課程編號：12100700課程名稱：微生物資源開發(fā)利用課程類型：專業(yè)選修課總學時：32課時學分：2學分先修課程：無機化學、有機化學、微生物學、生物化學第1頁自20世紀以來，自然資源保護及有效利用引發(fā)了人們高度重視。植物資源、動物資源和微生物資源是自然資源關鍵部分。其中，微生物資源擁有其它生物資源所不具備、特有生態(tài)學和經(jīng)濟學意義。作為生物資源主要組成部分，微生物資源含有許多可貴特點，如生產(chǎn)速率高、生物轉化活性強、易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等，因而含有極為遼闊應用前景。微生物資源開發(fā)利用已成為當代應用生物學領域研究熱點之一，微生物資源已經(jīng)在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學等各個領域得到了廣泛應用，有效服務于人類。學好《微生物資源開發(fā)利用》有利于微生物有效利用與微生物資源保護。課程目標與任務第2頁課程介紹微生物資源開發(fā)利用是研究微生物資源及其合理開發(fā)利用和保護科學，它是微生物學、生物化學、分子生物學、醫(yī)學、農學、化學、工程學等學科邊緣科學。本課程從實用角度出發(fā)，對微生物資源開發(fā)利用各個領域進行探討，重點討論微生物這一主要資源，它與人類關系，開發(fā)利用新成就，新技術及存在問題，開發(fā)利用戰(zhàn)略和策略，值得重點投入領域及展望。要求掌握相關資源微生物基本知識，資源微生物在各行各業(yè)中應用現(xiàn)實狀況及前景，系統(tǒng)地掌握微生物資源開發(fā)利用概貌。第3頁5第七章微生物采油技術

