發(fā)酵工程及設備第1頁/共209頁.微生物的概念.微生物的種類.微生物的特點.微生物與發(fā)酵第一節(jié)發(fā)酵過程與微生物第2頁/共209頁一、微生物的概念微生物(Microorganism,microbe)

是指一大類形體微小、結構簡單的低等生物的總稱。第3頁/共209頁?。河^察借助光鏡；測量單位為微米或納米；簡：簡單多細胞;單細胞;無細胞結構低：進化程度低，為原始的生命形式；微生物的概念三個要點:微生物的概念獨立存在自主生存第4頁/共209頁1.微生物小的直觀感覺真核細胞型原核細胞型電鏡微生物的相對大小肉眼光學顯微鏡可見范圍病毒微生物的概念第5頁/共209頁2.微生物的細胞類型

真核細胞的主要特征:有核膜，核仁，染色體;有細胞器;核糖體為80S;微生物的概念第6頁/共209頁微生物的細胞類型原核細胞的主要特征:無核膜、核仁、染色體，僅有裸露的DNA鏈形成的核區(qū)域，稱核質體；無細胞器；核糖體為70S；微生物的概念第7頁/共209頁二、微生物的種類1、原核生物細菌、放線菌、衣原體支原體、立克次氏體、藍細菌2、真核生物真菌（霉菌、酵母菌等）、原生動物、單細胞藻類；3、非細胞生物病毒、類病毒、擬病毒、朊病毒等；第8頁/共209頁各種“視野”下的細菌光鏡暗視野熒光透射電鏡超薄切片冷凍切片掃描電鏡DNA蛋白質復合物微生物的種類第9頁/共209頁電鏡下的

微生物曲霉阿米巴草履蟲酵母菌微生物的種類第10頁/共209頁細菌、酵母菌、放線菌菌落形態(tài)觀察

菌落（colony）:將單個細菌細胞接種到適宜的固體培養(yǎng)基中，在適宜的條件下細菌便迅速生長繁殖，經過一定時間后，由于細胞生長受到各種因素的限制，因而可在培養(yǎng)基表面或里面聚集形成一個肉眼可見的，具有一定形態(tài)的子細胞群體(形狀，大小、顏色、光澤、表面狀況、邊緣、隆起度、透光性、質地以及是否分泌色素等方面)。

第11頁/共209頁酵母菌落:呈圓形、濕潤具有粘性、不透明、表面光滑、有油脂狀光澤，多數白色或乳白色，少數紅色。與培養(yǎng)基結合不緊，易被挑取。當培養(yǎng)時間較長時，菌落顏色變暗，有特殊的酒香味。

放線菌的菌落:常呈輻射狀而得名，菌落周緣有輻射形菌絲。菌落特征介于霉菌與細菌之間，菌落質地致密、干燥、多皺、菌落較小而不廣泛延伸。幼齡菌落因氣生菌絲尚未分化形成孢子絲，故菌落表面與細菌菌落相似，當形成大量孢子絲及分生孢子布滿菌落表面后，就形成表面絮狀、粉末狀或顆粒狀的典型放線菌菌落。此外，由于放線菌菌絲及孢子常含有色素，使菌落的正面和背面呈現不同顏色。由于營養(yǎng)菌絲生長在培養(yǎng)基內與培養(yǎng)基結合較牢固，所以菌落不易挑起。第12頁/共209頁細菌菌落：共有特征：濕潤，較光滑，較透明，較粘稠，易挑取，質地均勻，顏色多樣，菌落正反面及邊緣與中央顏色一致。特有特征：有鞭毛：菌落大而平坦，邊緣多缺刻、不規(guī)則有糖被：菌落大，透明，呈蛋清狀有芽孢：菌落外觀粗糙，“干燥”，不透明且表面多褶第13頁/共209頁霉菌菌落特征：菌落形態(tài)較大，質地疏松，外觀干燥，不透明，呈現或松或緊的蛛網狀、絨毛狀、棉絮狀或氈狀；菌落與培養(yǎng)基間的連接緊密，不易挑取，菌落正反面、邊緣與中心顏色常不一致。第14頁/共209頁細菌菌落及菌苔第15頁/共209頁放線菌的的形態(tài)微生物的種類第16頁/共209頁氣生菌絲孢子絲孢子培養(yǎng)基基內菌絲第17頁/共209頁放線菌菌落第18頁/共209頁幾種菌落第19頁/共209頁青霉毛霉青霉黑曲霉黃曲霉紅曲霉黃曲霉霉菌菌落第20頁/共209頁黑曲霉黃曲霉構巢曲霉第21頁/共209頁煙曲霉繩狀青霉雜色曲霉第22頁/共209頁桔青霉蘭色梨頭毛霉少根根霉第23頁/共209頁三、發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征第24頁/共209頁發(fā)酵工業(yè)對菌種的要求1.能在價廉原料制備的培養(yǎng)基上迅速生長并生成所需代謝產物,且產量高2.培養(yǎng)條件易于控制,3.生長迅速,發(fā)酵周期短,4.滿足代謝控制的要求5.抗噬菌體和雜菌的能力強第25頁/共209頁6.遺傳性狀穩(wěn)定,菌種不易變異退化7.在發(fā)酵過程中產生的泡沫少,這對裝料系數,提高單罐產量,降低成本有重要意義8.對需要添加的前體物質有耐受力,并且不能將這些前體物質作為一般碳源利用9.不是病原菌,同時在系統(tǒng)發(fā)育上與病原菌無關,不產生任何有害的生活物質,以保證安全第26頁/共209頁1.細菌（Bacterium)

（1）形態(tài)球形桿形弧形螺旋形發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征第27頁/共209頁螺旋菌螺旋體弧菌短桿菌梭狀芽孢桿菌長桿菌細菌個體形態(tài)圖第28頁/共209頁（2）結構

基本結構:細胞壁；細胞膜；細胞質；核質體；特殊結構:莢膜；芽孢；鞭毛；發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征第29頁/共209頁觀察莢膜和鞭毛標本片周生莢膜第30頁/共209頁（3）培養(yǎng)特征固體培養(yǎng)基上:菌落(colony)：菌苔(lawn)：大量細菌的菌落連成一片。發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征第31頁/共209頁液體培養(yǎng)基上

均勻混濁；沉淀生長；表面生長。（3）培養(yǎng)特征發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征第32頁/共209頁a，大腸桿菌(Escherihiacoli)特征：細胞桿狀，長度為0.5×1.0~3.0μm，有的近似球狀，有的則為長桿狀。革蘭氏染色陰性。能運動或不運動，運動者周生鞭毛。許多小種產生莢膜或微莢膜，無芽抱。生化特點：

大腸桿菌發(fā)酵葡萄糖和乳糖，產酸、產氣。大腸埃希氏桿菌，簡稱為大腸桿菌，是最為著名的原核生物。（4）工業(yè)上常見的種類A.革蘭氏陰性無芽孢桿菌第33頁/共209頁第34頁/共209頁第35頁/共209頁Escherich屬菌株和大多數大腸桿菌是無害，但也有些大腸桿菌是致病的，會引起腹瀉和尿路感染。

大腸桿菌的用途主要有:(1)制取氨基酸天門氨基酸、色氨酸、蘇氨酸和纈氨酸等。如AS1.797(中國科學院微生物研究所編號,下同)、AS1.751、AS1.129和AS1.183等為氨基酸產生菌株；(2)制備多種酶天門冬酰氨酶（抗腫瘤酶，用于治療白血?。?，青霉素酰化酶（用于制備6－APA母核，生產半合成青霉素），?；D移酶（用于拆分DL－氨基酸，制備L－氨基酸），溶菌酶（用于消炎、抗菌等），谷氨酸脫羧酶（味精工業(yè)中用于谷氨酸的定量分析），多核苷酸化酶，α－半乳糖苷酶等；(3)作為基因工程受體菌經改造后成為基因工程菌，用于生產各種多肽蛋白質類藥物（如生長素、胰島素、干擾素、白介素、紅細胞生成素等）和氨基酸,如大腸桿菌K12的突變菌株HB101、C600、JM103和LE392等作為當前重組DNA的主要受體菌,此外，目前最常用的宿主菌還有大腸稈菌DH5α；第36頁/共209頁b，醋酸桿菌(Acetobacter)形態(tài)特征：橢圓形到桿狀，0.6~0.8×1.0~3.0μm。有單個的、成對的；也有成鏈的。在老培養(yǎng)物中易呈多種畸形菌體，如絲狀、梯狀、彎曲等。鞭毛有兩種類型，周生鞭毛、端生鞭毛。不形成芽孢。

