微生物细胞工程.ppt

3. 微生物细胞工程;3.1 概述;3.1.2 微生物的培养 微生物的特点：体积小、面积大；吸收多、转化快；生长旺、繁殖快；适应强、易变异；分布广、种类多 营养要求：不同种类微生物的营养要求各不相同 培养方法 ：根据需要选择最适培养方法;3.1.3 遗传性状的改变 改变遗传性状的目的：获得带有各种遗传标记的微生物变种 基础性遗传学研究：改造各种细菌如大肠杆菌、根癌农杆菌等，使其遗传性状发生改变，成为携带各种遗传标记的试验菌种，用于遗传学的基础研究 实际应用：改变微生物遗传性状，进行微生物育种，选育高质高产菌株 ;;1943年， 20单位青霉素/毫升青霉菌发酵液 变异逐渐积累，发酵水平己超过5～10万单位/毫升;改变遗传性状的方法 突变 基因工程 原生质体融合;突变：自发突变、诱发突变（物理诱变与化学诱变）实现遗传性状的改变。局限--自发突变率低，随机性太大，而诱变方法的多次使用，诱变效果逐渐降低 基因工程：目标明确，针对性强，已取得很大成功。 局限性--需要了解微生物的遗传背景；操作复杂，实验条件要求高，限制了应用;原生质体融合：技术操作容易，设备要求简单，特别是对于遗传背景不甚明了、感受态尚不了解、转化困难的微生物，采用原生质体融合法进行细胞遗传重组切实可行 ;3.1.4 微生物细胞工程的应用 微生物细胞本身的应用：单细胞蛋白SCP的生产、酵母制作面包、利用再生资源生产饲料蛋白、微生物细胞作为生物催化剂 微生物细胞产物的应用：微生物发酵生产各种氨基酸、核苷酸、有机酸等初级代谢产物和抗生素、维生素、激素、生物碱、细胞毒素等次级代谢产物。酶、乙醇、氨基酸、饮料、酱油;微生物机能的利用：微生物对有毒化合物和高分子化合物的分解净化、石油探矿和开采、细菌冶金、有机废弃物的综合治理、海洋和宇宙的开发;3.2 微生物的培养;3.2.1 营养要求 ;氮源：无机氮源和有机氮源 常用无机氮源：各种铵盐、硝酸盐、氨气 常用有机氮源：各种氨基酸与蛋白质 基础研究：蛋白胨、牛肉膏和酵母膏 工业生产：氮源的来源与种类十分广泛，如氨水、硫酸铵、硝酸铵、尿素、黄豆粉、玉米浆、麸皮??鱼粉等;碳氮比值：各种营养成分的浓度和配比直接影响微生物的代谢与菌体生长繁殖、代谢产物的积累，其中以C／N比值最为明显 深层培养黑曲霉生产果胶酶时，C／N比值最适为 10 :1 节杆菌生产维生素B12， C／N比值最适为 11 : 1－15 : 1 ;无机盐：即矿物质，为微生物生长、发育、代谢所不可缺少的重要营养素 主要生物元素：碳、氧、氢、氮、磷、硫、钾、镁、铁、钙、钠等，参与微生物细胞的合成、辅酶代谢、能量转移，作为酶的激活剂控制原生质的物理性能和细胞的渗透性，在菌体与培养基之间起重要的缓冲调节作用 微量元素：用量极微，但不可缺少。辅酶成分、参与酶蛋白合成、酶激活剂，对微生物生命活动和积累产物具有强烈的刺激作用。氯化钾、硫酸铁、硫酸锌、硫酸锰、氯化钴、硫酸铜;生长因素 必需微量维生素类及其有关化合物：维生素在微生物细胞培养中用量很少，但不可缺乏。作为辅酶、酶的活性中心。常用的维生素是B族维生素 氨基酸类：构成菌体蛋白的要素 嘌呤与嘧啶类：核酸碱基的构成要素 ;氧气：培养时以气体形式供给细胞 氧气首先要溶入培养基的液体主体 进入细胞周围滞液层 透过细胞壁、细胞膜，进入细胞内参与代谢 氧气要被细胞利用，必须克服各种阻力，消耗能量，因此搅拌显得非常重要 ;3.2.2 显微技术 ;3.2.3 染色技术;;3.2.4 培养技术;纯培养技术;灭菌与消毒 培养基、培养器皿等微生物培养所用培养材料必须经过灭菌消毒，方可用于微生物培养 根据实验目的、实验材料选择合适的灭菌消毒方法 干热灭菌、湿热灭菌、化学消毒剂、紫外线、X射线、过滤除菌 ;分离技术：目的在于获得单细胞菌落 划线法 稀释法 单细胞挑选法 选择性培养基分离法 富集培养分离;划线平板培养法;稀释平板培养法;厌氧菌稀释转动分离培养;单细胞挑选法：通过显微镜的观察和控制，从微生物群体中分离出单一种类的微生物个体。要求熟练的操作技术 细长吸液管，低倍显微镜或解剖显微镜 显微操纵器，500--1000倍显微镜的观察和控制下进行;选择性培养基分离法：通过物理或化学手段使目的微生物能够很好生长，而其他微生物不易生长的条件达到分离筛选的目的 光合成菌：给与充足的光照，不提供有机碳源 高温菌：高温培养 厌氧菌：隔绝空气 选择性培养基：药物抗性、特殊营养成分。 放线菌的选择性培养基，多为胶状角质、淀粉、甘油、明胶琼脂、精氨酸为唯一氮源;富集培养分离： 将少量设想含有目的微生物的试样(土壤、污泥、水)接种到与目的微生物相适合的液体培养基中，在适当条件下进行培养，使特定微生物发育增殖 碳源、氮源，必要时还加入少量维生素、生物素、酵