第1章 第3节 发酵工程及其应用（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2024-2025学年高二生物选择性必修3（人教版2019）

1.概念:利用微生物的特定功能,规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。 2.基本环节   必备知识 清单破 知识点 1 发酵工程 第三节　发酵工程及其应用 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒　发酵工程的菌种选择 (1)能在低成本的培养基上生长,且能大量高效地合成产物。 (2)发酵条件如温度、pH、溶解氧等易控制。 (3)遗传性能稳定等。 3.特点 (1)生产条件温和。 (2)原料来源丰富且价格低廉。 (3)产物专一。 (4)废弃物对环境的污染小和容易处理等。 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 应用 内容 在食品工业上的应用 生产传统的发酵产品 酱油、酒类等 生产各种各样的食品添加剂 通过黑曲霉的发酵制得柠檬酸;由谷氨酸棒状杆菌发酵得到谷氨酸,谷氨酸经过处理制 成味精等 生产酶制剂 α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶 酶、氨基肽酶和脂肪酶等 知识点 2 发酵工程的应用 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 续表 应用 内容 在医药工业上的应用 生产抗生素、多种氨基酸、 激素和免疫调节剂等 生长激素释放抑制激素、乙 型肝炎疫苗等 在农牧业上的应用 生产微生物肥料 根瘤菌肥、固氮菌肥等 生产微生物农药 利用苏云金杆菌防治农林虫 害等 生产微生物饲料 用微生物菌体(单细胞蛋白) 制作微生物饲料 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 应用 内容 在其他方面的应用 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等 通过电催化结合发酵的方式,用CO2合成葡萄糖和脂肪酸 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 续表 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念   1.发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段 (1)主发酵:完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成等。 (2)后发酵:在低温、密闭的环境下进行,以形成澄清、成熟的啤酒。 知识点 3 啤酒的工业化生产流程 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 2.在啤酒的发酵生产过程中,菌种的选育、对原材料的处理、发酵条件的控制、产品的消毒 等,都有助于提高啤酒的产量和品质。 3.传统发酵技术的产物一般是成分复杂的混合物,一般不进行分离和提纯。 知识拓展　啤酒花 (1)酿酒不可缺少的一味原材料,在酿酒过程中具有天然防腐、延长啤酒保质期的作用。 (2)形成啤酒的细腻泡沫。 (3)能平衡麦汁甜度使啤酒变得可口。 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过杂交育种、诱变育种或基因工程育 种获得,是否正确? 　　不正确。性状优良的菌种不能通过杂交育种获得,杂交育种一般是能进行有性生殖生物 的育种方式。 2.发酵工程中培养基和发酵设备是否都必须经过严格的灭菌? 　　是。发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产物产量大大 下降,需要对培养基和发酵设备进行严格灭菌。 3.在谷氨酸的发酵生产过程中,在酸性条件下更有利于谷氨酸的积累,是否正确? 　　不正确。谷氨酸由谷氨酸棒状杆菌发酵产生,在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸,在 酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 提示 提示 提示 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 4.单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵从微生物体 内获得的蛋白质,是否正确?     　　不正确。单细胞蛋白是通过发酵获得的微生物菌体,不仅含有蛋白质,还含有糖类、脂 质和维生素等物质。 提示 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 　　营养缺陷型突变株筛选过程用到两类培养基:基本培养基和完全培养基。