第37頁/共209頁生理生化特征：

醋酸菌是化能異養(yǎng)菌，革蘭氏染色陰性。因為沒有芽孢，故對熱抵抗力較弱。溫度醋酸桿菌：一般發(fā)育適溫在30℃以上,以氧化酒精成醋酸為主葡萄糖氧化桿菌：發(fā)育適溫在30℃以下,氧化葡萄糖為葡萄糖酸在醋酸桿菌中常用的有ASl.41，外形為短桿狀，兩端鈍圓，革蘭氏染色陰性。對培養(yǎng)基要求粗放，在米曲汁培養(yǎng)基中生長良好,好氣性。氧化酒精為醋酸，于空氣中使酒精變渾濁。表面有薄膜，有醋酸味。也能氧化醋酸為CO2和H2O。繁殖適宜溫度為3l℃，發(fā)酵溫度一般為36~37℃。

第38頁/共209頁醋酸桿菌的主要用途有：(1)發(fā)酵生產各種食用醋如惡臭醋酸桿菌混濁變種AS1.41,能氧化乙醇高產醋酸。(2)發(fā)酵生產多種有機酸如醋酸、酒石酸、葡萄糖酸等；(3)制備葡萄糖異構酶用于生產高果糖漿；(4)生產山梨糖由山梨醇氧化為山梨糖，作為生產維生素C的中間體。第39頁/共209頁C:假單胞菌（Pseudomonas）形態(tài)特征：革蘭氏陰性，直或微彎桿菌，單個，卵圓到短桿，有的長桿，大多數為0.5～1.0×1.5～4μm，無芽孢，極生鞭毛運動（單毛或叢毛），有少數種不運動。菌苔不明顯呈色，可產生水溶性色素。生理生化特征：氧化性而非發(fā)酵性異養(yǎng)菌（氧化葡萄糖，分解蛋白質和利用無機氮）好氧菌，有的種在有硝酸鹽存在下能行無氧呼吸應用：維C、抗生素、酶及酶抑制劑、有機酸從石油產品制造產品（水楊酸等）消除環(huán)境污染（處理石油廢水，含酚、氰和化學農藥的污水等）第40頁/共209頁d，黃單胞菌(Xanthomonas)

形態(tài)特征：細胞直桿狀；兩端鈍圓稍尖；大小為0.4~0.7×1.2~1.5μm。革蘭氏染色陰性，無芽孢，極生鞭毛。在含蔗糖的瓊脂平板上可形成圓形、邊緣整齊、粘稠光滑的黃色菌落，液體培養(yǎng)形成黃色粘稠的膠狀物一莢膜多糖，其黃色為一種非水溶性色素。生理生化特征：野油菜黃單胞菌在通氣條件下，于pH6.8~7.0、28~30℃時，能以淀粉作碳源發(fā)酵生產黃原膠。第41頁/共209頁B.革蘭氏陽性無芽孢桿菌a.短桿菌（Brevibacterium）短而直的桿菌:一般在0.5~1.0×1.0~5μm左右革蘭氏陽性大多數不運動（運動種具有周毛或極毛）無芽孢有時產生非水溶性色素，呈紅、橙紅、黃、褐色黃色短桿菌乳糖發(fā)酵短桿菌發(fā)酵生產各種氨基酸產氨短桿菌

發(fā)酵生產核苷酸類產物（ATP、IMP、NAD、輔酶、FAD等）需要生物素作為生長因子，才能滿足谷氨酸發(fā)酵第42頁/共209頁（b:棒狀桿菌（Corynebacterium）革蘭氏陽性直桿菌（一端膨大的棒狀）折斷分裂（成八字形排列或柵狀排列）大多數種不運動多數好氧谷氨酸棒狀桿菌北京棒狀桿菌

味精生產中使用的主要菌種

生物素是必需的生長因素，硫胺素或某些氨基酸有促進生長的作用。能利用葡萄糖、果糖、甘露糖、麥芽糖等產酸，但均不產氣。通氣培養(yǎng)在含葡萄糖和尿素或銨鹽的適宜培養(yǎng)基中，能大量積累L-谷氨酸。第43頁/共209頁C:乳酸桿菌（Lactobacillus）革蘭氏陽性大小一般為0.5～1×2～10μm，長絲（單個或成鏈）無芽孢多數不運動，能運動者為周生鞭毛微好氧菌

葡萄糖

同型發(fā)酵乳酸異型發(fā)酵

乳酸乙醇EMP途徑（丙酮酸還原）磷酸解酮酶途徑（PK)EMP:磷酸甘油醛生成乳酸HMP:乙酰磷酸還原成乙醇第44頁/共209頁德氏乳酸桿菌

工業(yè)乳酸德氏乳桿菌保加利亞亞種嗜酸乳桿菌干酪乳桿菌酸奶干酪由于乳酸菌能產生乳酸，所以可用于食品的保存和調整食品的風味。在食品工業(yè)上如干酪的成熟、乳脂的酸化和腌萊、泡菜等制作無不與乳酸菌有關。在醬油釀造過程中，它也起到了良好的作用。第45頁/共209頁d:雙歧桿菌（Bifidobacterium）菌體細胞呈現多形態(tài)革蘭氏陽性不形成芽孢不運動不抗酸厭氧菌

葡萄糖

雙歧途徑乳酸乙醇活性雙歧桿菌的乳制品或微生態(tài)制劑

第46頁/共209頁E:丙酸桿菌（Propionibacterium）革蘭氏陽性無芽孢不運動細胞呈多形態(tài)薛氏丙酸桿菌費氏丙酸桿菌丙酸維生素B12費氏丙酸桿菌是其主要的工業(yè)生產菌種。費氏丙酸桿菌發(fā)酵過程中會產生大量丙酸和乙酸，

第47頁/共209頁a:枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）形態(tài)特征：直狀、近直狀的桿菌;周生或側生鞭毛;革蘭氏陽性，無莢膜;芽孢0.5×1.51.8m,中生或近中生生理生化特征：生長溫度為30~39℃，但在50、56℃時尚能生長。最適pH為6.7~7.2。屬需氧菌。芽孢耐高溫，一般在100℃3h才能殺死。有的芽孢抗高溫能力更強，在100℃煮沸8h尚能發(fā)育生長，故需高溫滅菌才行。它能在銨鹽液體中發(fā)酵各種糖類生成酸。應用：枯草芽孢桿菌是工業(yè)發(fā)酵的重要菌種之一。生產淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。例如，ASl．393枯草芽泡桿菌用于生產中性蛋白酶來發(fā)酵,生產醬油、食醋及飴糖時就可采用BF7658枯草芽孢桿菌生產的α—淀粉酶。C.革蘭氏陽性芽孢桿菌第48頁/共209頁第49頁/共209頁b:芽孢梭菌（Clostridium）細胞桿狀，有芽孢(芽孢大于菌體寬)以周毛運動或不運動革蘭氏陽性，少數為陰性或不定專性厭氧菌無接觸酶。產各種非水溶性色素。該屬93個種中，有能發(fā)酵糖類的，有能分解纖維素的，有能分解果膠的，有分解蛋白質能力很強的，也有能固定大氣氮的。丙酮丁醇芽孢梭菌

丁酸梭狀芽孢桿菌

工業(yè)生產丙酮丁醇

丁酸或己酸第50頁/共209頁3．革蘭氏陽性球菌鏈球菌（Streptococcus）細胞球狀或卵球狀，排列成鏈或成對不運動，少數腸球菌運動革蘭氏陽性無芽孢厭氧菌乳鏈球菌

乳鏈球菌肽（Nisin）乳酸菌素（lactolin）天然食品防腐劑嗜熱鏈球菌(與保加利亞乳桿菌混合)酸牛乳和干酪生產的發(fā)酵劑微球菌（Micrococcus）自學第51頁/共209頁4，腸膜狀串珠菌(Leuconostocmesenteroides)

形態(tài)：

細胞呈球狀或雙凸鏡狀，大小0.5~0.7×0.7~1.2μm，成對或鏈，常排列成短鏈。革蘭氏染色陽性，菌落小，灰白，隆起，不液化明膠。

生理生化特征：能同化多種糖產酸、產氣。微需氧至兼性厭氧。生長需纈氨酸和谷氨酸。此菌在蔗糖液中形成特征性葡聚糖粘液。促使形成這一特征的溫度是20~25℃。在厭氧條件下能分解葡萄糖。此菌生長溫度在10~37℃之間，適溫為20~30℃。因其常使糖汁變粘而無法加工，故為糖廠之害菌。但它卻是葡聚糖的生產菌。——生產酸泡菜及右旋糖苷（代血漿）。第52頁/共209頁2.酵母（Yeast)

