1.3发酵工程及其应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

1.3 发酵工程及其应用 选择性必修3 1.什么是发酵工程 2.发酵工程的一般流程是什么？ 来自公众号 修图的教书匠 从社会中来 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素,它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等,青霉素步入了产业化生产的道路。如今, 1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么,在工业上,青霉素究竞是怎样生产的呢? 青霉素 药品名称 规格 换算成克 青霉素钠 80万单位 0.48g 青霉素钠 100万单位 0.60g 青霉素钠 160万单位 0.96g 青霉素钠 400万单位 2.40g 青霉素钠 800万单位 4.80g 来自公众号 修图的教书匠 一、什么是发酵工程 对发酵原理的认识 微生物纯培养技术建立 密闭式发酵罐设计成功 严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等) 大规模生产 发酵产品 微生物的特定功能 现代化工程技术 利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，生产对人类有用的物质的技术体系。——发酵工程 来自公众号 修图的教书匠 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 发酵工程的基本环节和发酵罐示意图 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 ①发酵工程中菌种是关键，优良的菌种是提高发酵产物的质量和产量的首要条件，可以加速发酵过程，缩短生产周期。 生产柠檬酸 生产啤酒 生产青霉素 生产味精 黑曲霉 啤酒酵母 黄青霉 谷氨酸棒状杆菌 来自公众号 修图的教书匠 某镇特产一种美酒,以下是对该镇环境的描述:四面环山,地势低洼,气候炎热,具有独特的微生物种群,因为与外界的空气对流循环较缓慢,所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示? 我国幅员辽阔,地理生态环境多样,为各种微生物的生长繁殖提供了条件,这有利于发工程选育菌种。 优良的菌种不仅具有健壮,不易退化,其发酵产品的产量高、质量稳定等优点,它往往还会赋予发酵产品独特的风味,因此菌种选育环节很大程度上决定了生产发酵产品的成败。 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 ②方法 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。 优点：经济实惠 缺点：自发突变频率低，出现优良性状可能性小，需要时间长。 自然选育和菌种改良 来自公众号 修图的教书匠 菌种改良 采用物理、化学、生物学方法处理目的微生物，使其遗传基因发生变化，使生物代谢途径朝着人们所希望的方向进行，使某些代谢产物过量积累，获得所需的高产、优质和低耗的菌种。 优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产物 缺点：技术要求高 主要包括：诱变育种、基因工程育种、原生质体融合育种等。 来自公众号 修图的教书匠 (2021·广东高考真题)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖）为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。 此外，选育优良菌株的方法还有________________________等。(答出两种方法即可) 诱变育种、基因工程育种 来自公众号 修图的教书匠 工业发酵罐体积 扩大培养 在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 几十 ~ 几百m3 几 ~ 几十m3 接入的菌种总体积 发酵液 来自公众号 修图的教书匠 配制培养基 在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 碳源 氮源 无机盐 生长因子 水 来自公众号 修图的教书匠 灭菌 ①原因 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。 ②灭菌对象 培养基和发酵设备 ③实例 在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。 对生产环境需进行消毒处理 对通入的空气进行灭菌 来自公众号 修图的教书匠 发酵罐内发酵 ①发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节 ②随时检测培养液微生物数量、产物浓度，以了解发酵进程。 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 阀门 放料管 来自公众号 修图的教书匠 13 发酵罐内发酵 检测和控制：温度、pH、溶解氧、压强、通气量、搅拌、泡沫和营养等。并进行反馈控制。 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 电动机 排气管 pH计 冷却水排出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感器装置 空气入口 温度传感器和控制装置 冷却水进入口 阀门 放料管 ③环境条件不仅影响微生物生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。 来自公众号 修图的教书匠 14 温度控制 发酵前期 菌量少，发酵目的是要尽快达到大量的菌体，采用稍高的温度,能促进菌的呼吸与代谢，使菌生长迅速。 发酵中期 菌量已达到最适，适当降低温度，延长发酵时间，提高产量。 发酵后期 产物合成能力降低，延长发酵时间没有必要，可提高发酵温度，刺激产物释放。 来自公众号 修图的教书匠 pH控制 加入缓冲剂(磷酸盐) 直接加入酸碱 进行补料(补充营养物质 如:当pH下降时，添加尿素， 既可以调节pH也可以补充氮源。 