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微生物工程详解
微生物工程 常见的工业微生物 微生物是个体微小的生物的总称, 包括原核类(细菌) 真核类(真菌、原生动物、单细胞藻类) 非细胞类(病毒)。 微生物工业对菌种的要求 ①培养基原料来源广、廉价; ②培养条件易控制; ③发酵周期短; ④菌株高产; ⑤抗病毒(噬菌体)能力强; ⑥菌株性状稳定,不易变异退化; ⑦菌体本身不能是病原菌; 生产菌种的保藏与选育 ㈠菌种保藏 (1)目的: ①存活,不丢失,不污染; ②防止优良性状丢失; ③随时为生产、科研提供优良菌种。 (2)基本原理:根据菌种的生理生化特点,人工地创造条件,使菌种的代谢活动处于不活泼状态。 (3)常用的菌种保藏方法:斜面低温保藏法、石蜡油封保藏法、砂土保藏法、硅胶保藏法、冷冻干燥法、液氮超低温冻结法等。 菌种选育 (1)目的:改善菌种的特性,使提高产量,改进质量,降低成本,改革工艺,方便管理及综合利用等。 (2)方法:A、自然选育;B、生产选育;C、抗噬菌体菌株选育;D、诱变育种;E、代谢控制育种;F、基因重组育种; 诱变育种 .常用诱变剂的使用方法 物理诱变剂:紫外辐射、电离辐射 化学诱变剂: 碱基类似物:5-溴尿密啶---碱基错配 羟化剂羟胺---C变成N-4-羟基胞嘧啶(只能与A配对) 脱氨剂:亚硝酸---是A、G、C脱落或DNA交联 烷化剂:亚硝基胍、甲基磺酸乙酯、硫酸二乙酯---碱基错配或脱落 紫外线 这是一种使用方便、诱变效果很好的常用诱变剂。在诱变处理前,先开紫外灯预热20分钟,使光波稳定。然后,将3~5ml细胞悬浮液置6cm培养皿中,置于诱变箱内的电磁搅拌器上,照射3~5分钟进行表面杀菌。打开培养皿盖,开启电磁搅拌器,边照射边搅拌。处理一定时间后,在红光灯下,吸取一定量菌液经稀释后,取0.2ml涂平板,或经暗培养一段时间后再涂平板。 5-溴尿嘧啶(5BU) 称取5-BU,加入无菌生理盐水微热溶解,使浓度为2mg/ml。将细胞培养至对数期并重悬浮于缓冲液或生理盐水中过夜,使其尽量消耗自身营养物质。将5BU加入培养基内,使其终浓度一般为10~20μg/ml,混匀后倒平板,涂布菌液,使其在生长过程中诱变,然后挑单菌落进行测定。 抗性突变型 筛选各种抗性突变型也是生产上常用来提高某些代谢产物的重要途径。如:解烃棒状菌(C .h ydrocarbaclastus)可以产生棒杆菌素(Carynecin),它是氯霉素的类似物。抗氯霉素的解烃棒杆菌突变株能产生4倍于亲株的棒杆菌素。枯草杆菌的衣霉素抗性突变株的α-淀粉酶的产量较亲本提高了5倍 代谢工程育种 代谢工程,又称代谢途径工程或途径工程,是利用基因工程技术改造细胞的代谢,以改善细胞的性能的一门新兴学科 。 代谢工程可以在对细胞的整个代谢网络的代谢流进行定性、定量分析的基础上,找出制约目标产物积累的关键酶催化反应,并利用基因重组技术直接对代谢途径中的关键酶进行修饰 基因工程育种 DNA重排------创造新基因-----插入载体--转移宿主细胞表达-----不同性状的重组菌株—筛选 影响种子质量的主要因素 1.培养基:碳源、氮源、无机盐、生长素、水 选用原则:组分简单,来源丰富,价格便宜,取材方便等。 2.培养条件 ①温度:温度直接影响生长和酶的合成; ②pH值:对微生物有明显的影响。 ③通气搅拌:(溶解氧的作用:参与菌体呼吸作用) ④泡沫(危害:影响微生物对氧的吸收;妨碍CO2的排除;减少设备利用率) 微生物发酵的原理 (一)预处理 1、 原料预处理:用于发酵的农产品是发酵的原料,为了提高它们的利用率,以及方便对其进行加工,通常需要将这些原料粉碎;对于不能直接利用淀粉或者直接利用淀粉效率不高的微生物,发酵前还要将淀粉水解成葡萄糖;除碳源外,微生物的生长还需要氮源、磷、硫及许多家属元素,这些原料也需要预处理。 2、 发酵培养基的配置和灭菌 (1)培养基的配置原则 a.根据不同微生物的需要配置不同的培养基 b.各种营养物质的浓度与配比,特别是C/N c.将培养基的pH控制在一定范围内 d.考虑利用价廉且易于获得的原料 (2)培养基灭菌方法:采用高温短时的灭菌方法可以减少养分的破坏。 3、 无菌空气制备 好氧微生物的生长和产物生长过程都需要氧气,一般用空气作为氧气的来源。但自然界中的空气含有很多微生物,因此,在将空气通入发酵罐之前必须灭菌处理。其方法包括: (1)加热灭菌(220°C,20秒):灭菌彻底,能耗大,成本高 (2)电除菌:除菌效果差,仅用于初除菌 (3)辐射灭菌:254-265nm效果最佳,仅限
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