發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征形態(tài)第53頁/共209頁酵母菌為單細胞。通常菌體呈圓形、卵形或橢圓形酵母菌細胞大小一般為3~10×5~20μm，最長的可達100μm，其體積約比細菌大二十幾倍，用光學顯微鏡放大400~600倍直接觀察酵母菌水浸片,可以較清楚地看到活細胞的個體形態(tài)。第54頁/共209頁酵母菌的分類:酵母菌分屬于子囊菌綱，擔子菌綱，半知菌綱通過菌落觀察和細胞鏡檢簡便地將常見常用的酵母菌進行分類通過鏡檢將酵母分類第55頁/共209頁工業(yè)上常見的酵母菌1、釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae)是發(fā)酵工業(yè)上最常用最重要的菌種之一酵母細胞大型的約5~10×6~12μm，小型的約3~9×4.5~10μm。細胞的長與寬的比例可將其分為三組：1~2、2、大于21~2細胞多為圓形、卵圓形釀造飲料酒和制作面包、酒精發(fā)酵大于2:釀造葡萄酒和果酒，也可用于釀造啤酒、蒸餾酒和酵母生產細胞為長圓形，臺灣396號酵母為代表。我國南方常將其用于以糖蜜原料生產酒精。其特點是耐高滲透壓，可忍受高濃度的鹽等于2:細胞大多是卵形或長卵形，長寬比例為2。包括啤酒酵母的一些變種，如葡萄酒酵母等菌種，一般多為供生產葡萄酒、果酒用。第56頁/共209頁Saccaharomycescerevisiae

Saccharomycescerevisiae）的芽殖過程

第57頁/共209頁Saccharomycescerevisiae的子囊和子囊孢子

第58頁/共209頁生理生化特征：啤酒酵母能發(fā)酵葡萄糖、蔗糖、麥芽糖及半乳糖，不能發(fā)酵乳糖及蜜二糖。對棉子糖只能發(fā)酵1／3左右。在氮源中能利用硫酸銨，不能利用硝酸鉀。應用：啤酒酵母的應用范圍十分廣泛，常用于傳統(tǒng)的發(fā)酵行業(yè)，如啤酒、白酒、果酒、酒精、藥用酵母片以及制造面包等，所以又稱為釀酒酵母。近幾年來，還利用啤酒酵母提取核酸、麥角固醇、細胞色素C、凝血質和輔酶A等。由于酵母菌體內的維生素、蛋白質含量較高，食用安全，所以啤酒酵母作為一種單細胞蛋白(SCP)可作食用、藥用和飼料用酵母。它的轉化酶可用于轉化蔗糖，制造酒心巧克力。在維生素的微生物法測定中，啤酒酵母常被用于測定生物素、泛酸、硫胺素、肌醇等的含量。第59頁/共209頁2，葡萄汁酵母（Saccharomycesuvarum）形態(tài)特征：在麥芽汁中25℃培養(yǎng)3天，細胞園形、卵形、橢圓形或臘腸形。在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上菌落為乳白色，平滑、有光澤、邊緣整齊。

能產生子囊抱子，每個子囊內有孢子1、4個。孢子呈圓形或橢圓形，表面光滑。生化特征：此菌發(fā)酵能力甚強，在液體培養(yǎng)中常出現混濁現象。葡萄汁酵母與釀酒酵母相似。主要的區(qū)別在于它能發(fā)酵棉子糖和蜜二糖。葡萄汁酵母也能發(fā)酵葡萄糖、蔗糖、麥芽糖和半乳糖。不能發(fā)酵乳糖。能利用硫酸銨，不能利用硝酸鉀。應用：葡萄汁酵母常用于啤酒釀造的底層發(fā)酵，也可食用、藥用或作飼料。

第60頁/共209頁3，漢遜酵母(Hansenula)形態(tài)特征：圓形、橢圓形、卵圓形、臘腸形不等。多邊芽殖。有的種類能形成假菌絲。子囊形狀與營養(yǎng)細胞相同。子囊孢子1、4個，形狀為帽形、土星形、圓形、半圓形，表面光滑。

第61頁/共209頁異常漢遜酵母異常變種是漢遜酵母屬中一個常見的種。細胞圓形，直徑4~7μm。也有臘腸形的，為2.5~6×4.5~20μm。臘腸形中也有長達30μm者。多邊芽殖，能由細胞直接形成子囊，每個子囊內有1、4個子囊抱子，但大多數為2個。子囊孢子禮帽形，由子囊內放出后常不散開。該變種生長在麥芽汁瓊脂斜面上的菌落平坦，呈乳白色、無光澤，邊緣絲狀。在麥芽汁中培養(yǎng)后，波面有白色菌璞，培養(yǎng)液變成混濁，底部有菌體沉淀。生理生化特征:不能發(fā)酵乳糖及蜜二糖。對麥芽糖及半乳糖或弱發(fā)酵或不發(fā)酸。能同化硝酸鹽，氧化烴類能力亦強，能利用煤油作碳源。第62頁/共209頁應用：此屬酵母多能產生乙酸乙酯，從而增加產品香味，可用于釀酒和食品工業(yè)。但由于它們能利用酒精作碳源，又能在飲料表面產生干皺的菌璞，所以又是酒精生產的有害菌。第63頁/共209頁4，球擬酵母(Toruiopsis)

形態(tài)特征：球擬酵母的細胞為球形、卵形成略長，無假菌絲,多邊芽殖，不生子囊孢子及其它孢子，無色素。在麥芽汁斜面上菌落為乳白色，表面皺褶，無光澤，邊緣整齊或不整齊。在液體培養(yǎng)基中有沉渣及酵母環(huán)出現，有時亦能產生菌璞。

應用：此屬酵母有一定的經濟意義，有些種能產生不同比例的甘油、赤鮮醇、D—阿拉伯糖醇，有時還有甘露醇。在適宜條件下，能將40％葡萄糖轉化成多元醇。還有的能產生有機酸、油脂等。有的能利用烴類生產蛋白質。

此屬菌酒精發(fā)酵能力較弱，能產生乙酸乙酯(因菌種而異)，增加白酒和醬油的風味。第64頁/共209頁5、卡爾斯伯酵母（S.carlsbergensis）丹麥的一個啤酒廠的名字，卡爾斯伯酵母是該廠分離出來的啤酒釀造中典型的底面酵母細胞為圓形或卵圓形，部分細胞的細胞壁有一平端高溫時，釀酒酵母比卡氏酵母生長得更快低溫下，卡氏酵母生長得較快卡爾斯伯酵母的主要用途有：（1）用于生產啤酒該菌種是下面發(fā)酵啤酒的主要生產菌種，國內啤酒釀造業(yè)目前使用的菌種中，很多是來源于卡氏酵母或其變種,如AS2.420、AS2.500等。（2）用于生產食用、藥用和飼料酵母,如AS2.500也用于生產活性干酵母。（3）用于提取麥角固醇（含量較高）（4）作為維生素測定菌，可用于測定泛酸、硫胺素、吡哆醇、

第65頁/共209頁產阮假絲酵母人們研究最多的微生物單細胞蛋白之一細胞圓形、卵形或長形。多邊出芽繁殖。能形成假菌絲。在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上菌落為乳白色，平滑，有光澤，邊緣整齊或菌絲狀。液體培養(yǎng)的能形成浮膜。產朊假絲酵母的蛋白質和維生素B含量均比啤酒酵母高。特別重要的是它能利用五碳糖和六碳糖，既能利用造紙工業(yè)的亞硫酸廢液，也能利用糖蜜、土豆淀粉廢料、木材水解液等生產出人畜可食用的單細胞蛋白。氧化烴類能力很強石油發(fā)酵生產單細胞蛋白的優(yōu)良菌種解脂假絲酵母假絲酵母

第66頁/共209頁第67頁/共209頁6，畢赤氏酵母(Pichia)

形態(tài)：細胞為橢圓形、長橢圓形或臘腸形，單個或成短鏈。異形接合形成子囊孢子。予囊孢子橢圓形。在麥芽汁瓊脂上菌落為乳白色，無光澤，邊緣有細缺口。在麥芽汁中培養(yǎng)，培養(yǎng)液表面有白而皺的粗糙的菌璞，底內有菌體沉淀。