来自公众号 修图的教书匠 溶解氧控制 溶解氧调控的主要手段：通风和搅拌 搅拌叶轮 空气入口 氧气供需调节的根本目的是满足微生物生长和代谢的各阶段对发酵液溶解氧浓度的需求。 来自公众号 修图的教书匠 分离、提纯产物 ①发酵产品是微生物细胞本身 过滤、沉淀 ②发酵产品是代谢物 根据产物性质采取适当提取、分离和纯化措施(萃取、蒸馏、离子交换) 发酵液 预处理 细胞分离 细胞破碎 初步纯化 高度纯化 成品加工 细胞破碎分离 胞外产物 来自公众号 修图的教书匠 发酵液 预处理 细胞分离 细胞破碎 初步纯化 高度纯化 成品加工 细胞破碎分离 胞外产物 加热 调pH 沉降 离心 过滤 研磨 离心 萃取 过滤 沉淀 吸附 萃取 层析 电泳 结晶 离子交换 干燥 结晶 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ 思考·讨论 需要考虑的因素包括:在低成本的培养基上能迅速生长繁殖;生产所需代谢物的产量高;发酵条件容易控制;菌种不易变异、退化等。 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 思考·讨论 要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制,使其最适合微生物的生长繁殖,同时及时添加必要的营养组分。 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 思考·讨论 传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分,而是成分复杂的混合物,很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理,或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 思考·讨论 在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段,常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法;在进一步纯化阶段,会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身,都需要进行质量检查,合格后才能成为正式产品。 来自公众号 修图的教书匠 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 思考·讨论 4.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 不能。因为在进行发酵生产时,微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了减少或避免污染物的产生和排放,实现清洁生产,应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 来自公众号 修图的教书匠 1.下列关于发酵工程基本环节的叙述，错误的是（ ） A.发酵工程的主要环节包括选育菌种、扩大培养、灭菌和配制培养基、接种、发酵罐内发酵、分离提纯 B.扩大培养是发酵工程的中心环节 C.性状优良的菌种可以通过基因工程育种或诱变育种获得 D.对于获得的产品菌种，可以采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 B 来自公众号 修图的教书匠 2.下列关于发酵工程基本环节的分析不正确的是（ ） A.培养基和发酵设备都应经过严格的灭菌才能使用，对于需氧发酵，通入的空气也应经过灭菌处理 B.温度不仅能影响菌种的代谢，还能影响菌种对营养物质的吸收 C.pH变化能导致某些菌种的发酵产物也发生变化 D.酒精发酵时，菌种的扩大培养与发酵罐内的培养条件是相同的 D 来自公众号 修图的教书匠 3.下列关于发酵工程基本环节的叙述，正确的是（ ） A.需要根据确定的菌种选择合适的原料配制培养基，且一般需要反复试验 B.需要对培养基和发酵设备进行消毒，以防止因杂菌污染导致产量下降 C.选育出的菌种可以直接接种，也可以先进行扩大培养后再进行接种 D.计算机控制系统可以通过正反馈机制，使发酵罐内的发酵全过程处于最佳状态 A 来自公众号 修图的教书匠 4.发酵工程在现代生物工程中地位越来越重要。下列有关发酵过程叙述错误的是（ ） A.发酵设备和培养基都需要严格灭菌 B.要随时取样，检测培养液的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵过程 C.在发酵过程中不需要向装置中再添加必需的营养组分 D.要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件 C 来自公众号 修图的教书匠 6.利用发酵工程可将人类活动产生的大量废纸和玉米、麦草的秸秆等纤维废料转化为新的资源——燃料乙醇，这对解决资源短缺及环境污染均具有重要意义。下图是利用微生物由纤维素生产乙醇的基本工艺流程，请回答问题： (1)自然界中①环节所需微生物大多分布在富含纤维素的环境中，从土壤中筛选目的菌需要使用以________为唯一碳源的培养基，这种培养基从功能上属于________培养基。选育得到性状优良的目的菌，在进行工业发酵之前还需对菌种进行_______________。 纤维素 选择 扩大培养 来自公众号 修图的教书匠 6.利用发酵工程可将人类活动产生的大量废纸和玉米、麦草的秸秆等纤维废料转化为新的资源——燃料乙醇，这对解决资源短缺及环境污染均具有重要意义。下图是利用微生物由纤维素生产乙醇的基本工艺流程，请回答问题： (2)②获得的是________酶，产生该酶的微生物在生态系统中作为分解者起作用。 (3)可以满足④环节的常见菌种X是___________，为了确保获得产物乙醇，⑤环节应注意__________________，④过程要注意避免_____________。 纤维素 酵母菌 发酵装置密闭 杂菌污染 来自公众号 修图的教书匠 下次内容：1.3 发酵工程及其应用-2 选择性必修3 发酵工程在生产上有哪些重要的价值？ 来自公众号 修图的教书匠 1.3 发酵工程及其应用-2 选择性必修3 发酵工程在生产上有哪些重要的价值？ 