生物工艺学复习纲要

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1、生物工艺学复习大纲2011-6-8第一章 绪论 1、生物工艺学？p1 生物工艺学，也称生物技术，是指以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的过程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类生产出所需要产品或达到某种目的的技术;2、生物反应的一般过程？p2-3 将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程，常称为生化反应过程，也称为生物反应过程.其实质是利用生物催化剂进行生物技术产品的生产过程 一般过程4个部分：原料的处理；生物催化剂的制备；生物反应器及反应条件的选择与控制；产物的分离纯化. 整个生物反应过程以生化反应奇为核心,而分别把反应前后称为上游

2、加工和下游加工酶催化反应过程：采用游离酶或固定化酶为催化剂时的反应过程.细胞反应过程：采用活细胞为催化剂时的反应过程.包括微生物发酵反应过程，固定化细胞反应过程和动植物细胞培养过程 废水的生物处理过程：它是利用微生物本身的分解能力和净化能力，除去废水中污浊物质的过程.特点:是由细菌的菌类、原生动物、微小后生物等各种微生物构成的混合培养系统 几乎全部采用连续操作 微生物所处环境条件波动大 反应目的是消除有害物质而不是生成代谢产物和微生物细胞本身第二章 工业微生物菌种选育、制备、保藏1、从自然界分离新菌种的步骤？p14 采样:采样地点的确定要根据筛选的目的、微生物的分布概况及菌种的主要特征与外界环

3、境关系等，进行综合、具体地分析来决定，如果预先不了解某种生产均的具体来源，一般可从土壤中分离（记录采样时间、地点、环境情况等）.例如：对于酵母类或霉菌类微生物，由于他们对碳水化合物的需要量比较多一般又喜欢偏酸性环境，所以它们在植物花朵、瓜果种子及腐殖质含量高的土壤等上面比较多 增殖培养：所谓增殖培养就是给混合菌群提供一些有利于所需菌株生长或不利于其他菌型生长的条件，以促使目标菌大量繁殖，从而有利于分离它们.例如筛选纤维素酶产生菌 以纤维素为唯一碳源进行增殖培养，使得不能分解纤维素的菌不能生长；筛选脂肪酶产生菌 以植物油为唯一碳源进行增殖培养，能更快更准确地将脂肪酶生产菌分离出来；在分离放线菌时

4、，可在土壤样品悬浮液中加10%的酚数滴，以抑制霉菌和细菌的生长 纯种培养（纯种分离）：纯种分离的方法,单菌种分离法 菌种制备成单孢子或单细胞悬浮液，经过适当的稀释后，在琼脂平板上进行划线分离，即是将含菌样品在固体培养基表面做有规划的划线（扇形划线法、方格划线法、平行划线法），菌样经过多次从点到线的稀释，最后经培养得到单菌落；稀释法 通过不断地稀释，使被分离的样品分散到最低限度，然后吸取一定量注入平板，使每一微生物都远离其它微生物而单独成长成为菌落，从而得到纯种.划线法简单快捷，稀释法在培养基上分离的菌落单一均匀，获得纯种的概率大，特别适用于分离具有蔓延性的微生物. 生产性能测定：一般采用两步法

5、，即初筛和复筛，直到获得13株较好的菌株，供发酵条件的摸索和生产试验，进而作为育种的出发菌株.初筛通常采用较为简单直观的方法，比如透明圈法、抑菌圈法等2、诱变育种？p15 诱变育种的基本程序：出发菌的挑选 指用于育种的起始菌株；敏感期和适合对象的选择 敏感期，如菌种的对数生长期，孢子或芽胞的萌发前期；合适对象，如孢子、芽孢；诱变剂的选择 一般原则是使用的方便性和有效性.为了提高诱变效率，常用两种诱变剂交替使用.；诱变剂量的选择 在大多数情况下，用高剂量诱变剂处理获得的负突变率高，在偏低的剂量中正突变率反而较高；初筛 即粗筛，故采用的方法需简便、快速.最常用的有透明圈法、抑菌圈法和颜色变化等方法