應用：此菌分解糖的能力弱，不產生酒精。能氧化酒精，能耐高或較高濃度酒精。常使酒類和醬油產生白花，形成浮膜，為釀造工業(yè)中的有害菌，如粉狀畢赤氏酵母。第68頁/共209頁7，紅酵母(Rhodotorula)形態(tài)特征：細胞圓形、卵形或長形。多邊芽殖，有明顯的紅色或黃色色素。很多種因由莢膜而形成粘質狀菌落。菌落表面光滑，有光澤，質地粘稠；能同化某些糖類，無酒精發(fā)酵能力。應用：本屬中有較好產脂肪的菌種，可由菌體提取大量脂肪。有的種對烴類有弱氧化作用，并能合成β-胡蘿卜素。如粘紅酵母粘紅變種能氧化烷烴生產脂肪，含量可達干生物量的50~60％。在一定條件下還能產生α-丙氨酸和谷氨酸，產蛋氨酸的能力也狠強，可達干生物量的1％。第69頁/共209頁8，棉病針孢酵母（Nematsporagossypii）

又名棉病囊霉。在麥芽汁和馬鈴留培養(yǎng)基上26℃培養(yǎng)良好。開始時濕潤的匍匐菌絲蔓延生長；菌落無色或灰白色，2~3天后漸趨淡黃色，5天后呈檸橙黃色，7~10天后菌落周圍的培養(yǎng)基因核黃素的擴散而呈黃綠色。生物素是促進該菌生長的重要因素，甘氨酸對核黃素的產生有促進作用。曾有人報道，用豬油或玉米油可以代替所有碳源培養(yǎng)該菌，且生長良好；棉病囊霉能危害許多重要的經濟作物，如棉花、柑桔、蕃茄等。最早是從染病的棉桃上分離而來。該菌具有大量合成核黃素的能力，產量可達4187μg／m1，因此它是核黃素生產的重要菌種。

第70頁/共209頁9，白地霉(Geotrichumcandidum)

白地霉是地霉屬中常見的一個種。裂殖。節(jié)孢子單個或連接成鏈，長筒形、方形，也有橢圓形，末端鈍圓。節(jié)孢子絕大多數為4.9~9.6×5.4~16.6μm。在麥芽汁中，28~30℃培養(yǎng)一天，生白色璞。毛絨狀或粉狀，韌或易碎，為真菌絲。生長溫度33~37℃。對葡萄糖、甘露糖、果糖等發(fā)酵較弱。能同化甘油、乙醇；山梨醇、甘露醇。能分解果膠、油脂等。不同化硝酸鹽。菌體細胞含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素和大量的核酸。它具有適應性強、生長快、產量大、培養(yǎng)方法簡單等特點。

白地霉菌體的蛋白質營養(yǎng)價值很高，可供食用和飼料用，也可用來提取核酸，在廢料廢水的綜合利用上很有價值。在制曲中，白地霉的污染會降低糖化力，直接影響出酒率，所以它是白酒生產中的有害菌。第71頁/共209頁三.霉菌

——形態(tài)發(fā)酵工業(yè)常用微生物的形態(tài)特征第72頁/共209頁意指“發(fā)霉的真菌”,凡生長在營養(yǎng)基質上形成絨毛狀、網狀或絮狀菌絲的真菌統(tǒng)稱為霉菌。霉菌在自然界分布很廣，大量存在于土壤、空氣、水和生物體內外等處。霉菌喜偏酸性環(huán)境。大多數為好氧性微生物。多腐生，少數寄生。工業(yè)上常用的霉菌有藻狀菌綱的根霉、毛霉、犁頭霉；子囊菌綱的紅曲霉；半知菌類的曲霉、青霉等。第73頁/共209頁1，根霉(Rhizopus)

根霉在自然界分布很廣，是一種常見的霉菌。它對環(huán)境的適應性很強，生長極迅速。幼齡菌落為白色，棉絮狀。中期為灰黑色。老熟后菌絲叢中密布黑色小點，即孢子囊。菌絲無橫隔，為單細胞真菌。

在培養(yǎng)基上生長時，由營養(yǎng)菌絲體產生弧形生長的匍匐菌絲，向四周蔓延。匍匐菌絲接觸培養(yǎng)基處，分化成一叢假根。從假根著生處向上生出直立的孢子囊柄，其頂端膨大形成圓形的囊，稱為孢子襄。裹內生有許多孢子。成熟后的孢子囊壁破裂，釋放出孢子。

根霉在生命活動中分泌的淀粉酶，能將淀粉轉化為糖。因此，根霉可作為常用的糖化菌種。我國民間釀制甜酒用的小曲主要含有根霉。由于根霉能分泌豐富的淀粉酶，而且又含有酒化酶，所以在生產中可邊糖化邊發(fā)酵。又因為根酶生長要求的溫度較高，因而適于在高溫季節(jié)使用。第74頁/共209頁

根霉的應用十分廣泛。目前常用的菌種有米根霉、華根霉、河內根霉和甘薯根霉。(1)米根霉(Rhizopusoryzae):最適溫度37℃，41℃時還能生長。米根霉的淀粉酶活力極強，多作糖化菌使用,也具有酒精發(fā)酵能力及蛋白質分解能力。大量存在于酒藥與酒曲中。此菌由于耐高溫，特別為在夏季生產豆腐乳提供了方便條件，解決了豆腐乳舊法生產只能在冬季進行的困難。(2)華根霉(Rhizopuschinentis):最適溫度為30℃。當發(fā)酵溫度達45℃時，一般還能生長。此種菌淀粉液化力強，有溶膠性。能產生酒精、芳香脂類等物質。在酒藥與酒曲中大量存在。它是釀酒所必需的主要霉菌，也是酸性蛋白酶和豆腐乳生產中的主要菌種。第75頁/共209頁第76頁/共209頁

應用特點：1.用于制曲釀酒2.生產葡萄糖3.生產酶制劑:①淀粉糖化酶②脂肪酶③果膠酶④α-半乳糖苷酶⑤酸性蛋白酶4.生產有機酸

5.發(fā)酵食品:6.醫(yī)藥工業(yè):根霉是轉化甾族化合物的重要真菌。

第77頁/共209頁2，毛霉(Mucor)

毛霉多見于陰濕低溫處，是制曲時常見的雜菌和可利用的菌，其中常見的有魯氏毛霉(Mucorrouxianus)，它最初是在我國小曲中分離出來的。此菌能產生蛋白酶和淀粉酶，有分解大豆蛋白的能力，可用來制作豆腐乳，也用于酒精的生產；總狀毛霉(Mucorracemosus)，我國著名的四川豆鼓即用此菌制成；高大毛霉(Mucormucedo)，此菌分布較廣，在牲畜糞便上或白酒廠陰濕的堆積發(fā)酵物上?？梢姷?。它能產生脂肪酸、琥珀酸，對甾族化合物也有轉化作用。第78頁/共209頁分類學上屬于藻狀菌綱，毛霉目，毛霉屬單細胞，菌絲無隔，多核。菌絲有分枝，主要有2個類型：單軸式，假軸式。

1.單軸式孢囊梗、總狀分枝

（高大毛霉、總狀毛霉）2.假軸式孢囊梗（魯氏毛霉）3.孢子囊結構孢囊梗頂端膨大為孢子囊，內生孢囊孢子第79頁/共209頁sporangiophoresnorhizoidsaseptatehyphae第80頁/共209頁毛霉與根霉的形態(tài)結構差異假根匍匐菌絲孢子囊梗中軸毛霉無無菌絲的任何處，一般單生并分枝（單軸式，假軸式）球形，與孢子囊梗不分隔（無囊托）根霉有有假根相對處，單生或成簇）半球形，與孢子囊梗相連處有分隔（有囊托）毛霉的應用：能產生蛋白酶，具有很強的蛋白質分解能力，多用于制作腐乳、豆豉。有的可產生淀粉酶，把淀粉轉化為糖。在工業(yè)上常用作糖化菌或生產淀粉酶。有些毛霉還能產生檸檬酸、草酸等有機酸，有的也可用于甾體轉化。第81頁/共209頁3，犁頭霉(Absidia)

犁頭霉的菌絲和根霉很相似，但犁頭霉產生弓形的匍匐菌絲，并在弓形的匍匐菌絲上長出孢子梗，不與假根對生。孢子梗往往2~5支，成簇，很少單生，而且常呈輪狀或不規(guī)則的分枝。孢子囊頂生，多呈梨形。囊軸呈錐形、近球形等。孢子小而呈單孢。大多無色，無線狀條紋。接合孢子生于匍匐菌絲上。第82頁/共209頁

犁頭霉分布在土壤、糞便和酒曲中，空氣中也有它們的存在。常為生產的污染菌，其中有的是人畜的病原菌。

犁頭霉對甾族化合物有較強的轉化能力，如藍色犁頭霉(Absidiacoerulea)能轉化多種甾體。第83頁/共209頁4，曲霉(Aspergillus)