来自公众号 修图的教书匠 自然选育 诱变育种 基因工程育种 菌种选育 扩大培养 原料 配制培养基 发酵罐内发酵 接种 灭菌 分离提纯 菌体 代谢产物 产品 温故：发酵工程的基本环节 来自公众号 修图的教书匠 三、发酵工程的应用 产物专一 生产条件温和 原料来源丰富且价格低廉 废弃物对环境污染小且容易处理 发酵工程的特点 在食品工业上的应用 在医药工业上的应用 在农牧业上的应用 在其他方面的应用 发酵工程的应用 来自公众号 修图的教书匠 1.在食品工业上的应用 生产传统发酵产品 生产各种各样的食品添加剂 生产酶制剂 来自公众号 修图的教书匠 第一：生产传统发酵产品 酱油 大豆(主要原料) 黑曲霉 (蛋白酶) 小分子肽和氨基酸 淋洗、调制 酱油的生产 谷物或水果 酿酒酵母 各种酒类 各种酒类的生产 来自公众号 修图的教书匠 思考·讨论：啤酒的工业化生产流程 工业化生产流程如下图 发芽 1 2 焙烤 3 碾磨 4 糖化 大麦 水 糖化罐 大麦种子发芽， 释放淀粉酶。 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 淀粉水解 形成糖浆。 来自公众号 修图的教书匠 蒸煮 5 6 发酵 7 消毒 8 终止 工业化生产流程如下图 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。 过滤、调节、分装啤酒进行出售。 糖浆 啤酒花 过滤 冷却 装瓶 装罐 储存罐 来自公众号 修图的教书匠 38 生产传统发酵产品 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止 加啤酒花 冷却 接种 过滤 主发酵 后发酵 酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。 在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。 来自公众号 修图的教书匠 讨论 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止 加啤酒花 冷却 接种 过滤 1.与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。 来自公众号 修图的教书匠 讨论 2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。 应该辩证地看待这一产品。 有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康,你怎么看待这个问题? “精酿”啤酒是小规模酿造产品,发酵时间长、产量低和价格高,却依然有着市场需求,我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作? 一方面：这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。 另一方面：这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。 来自公众号 修图的教书匠 第二：生产各种各样的食品添加剂 添加剂类型 举例 酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸 增味剂 5`-肌苷酸二钠、谷氨酸钠 着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素 增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶 防腐剂 乳酸链球菌、溶菌酶 添加了柠檬酸的饮料 增加食品的营养 延长食品的保存期 改善食品的口味、色泽和品质 食品添加剂的作用 来自公众号 修图的教书匠 第三：生产酶制剂 食品直接生产 改进生产工艺 简化生产过程 提高产品产量 延长食品储存期 改善产品的品质和口味 ②酶制剂的作用 果胶酶 脂肪酶 α-淀粉酶 β-淀粉酶 氨基酸肽酶 … … ①酶制剂 来自公众号 修图的教书匠 2.在医药工业上的应用 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 ①发酵工程生产的药物 来自公众号 修图的教书匠 2.在医药工业上的应用 ②基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合 动植物的基因 微生物 直接改造微生物 转入 微生物 病原体的抗原基因 转入 发酵 工程 药物 药物 疫苗 来自公众号 修图的教书匠 3.在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 a.微生物肥料： 利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力、改良土壤结构、促进植株生长、增强植物抗病性和抗逆性。 b.常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥 来自公众号 修图的教书匠 ②生产微生物农药 a.微生物农药： 利用微生物或其代谢物来防治病虫害。 b.常见微生物农药： 苏云金杆菌(Bt毒蛋白): 防治80多种农林害虫 白僵菌(真菌): 防治玉米螟、松毛虫 放线菌 (井冈霉素): 防治水稻枯纹病 来自公众号 修图的教书匠 ③生产微生物饲料 a.微生物饲料： 以微生物为发酵菌种，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体的生物发酵饲料。 单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。 b.常见微生物饲料： 青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。 来自公众号 修图的教书匠 ④在其他方面的应用 a.利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。 解决资源短缺与环境污染问题。 b.极端微生物的利用 嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂 嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量 来自公众号 修图的教书匠 一、概念检测 与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。 (1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（ ） (2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ） (3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（ ） (4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ） × √ √ × 来自公众号 修图的教书匠 二、拓展应用 1.在青霉素的发酵生产过程中,人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料,并发挥想象力,提出解决这些问题的思路。 (1)青霉素发酵是高耗氧过程,如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢?(提示:血红蛋白具有携带O2的能力) 可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。 来自公众号 修图的教书匠 二、拓展应用 1.在青霉素的发酵生产过程中,人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料,并发挥想象力,提出解决这些问题的思路。 (2)在发酵过程中,总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现,在青霉素与头孢霉素的合成过程中,它们有一个共同的前体,这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？ 可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。 来自公众号 修图的教书匠 2、通过微生物发酵,可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇;将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配,就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示,使用乙醇汽油与使用普通汽油相比,排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”;但也有人认为,生产燃料乙醇需要消耗大量粮食,会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料,评估这一风险,并说明在生产时应如何规避这风险。 存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。 来自公众号 修图的教书匠 污水池中污泥样品 初选 振荡培养若干天后 测定各瓶中化合物A的含量 接种 候选菌 接种 选择 接种 接种 固体 培养基 重复多次，直至获得目的菌。 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 (1)在培养基中加人化合物A的目的是__________________________ _______,这种培养基属于______ 培养基。 筛选出可以降解化合物A的 微生物 选择 来自公众号 修图的教书匠 污水池中污泥样品 初选 振荡培养若干天后 测定各瓶中化合物A的含量 接种 候选菌 接种 选择 接种 接种 固体 培养基 重复多次，直至获得目的菌。 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 (2)培养若干天后,应选择培养瓶中化合物A含量____________的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量_________ 显著降低 扩增 来自公众号 修图的教书匠 污水池中污泥样品 初选 振荡培养若干天后 测定各瓶中化合物A的含量 接种 候选菌 接种 选择 接种 接种 固体 培养基 重复多次，直至获得目的菌。 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 (3)若要研究目的菌的生长规律,可挑取单个菌落进行液体培养，再采用________________方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。_______ 细菌计数板计数 S型增长 来自公众号 修图的教书匠 污水池中污泥样品 初选 振荡培养若干天后 测定各瓶中化合物A的含量 接种 候选菌 接种 选择 接种 接种 固体 培养基 重复多次，直至获得目的菌。 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 (4)将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决? 目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。 来自公众号 修图的教书匠 污水池中污泥样品 初选 振荡培养若干天后 测定各瓶中化合物A的含量 接种 候选菌 接种 选择 接种 接种 固体 培养基 重复多次，直至获得目的菌。 1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 (5)有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。 可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。 来自公众号 修图的教书匠 2.