6、；复筛 即精细筛选.通常选用液体摇瓶培养方法，直接检测所需的产物量 营养缺陷型：是指某一菌株在诱变后丧失了合成某种营养成分的能力，使其在基本培养基(能够满足野生型菌株生长最低限度需要的培养基)中不能正常生长，而必须在此培养基中加入相应物质才能生长的突变株营养缺陷性的筛选过程：在诱变后通常通过中间培养、淘汰野生型、营养缺陷型检出、营养缺陷型鉴定等步骤，最终筛选出营养缺陷型；抗生素法 原理是野生型细胞能在基本培养基上生长繁殖，可选用某种抗生素将生长状态的细胞杀死，而留下不能生长的缺陷型细胞；过滤法 使能在基本培养基上生长形成菌丝体的野生型留在滤膜上，不能生长的营养缺陷型细胞则能透过滤膜营养缺陷性检

7、出的方法原理：点种法 把浓缩的菌液（细胞或孢子）在完全培养基上进行分离培养，然后将平板上出现的菌落逐个地点种到基本培养基和完全培养基上，经过一段时间培养后，凡是在基本培养基上不能生长，在完全培养基上能生长的菌落，经重新复正后仍如此，便是营养缺陷型；夹层检出法 在培养皿底层倒入一层基本培养基，待凝后，在其上倒入一层稀释菌液与基本培养基的混合物，凝后再倒入一层基本培养基，培养后长出的菌落为野生型，其上再加上一层完全培养基，经过培养后新出现的菌落则多数是营养缺陷型.一般适用于细菌；限量补充培养基检出法 将经过浓缩的菌液接种在含有微量（0.6%获更少）蛋白胨的基本培养基上，野生型迅速生长成较大的菌落，

8、而营养缺陷型生长较慢故长成小菌落而得以检出；影印法 把印章放在已长出菌落的完全培养基上轻轻压一下（注意不要沾上培养基），然后轻轻地分别印在基本培养基和完全培养基上，培养后，在完全培养基上生长，而在基本培养基上不生长的菌落便是营养缺陷型营养缺陷性的鉴定：常用生长谱法，即在基本培养基中加入某种物质时，能生长的菌便是某种物质的缺陷型.缺陷营养类别的确定；缺陷营养因子的确定3、杂交育种？p17原生质体融合？意义？ 杂交育种：指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株.主要有常规的杂交育种和原生质体融合这两种方法.原生质体融合：原生质体融合就是将双

9、亲株的微生物细胞分别通过酶解去壁，使之形成原生质体，然后在高渗条件下混合，并加入物理的、化学的或生物的助融条件，使双亲株的原生质体间发生相互凝集和融合的过程.通过细胞核融合而发生基因组间的交换、重组，从而在适宜条件下再生出微生物细胞壁，获得重组子.步骤：原生质体的制备原生质体的融合原生质体再生融合子的检出与鉴定 意义：原生质体融合技术具有重要的理论与应用价值.它打破了微生物的种属界限，可以实现远缘间菌株的基因重组；原生质体融合在实际应用中主要用于改良菌种特性，提高目标产物的产量，使菌种获得新的性状，合成新的产物等；原生质体融合技术可用来探索一系列重大理论问题，可用于研究细胞质遗传、核质关系、噬

10、菌体与宿主关系，并在研究外源DNA转化、质粒转移、基因定位、病毒传递以及核与核，核与质之间的关系等方面已取得重大进展4、DNA重组技术的一般步骤？p20 目的基因的获取：化学合成法；基因文库法；cDNA文库法 与载体DNA分子的连接：切割有限制性核酸内切酶实现，主要是类限制性核酸内切酶，识别顺序通常为4-6个核苷酸，这些位点的核苷酸都做旋转对称排列；能够克隆外源DNA片段并能在大肠杆菌中繁殖的载体，质粒、噬菌体、黏粒、单链噬菌体M13 重组DNA分子引入宿主细胞：外源DNA片段与载体连接形成的重组体必须以转化、转染、转导等方式进入宿主细胞才能进一步增殖和表达 重组体的选择与鉴定：选择重组体，一