曲霉菌絲有橫隔，菌絲體由多細胞菌絲所組成。營養(yǎng)菌絲匍匐生長于培養(yǎng)基表層。匍匐菌絲可以分化出厚壁的足細胞。在足細胞上生出直立的分生孢子梗，頂端膨大成頂囊，頂囊一般呈梯形、橢圓形、半球形或球形。在頂囊表面，以輻射狀生出一層或兩層小梗，稱為初生小梗和次生小梗。在小梗上著生有一串串分生袍子。分生袍子具有各種形狀、顏色和紋飾。

曲霉在發(fā)酵工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)和糧食貯存等方面有著極重要的作用。幾千年來我國民間就用曲霉釀酒、制醬、制醋等，應用十分廣泛。第84頁/共209頁Aspergillusvariecolor第85頁/共209頁（1）米曲霉(Aspergillusoryzae)米曲霉有較強的蛋白質分解能力；同時又具有糖化能力，所以很早就利用米曲霉來生產醬油和醬類。米曲霉在釀酒生產中被作為糖化菌。此外，它還是重要的蛋白酶和淀粉酶的生產菌。第86頁/共209頁（2）黃曲霉(Aspergillusflavus)培養(yǎng)溫度37℃。黃曲霉產生液化型淀粉酶，并較黑曲霉強。蛋白質分解能力次于米曲霉。黃曲霉能分解DNA，產生5’-脫氧胞苷酸、5’-脫氧腺苷酸、5’-脫氧鳥苷酸和5’-脫氧胸腺嘧啶核苷酸。黃曲霉中有些菌能產生黃曲霉毒素，引起家畜家禽中毒，以至死亡。這種黃曲霉毒素也是致癌物質。黃曲霉與米曲霉極為相似，容易混淆。因而除了觀察菌落個體特征外，還要結合生理特性加以區(qū)別。米曲霉在含0.05％茴香醛的察氏培養(yǎng)基上，分生孢子呈現紅色，而黃曲霉則無此反應。第87頁/共209頁Aspergillusflavus黃曲霉第88頁/共209頁(3)黑曲霉（Aspergillusniger）

黑曲霉具有多種活性強大的酶系，如淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、纖維素酶和葡萄糖氧化酶等。還能產生多種有機酸，如抗壞血酸、檸檬酸、葡萄糖酸和沒食子酸等，所以在工業(yè)上被廣泛應用，是生產檸檬酸和葡萄糖酸的重要菌種。黑曲霉群中還包括有烏沙米曲霉(又名字佐美曲霉)、鄔氏曲霉、適于甘薯原料的甘薯曲霉，以及由烏沙米曲霉變異而來的白曲霉。一些白曲霉中較優(yōu)良的菌種不僅能分泌較豐富的淀粉酶、果膠酶和纖維素酶，而且酶系較純，酶活力較強，同時又較耐粗放培養(yǎng)。因此，為目前北方酒精廠及白酒廠所廣泛采用。第89頁/共209頁Aspergillus

第90頁/共209頁(4)棲土曲霉(Aspergillusterricola)培養(yǎng)溫度為32~34℃，含有較豐富的蛋白酶，為蛋白酶生產菌種。AS3．942為中性蛋白酶生產菌。第91頁/共209頁Aspergillusfumigatus煙曲霉第92頁/共209頁曲霉的分生孢子穗掃描電鏡圖片

第93頁/共209頁5，青霉(Penicillium)

青霉的菌絲與曲霉相似，有分隔，但無足細胞。其分生孢子梗的頂端不膨大，無頂囊。分生孢子梗經過多次分枝，產生幾輪對稱或不對稱的小梗，形如掃帚。小梗頂端產生成串的分生孢子。分生孢子一般為藍綠色或灰綠色。青霉的孢子耐熱性較強，菌體繁殖溫度較低，是制曲時常見的雜菌，對制曲危害較大。它使酒味發(fā)苦，同時對曲房等建筑物也有腐蝕作用，是釀酒上的有害菌。但有些青霉菌，不僅是生產青霉素的重要菌種，還被用來生產有機酸、維生素和酶制劑等第94頁/共209頁子囊菌綱，青霉屬青霉也是多細胞，菌絲有分隔，有分枝，與曲霉相似，但大多無足細胞。分生孢子梗頂端不膨大，無頂囊。多次分枝產生幾輪小梗小梗頂端產生成串分生孢子，狀如掃帚小梗有單輪生，對稱多輪生，非對稱多輪生第95頁/共209頁(1)產黃青霉(Penicilliumchrysogenum)產黃青霉能產生多種酶類及有機酸。在工業(yè)生產上主要用其變種來生產青霉素，也能用來生產葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、檸檬酸和抗壞血酸等。(2)桔青霉(Penicilliumcitrinum)桔青霉可產脂肪酶、葡萄糖氧化酶和凝乳酶，有的菌系能產生5’-磷酸二酯酶，可用來分解核酸，生產5’-核苷酸。此菌分布普遍，在霉腐材料和貯存糧食上常發(fā)現生長。會引起病變，并具有毒性。此外還有婁地青霉，具有分解油脂和蛋白質的能力，可用于制造干酪。其菌絲含有多種氨基酸。其孢子能將甘油三酸氧化為甲基酮。展開青霉主要用于生產灰黃霉素。第96頁/共209頁6，木霉(Trichoderma)

木霉的菌絲生長初期為白色。菌絲在培養(yǎng)基上生長成平坦菌落。菌落生長迅速，棉絮狀或致密層束狀，表面有不同程度的綠色。菌絲透明，有隔，分枝繁雜。分生孢子梗為菌絲的短側枝，上有對生或互生分枝。在分枝上又可連續(xù)分技。分枝末端為小梗，小梗上可生出瓶狀、束狀、對生、互生或單生等不同的分生孢子。依靠粘液，分生孢子在小梗上聚成球形或近球形的孢子頭。分生孢子有球形、橢圓形、倒卵形等。壁光滑或粗糙，透明或亮綠色。第97頁/共209頁

木霉在土壤中分布很廣，在木材及其它物品上亦常能找到。有些菌株能分解纖維素和木質素等復雜的有機物。若能利用這一特性，以纖維素來代替淀粉原料進行發(fā)酵生產，這對國民經濟將有十分重要的意義。但木霉也常造成蔬菜、谷物和大型真菌等的霉變，使木材、皮革及其它纖維性材料霉爛，給生產和生活造成一定危害。第98頁/共209頁7，紫紅曲霉(Monascuspurpureus)

紫紅曲霉是紅曲霉屬的一種。個體形態(tài)為菌絲具有不規(guī)則的分枝。細胞內多核，含有橙紅色的顆粒。直徑3~7μm。菌絲和分枝頂端產生分生孢子，單生或成短鏈。分生孢子子呈球形或犁形。有性生殖時，在長短不一的梗上產生單一的原閉囊殼(子囊果)。漸漸成熟后，成為橙紅色的閉囊殼，直徑約為25~75μm，閉囊殼內含有十多個球形子囊。每個子囊內。又有8個光滑的卵圓形、無色或淡紅色的子囊孢子，大小一般是5~6.5×3.5~5μm。紫紅曲霉在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上生長良好。菌絲體最初為白色，逐漸蔓延成膜狀。老熟后菌落表面有皺拆和氣生菌絲，呈紫紅色。菌落背面也有同樣的顏色。

第99頁/共209頁

紫紅曲霉喜酸性環(huán)境，生長最pH3.5~5，但即使在pH2.5時也能生存。生長最適溫度為32~35℃，有時達40℃也能生長。對于酒精有極強的抵抗力。紫紅曲霉在我國民間早有利用，主要用作食品及飲料的著色劑，用紅曲配制紅酒、玫瑰醋、紅腐乳，以及其它食品。此外用它制成的紅曲又可以作中藥，有消食活血、健脾胃的功能。近年來，紫紅曲霉還被用來生產糖化酶等酶制劑。第100頁/共209頁8，產黃頭孢霉(Cephalosporiumchrysogen)

菌絲分枝，有隔，纖細，寬l~1.2μm，淺黃色；分生抱子梗短，不分枝，無隔，微黃色；很少產生孢子。在秈米飯培養(yǎng)基上培養(yǎng)半月，可產生大量的不正常的孢子，形態(tài)多樣，單細胞或有一隔，直或彎曲，5~12×2~4.2μm。孢子梗常叢集成類菌核狀成類分生抱梗座結構。這種孢子壁較厚，可達0.5μm，可像分生孢子一樣萌發(fā)繁殖。本種產頭孢菌素N及頭孢菌素C，與青霉素一樣同屬β-內酰胺抗生素，毒性極低，其衍生物稱為先鋒霉素。第101頁/共209頁四、放線菌

