關于微生物發酵技術在植物保護上的應用第1頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四目錄什么是發酵、釀造發酵工業的微生物技術發展史發酵工業的工程技術發展史發酵與釀造的研究對象微生物發酵工業所用菌種微生物發酵的基本特征第2頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四發酵的英文Fermentation是從拉丁語ferver即“翻騰”、“沸涌”、“發泡”而來；因為發酵有鼓泡和類似翻騰、沸涌的現象。如中國的黃酒、歐洲的beer就以起泡現象作為判斷發酵進程的標志。根據以往的觀念，人們通常把食品發酵作為整個發酵工業的分支。一、什么是發酵、釀造第3頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四發酵技術是生物技術中最早發展和應用的食品加工技術之一。許多傳統的發酵食品，如酒、豆豉、甜醬、豆瓣醬、酸乳、面包、火腿、腌菜、腐乳以及干酪等。隨著分子生物學和細胞生物學的快速發展，現代發酵技術應運而生。傳統發酵技術與DNA重組技術、細胞(動物細胞和植物細胞)融合技術結合，已成為現代發酵技術及工程的主要特征。

第4頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四廣義——利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體或其他代謝產物的過程。狹義——厭氧微生物或兼性厭氧微生物在無氧條件下進行能量代謝并獲得能量的一種方式。發酵工業：（巴斯德）經純種培養和提煉精制獲得的成分單純、無風味要求的產品的生產過程叫發酵工業。如酒精、抗生素、檸檬酸、氨基酸、酶、維生素、某些色素等。1、發酵及發酵工業第5頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四2、釀造(brewing)和釀造工業釀造(brewing)：我國人們對對一些特定產品發酵生產的特殊稱法，是未知的混合微生物區系參與的一種自然發酵。釀造工業：經自然培養、不需提煉精制、產品由復雜成分構成并對風味有特殊要求的食品或調味品的生產過程。如黃酒、白酒、清酒、葡萄酒、醬油、醋、腐乳、豆豉、面醬等。第6頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1676年列文虎克（Leewenhoch）1836—1837年Larkutzing1856—1857年Pasteur1870年Pasteur1880年科赫（RobertKoch）1897年，Buchner（布赫納）1928年，Fleming1940年，Florery和Chain1945年，抗生素工業二、發酵工業的微生物技術發展史第7頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）——微生物形態學發展階段荷蘭業余科學家，1676年，用自磨鏡片創造了一架能放大266倍的原始顯微鏡一生制作了419臺顯微鏡；發表論文400余篇，375篇寄往英國皇家學會發表。第8頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四AnthnoyvanLeeuwenhoek與他的顯微鏡AnthnoyvanLeeuwenhoek1684年寄給皇家協會信的部分內容第10頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四Larkutzing1836-1837年Larkutzing發現在啤酒的發酵中存在活的生物體，但并未發現發酵與微生物的關系。第11頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四不同時期觀察到的酵母菌細胞結構第12頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四

徹底否定了自然發生說證實發酵由微生物引起

巴斯德的功績免疫學—預防接種發明巴氏消毒法第13頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四無菌營養液出現微生物無菌營養液無生命出現加熱無菌營養液無生命出現巴斯德的雁頸瓶實驗第14頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四結論發酵是由微生物進行的一種化學變化，不同類型的發酵是由形態可以區別的各種特殊的微生物所引起的。1870年，Pasteur發現了微生物之間有相互抑制的作用。即拮抗作用。其間1804年，法國廚師阿卑特（Appert）發明了瓶裝罐頭）第15頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四巴斯德發現免疫現象↑動物實驗↓人體實驗幾星期后42-43oC下培養的老齡炭疽菌獲免疫力37oC下培養的新鮮炭疽菌病犬延髓（幾代減毒）被瘋狗嚴重咬傷的9歲男童第16頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四科赫的功績證實炭疽病因—炭疽桿菌發現結核病原菌—結核桿菌科赫法則發明培養基并用其純化微生物等一系列研究方法的創立第17頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四劃線法獲得單菌落

科赫定理圖示單菌落第18頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四結論1880年，發現可以通過稀釋把多種微生物分離開來，建立了單種微生物的分離和純培養技術。建立了研究的微生物一系列方法，把早年在馬鈴薯塊上的培養技術改為明膠平板（1881）和

