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第十二章 微生物的应用技术
知识目标：
掌握微生物发酵的分类及一般过程
了解微生物发酵技术在食品、药品、饲料生产、肥料生产等领域的应用
掌握微生物在自然界氮素循环、碳素循环、硫素循环中的作用
了解利用微生物处理污水的一般方法
了解沼气发酵的一般过程
了解微生物在环境检测方面的应用
理解基因工程的基本操作过程
能力目标
★会利用微生物发酵生产常见食品、果酒、肥料等产品
★能够检测环境中微生物
第一节 微生物与发酵
一、微生物发酵分类
微生物发酵过程即微生物反应过程，是指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化反应过程。
根据微生物的种类不同（好氧、厌氧、兼性厌氧），可以分为好氧性发酵和厌氧性发酵两大类
按照设备来分，发酵又可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵。
二、微生物发酵的一般过程
图12－5 微生物发酵基本过程
三、微生物发酵及其产品
微生物的发酵作用广泛应用于食品、药物、饲料、农药、肥料等重要产品的生产。
微生物发酵与农业和畜牧业
微生物饲料
兽用抗菌素
生物农药
生物菌肥
微生物能源
（一）微生物与食品发酵
1. 酒精饮料
(1) 啤酒
⑵ 葡萄酒
⑶ 白酒
⑷ 黄酒
微生物与食品发酵
2.酸乳制品
3.微生物与酱、酱油生产
4. 馒头、面包、蛋糕食品的发酵生产
5.酸菜发酵
微生物与饮食、调味品
食品添加剂 味 精 发酵面食 食用醋 食用菌 发酵饮料 食用色素 淹渍蔬菜 酱，酱油
（二）微生物发酵与制药
1.抗生素的微生物合成
2.维生素类药物的微生物生产
3.微生物多糖
4.医用酶制剂的发酵生产
用“工程菌”生产药物
干 扰 素
脑 菲 肽
胰 岛 素
乙肝疫苗
抗生素
各种单克隆抗体免疫血清
微生物与医药卫生
（三）微生物饲料
1. 微生物饲料生产中所用的菌种
2. 微生物饲料的种类
3.利用微生物加工和调制饲料的优势
微生物饲料
菌体蛋白饲料、饲料酵母、维生素 饲料、发酵青贮饲料
兽用抗菌素
某些微生物能够产生具有抑制或杀死病原菌的物质,该物质称抗菌素。
（四）微生物农药
1. 微生物农药的菌种
2. 微生物农药的种类
⑴ 微生物杀虫剂
⑵ 农用抗生素
⑶ 微生物除草剂
（五）微生物发酵与肥料
1.微生物肥料的概念
2.菌肥中微生物的种类
3.微生物肥料生产的一般流程
4.微生物肥料的特殊作用
5.微生物菌肥使用注意事项
6.微生物肥料的发展前景
生物农药
细菌农药、真菌农药、病毒农药
生物菌肥
主要是根瘤菌肥即含固
氮菌活菌的肥料。
第二节 微生物与环境保护
一、微生物在自然界物质循环中的作用
（一）微生物在碳素循环中的作用
图12－6 自然界的碳素循环
（二）微生物在氮素循环中的作用
图12－7 自然界的氮素循环
（单线所示为微生物所特有的过程，双线所示为微生物和植物共有的过程）
（三）、微生物在硫素循环中的作用
图12－8 自然界的硫素循环
(双线表示植物与微生物共同进行的反应，单线表示仅由微生物进行的反应)
二、利用微生物处理污水
1、活性污泥法：
2、生物膜法：
3、厌氧处理法：
4、氧化塘法：
三、沼气发酵与环保
（一）沼气发酵的微生物及其发酵过程
（二）沼气发酵的应用
沼气发酵用于照明
沼气发酵解决农村能源
四、微生物对有毒物质的降解
1、微生物对卤代类（特别是氯代）物质的降解
2、微生物对有机磷化合物的降解
3、微生物对人工合成多聚物的降解
4、微生物对多环芳烃的降解
微生物与环保
微生物处理腈纶废水的塔式滤池
五、微生物与环境监测
1.水质检测指示微生物——大肠菌群
2.发光细菌检测法
3.污染物致突变性的微生物检测（Ames试验）
第三节 微生物与基因工程
一、基因工程的基本操作过程
①分离或合成基因；②通过体外重组将基因插入载体；③将重组DNA导入细胞；④扩增克隆的基因；⑤筛选重组体克隆；⑥对克隆的基因进行鉴定或测序；⑦控制外源基因的表达；⑧得到基因产物或转基因动物、转基因植物。（如图）
图12－10 基因工程基本操作示意图
二、基因工程与微生物及微生物学的关系
①基因工程所用的克隆载体基本上均来自微生物
②基因工程所用千余种工具酶绝大多数是从微生物中分离纯化得到的。所谓工具酶就是对不同来源
③微生物细胞是基因克隆的宿主。
形成微生物工程
④微生物的多样性基因，尤其是抗高温、高盐、高碱、低温等基因，为基因工程提供了极其丰富而独特的基因资源；
⑤有关基因结构、性质和表达调控的理论主要也是来自对微生物的研究，或者是将动、植物基因转移到微生物中后进行研究而取得的，因此微生物学不仅为基因工程提供了操作技术，同时也提供了理论指导。
微生物工程
商品生产
改造物种
常规菌(或常规细胞株)
①遗传工程
② 细胞工程
“工程菌”（或“工程细胞株”）
③ 微生物工程
④ 酶工程
⑤ 生物反应器工程
经济效益
大量产品 社会效益
生态效益
微生物应用的美好前程
微生物种类多，分布广；繁殖快，代谢旺；易培养，应用广。随着科学技术的发展以及对微生物资源的开发研究的深入，微生物将在工业、农业、医药、食品、环保等各个领域发挥更大的作用。
思考题
1.试解释下列名词
微生物发酵，固氮作用，氨化作用，硝化作用，硫化作用，
2.试述微生物发酵的应用。
3.试述微生物在碳素、氮素、硫素循环中的作用。
4.简述利用微生物处理污水的一般方法。
5.试述沼气发酵的一般过程。
6.举例说明为什么微生物可以用于环境的检测？

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