放線菌因其菌落呈放射狀而得名。它是一個原核生物類群，在自然界中分布很廣，尤其在含有機質豐富的微堿性土壤中較多。大多腐生，少數寄生。它的最大經濟價值在于能產生多種抗生素。從微生物中發(fā)現的抗生素，有60％以上是放線菌產生的，因此人們在抗生素發(fā)酵土業(yè)中，非常重視對放線菌的研究與運用。第102頁/共209頁1、放線菌分類系統(tǒng)放線菌菌落中的菌絲常從一個中心向四周輻射狀生長并因此而得名介于細菌和真菌之間的單細胞微生物放線菌的歸屬還存在分歧《伯杰氏系統(tǒng)細菌學手冊》將放線菌作為細菌。理由：放線菌無核膜、菌絲直徑小而且與桿細菌的直徑相近、對溶菌酶敏感及對抗細菌的藥物敏感等。放線菌對人類最突出的貢獻就是它能產生大量的、種類繁多的抗生素達4000種第103頁/共209頁絕大多數放線菌屬于異養(yǎng)型(除少數自養(yǎng)型菌種)革蘭氏陽性營養(yǎng)要求：

碳源:葡萄糖、麥芽糖、糊精、淀粉和甘油較好，而蔗糖、木糖、棉子糖、醇和有機酸次之。氮源：蛋白質、蛋白胨以及某些氨基酸最合適，硝酸鹽、銨鹽和尿素次之。除諾卡氏菌外，絕大多數放線菌都能利用酪蛋白，并能液化明膠。礦質營養(yǎng)：Mg和K對于放線菌菌絲生長和抗生素的產生有顯著作用。大多數放線菌是好氣的，生產抗生素過程中必須足夠的通氣量大多數放線菌的最適生長溫度為2337℃

放線菌的最適生長pH值為中性至微堿性2、放線菌生理生化特點第104頁/共209頁3.工業(yè)上常用種類：

1）鏈霉菌屬(Streptomyces)

鏈霉菌的基內和氣生菌絲多分枝，無分隔，直徑0.5~2μm。氣生菌絲產生許多孢子串生的孢子鏈，孢子鏈長短不等。此屬中不少菌種產生抗生素，這些抗生素約占各種微生物(包括放線菌)所產抗生素的50％以上。(1)灰色鏈霉菌(Streptomycesgriseus)在葡萄糖-硝酸鹽培養(yǎng)基上生長時，菌落平而薄，初為白色，逐漸變?yōu)殚蠙焐?。氣生菌絲濃密，粉狀，呈水綠色。發(fā)育適溫37℃生產鏈霉素溫度為26．5~27．5℃。(2)龜裂鏈霉菌(Streptomycesrimosus)于1950年就發(fā)現此菌能產生氧四環(huán)素(也稱土霉索)。菌絲白色，呈樹枝狀；孢子為灰白色，呈拄形；菌落為灰白色，其表面后期有皺褶，呈龜裂狀。第105頁/共209頁(3)金霉素鏈霉菌(Streptomycesaureofaciens)在PDA培養(yǎng)基上生長時，其基內菌絲能產生金黃色色素，但其氣生菌絲無色，孢子初為白色，經5~7天培養(yǎng)后，則由棕灰色轉變?yōu)榛液谏?。因該菌所產生的抗生素為金霉素(氯四環(huán)素)，故稱金霉素鏈霉菌。如其培養(yǎng)基中的NaCl以NaBr代替時，則此鏈霉菌又可產生四環(huán)素。(4)紅霉素鏈霉菌(Streptomyceserythreus)此菌生長擴展，有不同規(guī)則的邊緣，菌絲深入培養(yǎng)基內，初為白色，后變?yōu)槲ⅫS色，菌落周圍白色乳狀，氣生菌絲細，有分技。最適溫度25℃，產生紅霉素。第106頁/共209頁2，小單孢菌（Micromonospora）

小單孢菌與一般放線菌有不同之處。菌絲體纖細，0.3~0.6μm。有分枝和分隔，不斷裂。茵絲體長入培養(yǎng)基內，不形成氣生茵絲，而在基內菌絲體上長出孢子梗，其頂端生一個球形、橢圓形或長圓形的孢子。大小約為1.0~1.5×0.9~1.2μm。菌落致密，與培養(yǎng)基緊密結合在一起，表面凸起，多皺或光滑、疣狀，平坦者較少。菌落常為黃橙色、紅色、深褐色、黑色和藍色。

這是產生抗生素較多的一個屬。如絳紅小單孢菌(Micromonosporapurpurea)和棘孢小單孢菌(Micromonosporaechinospora)都能產生慶大霉素。第107頁/共209頁3，游動放線菌屬(Actinoplanes)

一般不形成氣生菌絲，基內菌絲分枝，直或卷曲，多數不分隔，直徑0.2~2.0μm，孢囊在基內菌絲體上形成，大小為5~22μm，著生在孢囊梗上或菌絲上，孢囊梗直或有分技，在每技頂上有一至數十個孢囊。孢囊孢子在孢囊內盤卷或呈直行排列，成熟后分散為不規(guī)則排列。孢子呈球形(1~1.5μm)，有時端生1~40根鞭毛，能運動。孢囊成熟后，孢囊孢子釋放出來。有的菌種能形成分生抱子。我國生產的創(chuàng)新霉素由濟南游動放線菌新菌(Actinoplanestsinanensisn.sp)產生。米蘇里游動放線菌(Actinoplanesmissouriensis)能以木糖為誘導物，大量生產葡萄糖異構酶。第108頁/共209頁4，諾卡氏菌屬(Norcardia)

基絲較鏈霉菌纖細，0.2~0.6μm，有橫隔，一般無氣絲?；z培養(yǎng)十幾個小時形成橫隔，并斷裂成桿狀或球狀抱子。菌落較小，其邊緣多呈樹根毛狀。主要分布于土壤中。有些種能產生抗生素(如利福霉素、蟻霉素等)，也可用于石油脫蠟及污水凈化中脫氰等。第109頁/共209頁5，孢囊鏈霉菌(Streptosporangium)

孢囊孢子無鞭毛，氣絲的孢子絲盤卷成球形孢囊。其孢囊有兩層壁，外壁較厚，內壁系薄膜，孢囊內形成孢囊孢子。這類菌亦可產生不少抗生素，如可抑制細菌、病毒和腫瘤的多霉素等。

第110頁/共209頁6.鏈輪絲菌屬

鏈輪絲菌屬（Streptoverticillum）氣生菌絲對稱輪生，孢子鏈很短，二級輪生，孢子光滑。生物制藥工業(yè)上的主要用于生產各種抗腫瘤、抗霉菌、抗結核等抗生素，如：博萊霉素（鏈輪絲菌72）、結核放線菌素（灰色鏈輪絲菌S.griseoverticillatus）、柱晶白霉素（北里鏈輪絲菌S.kitasatoensis）、金絲菌素（硫藤黃鏈輪絲菌S.thioluteus）、絲裂霉素C（頭狀鏈輪絲菌S.caespitosus）等。第111頁/共209頁六、擔子菌(Basidimycetes)

擔子菌綱是真菌中最高級的一個綱，包括人們熟悉的蘑菇、木耳、馬勃和鬼筆等。特征：形成特殊的產孢器——“擔子”（Basidium），產生“擔孢子”（Basidiospore）擔子菌及其擔孢子形態(tài)（a）一種擔子菌的子實體，背部有菌褶；（b）擔孢子的電鏡圖片，擔孢子的基部為擔子第112頁/共209頁

1、擔子菌的一般形態(tài)構造

擔子菌菌絲多細胞且有分隔，菌絲體常呈白色、鮮黃色或橙黃色菌絲體具三個明顯的發(fā)育階段：初生菌絲單倍體（n）單核的擔孢子萌發(fā)

初期為多核，而后即產生分隔，把菌絲體分成單倍體（單核）

二生菌絲雙核體（n+n）從初生菌絲發(fā)育而成兩個單核細胞進行異宗配合，發(fā)生質配后，并不馬上核配，成為雙核細胞的次生菌絲。第113頁/共209頁兩個核同時分裂，由“鎖狀聯(lián)合機制”控制形成兩個子細胞。

菌絲的雙核細胞開始分裂之前，兩核之間生出一鉤狀分枝。細胞內一個核進入鉤中。兩核同時分裂成4個核。新分裂的兩個核移入到細胞的一端，一個核仍留在鉤中。鉤向下彎曲與原細胞壁接觸，接觸處的壁溶解而溝通，同時鉤的基部產生隔膜。鉤中的核向下移，在鉤的垂直方向產生一隔膜，一個細胞分成二個細胞，每個細胞具兩個不同的子核。鎖狀聯(lián)合完成。第114頁/共209頁三生菌絲雙核體（n+n）