瓊脂平板（1882）顯微鏡技術：包括細菌鞭毛在內的許多染色方法、懸滴培養法以及顯微攝影技術。利用平板分離方法找到并分離許多傳染病的病源菌（炭疽、結核、鏈球、）1884年提出了科赫法則（Koch’sostulates）：病原微生物存在與病體而非健康體；可純培養；純培養物接種后染病；可重新分離再培養。第19頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四奠基人巴斯德·路易斯(1822-1895)微生物奠基人Koch,robert(1843-1910)細菌學奠基人第20頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四(JosephLister,1827~1912)首創用石炭酸噴灑手術室和煮沸手術用具以防術后感染，為防腐、消毒，以及無菌操作奠定了基礎。第21頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四Buchner（布赫納）1897年，Buchner（布赫納）闡明了發酵的化學本質。即發酵是由酶引起的一類化學反應。實驗：酵母菌細胞用石英砂磨碎制成酵母汁（應用于醫學）+白砂糖（防腐）意外發現發酵這是無生物細胞體系發酵的最初例子。第22頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四Fleming1928年，Fleming發現了青霉素，開創了好氣性發酵工程，建立了通風攪拌技術。弗萊明(1881～1995)

英國細菌學家1928年，Fleming將其命名為：青霉素第23頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四

霉菌菌落周圍出現抑制萄

葡球菌生長的抑制現象產黃青霉菌落細菌生長抑制區域正常細菌生長區域---抗生素的發現第24頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1940年，Florery和Chain：碘黃青霉基中得到了純品青霉素，繼而放線菌——鏈霉素，金、土、卡那、紅、新、慶大……..等相繼發現。1984年達9000多種。1945年，抗生素工業（發酵工業正式興起）Florery和Chain第25頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四J.D.Waston,H.F.C.Crick

發現DNA雙螺旋模型分子生物學發展階段（成熟期）第26頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四Watson和Crick1956年，Watson和

Crick發現DNA雙螺旋結構，為微生物遺傳學及育種技術的研究帶來極大發展。第27頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四分子生物學發展階段（成熟期）特點微生物學成為十分熱門的前沿基礎學科微生物成為生物學研究中的最主要對象生物工程中，發酵工程是最成熟的應用技術Cncnc-micro第28頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四氨基酸生產菌種1956年，日本的士下祝郎利用發酵法制造出了Glu。至今22種氨基酸用發酵法生產，其中18種直接發酵，4種用酶轉化法生產。第29頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第一個轉折點——微生物純種分離培養技術建立自然發酵時期：知其然而不知其所以然，如厭氣性——酒類，好氣性——醋。微生物純種分離培養技術，開創了人為控制微生物時代，減少了腐敗現象，實現了無菌操作；發明了簡便的密封式發酵罐；人工控制條件，提高發酵效率，穩定產品質量。三、發酵工業的工程技術發展史第30頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四20世紀40年代，由于二戰暴發，刺激了抗生素發酵工業的興起，成功建立起深層通氣培養法及整套工藝，包括向發酵罐內通入大量無菌空氣、通過攪拌使空氣分布均勻、培養基的滅菌和無菌接種、通氧量、pH、培養物供給等均已解決，刺激了有機酸、酶制劑、維生素、激素等的大規模生產。第二個轉折點——通氣攪拌的好氧發酵工程技術建立（深層液態發酵）第31頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四以動態生物化學和遺傳學為基礎，將微生物進行人工誘變，選育高產菌株，實現有選擇地大量生產目的產物。該技術先在氨基酸生產上獲得成功，而后在核苷酸、有機酸、抗生素等其它產品中得到應用。第三個轉折點——人工誘變育種和代謝控制發酵工程技術的建立第32頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四

發酵罐的大型化、多樣化、連續化和自動化方面有了極大發展。發酵過程的基本參數包括T、Ph、罐壓、溶O2、Eh、空氣流量、泡沫、CO2含量等均可自動記錄和控制。（在線測試探頭等）

——發酵與釀造技術的第四個轉折點第四個轉折點——發酵動力學、發酵的連續化自動化工程技術的建立第33頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四

針對單純發酵法的缺陷，利用發酵法生產前體，用化學合成法得到終產品或反之。如Amyno法生產醬油。——發酵與釀造技術的第五個轉折點第五個轉折點

——微生物生物合成和化學反應合成相結合工程技術的建立第34頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四DNA重組技術大大推動了發酵與釀造技術的發展細胞融合技術：基因體外重組與克隆的工程菌株構建生物反應器：反應罐等設備、昆蟲軀體、動物細胞乳腺、植物細胞的根莖果實。DNA重組技術第35頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四盡管如此，食品發酵與釀造仍然有許多難以解決的實際問題，例如許多工程方面的研究經驗還不足，還沒有歸納為系統的理論，許多產品的發酵過程中的問題尚難以解決，很多問題有待研究探討。難以解決的實際問題第36頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1、按產業部門來分：釀酒工業傳統釀造工業有機酸發酵工業酶制劑發酵工業：淀粉酶中95%以上為霉菌、細菌淀粉酶氨基酸發酵工業功能性食品生產工業：低聚糖、真菌多糖、紅曲等食品添加劑生產工業：黃原膠、海藻糖菌體制造工業：單細胞蛋白、酵母等維生素發酵工業：Vc、VB2、VB12核苷酸發酵工業：ATP、IMP、GMP四、發酵與釀造的研究對象第37頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四2、按產品性質來分：代謝產物發酵：產品包括初級代謝產物、中間代謝產物、次級代謝產物。

