第二章菌种选育、保藏与复壮课件.ppt
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1、 第二章第二章菌种选育、保藏与复壮.2022-10-9第一节食品发酵与酿造工业菌种第一节食品发酵与酿造工业菌种第二节菌种选育第二节菌种选育 第三节菌种保藏与复壮第三节菌种保藏与复壮第四节国内外主要菌种保藏机构第四节国内外主要菌种保藏机构.2022-10-9第一节 食品发酵与酿造工业菌种.2022-10-92022-10-94一、现代发酵工业对菌种的要求现代发酵工业对菌种的要求(1 1)非病源菌,不产生有害活性物或毒素;)非病源菌,不产生有害活性物或毒素;(2 2)发酵周期短,发酵产物的产生能力强;)发酵周期短,发酵产物的产生能力强;(3 3)高转化,易分离纯化,低成本,高质量;)高转化,易分离
2、纯化,低成本,高质量;(4 4)生长繁殖力强,速度快,较强产孢能力;)生长繁殖力强,速度快,较强产孢能力;(5 5)原料广,价廉,易被微生物利用、转化;)原料广,价廉,易被微生物利用、转化;(6 6)对添加的前体物质有耐受能力;)对添加的前体物质有耐受能力;(7 7)菌种纯,遗传特性稳定,抗噬菌体能力强。)菌种纯,遗传特性稳定,抗噬菌体能力强。.2022-10-9二、现代发酵工业常见菌种现代发酵工业常见菌种.2022-10-9类别类别微生物名称微生物名称产物产物用途用途细菌细菌短杆菌短杆菌谷氨酸谷氨酸食用、医药食用、医药短杆菌短杆菌肌苷酸肌苷酸食用、医药食用、医药枯草杆菌枯草杆菌淀粉酶淀粉酶葡
3、萄糖、糊精、酒精发酵、啤酒酿造葡萄糖、糊精、酒精发酵、啤酒酿造枯草杆菌枯草杆菌蛋白酶蛋白酶酱油速酿、饲料酱油速酿、饲料巨大芽孢杆巨大芽孢杆菌菌葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶由葡萄糖制造果糖由葡萄糖制造果糖酵母菌酵母菌酒精酵母酒精酵母酒精酒精医药、食用医药、食用假丝酵母假丝酵母单细胞蛋白单细胞蛋白酵母菌体蛋白酵母菌体蛋白脆壁酵母脆壁酵母乳糖酶乳糖酶食品工业食品工业霉菌霉菌黑曲霉黑曲霉柠檬酸柠檬酸食用、医药食用、医药黑曲霉黑曲霉柚苷酶、酸性蛋白柚苷酶、酸性蛋白酶酶柑橘罐头脱除苦味柑橘罐头脱除苦味黑曲霉黑曲霉单宁酶、糖化酶单宁酶、糖化酶分解单宁、酶精制、酒精发酵工业分解单宁、酶精制、酒精发酵工业栖土曲霉栖
4、土曲霉蛋白酶蛋白酶同枯草杆菌蛋白酶同枯草杆菌蛋白酶根霉根霉糖化酶、甾体激素糖化酶、甾体激素葡萄糖制造、酒精厂糖化、医药葡萄糖制造、酒精厂糖化、医药毛霉毛霉蛋白酶蛋白酶腐乳生产腐乳生产青霉菌青霉菌葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶蛋白除葡萄糖、脱氧、食品罐头贮存蛋白除葡萄糖、脱氧、食品罐头贮存木霉菌木霉菌纤维素酶纤维素酶淀粉和食品加工、饲料淀粉和食品加工、饲料黄曲霉菌黄曲霉菌淀粉酶淀粉酶食用、化工食用、化工红曲霉红曲霉糖化酶、红曲色素糖化酶、红曲色素葡萄糖制造、酒精厂糖化、调色剂葡萄糖制造、酒精厂糖化、调色剂.2022-10-9枯草芽孢杆菌.2022-10-9戊糖片球菌.2022-10-9植物乳杆菌.20
5、22-10-9多粘类芽孢杆菌.2022-10-9酿酒酵母.2022-10-9粉状毕赤酵母.2022-10-9红葡萄浓缩汁中的酵母菌形态.2022-10-9产朊假丝酵母.2022-10-9黑曲霉.2022-10-9黑曲霉.2022-10-9青霉.2022-10-9米曲霉米曲霉蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、植酸酶等.2022-10-9根霉根霉.2022-10-9绿色木霉绿色木霉产生微晶纤维素酶,羧甲基纤维素酶、纤维二糖酶,可完全水解纤维素。.2022-10-9拟康氏木霉产生纤维素酶,羧甲基纤维素酶、纤维二糖酶,可完全水解纤维素。.2022-10-9第二节菌种选育.2022-10-9一、新菌种的