二生菌絲特化形成

特化菌絲形成各種子實體

子實體

真菌產生孢子的構造。由繁殖菌絲和營養(yǎng)菌絲組成菌褶處著生擔子和擔孢子第115頁/共209頁

2、擔子菌的繁殖方式

無性生殖和有性生殖無性繁殖

:芽殖、裂殖及產生分生孢子或粉孢子完成的

有性繁殖:產生擔孢子擔子是擔子菌中產生擔孢子的構造，是完成核配和減數分裂的細胞第116頁/共209頁1雙核菌絲的頂端

2核配

34減數分裂5幼擔孢子在小梗上發(fā)育6帶有四個單核擔孢子的擔子

第117頁/共209頁典型擔子菌的生活史

第118頁/共209頁四、微生物與發(fā)酵發(fā)酵工程是以微生物的生命活動為中心的工業(yè)發(fā)酵過程是由活細胞參與的生命活動過程，沒有微生物活細胞就沒有工業(yè)發(fā)酵。微生物活細胞具有能量形式轉換、輔酶再生、代謝的自動調節(jié)等機制，這個過程原則上可以進行到有機原料耗盡，或因代謝物在細胞外累積造成環(huán)境極度惡化而影響微生物生存之時微生物的生物學性狀和發(fā)酵條件決定了其相應產物的生成工業(yè)上用的全部微生物都稱為工業(yè)微生物，工業(yè)生產上常用的微生物主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌由于發(fā)酵工程本身的發(fā)展以及基因工程正在進入發(fā)酵過程，病毒、藻類等其它微生物也正在逐步地變?yōu)楣I(yè)生產菌。第119頁/共209頁第五節(jié)

微生物的代謝調節(jié)

在生物進化過程中，微生物細胞形成了愈來愈完善的代謝調節(jié)機制，在代謝繁殖過程中，能量的利用以及對細胞生長繁殖過程中所需的各種物質的形成是非常合理和經濟的，細胞經常處于平衡生長狀態(tài)，不會有代謝產物的積累。第120頁/共209頁

現代發(fā)酵工業(yè)要研究的主要內容就是通過改變培養(yǎng)條件和遺傳特性，使微生物的代謝途徑改變或代謝調節(jié)失控而獲得某一發(fā)酵產物的過量產生。其方法大體可分為兩類：改變產生菌的基因型而改變代謝途徑；改變控制代謝速率，即影響基因型的表達。

第121頁/共209頁代謝調節(jié)(regulationofmetablism）是指微生物的代謝速度和方向按照微生物的需要而改變的一種作用。酶量的調節(jié)酶活性的調節(jié)第122頁/共209頁微生物代謝的控制是指運用人為的方法對微生物的代謝調節(jié)進行遺傳改造和條件的控制，以期按照人們的愿望，生產有用的微生物制品。第123頁/共209頁代謝調節(jié)的方式酶合成的調節(jié)酶活性的調節(jié)方式初級代謝的調節(jié)次級代謝的調節(jié)第124頁/共209頁一、代謝調節(jié)方式細胞透性的調節(jié)代謝途徑區(qū)域化代謝流向的調控代謝速度的調控第125頁/共209頁1，細胞透性的調節(jié)細胞質膜的透性直接影響物質的吸收和代謝產物的分泌，從而影響到細胞內代謝的變化。細胞質膜的透性的調節(jié)是微生物代謝調節(jié)的重要方式，由它控制著營養(yǎng)物質的吸收和產物分泌。代謝調節(jié)方式第126頁/共209頁例如，大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌吸收乳糖是由滲透酶和環(huán)狀AMP(cAMP)協(xié)同控制來完成的。cAMP的濃度是由腺苷酸環(huán)化酶(AC)的活性控制的，也就是說，乳糖的吸收受滲透酶和AMP環(huán)化酶的控制，調節(jié)蛋白通過磷酸化的形式和腺苷酸環(huán)化酶（AC）或滲透酶結合，分別使腺苷酸環(huán)化酶活化或使?jié)B透酶失活。當有葡萄糖時，乳糖的滲透酶以無活性狀態(tài)存在，而腺苷酸環(huán)化酶也以非活性狀態(tài)存在。代謝調節(jié)方式第127頁/共209頁2，代謝途徑區(qū)域化原核微生物細胞結構雖然簡單，但也劃分出不同的區(qū)域，對于某一代謝途徑有關的酶系則集中某一區(qū)域，以保證這一代謝途徑的酶促反應順利進行，避免了其他途徑的干擾。

例如呼吸的酶系集中在細胞質膜上；而與蛋白質合成有關的酶系則位于核蛋白體上；分解大分子的水解酶，在革蘭氏陰性菌里是位于壁膜間隙中，而革蘭氏陽性菌則將這些水解酶類，分泌于胞外。代謝調節(jié)方式第128頁/共209頁在真核微生物細胞里，各種酶系被細胞器隔離分布。如與呼吸產能有關的酶系集中于線粒體內膜上；蛋白質的合成酶系位于核蛋白體上；DNA合成的某些酶位于細胞核里。代謝調節(jié)方式第129頁/共209頁細胞具有復雜的膜結構使其代謝活動只能在特定的部位上進行，即代謝活動是區(qū)域化的，其實質是控制酶與底物接觸，使各個反應有序地進行。代謝調節(jié)方式第130頁/共209頁線粒體:丙酮酸氧化;三羧酸循環(huán);-氧化;呼吸鏈電子傳遞;氧化磷酸化細胞質:酵解;磷戊糖途徑;糖原合成;脂肪酸合成;細胞核:核酸合成內質網:蛋白質合成;磷脂合成酶定位的區(qū)域化第131頁/共209頁3，代謝流向的調控微生物在不同條件下可以通過控制各代謝途徑中某個酶促反應的速率來控制代謝物的流向，從而保持機體代謝的平衡。它包括兩種形式由一個關鍵酶控制的可逆反應由兩種酶控制的逆單向反應代謝調節(jié)方式第132頁/共209頁由一個關鍵酶控制的可逆反應同一個酶可以通過不同輔基(或輔酶)控制代謝物的流向。例如，谷氨酸脫氫酶以NADP+為輔酶時，主要是催化谷氨酸的合成，當以NAD+為輔酶時，則催化谷氨酸的分解。因此微生物可以通過不同的輔基來控制代謝物的流向。代謝調節(jié)方式第133頁/共209頁由兩種酶控制的逆單向反應

逆單向反應是在生物體代謝的關鍵部位的某些反應，它是由兩種各自不同的酶來催化的。即在一個“可逆”反應中，其中一種酶催化正反應，而另一種酶則催化逆反應。例如，葡萄糖轉化為6-磷酸葡萄糖是由己糖激酶催化的，而其逆反應則是由6-磷酸葡萄糖酯酶催化的。6-磷酸果糖轉化為1，6-二磷酸果糖是由磷酸果糖激酶催化的，逆反應則由1，6-二磷酸果糖酯酶催化。代謝調節(jié)方式第134頁/共209頁4，代謝速度的調控在不可逆反應中，微生物通過調節(jié)酶的活性和酶量來控制代謝物的流量。微生物在不同條件下能按照需要，通過激活或抑制原有酶的活性或通過誘導或阻遏酶的合成來自我調節(jié)其代謝速度，使之高度經濟有效地利用能量和原料進行生長繁殖。代謝調節(jié)方式第135頁/共209頁二、酶合成的調節(jié)酶合成的誘導酶合成的阻遏第136頁/共209頁1，酶合成的誘導酶合成的調節(jié)第137頁/共209頁2，酶合成誘導的機制酶合成的調節(jié)第138頁/共209頁3，酶合成的阻遏酶合成的調節(jié)第139頁/共209頁4，酶合成阻遏的機制酶合成的調節(jié)第140頁/共209頁三、酶活性的調節(jié)概念酶活性調節(jié)是指一定數量的酶，通過其分子構象或分子結構的改變來調節(jié)其催化反應的速率。影響因素底物和產物的性質和濃度環(huán)境因子(如壓力、pH、離子強度和輔助因子等)其他的酶的存在調節(jié)方式激活已有酶的活性抑制已有酶的活性第141頁/共209頁（一）激活激活：在激活劑的作用下，使原來無活性的酶變成有活性，或使原來活性低的酶提高了活性的現象。代謝調節(jié)的激活作用：主要是指代謝物對酶的激活。前（體）饋激活，指代謝途徑中后面的酶促反應，可被該途徑中較前面的一個中間產物所促進。代謝中間產物的反饋激活，指代謝中間產物對該代謝途徑的前面的酶起激活作用酶活性的調節(jié)第142頁/共209頁反饋激活和前（體）饋激活示意圖ABCDFAB?????GCDEE+++例1:糖代謝途徑中丙酮酸積累激活丙酮酸羧化酶，例2：乙酰CoA的積累激活PEP羧化酶第143頁/共209頁酶

