样的呢？第一步，得去收集各种各样的菌种资源。
这就像是在一个大宝藏里寻宝，从不同的地方，比如土壤、水、空气，甚至是一些特殊的环境中，把可能有用的菌种都找出来。
收集好了之后，就进入筛选环节啦。
这时候，科学家们会设置一些条件，像是特定的温度、酸碱度、营养物质等等，看看哪些菌种能在这些条件下生存和生长得好。
就好像是一场考试，只有表现优秀的菌种才能通过这一关。
比如说，假设我们要选育能生产某种特定物质的菌种，那就会在培养基里加入相关的成分，然后观察哪些菌种能把这些成分转化成我们想要的东西。
通过了筛选的菌种，还不算完哦，接下来要进行优化和改良。
这就像是给优秀的学生开小灶，让他们变得更优秀。
可能会用一些技术手段，比如基因突变、基因重组，来改变菌种的基因，让它们具有更好的性能。
举个例子，有一种用于发酵生产酸奶的菌种，最初可能产酸能力不是很强，经过优化改良后，产酸速度更快，做出来的酸奶口感也更好。
然后呢，就是性能测试啦。
把选育出来的菌种放到实际的发酵环境中，看看它们到底表现得怎么样。
比如说，产量是不是提高了，质量是不是更好了，生产效率是不是更高了。
如果测试结果不错，那这个菌种就有可能被大规模地培养和应用啦。
但这还没完，在实际应用的过程中，还得不断地监测和改进，确保菌种一直保持良好的性能。
再比如说，在酿造葡萄酒的时候，选育出好的酵母菌种非常重要。
通过一系列的选育流程，找到那种能让葡萄酒风味独特、品质优良的菌种，才能酿出美味的葡萄酒。
发酵工程中菌种的选育流程就像是一场精心策划的选拔比赛，经过层层筛选、优化和测试，最终选出那些“超级菌种”，为我们的生产带来更好的效果。
同学们，了解了这个流程，是不是觉得发酵工程很有趣也很神奇呢？。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
02 菌种选育
本章内容：
第一节菌种的来源
2.1.1 生物物质产生菌的筛选
2.1.1.1 M—生物产物的来源
M是各种生物活性产物的丰富资源，要获得所需生物特性的新产物，关键是：
①、选择M；
②、筛选方案(检测系统)。
M细胞内含物及其培养基成分极其复杂，且所需的产物可能每毫升只有微克到毫克，在选择筛选方法时必须考虑选择性和灵敏度两个方面，即需灵敏度很高的专一性检测方法。
2.1.1.2 待筛选样品的性质
1
寻找新产物的产生菌可用固体或液体培养基筛选。
但次级代谢物的大规模生产是用沉没培养法进行的，由于在固体培养基和液体培养基中产生的次级代谢物的方式不一样，因此有些研究人员以液体培养法为惟一的筛选手段。
2.1.1.3 筛选方案的设计
基本上可利用以下三种不同的筛选方法：
①、整体生物；
②、完整细胞；
③、亚细胞制剂。
2.1.2 M选择性分离的原理和方法
大多数抗生素均由放线菌产生。
下面介绍放线菌为主的分离方法原理的发展。
选择性分离方法大致可分为五个步骤：
①、含M材料的选择；
②、材料预处理；
③、所需菌种分离；
④、菌种培养；
⑤、菌种选择和纯化。
以上任何一个阶段都可引人选择压力。
1
2.1.2.1 含M材料的选择
在选择菌种来源时，存在一些选择标准。
对于天然材料，如土壤的选择，来源越是广泛的样品，含有目的类型的M的可能性越大，获得新菌种的可能性越高；另一方面，可寻找已适应相当苛刻的环境压力的M类群。
这种方法已获得某些成功(见表2-1)。
从被污染的实验室培养基中分离出嗜盐菌(Actinopolyspora halophila)，从盐场分离出嗜盐链霉菌，说明在富盐环境中存在一类尚待开发的放线菌。
酸性土壤圈的放线菌类群与其紧接下层的中性圈的放线菌类群有很大不同。
因此，也有可能利用同一生态环境内的不同环境条件分离出更多种类的菌株。
自然环境的菌群可因人类的活动而改变。
于土壤中加入去莠津(atrazine)会导致放线菌菌群数量的增加。
如诺卡氏菌属能生长在Carboxanilide杀真菌剂中。
更新的生态环境仍有待开发。
例如，有人从Componia的根瘤中分离出一株放线菌，并从白蚁的肠子里分离出一株类似放线菌的细菌。
但迄今仍很少有人从厌氧M中筛选次级代谢产物。
2.1.2.2 材料的预处理
材料预处理可提高菌种分离效果，包括物理、化学与诱饵法（表2-2）。
1
（1）、物理法
加热、过滤、离心等。
举例：
A 热处理可减少材料中的细菌数。
因许多放线菌(如红球菌Rhodococcus)比G-细菌细胞耐热。
B 膜滤法样品中细胞数较少时(如水)，可采用膜滤法浓缩样品中细胞。
滤膜的品种对收集菌的类型有重要的影响。
处理放线菌繁殖体含量很低的海水，可先将样品离心后再过滤。
1。