6、分离与筛选一、新菌种的分离与筛选利用人工环境,使样品中目标微生物成为优势菌。样品来源越广泛,获得新菌种的可能性越大。纯种分离的常用方法有平板划线分离法、稀释分离法和涂布分离法。样品样品采集采集富集富集培养培养分离分离纯化纯化一般生产性能的测定通过初筛和复筛的方法来确定。性能性能鉴定鉴定.2022-10-9(一)样品采集(一)样品采集 原则原则 样品来源越广泛,获得新菌种的可能性越大。样品来源越广泛,获得新菌种的可能性越大。土壤采样方法土壤采样方法Q土壤的有机质含量和通风状况(土壤的有机质含量和通风状况(5 525cm25cm深度深度)Q土壤的土壤的pHpH和植被状况和植被状况Q地理条件地理条件
7、Q季节条件季节条件E细菌、放线菌:细菌、放线菌:耕地、菜园和近郊土壤;E酵母菌:酵母菌:果园树根的土壤中;E霉霉 菌:菌:动植物残体及霉腐土层中;E黑曲霉:黑曲霉:稻场、谷物堆积处。pHpH7.0 7.0:霉菌、酵母菌居多pH7.0 pH7.0 7.57.5:细菌、放线菌丰富.2022-10-9(二)富集培养(二)富集培养 富集培养的目的富集培养的目的 利用人工环境,使样品中目标微生物成为优势菌。利用人工环境,使样品中目标微生物成为优势菌。富集培养的方法富集培养的方法控制培养基的营养成分控制培养基的营养成分控制培养条件控制培养条件 富集培养的方式富集培养的方式分批培养(分批培养(Batch c
8、ulture Batch culture)连续培养(连续培养(Continuous culture Continuous culture)分批补料培养(分批补料培养(Fed-batch culture Fed-batch culture).2022-10-92022-10-926(三)纯种分离(三)纯种分离(1 1)平板划线分离法)平板划线分离法(2 2)稀释分离法)稀释分离法(3 3)涂布分离法)涂布分离法(4 4)毛细管分离法)毛细管分离法(5 5)小滴分离法)小滴分离法.2022-10-9.2022-10-92022-10-928初筛和复筛初筛和复筛(1 1)初筛(定性)初筛(定性粗放!
9、)粗放!)平板筛选平板筛选 (变色圈、透明圈、生长圈、抑菌圈变色圈、透明圈、生长圈、抑菌圈 )摇瓶发酵筛选摇瓶发酵筛选(2 2)复筛(定量)复筛(定量精确!)精确!)1 1个菌株重复个菌株重复3 35 5瓶,精确分析瓶,精确分析如酶活力单位、耐酒精程度等。如酶活力单位、耐酒精程度等。.2022-10-9溶磷细菌的平板筛选溶磷细菌的平板筛选(5d).2022-10-9青霉菌溶磷实验青霉菌溶磷实验高效溶磷的真菌菌株高效溶磷的真菌菌株.2022-10-9(四)性能鉴定(四)性能鉴定v生产性能测定生产性能测定 通常使用初筛和复筛的方法确定。直接从自然界分离得到的菌通常使用初筛和复筛的方法确定。直接从自
10、然界分离得到的菌株为野生型菌株。我们常将这些自然界中直接获得的新菌株称株为野生型菌株。我们常将这些自然界中直接获得的新菌株称为进一步育种工作的原始菌株或出发菌株。为进一步育种工作的原始菌株或出发菌株。v毒性试验毒性试验若毒性大而且无法排除者应予以淘汰。若毒性大而且无法排除者应予以淘汰。v种属鉴定种属鉴定.2022-10-9二、自然选育二、自然选育v自然选育的定义自然选育的定义 利用微生物在一定条件下产生自发变异,通过利用微生物在一定条件下产生自发变异,通过分离、筛选分离、筛选,排除劣质性,排除劣质性状的菌株,选择出维持原有生产水平或具有更优良生产性能的高产菌株,状的菌株,选择出维持原有生产水平
11、或具有更优良生产性能的高产菌株,达到纯化与复壮菌种、保持稳定生产性能的目的。其主要原理是达到纯化与复壮菌种、保持稳定生产性能的目的。其主要原理是微生物微生物群体分离群体分离。v自然选育的方法自然选育的方法(1)通过表现形态淘汰不良菌株;)通过表现形态淘汰不良菌株;(2)考察目的代谢产物产量;)考察目的代谢产物产量;(3)进行遗传基因型纯度试验,考察菌种纯度;)进行遗传基因型纯度试验,考察菌种纯度;(4)传代稳定性试验:斜面传)传代稳定性试验:斜面传3-5代。代。.2022-10-9自然选育.2022-10-9 资料显示,某些芽孢杆菌具有分解和利资料显示,某些芽孢杆菌具有分解和利用用葡聚糖葡聚糖