的

反

饋

激

活葡萄糖草酰乙酸丙酮酸羧化酶乙酰CoA活化磷酸烯醇式丙酮酸擰檬酸-酮戊二酸1，6-二磷酸果糖第144頁/共209頁（二）抑制抑制：由于某些物質的存在，降低酶活性的現象。反饋抑制（feedbackinhibition)：反饋抑制是指代謝的末端產物對酶(往往是代謝途徑中的第一個酶)活性的抑制。無分支代謝途徑的調節(jié)有分支代謝途徑的調節(jié)酶活性的調節(jié)第145頁/共209頁1，無分支代謝途徑的調節(jié)通常是在線形的代謝途徑中末端產物對催化第一步反應的酶活性有抑制作用。酶活性的調節(jié)第146頁/共209頁例如，在大腸桿菌中，由蘇氨酸(Thr)合成異亮氨酸(IIeu)時，異亮氨酸對催化反應途徑中的第一步反應的蘇氨酸脫氨酶(TD)有抑制作用。蘇氨酸α-酮丁酸異亮氨酸

TD酶活性的調節(jié)第147頁/共209頁2，有分支代謝途徑的調節(jié)在有兩種或兩種以上的末端產物的分支合成代謝途徑中，調節(jié)方式較復雜，其共同特點是每個分支途徑的末端產物控制分支點后的第一個酶，同時每個末端產物又對整個途徑的第一個酶有部分的抑制作用，分支代謝的反饋調節(jié)方式有多種:順序反饋抑制（sequentialfeedbackinhibition）同工酶的反饋抑制（isoenzymefeedbackinhibition）協(xié)同反饋抑制（concertedfeedbackinhibition）累積反饋抑制（cumulativefeedbackinhibition）超相加反饋抑制（cooperativefeedbackinhibition）酶活性的調節(jié)第148頁/共209頁（1）順序反饋抑制sequentialfeedbackinhibition

分支代謝途徑中的兩個末端產物，不能直接抑制途徑中的第一個酶，只有當兩個末端產物都過量時，才能對途徑中的第一個酶有抑制作用。酶活性的調節(jié)第149頁/共209頁

例如，枯草桿菌在芳香族氨基酸合成中，色氨酸(Try)抑制鄰氨基苯甲酸合成酶(AS)，苯丙氨酸(Phe)抑制預苯酸脫水酶(PT)，酪氨酸(Tyr)抑制預苯酸脫氫酶(PD)，預苯酸和分支酸又部分地抑制7-磷酸-2-酮-3-脫氧庚糖酸合成酶(DS)。PEP：磷酸烯醇丙酮酸；E4P：4-磷酸赤蘚糖；DAHP：7-磷酸-2-酮-3-脫氧庚糖酸；CA：分支酸；Per：預苯酸；AA：鄰氨基苯甲酸；HPPA：對羥基苯丙酮酸；PPA：苯丙酮酸；Tyr：酪氨酸；Try：色氨酸；Phe：苯丙氨酸；I：7-磷酸-2-酮-3-脫氧庚糖酸合成酶；II：鄰氨基苯甲酸合成酶；III：分支酸變位酶；IV：預苯酸脫氫酶；V：預苯酸脫水酶預苯酸脫氫酶預苯酸脫水酶鄰氨基苯甲酸合成酶7-磷酸-2-酮-3-脫氧庚糖酸合成酶第150頁/共209頁（2）同工酶的反饋抑制isoenzymefeedbackinhibition

同功酶是指能催化同一生化反應，但它們的結構稍有不同，可分別被相應的末端產物抑制的一類酶。其特點是：途徑中第一個反應被兩個不同的酶所催化，一個酶被H抑制，另一個酶被G抑制。只有當H和G同時過量才能完全阻止A轉變?yōu)锽。第151頁/共209頁例如，大腸桿菌以天門冬氨酸為前體合成蘇氨酸(Thr)、異亮氨酸(Ileu)、甲硫氨酸(Met)和賴氨酸(Lys)的代謝途徑中有三種天門冬氨酸激酶的同功酶(AKI、AKII和AKIII)和兩種高絲氨酸脫氫酶的同功酶(HSDHI和HSDHII)。其中AKI和HSDHI受到蘇氨酸、異亮氨酸的反饋抑制和阻遏，AKII和HSDHII受甲硫氨酸的反饋抑制和阻遏；AKIII受賴氨酸的反饋抑制和阻遏。

第152頁/共209頁（3）協(xié)同反饋抑制

concertedfeedbackinhibition

在分支代謝系統(tǒng)中，幾種末端產物同時都過量，才對途徑中的第一個酶具有抑制作用，如果末端產物單獨過量則對途徑中的第一個酶無抑制作用。第153頁/共209頁

例如，莢膜紅假單胞菌中天門冬氨酸族氨基酸生物合成途徑中，天門冬氨酸激酶(AK)是受末端產物賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制。第154頁/共209頁（4）累積反饋抑制cumulativefeedbackinhibition在分支代謝途徑中各種末端產物單獨過量時，它們各自能對途徑中的第一個反應的酶僅產生較小的抑制作用。一種末端產物單獨過量并不影響其它末端產物的形成，只有當幾種末端產物同時過量時，才對途徑中的第一個酶產生較大的抑制。酶活性的調節(jié)第155頁/共209頁

例如，大腸桿菌谷氨酰胺合成酶(GS)活性的調節(jié)是一個典型的累積反饋調節(jié)的例子。谷氨酰胺由谷氨酸、銨和ATP合成。谷氨酰胺中的酰胺基是色氨酸、組氨酸、氨基甲酰磷酸、6-磷酸葡萄糖胺、CTP、AMP、GMP等化合物生物合成過程中的末端產物。谷氨酰胺合成酶被谷氨酰胺代謝的每種末端產物以及丙氨酸和甘氨酸所累積抑制。谷氨酰胺合成酶對這些抑制物中的每一種末端產物均有特異的結合部位。當上述8種末端產物同時過量都與酶結合時，谷氨酰胺合成酶的活性將受到最大的抑制。第156頁/共209頁（5）超相加反饋抑制cooperativefeedbackinhibition超相加反饋抑制是一種既不同于協(xié)同反饋抑制又不同于累積反饋抑制。對一個分支代謝途徑中，幾種末端產物單獨過量時，僅產生對共同途徑的第一個酶部分的抑制。如果每種末端產物都過量時，其抑制作用則超過各種末端產物單獨過量時抑制的總和。酶活性的調節(jié)第157頁/共209頁例如，在嘌呤核苷酸的生物合成途徑中，催化第一步反應的酶，5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)的酰胺基轉移酶，可被各種嘌呤核苷酸產物(如AMP、GMP)所抑制。例如，一定量的GMP或AMP僅能抑制5-磷酸核糖-1-焦磷酸酰胺基轉移酶活力的10％，而當二者混合時，則可抑制其酶活力的50％。因為這些嘌呤核苷酸與5-磷酸核糖-1-焦磷酸并無結構相似性，又因該酶是一種調節(jié)酶，GMP和AMP可能分別結合在該酶的不同部位上。第158頁/共209頁

5，酶活性調節(jié)的分子機制解釋酶活性調節(jié)機制的理論：別構調節(jié)理論(其核心是酶分子構象的改變)酶分子的化學修飾理論(其核心是酶分子結構的改變)。酶活性的調節(jié)第159頁/共209頁四、初級代謝的調節(jié)

RegulationofPrimaryMetabolism產能代謝的調節(jié)：能荷調節(jié)(EnergyChargeRegulation)核蛋白體合成的調節(jié)（RegulationofRibosomeSynthesis）氨基酸、核苷酸合成代謝的調節(jié)（Regulationofaminoacidsandnucleotidemetabolism）第160頁/共209頁能荷調節(jié)

(EnergyChargeRegulation)能荷：即指細胞中ATP、ADP、AMP系統(tǒng)中可為代謝反應供能的高能磷酸鍵的量度能荷的大小與細胞中ATP、ADP和AMP的相對含量有關。當細胞中全部腺苷酸均以ATP形式存在時，則能荷最大，為100%，即能荷為滿載。當全部以AMP形式存在時，則能荷最小，為零。當全部以ADP形式存在時，能荷居中，為50%。若三者并存時，能荷則隨三者含量的比例不同而表現不同的百分值。第161頁/共209頁能荷調節(jié)

(EnergyChargeRegulation)研究證明，細胞中能荷高時，抑制了ATP的生