5第六章微生物濕法冶金

6第五章微生物肥料生產(chǎn)應用及其資源利用

4第四章

產(chǎn)生有機酸和醇類微生物5第三章微生物酶

5第二章

藥用微生物

2第一章微生物資源

課時內容教學安排與課時分配（共32課時）第4頁采取講授與課堂討論相結合教學方式。課外學生完成課程作業(yè)，閱讀與本課程相關期刊論文5-10篇。主要教學方式：考查，采取提交論文形式（論文成績占60%，聽課、課堂討論及作業(yè)成績占40%）考評評分方式：第5頁《微生物資源開發(fā)利用》，姜成林、徐麗華主編，中國輕工業(yè)出版社，年。教材：1.《當代微生物學與試驗技術》，林稚蘭等編著，科學出版社，年。2.《工業(yè)微生物資源開發(fā)應用與保護》，儲葛健主編，化學工業(yè)出版社，年。3.《環(huán)境微生物資源原理與應用》，李鐵民等編著，化學工業(yè)出版社，年。4.《當代工業(yè)微生物學》，姚汝德編著，華南理工大學出版社，年。5.《生物工藝學》，俞俊堂編著，華東理工大學出版社，1991年。6.《氨基酸發(fā)酵工藝學》，張克旭編著，中國輕工業(yè)出版社，年。參考書：第6頁第一章微生物資源1.1微生物資源特殊性自從有了人類，就天天跟動植物打交道，利用動植物作為食物主要起源。當代工業(yè)、當代農業(yè)更是大規(guī)模開發(fā)利用動植物資源為人類造福。不過，因為過分開發(fā)或不合理開發(fā)，環(huán)境惡化，沙漠化加劇，動植物資源急劇降低，造成了長久、甚至是難以填補損失。這已經(jīng)成為國際性問題。許多國家都把可連續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作為基本國策，制訂了保護生物多樣性，保護珍稀動物、瀕危植物法規(guī)，并采取了相關辦法。第7頁微生物是一類天然資源公眾意識遠遠沒有建立。第一，自從有了人類，也就天天跟微生物打交道，但人類發(fā)覺微生物卻很晚，僅300多年而已。第二，微生物形體極小，代謝類型極其多樣化，生長繁殖速度驚人。在最適條件下，有細菌20min就能繁殖一代。第三，微生物變異性大。第四，種源豐富，未知者眾。有些人認為，全世界被描述微生物種類不到實有數(shù)2%；依據(jù)Omura預計，當前所知道放線菌（約3000種）僅占實有數(shù)10%—20%。表1-1是已知和未知生物資源大致情況。第8頁表1-1生物資源種類類群已知種預計種已知種占百分比%類群已知種預計種已知種占百分比%病毒50001300004甲殼蟲38000細菌47604000012昆蟲800000100000080真菌6900015000005其它節(jié)肢動物132460藻類400006000067軟體動物50000Pryophytes170002500068棘皮動物6100裸子植物750兩棲動物4184被子植物25000027000093爬行動物6380原生動物3080010000031魚類190002100090多孔動物5000鳥類919810000～100腔腸動物9000哺乳動物41704300～100線蟲150005000003第9頁值得說明是，未知菌詳細百分比不可能準確，因為研究地域，使用Primer,研究人員興趣各不相同，不過還有大部分微生物種類我們不知道卻是事實。微生物是類種類繁多可再生資源，是最豐富遺傳基因庫。對微生物資源開發(fā)，不存在“過分”問題，也不會因開發(fā)造成原產(chǎn)地微生物資源降低或絕滅問題。第五，對微生物資源研究與開發(fā)比動植物晚許多，但取得了極其輝煌成就。人類分離、判定微生物歷史大約只有100年。只是到近些年來，人們才明確認識到，與動物、植物一樣，微生物也是一類主要自然資源。第10頁1992年聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會經(jīng)過了《生物多樣性條約》（ConventiononBiologicalDiversity）。這是人類對保護生物多樣性及其永續(xù)利用共同綱領。我國是該條約締約國之一。1993年我國成立了中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會生物多樣性工作組，負責生物多樣性協(xié)調工作。《生物多樣性條約》明確指出：“生物資源是指對人類含有實際或潛在用途或價值遺傳資源、生物體或其部分、生物群體或生態(tài)系統(tǒng)中任何其它生物組成部分。最好在遺傳資源原產(chǎn)國建立和維持移地保護及研究植物、動物和微生物設施”。這是對微生物資源及其保護最具權威性表示。第11頁

依據(jù)條約定義，我們能夠從以下幾方面認識微生物這一類資源。從維持生態(tài)平衡而言，微生物起作用是巨大，是其它生物不可取代。從“有實際或潛在用途或價值”觀點看，除了傳統(tǒng)釀酒工業(yè)、面包工業(yè)、奶酪工業(yè)、醬菜工業(yè)所利用微生物以外，當代發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)藥品、氨基酸、有機酸、維生素、酶、醇、微生物肥料、微生物農藥等以及石化工業(yè)、冶金工業(yè)使用微生物，其“價值”是難以估量。生物資源三支柱，即動物、植物、微生物，其中微生物是一類與動物、植物資源不一樣、生產(chǎn)性能優(yōu)越、開發(fā)前景遼闊生物資源。第12頁微生物資源開發(fā)利用包括農業(yè)、輕工、環(huán)境保護、礦石、醫(yī)藥等國民經(jīng)濟各部門。因為開發(fā)目標不一樣，工作基礎差異，開發(fā)利用戰(zhàn)略和策略會有很大差異。這里將對微生物資源開發(fā)利用總體思緒進行討論。微生物資源開發(fā)利用程序通常由總體設計、找到目標菌、效果試驗、申請專利、菌種改良及發(fā)酵工藝研究、報批、生產(chǎn)、市場等相互關聯(lián)過程所組成。1.2微生物資源開發(fā)利用一、總體設計第13頁

