如何通过育种及分子改造等得到高产此发酵产品的优良菌种
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发布时间：2023-04-25 06:24
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时间：2023-10-14 17:44
自然选育 在生产过程中,不经过人工处理,利用菌种的自发突变,从而选育出优良菌种的过程,叫做自然选育.菌种的自发突变往往存在两种可能性：一种是菌种衰退,生产性能下降；另一种是代谢更加旺盛,生产性能提高.具有实践经验和善于观察的工作人员,就能利用自发突变而出现的菌种性状的变化,选育出优良菌种.例如,在谷氨酸发酵过程中,人们从被噬菌体污染的发酵液中分离出了抗噬菌体的菌种.又如,在抗生素发酵生产中,从某一批次高产的发酵液取样进行分离,往往能够得到较稳定的高产菌株.但自发突变的频率较低,出现优良性状的可能较小,需坚持相当长的时间才能收到效果.
诱变育种 诱变育种是指用人工的方法处理微生物,使它们发生突变,再从中筛选出符合要求的突变菌株,供生产和科学实验用.诱变育种与其他育种方法相比,具有操作简便、速度快和收效大的优点,至今仍是一种重要的、广泛应用的微生物育种方法.诱变育种包括出发菌种选择、诱变处理和筛选突变株三个部分.
菌种经诱变处理后,会产生各种各样的突变类型.如何从中挑选出所需要的突变类型呢?一般要经过初筛和复筛两个阶段.下面以青霉素产生菌高产突变菌种的筛选为例说明.将经诱变处理的菌液按一定浓度稀释后,涂布在平板培养基上.培养后,将单个菌落挑到斜面培养基上,经培养后,再将斜面上的菌落逐个接种到摇瓶中,振荡培养后测它们的抗生素效价.这就是初筛.初筛中所得到的超过对照效价10%以上的菌种,再进行复筛.复筛的过程与初筛基本相同,不同的是一般将斜面上的单个菌落接种到三个摇瓶中,得出平均效价.复筛可进行1～3次.由此筛选出的高产稳定菌种还要经过小型甚至中型试验,才能用到发酵生产中.
2．培养基的配置：
（1）原料：碳源,氮源,生长因子,无机盐和水.
（2）原则：目的要明确,营养要协调,PH要适宜.
3．灭菌：
发酵过程中不能有杂菌污染,不仅要对培养基进行灭菌,还要对发酵装置进行灭菌,通入的空气也要进行灭菌.灭菌不仅要杀死杂菌细胞,还要杀死芽孢和孢子.
4．扩大培养和接种：扩大培养可以缩短微生物生长的调整期.
5．发酵过程：是发酵的中心阶段.
关键是控制发酵的条件,如温度,pH,溶氧,通气量与转速等.原因是环境条件的变化,不仅会影响菌种的生长繁殖,还会影响菌种代谢产物的形成.
影响发酵过程的因素 影响发酵过程的因素主要有以下几个方面.
温度 温度对微生物的影响是多方面的.首先,温度影响酶的活性.在最适温度范围内,随着温度的升高,菌体生长和代谢加快,发酵反应的速率加快.当超过最适温度范围以后,随着温度的升高,酶很快失活,菌体衰老,发酵周期缩短,产量降低.温度也能影响生物合成的途径.例如,金色链霉菌在30 ℃以下时,合成金霉素的能力较强,但当温度超过35 ℃时,则只合成四环素而不合成金霉素.此外,温度还会影响发酵液的物理性质,以及菌种对营养物质的分解吸收等.因此,要保证正常的发酵过程,就需维持最适温度.但菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同.如灰色链霉菌的最适生长温度是37 ℃,但产生抗生素的最适温度是28 ℃.通常,必须通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度,采取分段控制.
pH pH能够影响酶的活性,以及细胞膜的带电荷状况.细胞膜的带电荷状况如果发生变化,膜的透性也会改变,从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌.此外,pH还会影响培养基中营养物质的分解等.因此,应控制发酵液的pH.但不同菌种生长阶段和合成产物阶段的最适pH往往不同,需要分别加以控制.在发酵过程中,随着菌体对营养物质的利用和代谢产物的积累,发酵液的pH必然会发生变化.如当尿素被分解时,发酵液中的NH+4浓度就会上升,pH也随之上升.在工业生产上,常采用在发酵液中添加维持pH的缓冲系统,或通过中间补加氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制pH.目前,国内已研制出检测发酵过程的pH电极,用于连续测定和记录pH变化,并由pH控制器调节酸、碱的加入量.
溶解氧 氧的供应对需氧发酵来说,是一个关键因素.从葡萄糖氧化的需氧量来看,1 mol的葡萄糖彻底氧化分解,需6 mol的氧；当糖用于合成代谢产物时,1 mol葡萄糖约需1.9 mol的氧.因此,好氧型微生物对氧的需要量是很大的,但在发酵过程中菌种只能利用发酵液中的溶解氧,然而氧很难溶于水.在101.32 kPa、25 ℃时,氧在水中的溶解度为0.26 mmol/L.在同样条件下,氧在发酵液中的溶解度仅为0.20 mmol/L,而且随着温度的升高,溶解度还会下降.因此,必须向发酵液中连续补充大量的氧,并要不断地进行搅拌,这样可以提高氧在发酵液中的溶解度.