12、的能力,请设计方案从自然界中筛选的能力,请设计方案从自然界中筛选一产一产葡聚糖酶葡聚糖酶的菌株,并简要分析各主要步骤的菌株,并简要分析各主要步骤的依据。的依据。05年江南大学微生物年江南大学微生物(发酵发酵)考研试题考研试题.2022-10-9三、诱变育种三、诱变育种v诱变育种:诱变育种:指人为地、有意识地将对象生物置于指人为地、有意识地将对象生物置于诱变因子诱变因子中,中,使该生物体发生使该生物体发生突变突变,从这些突变体中筛选具有优良性状的,从这些突变体中筛选具有优良性状的突变株的过程。突变株的过程。提高了菌种发生提高了菌种发生突变的频率突变的频率和和变异幅度变异幅度,提高获优机率。,提高
13、获优机率。v突变:突变:在自然状况下发生的突变在自然状况下发生的突变自然突变(自然突变(10-610-9)v诱变诱变:人为地利用物理或化学因素诱发的突变(:人为地利用物理或化学因素诱发的突变(10-410-5)v诱变剂诱变剂:能够显著提高突变频率的物理或化学因素。:能够显著提高突变频率的物理或化学因素。.2022-10-9(一)常见诱变剂及作用基本原理(一)常见诱变剂及作用基本原理v物理诱变因子物理诱变因子 紫外线、紫外线、X射线、快中子等射线、快中子等v化学诱变因子化学诱变因子 硫酸二乙酯(硫酸二乙酯(DES)、亚硝酸、)、亚硝酸、吖啶橙吖啶橙v生物诱变因子生物诱变因子 噬菌体、转座子等噬菌
14、体、转座子等.2022-10-9(二)诱变基本方法及影响因素(二)诱变基本方法及影响因素v诱变剂的选择:诱变剂的选择:作用机理;突变谱作用机理;突变谱v诱变剂量选择:诱变剂量选择:最适剂量(致死率最适剂量(致死率70-80%时)时)v增效(变)剂:增效(变)剂:氯化锂(氯化锂(0.5%)v外部环境条件:外部环境条件:如温度、氧气、如温度、氧气、pH、水分、水分v出发菌株的选择:出发菌株的选择:生产菌株、野生菌株生产菌株、野生菌株v出发菌株的生理状态:出发菌株的生理状态:细菌细菌-对数生长期;幼年孢子;营养体;湿态敏对数生长期;幼年孢子;营养体;湿态敏感(感(真菌真菌:106 cfu/mL孢子悬
15、浮液;孢子悬浮液;细菌细菌:108 cfu/mL的菌液)的菌液)v诱变效应的测定:诱变效应的测定:直接法和浓缩法,培养后测定目的产物量直接法和浓缩法,培养后测定目的产物量v诱变方法:诱变方法:单因子、复合诱变单因子、复合诱变v优良突变株的筛选方法:优良突变株的筛选方法:随机筛选或半理性化筛选随机筛选或半理性化筛选.2022-10-9(三)诱变育种流程(三)诱变育种流程.2022-10-9第三节菌种保藏与复壮第三节菌种保藏与复壮.2022-10-9一、菌种的衰退一、菌种的衰退v菌种衰退(菌种衰退(degeneration)生产菌种或筛选出来的较优良菌株,由于进行接种传代或保藏之后,群生产菌种或筛
16、选出来的较优良菌株,由于进行接种传代或保藏之后,群体某些形态特征及生理特征体某些形态特征及生理特征逐渐减退逐渐减退甚至甚至完全丧失完全丧失的现象。的现象。由于菌种的自发突变使其典型性状,特别是产量性状发生由于菌种的自发突变使其典型性状,特别是产量性状发生负变负变的现象。的现象。v菌种退化的主要表现菌种退化的主要表现产量下降,目的代谢产物减少,原料转化率下降;产量下降,目的代谢产物减少,原料转化率下降;生长速度缓慢,目的代谢产物合成能力下降,发酵周期延长;生长速度缓慢,目的代谢产物合成能力下降,发酵周期延长;产孢子能力变弱,孢子形成数量减少;产孢子能力变弱,孢子形成数量减少;抗逆性减弱;抗逆性减
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