總體設計是微生物資源開發(fā)利用首要任務，關鍵是市場?？傮w設計還包含開發(fā)策略，自己工作基礎，已具備條件，自己優(yōu)勢和劣勢，合作搭檔力量及誠信度、投資大小、投資周期及風險等。創(chuàng)新是微生物資源開發(fā)靈魂。首先社會新需求日益增加，新領域不停出現(xiàn)，伴隨科學技術不停進步，開發(fā)資源能力也增加。另首先，開發(fā)難度也大大增加。總體設計一旦確定，明確開發(fā)意圖并落實一直，是微生物資源開發(fā)最基本、時刻不離標準，關鍵問題就是千方百計盡早找到所需目標菌。這是開發(fā)成敗關鍵，全部策略、路線、方法都要為這個中心服務，而不要有所偏離。第14頁1.

菌種起源及菌種分離二、找到目標菌世界微生物資料中心（WorldDataCenterforMicroorganisms）資料顯示，當前最少有58個國家共建立了484個菌種保藏中心，已保藏菌種80多萬株，很多是經(jīng)典菌株。這能夠作為菌種主要起源。假如自己分離菌種，就要依據(jù)開發(fā)目標，選擇取樣地域、取樣環(huán)境。土壤是微生物種類最豐富場所，是取之不盡微生物產(chǎn)地。海洋微生物是尤其值得開發(fā)資源。在某種意義上講，海洋微生物還能夠算是處女地，是大有開發(fā)潛力微生物資源。第15頁一樣，地球上廣泛分布著所謂“極端環(huán)境”，如高溫溫泉、鹽湖、鹽堿地、雪山、冰川及南北極、火山口、荒漠、放射性地域等等。極端環(huán)境微生物也是主要微生物資源。我們所知道微生物不到10%，而利用不到1%！這90%以上未知微生物大致上都能夠叫做“新種”。新種就意味著存在新基因，有新基因就有新產(chǎn)物，有新產(chǎn)物就可能有新用途。所以，未知微生物是最值得開發(fā)資源。菌種分離，尤其是未知菌分離本身就是微生物資源開發(fā)利用重大課題。第16頁關于混合菌：在微生物學發(fā)展歷程中，分離純培養(yǎng)曾經(jīng)是一個巨大進步，當代工業(yè)微生物發(fā)酵幾乎都是用純種。在一些情況下，分離資源微生物不一定需要純培養(yǎng)物。近些年來，越來越多事實表明，一些微生物生長繁殖需要另一個微生物參加，它們存在依存關系。2.

模型設計微生物資源開發(fā)目標千差萬別，但都必須建立準確、微量、快速、簡便篩選模型，盡早淘汰非目標菌，加速篩選進程。模型設計可依據(jù)作用機制、代謝路徑靶位、酶反應機制、基因操作過程各種調控因子、目標化合物類型等來設計初選模型。第17頁3.

一菌多篩一菌多篩，不但增加了菌種利用率和入選率，更主要是有可能找到用途更大非目標菌，比如含有某種活性菌等。4.

高通量篩選和組合生化相結合在進行生物活性物質篩選時，國外一些大企業(yè)已廣泛使用高通量篩選設備。它是將許多模型固定在各自不一樣載體上，用機器人加樣、培養(yǎng)后，用計算機統(tǒng)計結果，并進行分析，使篩選從繁重勞動中解脫出來，實現(xiàn)了快速、準確、微量。