1、初級代謝產物：微生物生長不同階段產生不同的代謝產物，對數生長期形成的產物往往是細胞自身生長所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白質、脂類、糖類等。

2、次級代謝產物：微生物細胞生長進入穩定期，有些微生物合成的在對數生長期不能合成的特定功能的產物，如抗生素、生物堿、細菌毒素、植物生長因子等。第38頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四微生物酶發酵

酶普遍存在于動物、植物和微生物中。因為微生物種類多、產酶的品種多、生產容易和成本低等特點，所以目前工業應用的酶大多來自微生物發酵微生物的轉化發酵

微生物的轉化是利用微生物細胞的一種或多種酶，把一種化合物轉變成結構相關的更有經濟價值的產物。可進行的轉化反應包括：脫氫反應、氧化反應、脫水反應、縮合反應、氨化反應、脫氨反應等。2、按產品性質來分：第39頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四微生物菌體發酵是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發酵。用于面包制作的酵母發酵及用于人類或動物食品的微生物菌體蛋白發酵是比較傳統的菌體發酵工業。新的菌體發酵可用來生產藥用真菌，如香菇菌、依賴蟲蛹而生存的冬蟲夏草菌、與天麻共存的密環菌等藥用菌。香菇、云芝）生物工程細胞的發酵

是指利用生物工程技術所獲得的細胞，如DNA重組的“工程菌”，細胞融合所得的“雜交”細胞等進行培養的新型發酵。此類發酵的產物多種多樣，如用基因工程菌生產胰島素、干擾素等。2、按產品性質來分：第40頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四優良的微生物菌種是發酵工業的基礎和關鍵，微生物資源非常豐富，廣泛分布于土壤、水和空氣中，尤以土壤中為最多1.從微生物分類學的角度把所需菌種分為：細菌類如短桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、漢遜酵母和假絲酵母等；霉菌如黃曲霉、紅曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放線菌如各種抗生素，鏈、慶大等。2.作為工業微生物發酵使用的菌種，通常有以下特點：(1)具有穩定的遺傳學特性。(2)微生物生長和產物的合成對于基質沒有嚴格的要求。(3)生長條件易于滿足。(4)具有較高的各種酶活力。（5）對于包含體，要求在細胞破碎是不易破碎，而在目的產物的分離提出時，則易破碎。五、微生物發酵工業所用菌種第41頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四1.微生物發酵過程是一個典型的化工過程。2.微生物發酵過程是一個典型的代謝控制發酵。3.微生物發酵工業又是一個有別于化工過程的一個工業。微生物發酵主要有以下幾個特征：（1）反應條件溫和。通常由于微生物的生理特性，要求溫度為30℃～40℃、pH值中性偏酸性如酵母、霉菌、放線菌的發酵和pH值中性偏堿性如細菌的發酵。（2）無菌發酵，整個反應過程要求無菌。培養基無菌、空氣無菌、補料和取樣要求無菌操作、某些工程菌，其尾氣也要求進行無菌處理。（3）非連續性生產。微生物的生理特性決定了發酵過程的非連續性，大部分的工業發酵是以間歇操作為基礎進行的，目前可以實現連續化生產的是啤酒的連續化生產。六、微生物發酵的基本特征第42頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四微生物發酵技術的應用醫藥工業（胰島素、乙肝疫苗、干擾素）食品工業（飲料、酒類、氨基酸）能源工業（尋找新能源）化學工業冶金工業（分離、濃縮和提純有用金屬）農業（生物固氮、微生物農藥、飼料等）環境保護（降解污染物）第43頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第44頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第二節（一）工業發酵的工藝流程

生物發酵工藝多種多樣，但基本上包括菌種的選育、菌種培養基的配制、擴大培養和接種、發酵過程下游處理即分離提純等幾個過程。找到合適的菌種是發酵工程的前提。人們最初是從自然界尋找所需要的菌種，如谷氨酸發酵時常用菌有谷氨酸棒狀桿菌等。但這種方法得到的菌種，產量一般都比較低。20世紀40年代，微生物學家開始用紫外線、激光、化學誘變劑等處理菌種，使菌種產生突變，以篩選出符合要求的優良菌種。隨著細胞工程、基因工程等技術的日益成熟，科學家開始構建工程細胞或工程菌，用它們進行發酵，甚至能生產出一般微生物所不能生產的產品。