11、般分两步：一是根据载体的遗传标记等选择出含有重组分子的转化细胞；二是进一步根据外源DNA(目标基因)的遗传特性进行鉴定.鉴定转化细胞的方法主要有：遗传学方法、免疫化学方法和核酸杂交方法等 外源基因的表达5、菌种的退化、复壮？p29 菌种退化：是指群体中退化细胞在数量上占一定数值后，表现出菌种生产性能下降的现象.常表现为，在形态上的分生孢子减少或颜色改变，甚至变形，在生理上常指产量的下降；原因，自然突变环境条件 菌种的复壮: 因为在退化的菌种中仍有一些保持原有菌种特性的细胞，故有可能采取一些相应措施，使这些细胞生长、繁殖，以更新退化的菌株，称之为菌种的复壮.6、菌种保藏的原理？常用方法？p30

12、菌种保藏的原理：人为地创造合适的环境条件，使微生物的代谢处于不活泼、生长繁殖受抑制的休眠状态.这些人工环境主要从低温、干燥、缺氧三方面设计 常用方法：冷冻干燥保藏法液氮保藏法斜面保藏法液体石蜡覆盖保藏法载体保藏法悬液保藏法第三章 工业培养基及其设计1、制备培养基的基本原则？p36 目标明确：自养微生物的培养基完全有无机盐组成；异养微生物的生物合成能力较弱，所以培养基中至少含有一种有机物，通常为葡萄糖 营养协调：水碳源氮源P、SMg、K生长因子 条件适宜：pH 最适pH：细菌7.08.0，放线菌7.58.5，酵母菌3.86.0，霉菌4.05.8；渗透压及其他条件 绝大多数微生物适宜在等渗溶液中生

13、长 经济合理：经济合理原则，以粗代精、以野代家、以废代好、以简代繁、以氮代朊（蛋白质）、以纤代糖、以国（产）代进（口）2、培养基的分类？p38-39根据微生物类群与营养类型区分：细菌培养基、放线菌培养基、酵母菌培养基、霉菌培养基、自养微生物培养基、异养微生物培养基按对培养基成分的了解程度区分：天然培养基；合成培养基-化学成分确定；半合成培养基-化学成分部分确定按制备后培养基的物理状态区分：固体培养基；半固体培养基液体培养基按培养基的功能区分：选择培养基 通过加入不妨碍目的微生物生长而抑制非目的微生物生长的物质以达到选择的目的.选择培养基也可通过在培养基中加入目的微生物特别需要的营养物质而使它们

14、加富以达到选择目的，这种选择培养基就是加富培养基；鉴别培养基 是一类在培养基中添加某种化学物质而将目的或对象微生物的菌落与同一平板上的其它微生物菌落区别开来的培养基，如伊红美蓝培养基；选择压力培养基伊红美蓝培养基鉴别大肠杆菌与致病的沙门氏菌、志贺氏菌：伊红是一种红色酸性染料，美蓝是一种蓝色碱性染料.大肠杆菌能强烈分解乳糖产生大量有机酸，结果与两种染料结合形成深紫色菌落.由于伊红还发出略呈绿色的荧光，因此在反射光下可以看到深紫色菌落表面有绿色金属闪光.而肠道内的沙门氏菌和志贺氏菌不发酵乳糖，所以形成无色菌落.这样就可以将无害的大肠杆菌与致病的沙门氏菌和志贺氏菌区别开来； 3、培养基的设计（重点理

15、解速效碳源、迟效碳源，葡萄糖分解阻遏；碳氮比与pH的关系p41） 葡萄糖效应，亦“葡萄糖分解阻遏作用”：是指当菌种利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某些产物合成所需的酶系的形成或酶的活性的作用 碳氮比与pH的关系：培养基中碳氮比对微生物生长繁殖和产物合成的影响极为显著.氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累；氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量.碳源过多则容易形成较低的pH；若碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶第四章 生物工艺过程中的无菌技术1、工业常用的无菌技术有哪些？p44 干热灭菌：微生物主要由于氧化作用而死亡.灼烧法；烘箱热空气法 湿热灭菌：利用饱和蒸汽进行，不可逆地变性，造成微生物的死亡，条件为121，维持30min.射线灭菌：射线灭菌是利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子进行灭菌的方法，其中以紫外线最常用.此外，空气在紫外线辐射下产生的臭氧有一定杀菌作用化学药剂灭菌：某些化学试剂能与微生物发生反应而具有杀菌作用.过滤除菌：过滤除菌是利用过滤法阻留微生物以达到除菌的目的.2、致死温度