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1、第十三章 微生物资源开发与利用 第一节 微生物资源第二节 微生物酶第三节 微生物风味物质 第四节 微生物与保健食品的筛选 微生物资源学微生物资源学是研究微生物资源及其合理开是研究微生物资源及其合理开发发利用和保护的科学。是微生物、生物化学、分子生物，医学、农学、化学、工程学等学科的边缘科学。 微生物资源学重点讨论微生物这一重要的资源，它与人类的关系，开发利用的新成就，新技术及存在的问题。开发利用的战略和策略，值得重点投入的领域等。 为什么学习微生物资源开发利用? 现代工业、农业已在大规模开发动植物资源为人类服务。但是过度开发或不合理开发，造成环境恶化，沙漠化加剧，动植物资源减少，同时这使得微生
2、物资源也在不断削减。有关这些引起国际上各国政府的高度关注，提出了只有一个地球的口号，提出要保护生物多样性，要保护环境，并将可持续发展战略作为基本国策。 微生物是一类天然资源的公众意识远远没有建立。生物资源的利用现状类群已知种估计种已知种比例(%)病毒51031.31054细菌4.7103 410412真菌6.91041.51065藻类4104610467被子植物2.51052.710593鱼类1.91042.110490鸟类9.2103 1104 100哺乳动物4.17103 4.3103 100一 微生物资源的特殊性1.人类发现微生物300年，最初认识都是引起疾病的病原微生物，所以人类一开始
3、是把它当作敌人，缺乏全面认识。2.微生物形体小，比表面积大。3.代谢类型多，生长繁殖速度惊人。可提供多样化的产品，又不宜受气候等因素影响。4.种源丰富，未知者众。微生物的种类有多少目前还未知。有人认为全世界描述的微生物还不到2，故开发潜力巨大。5.微生物变异性大。这为人类改造它们提供了更大的可能性。如最初青霉素产率0.01%,但经改造后达5，提高500倍。一 微生物资源的特殊性6.微生物资源的研究与开发比动植物晚。微生物的资源开发还处于起步阶段，零星、分散、不成体系7.微生物能在极端环境下生存（高温、低温、高酸、高盐）8.微生物是一个巨大的基因资源库。9. 微生物潜力巨大，开发前景广阔，具有实
4、际或潜在用途或价值（如酿酒、食品、有机溶剂、医药、工业、农业、环保等） 1992年联合国环发大会通过了生物多样性公约。这是人类对保护生物多样性及其永续利用的共同纲领。我国是该公约的缔约国之一。 生物资源三支柱，即动物、植物、微生物，其中微生物是一类与动、植物资源不同、生产性能优越、开发前景广阔的生物资源。我国地大物博，微生物资源极为丰富。目前，据初步统计，我们知道的微生物还不到10，利用的不到1，可能有90未开发，这些都可叫做“新种”，有可能存在新基因、能产生新产物和具有新用途。二 微生物资源开发利用 微生物资源开发的真正兴起约50年，其中创新是开发的灵魂。虽然微生物资源丰富，但开发的难度也不
5、断加大，如20世纪50年代有千分之一的几率，而现在只有万分之一的几率。 微生物资源开发利用程序： 总体设计、找到目的菌、效果试验、申请专利、菌种改良及发酵工艺研究、以及报批、生产和市场等组成。 1.总体设计 总体设计是微生物资源开发利用的首要任务。还要考虑市场变化、开发策略、自身现有基础等方面。往往还需要合作伙伴的帮助。总体设计为防止目标相重，一套好的总体设计往往有几套方案。 总体设计确定后，明确开发意图并贯彻始终。2、找到目的菌 总体设计一旦确定，核心问题就是千方百计尽早找到目的菌.所有的策略、路线、方法等都为这个中心服务。原则如下（4个方面）： 1）菌种来源及分离： 世界微生物资料中心资料
6、显示，目前至少有58个国家484个菌种保藏中心，已保藏有80多万株，这是一个重要来源。 分离菌种可根据开发目标，选择取样地域、取样环境，取样方法。 菌株分离法： 单菌株筛选纯培养； 混合菌筛选培养 例：选冶含硫矿砷金处理的微生物（铁硫杆菌、硫硫杆菌）2）模型设计 微生物开发目的千差万别，但必须建立准确、快速、微量、简便的筛选模型，尽快淘汰非目的菌。模型设计可根据作用机制、代谢途径的靶位、目的化合物等设计初筛模型。3）一菌多筛，增加菌的利用率和入选率，还可能找到用途更大的非目的菌。这点对生物活性物质（微生物药）的开发尤为重要，因为有时不清楚我们要找的究竟是哪类微生物，而开发意图在分离菌种时一般无