一、菌種的選育第45頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四在大規模的發酵生產中，需要將選育出的優良菌種經過多次擴大培養，讓它們達到一定數量以后，再進行接種。二、菌種培養基的配制培養基是選擇出的菌種生活的環境，對菌種有多方面的影響，所以至關重要。一般來說，培養基的配方要經過反復的實驗才能確定。另外，發酵工程中所用的菌種多要求是純培養的，即整個發酵過程不能混有雜菌，否則將導致產量大大下降，甚至得不到產品。例如，如果青霉素生產過程中污染了雜菌，這些雜菌會分泌青霉素酶，將形成的青霉素分解掉。因此，培養基和發酵設備都必須經過嚴格的滅菌。三、擴大培養和接種第46頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四發酵過程一般是在發酵罐內進行的，發酵罐是一種圓柱形的容器，容量從幾升到幾百萬升，罐上除有通氣、攪拌、接種、加料、冷卻等裝置外，還有對溫度、pH、通氣量與轉速等發酵條件進行檢測和控制的裝置。發酵過程中環境條件的變化，不僅會影響菌種的生長繁殖，而且會影響菌種代謝產物的形成。為了使發酵過程能順利進行，要隨時取樣，檢測培養液中的細菌數目、產物濃度，同時還要及時為發酵菌提供必需的營養，并嚴格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉速等發酵條件。四、發酵過程第47頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四

發酵結束后，要對發酵液或生物細胞進行分離和提取精制，將發酵產物制成合乎要求的產品。對發酵產品的要求不同，分離提純的方法也相應有些區別。利用發酵工程生產的產品有菌種代謝產物和菌種本身（如酵母菌和細菌）兩大類，如果產品是菌種，分離方法一般是通過過濾、沉淀從培養液中分離出；如果產品是代謝產物，則采用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取。分離提純（層析分離等）后的產品，還要經過質量檢查合格后，才能成為正式產品。

五、分離提純第48頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四工藝流程第49頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四（二）發酵的操作方式分批發酵：營養物和菌種一次性加入進行培養，直到結束放出，中間除空氣進入和尾氣排出，與外界沒有物料交換。缺點：總生產力不高連續發酵：以一定的速度向發酵罐內添加新鮮培養基，同時以相同的速度流出培養液，使發酵罐內液量維持穩定，微生物在穩定狀態下生長。補料分批發酵：又稱半連續發酵。是指在微生物分批發酵中，以某種方式向培養系統補加一定物料的培養技術。（生產效率最高）第50頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四（三）發酵工藝控制為了能對發酵生產過程進行必要的控制，需對有關工藝參數進行定期取樣測定或進行連續測量。直接參數：可直接采用特定的傳感器檢測的參數，如溫度、壓力、攪拌功率、轉速、泡沫、pH值、溶解氧基質濃度、營養物質濃度等；間接參數：需根據一些直接檢測出來的參數，借助于電腦計算和特定的數學模型才能得到的參數，如細胞生長速率、產物合成速率和呼吸熵等。第51頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四（四）發酵過程中的檢測

發酵過程中必須檢測糖、氮、無機鹽的消耗、pH值、排氣組成。菌絲量和產物積累狀況等，目的在于控制這些參數，使之達到最佳水平，以便獲得最大產量。第52頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第三節發酵技術在植物保護上的應用殺蟲微生物的發酵生產殺菌微生物的發酵生產除草微生物的選育和發酵生產第53頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四一、殺蟲微生物的發酵生產

細菌殺蟲劑蘇云金芽孢桿菌

伴孢晶體是蘇云金芽孢桿菌賴以殺蟲的主要毒素，又稱δ-內毒素。它是一種蛋白質晶體，當敏感性昆蟲吞食這種晶體后，在其堿性腸道中晶體被水解成毒性肽，產生毒性。幼蟲表現為停止取食，麻痹，進而破壞中腸的上皮細胞，腸道內含物滲入血腔，pH下降，幼蟲全身癱瘓，得敗血癥而死亡。第54頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四

對伴孢晶體毒素敏感的昆蟲種類主要有鱗翅目、雙翅目和鞘翅目的部分昆蟲的幼蟲。蘇云金桿菌的有些變種還能產生水溶性的β-外毒素，又稱熱穩定性外毒素，對很多目的昆蟲有毒性。第55頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四第56頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四蘇云金芽孢桿菌的發酵生產

蘇云金芽孢桿菌菌劑的生產常采用液體發酵或半固體發酵法。（自學）第57頁，共65頁，2023年，2月20日，星期四真菌殺蟲劑

殺蟲真菌的種類很多，在發展成為生物殺蟲劑的長期努力中，迄今已成為商品的