微生物工程剖析.docVIP

微生物工程 绪论 微生物工程将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。又称为发酵工程。 在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。 在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植物生长因子等，这些产物与菌体的生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。 微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成更有经济价值的产物。 例：Vc的二步发酵法 根据微生物对氧的需求，可以将发酵过程分为三大类： （1）好氧性发酵，如柠檬酸发酵，谷氨酸发酵。 （2）厌氧性发酵，如乳酸发酵，丙酮、丁醇发酵。 （3）兼性发酵，如酵母菌缺氧条件下发酵生产酒精，有氧条件下繁殖菌体。 发酵操作方式 （1）分批发酵，营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出。 （2）连续发酵，是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持稳定，微生物在稳定状态下生长。其反应器有搅拌罐式反应器和管式反应器两种。 （3）补料分批发酵，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。 固体发酵 某些微生物生长需水很少，可利用疏松而含用必需营养物的固体培养基进行发酵生产，称为固体发酵。固体发酵一般都是开放式，因而不是纯培养，无菌要求不高，它的一般过程为：将原料预加工后在经蒸煮灭菌，然后制成含一定水分的固体物料，接入预先培养好的菌种，进行发酵。固体发酵所需设备简单，操作容易，可因地制宜地利用工农业副产品进行发酵生产。 第二章 菌种选育理论和培育 自然选育 利用微生物在一定条件下产生自发突变的原理，通过分离，筛选排除衰退型菌株，从中选择维持原有水平的菌株，又称自然分离。 诱变育种 将生物体暴露于物理、化学或生物诱变剂作用下，促使生物体发生突变、提高变异幅度，从而选出优良菌种的过程。 凡能提高生物体突变频率的物质称诱变剂 诱变后注意要避光培养（因为光复活现象）。 化学诱变剂 烷化剂：如亚硝基胍（NTG）、硫酸二乙酯（DES）、乙烯亚胺（EI）、氮芥 作用机制：使核酸的氮原子上烷基，从而使配对错误 碱基类似物：5-氟尿嘧啶，5-溴尿嘧啶，2-氨基嘌呤 移码诱变剂：丫啶橙、丫啶黄 引起碱基丧失或增加 抗癌药物：丝裂霉素、争光霉素 抑制DNA复制 诱变育种包括出发菌种选择、诱变处理和筛选突变株三个部分。 葡萄糖效应：培养基中同时含有葡萄糖和乳糖，微生物先利用葡萄糖、葡萄糖利用完后才利用乳糖，出现两次菌体生长旺盛时期，若加入乳糖酶诱导物，也不产生乳糖酶，而是在葡萄糖利用完后才产生。 杂交育种 将两个基因型不同的菌株经吻合或接合使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。 酵母繁殖方式： 酵母为单细胞型真菌，一般以出芽方式生殖，在通常情况下，繁殖体为双倍体，但经过特定条件的诱导，可使其产生单倍体孢子并可出芽产生单倍体繁殖体。 单倍体细胞具α及ε2两种交配型。两种交配型细胞经其细胞壁上特定的凝聚因子诱导而进行交配，恢复为双倍体；同一交配型细胞之间，则因细胞壁上凝集因子的存在而不能进行交配。 在生活过程中，酵母细胞还可以形成三倍体、四倍体、多倍体或非整倍体细胞。 一般而言，杂交育种运用了酵母的单双倍生活周期，将不同基因型和相对的交配型的单倍体细胞经诱导杂交而形成二倍体细胞，经筛选便可获得新的遗传性状。 8.但由于原生质体结构与生理活性均未发生改变，故在适宜的条件下，可以再生出细胞壁进行细胞分裂。 9.基因工程技术提高抗生素产量的主要手段 1. 增加限速酶的基因拷贝数 2. 增加正调节基因,去除负调节基因 3.. 增加抗性基因的拷贝数 10.抗性基因的作用是避免抗生素产生菌被自身产生的代谢产物所杀灭。其作用可通过三条途径实现：抗性基因产物(酶)将抗生素作用的底物加以修饰;将抗生素的分子结构加以修饰,使其失活; 将抗生素分子排出细胞外。 11.链霉菌产生的次级代谢产物常常是一组结构相似的混合物。每个化合物称为它的一个组分。多组分产生的分子基础是因为次级代谢产物的合成酶对底物的选择性不强以及合成途径中分支途径的存在。 12.基因工程的简要步骤： ?目的基因的准备；载体系统；基因与载体连接；转化；重组体的筛选和表达产物的鉴定 培养基 1.碳水化合物：单糖，双糖，多聚糖（分别为葡萄糖，蔗糖，淀粉等） 除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的，但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预处理 脂肪：豆油、花生油、菜籽油