7、法贯彻，因此常常要分离数以万计的菌种。而如果只用一个模型往往找不到目的菌，造成浪费。4）高通量筛选和组合生化相结合。（高通量筛选在国外已广泛使用，许多模型固定在各自不同的载体上，以机器人取样，计算分析，提高筛选效率）。 3、申请专利 专利是一个国家科技发展水平的标志之一，也是一个单位无形资产的重要组成部分。 微生物资源开发包含重大的经济利益，同时也包含重大的投入和风险。为了保护劳动成果，保护知识产权，及时申请专利是绝对必要的。 申请时机一般在确定某种新活性、新用途或新化合物时立即申请。新菌种也可申请，但不同国家有不同规定。4、菌种改良及基因工程 微生物资源开发利用在某种意义上讲是微生物天然功能
8、在人工控制条件下，按照人工的意志的重演和高效表达。 通常获得的目的物的产率会比较低，或者菌株的工艺性状有缺陷，这就需要进行菌种的改良。方法： 诱变育种 ； 基因工程方法5、微生物资源开发利用的重大课题 微生物资源开发只有50年历史，开发的潜力还很巨大。研究重大课题有： 1）未知微生物的检测、分离和利用 2）无公害农药的微生物研究 3）微生物药物的开发三微生物资源的保护1.保护微生物资源的必要性u微生物对人类的意义：一是生态系统的积极参与者，维持生态平衡起着不可替代的作用；二是人类生活所需的各种物质的生产者。u社会对保护天然微生物资源的必要性和紧迫性缺乏认识。自然界的微生物受环境的影响，处在生生
9、死死和不停的变化之中，大量未知微生物灭亡。u还有天然的极端微生物（高盐、高碱高酸、高压、太空、高辐射等），许多极端微生物所栖息的环境正不断遭到破坏，所以这种特定下的特殊微生物也不断在减少。例：有学者考察云南省22个地区不同植被的土壤放线菌，发现原始森林的放线菌最多（9个属），而后随着砍伐、耕种和旱地程度增加，放线菌种类不断减少。 说明不是因微生物资源开发而减少，而是自然环境破坏造成的微生物种类减少。2.保护微生物资源的措施1) 生产菌种和专利菌种的保护,现在主要是通过法律手段保护.2)天然微生物资源的保护: 保护具有代表性的原始环境如原始森林；高山湖泊、冰川、盐湖等。3）对典型地区进行微生物资
10、源调查，分离鉴定与保 存菌种；4）加大对微生物资源的利用；5）宣传保护原始生态环境的重要性，将保护微生物资源看的和保护动植物资源一样重要。四、微生物菌体食品平菇香菇草菇返回本节金针菇药用菌类代表灵芝猴头猪苓返回本节珍稀菌类代表杏鲍菇茶树菇鸡腿菇滑菇返回本节（一）、食用菌的概念可食用的具有肉质或胶质子实体的大型真菌我国现报导约981种人工栽培的70余种大规模生产 20余种常规菌类药用菌类珍稀菌类返回本节（二）食用菌的形态结构在分类学上，食用菌属于真菌界中的担子菌门和子囊菌门。 食用菌的子实体一般都比较大，直径和高度可达240 cm，所以又称食用菌为大型真菌。分为菌盖、菌柄及菌丝体3部分。 菌丝体
11、是食用菌的营养结构，主要功能是分解基质，吸收、输送及贮藏养分；子实体（菌盖、菌柄）是繁殖结构，其主要作用是产生孢子，繁殖后代。菌丝形态1 孢子，2 孢子膨大3 孢子萌发4 菌丝分枝5 菌丝体6 放大的菌 丝体A 细胞壁B 细胞核 C 细胞质 D 细胞隔膜 菌丝体的形态结构 有隔菌丝 无隔菌丝菌丝体的形态结构食用菌的菌丝一般是多细胞的，菌丝被隔膜隔成了多个细胞。每个细胞可是单核、多核或双核。邻近的两个菌丝细胞之间，可发生细胞质交换。子实体的形态结构伞 状：双孢蘑菇 贝 壳 状：平菇 漏 斗 状：鸡油菌 舌 状：牛舌菌 头 状：猴头菌 毛 刷 状：齿状菌 珊 瑚 状：珊瑚菌 盘 状：盘菌 蜂 窝