某个高温日,某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路 立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌;配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基(该培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色,并有金属光泽)、灭菌、倒平板;取10 mL刚融化的冰激凌作为原液然后进行梯度稀释,稀释倍数为1×10~1x105;取每个浓度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法进行接种,每个浓度涂3个平板,一共培养18个平板;在适宜温度下培养48 h,统计菌落数目。 (1)请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。 ①他们只打算对一个冰激凌进行检测,理由是:两个人吃过冰激凌后,都拉肚子了,所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗?为什么? 来自公众号 修图的教书匠 立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌;配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基(该培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色,并有金属光泽)、灭菌、倒平板;取10 mL刚融化的冰激凌作为原液然后进行梯度稀释,稀释倍数为1×10~1x105;取每个浓度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法进行接种,每个浓度涂3个平板,一共培养18个平板;在适宜温度下培养48 h,统计菌落数目。 (1)请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。 ①他们只打算对一个冰激凌进行检测,理由是:两个人吃过冰激凌后,都拉肚子了,所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗?为什么? 不同意。只检测一个冰激凌数据太少,不能排除偶然因素的影响。 来自公众号 修图的教书匠 立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌;配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基(该培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色,并有金属光泽)、灭菌、倒平板;取10 mL刚融化的冰激凌作为原液然后进行梯度稀释,稀释倍数为1×10~1x105;取每个浓度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法进行接种,每个浓度涂3个平板,一共培养18个平板;在适宜温度下培养48 h,统计菌落数目。 ②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释?为什么? 【提示:我国卫生部门规定了饮用水标准, 1 mL自来水中细菌总数不可以超过100个(37 ℃培养24 h), 1000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个(37℃培养48h)】 没有必要。提示 根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。即使冰激凌中大肠杆菌数目超标了，也不可能很离谱,如果进行梯度稀释,最后培养出来的菌落数可能不在计数要求的范围内,从而导致结果误差大。解答这个问题的时候,应该让学生明白并不是所有的细菌检测培养都需要进行梯度稀释,而是要根据实际情况来确定培养方案。 来自公众号 修图的教书匠 立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌;配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基(该培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色,并有金属光泽)、灭菌、倒平板;取10 mL刚融化的冰激凌作为原液然后进行梯度稀释,稀释倍数为1×10~1x105;取每个浓度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法进行接种,每个浓度涂3个平板,一共培养18个平板;在适宜温度下培养48 h,统计菌落数目。 ③他们认为,在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组?为什么? 需要设置对照组。严格来说,应该设置两组对照组。一组为阴性对照组,不进行涂布或者用无菌水涂布平板；另一组为阳性对照组,涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。 来自公众号 修图的教书匠 (2)下图所示为4种菌落分布图,一般不能由涂布平板法得到的是______ A B C D B 来自公众号 修图的教书匠 (3)在完善实验设计思路后,三位同学进行了实验。培养结果显示,除了深紫色菌落,还有其他菌落存在,这说明了什么?如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量,则统计结果比实际值是偏多还是偏少?为什么? 说明冰激凌中不仅有大肠杆菌,还有其他细菌或真菌等。统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠,统计时容易将其误认为是一个菌落,并且这种计数方法统计的是活菌的数目。 来自公众号 修图的教书匠 (4)如果实验结果显示,检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了。接下来他们应该做什么? 应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；还要告知卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。 来自公众号 修图的教书匠 下次内容：第2章 细胞工程 选择性必修3 来自公众号 修图的教书匠 $$