組合生化是用已知有用化合物或已知骨架化合物分別與不一樣微生物共培養(yǎng)，然后分析不一樣培養(yǎng)時間化合物結構及其活性改變，從而極大地增加了化合物多樣性，對應增加了取得理想化合物可能性。第18頁三、申請專利第一、申請專利時機普通應在確定某種新活性、新用途或新化合物時馬上申請。第二、什么情況可無須申請專利？第三、研究人員往往對法律程序不熟悉，而又無法去“精通”它，最好方法是聘請法律顧問或專利申請代理人。第19頁四、菌種改良及基因工程微生物資源開發(fā)利用在某種意義上講是微生物天然功效在人工控制條件下，按照人意志重演和高效表示。通常取得菌株目標物產(chǎn)率會比較低，或者菌株工藝性狀有缺點，如生長慢、斜面菌種孢子化程度低等等。這就需要進行菌種改良。第一、用所謂傳統(tǒng)理化誘變技術，使菌種發(fā)生突變，存優(yōu)去劣。這是當前普遍采取方法，輕易施行，易見成效。第二、研究目標物基因結構及基因調控、表示方式，進行基因重組、轉殖，使之高效表示?；蚬こ碳夹g將變成常規(guī)技術，它將成為微生物資源開發(fā)利用強大武器。第20頁五、微生物資源開發(fā)利用重大課題人類大規(guī)模開發(fā)利用微生物資源不過50年歷史，已取得了極其輝煌結果。不過，微生物資源開發(fā)利用潛力依然大得很，前景十分寬廣，任務也十分艱巨。（1）微生物資源種類終究有多少？怎樣檢測、分離未知微生物？極端環(huán)境存在什么樣微生物？它們有何開發(fā)利用價值？是很值得投入主要領域。（2）化肥、農藥曾經(jīng)而且正在為農業(yè)增產(chǎn)做出巨大貢獻，不過也帶來嚴重環(huán)境問題。提供無公害肥源希望在于微生物。與此相關，從微生物著手開發(fā)無公害農藥也值得重點投入。第21頁（3）許多發(fā)達國家政府和民間投入在研發(fā)方面費用，大部分用于“保健”，其中醫(yī)藥是研發(fā)費用投入重點。即從微生物開發(fā)藥品依然是當今重大任務。伴隨開發(fā)進程不停深入，開發(fā)領域不停擴大，伴隨新技術發(fā)展和滲透，微生物資源開發(fā)利用將會日新月異，新思維、新產(chǎn)品、新用途、新領域將層出不窮。我們相信，微生物資源將更加好地為人類造福。第22頁1.3微生物資源保護一、保護微生物資源必要性微生物資源開發(fā)本身不會帶來原產(chǎn)地資源降低問題，但這并不是說，地球上微生物種類沒有降低危險。微生物資源保護基本上是新提法、新問題。伴隨科學進步和社會文明提升，保護微生物資源認識將會提升，保護內容也會逐步充實，保護法規(guī)和辦法也會建立和完善。微生物對人類意義能夠從兩個方面認識。微生物作為生態(tài)系統(tǒng)主動參加者，對于維持生態(tài)系統(tǒng)平衡起著不可替換主要作用；微生物也是人類所需各種物質生產(chǎn)者。伴隨科學技術進步，微生物用途越來越廣，用處越來越大。天然微生物對人類既是現(xiàn)實資源，也是潛在資源。第23頁因為工農業(yè)、交通運輸業(yè)大規(guī)模當代化、國際化，一些國家和地域（尤其是一些發(fā)展中國家）對自然資源過分開發(fā)和不合理開發(fā)，已經(jīng)帶來嚴重環(huán)境問題，大量生物種急劇降低。伴隨森林砍伐程度和耕作程度增加，放線菌種類按次生林、荒地、旱地秩序降低。原始森林不單是最寶貴動物、植物資源庫、基因庫，一樣也是最寶貴微生物資源庫、基因庫。天然湖泊水生環(huán)境暫時變干帶來微生物群落單調化、微生物種類降低一個顯著實證。第24頁自然界微生物極大地受環(huán)境原因影響，處于不停地生生死死和不停改變之中。溫度、濕度、酸堿、營養(yǎng)、空氣都會極大地影響微生物生存。表1--2云南不一樣植被土壤放線菌種類植被研究地域數(shù)平均數(shù)量/(×1000/g干土)平均屬數(shù)植被研究地域數(shù)平均數(shù)量/(×1000/g干土)平均屬數(shù)原始林8482.89.0旱地71359.45.4次生林161199.66.7蔬菜地85963.16.5荒地11893.25.9第25頁在那些原始環(huán)境，