12、状：羊肚菌 马 鞍 状：马鞍菌 耳 状：木耳 花 瓣 状：银耳绣 球 状：绣球菌 子实体的形态结构舌 状子实体的形态结构蜂窝状子实体的形态结构耳 状花 瓣 状子实体的形态结构子实体的形态结构伞 状伞菌子实体的形态结构二、食用菌的生产意义（三）食用菌的营养成分一高高蛋白二低低脂肪低糖四多膳食纤维素矿质元素氨基酸维生素二无无胆固醇无淀粉返回本节1、营养价值集中了食品的一切良好特性、营养价值达到植物性食品的顶峰植物肉、上帝食品、长寿食品营养结构合理，各营养成分的比例平衡表绪1 部分食用菌与蔬菜、粮食中蛋白质含量的比较（g/100g干重）食用菌蔬菜粮食种类蛋白质种类蛋白质种类蛋白质蘑菇36.1白萝卜0
13、.6小麦12.4香菇13.418.5大白菜1.1稻米8.5平菇10.530.4菠菜1.8玉米8.5草菇25.930.1黄瓜0.8高粱9.5返回本节表绪2 部分食用菌维生素的含量（mg/kg鲜品）菌类维生素VB1VB2VB3VCVD原双孢菇1.60.748.0131.91240.0香菇0.71.224.0109.72460.0平菇4.01.4107.093.01200.0草菇12.033.0919.0206.27金针菇3.10.581.0109.32040.0返回本节2.药用价值（1）药用成分主要是多糖类、三萜类及核苷类化合物等。 （2）药效增 强 免 疫 力清 除 自 由 基防治心血管病保肝、
14、健胃、减肥等肿瘤辐射衰老病毒抗返回本节食用菌世界生产概况一、生产概况20世纪30年代生产国家10余个总产量5.5万t（主要是双孢菇）70年代前：主产地是欧洲及北美后生产国家发展到80多个总产量100万t主产地由欧洲变为亚洲返回本节（四)食用菌发展概况主要生产国法国、德国、美国、荷兰、日本、南韩、 意大利、印尼、泰国等双孢菇：主产于欧洲与北美香菇：主产于中国与日本平菇：主产于中国、西德、法国等草菇：主产于中国、印尼、泰国等世界四大食用菌返回本节（二）中国生产概况人工栽培自30年代从国外引进双孢菇开始70年代前基本为半人工栽培70年代后进行全人工栽培20多个省区从事生产从业人员约3000万古田、庆
15、元、泌阳三大批发市场全国有现在总产值仅次于粮、棉、油、果、菜、位居第六位，超过了茶叶及蚕桑。成为世界名副其实的生产大国正以15%年增长速度发展栽培原料：段木棉籽壳秸秆等混合料方式：熟料、室内生料、发酵料、室外品种：少、低产多、抗逆性强、产量较高规模：小而分散大而集中返回本节 26.8% 53.8% 60% 65%70%中国与世界食用菌总产量的比较（万吨）返回本节是创汇产业2002年出口119个国家出口量占世界40%亚洲80%每年贸易额约达6亿美元返回本节发展趋势1）向高效益发展反季节栽培立体栽培珍稀菌类2 2）向高质量发展）向高质量发展生产实行标准化减少农药、激素的使用多用物理、生物防治法返回
16、本节3 3）向工厂化和规模化发展）向工厂化和规模化发展形式：零散 规模化和产业化主体：农户企业方式：作坊式机械化和自动化生产返回本节4 4）向增值化发展）向增值化发展食品饮料药品滋补品化妆品以原料形式进入市场效益低加工技术层次越高，升值倍数越大 食食用用菌菌加工返回本节观赏性强盆 景观光农业返回本节返回本节五、单细胞蛋白 单细胞蛋白（SCP）是通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白质。 用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型藻类、非病原细菌、酵母菌类和真菌等。 它们可利用各种基质在适宜的培养条件下生产单细胞蛋白。菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异，一般含量达4080。与传统食品营养成分比较，蛋白质含量高，氨基酸组成较为齐全，含有人体必需8种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。 还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质。单细胞蛋白的开发与生产为解决人类食品和饲料问题开辟了新的途径。单细胞蛋白与传统食品的各种主要营养成分含量比较 生产SCP的菌种基本要求 （1）对基质的菌体产率高，生长速度快 （2）菌体细胞以大的为好，并含有较多的蛋白质 （3）培养的最适温度