其中基本培养 基是仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基,而完全培养基是 可满足某微生物一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。 　　营养缺陷型突变株的筛选方法一般要经过诱变、淘汰野生型、检出营养缺陷型和鉴定 营养缺陷型4个环节。 学科素养 情境破 素养 生命观念、科学思维——营养缺陷型突变株的筛选 情境探究 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 问题1　不同微生物的基本培养基成分相同吗?     不同微生物的营养需求因微生物的种类、生长阶段及培养目的的不同而有所差异,因 此,不同微生物的基本培养基成分不完全相同。 提示 问题2　诱变剂处理菌株利用的原理是什么?     物理、化学或生物诱变因素会使菌株发生突变(遗传物质改变)进而产生具有新性状 的菌种。 提示 问题3　青霉素法是一种淘汰野生型细菌的抗生素法,试分析该方法的原理是什么?     青霉素能够抑制细菌细胞壁的合成,可杀死能正常生长繁殖的野生型细菌,但无法杀 死正处于休止状态的营养缺陷型细菌,从而达到“浓缩”后者的目的。 提示 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 问题4　如图为影印平板法检出缺陷型的过程,完全培养基中5个菌株,哪种属于缺陷型?请分 析原因。       菌株5属于营养缺陷型。菌株5在完全培养基上能够生长,但在基本培养基上不能生 长,说明基本培养基中缺少某些让其生长的物质。 提示 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 营养缺陷型突变株的筛选方法 (1)第一步,诱变剂处理。提高菌种突变频率,获得更高比例的营养缺陷型细菌,营养缺陷型细 菌在缺乏对应营养时会处于休止状态,停止增殖。 (2)第二步,淘汰野生型。在诱变后的存活个体中,营养缺陷型的比例一般较低,通常只有百分 之几至千分之几。 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 方法 原理 目的 抗生 素法 抗生素能杀死正常生长繁殖的野生型菌株,但无法杀死正处于休止状态的营养缺陷型菌株 淘汰为数众多的野生型菌株, “浓缩”营养缺陷型菌株 菌丝 过滤法 在基本培养基中,野生型菌株的孢子能萌发形成菌丝,而营养缺陷型的孢子不能; 将诱变剂处理后的大量孢子放在基本培养基上培养一段时间后,再进行过滤。如此重复数遍后,就可去除大部分野生型菌株 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 (3)第三步,检出缺陷型。用一个培养皿即可检出的有夹层培养法和限量补充培养法;影印平 板法需要用两个培养皿(分别进行对照和检出)才能检出缺陷型。可根据实验要求和实验室 具体条件加以选用。 ①夹层培养法:先在培养皿底部倒一薄层不含菌的基本培养基,待凝,添加一层混有经诱变剂 处理的菌液的基本培养基,其上再浇一薄层不含菌的基本培养基。经培养后,对首次出现的 菌落用记号笔一一标在皿底。然后再向皿内倒上一薄层完全培养基。再经培养后长出的形 态较小的新菌落,多数都是营养缺陷型突变株。 ②限量补充培养法:把诱变处理后的混合菌液接种在含有微量(<0.01%)蛋白胨的基本培养基 平板上,野生型细胞就迅速长成较大的菌落,而营养缺陷型因营养受限制生长缓慢,只形成微 小菌落。若想获得某一特定营养缺陷型突变株,可在基本培养基上加入微量的相应物质。 ③影印平板法:将诱变剂处理后的细胞群涂布在一完全培养基平板上,经培养长出许多菌 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 落。用特殊工具——“印章”把此平板上的全部菌落转印到另一基本培养基平板上。经培 养后,比较前后两个平板上长出的菌落。如果发现在前一培养基平板上的某一部位长有菌 落,而在后一平板上的相应部位却呈空白,说明这就是一个营养缺陷型突变株。 (4)第四步,鉴定缺陷型。鉴定缺陷型可借生长谱法进行。生长谱法指在混有供试菌的平板 表面点加微量营养物,视某营养物的周围是否长菌来确定该供试菌的营养要求的一种快速、 直观的方法。 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 例题 营养缺陷型菌株是指野生型菌株经过人工诱变或自然突变失去合成某种营养的能力, 只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子后才能生长的菌株,包括氨基酸缺陷型菌株、维 生素缺陷型菌株和碱基缺陷型菌株等。筛选营养缺陷型菌株的常规步骤为:诱变育种→淘汰 野生型→检出缺陷型→鉴定缺陷型。 (1)夹层培养法可用于营养缺陷型菌株的检出,其原理如图1所示,先在培养皿上倒一薄层基本 培养基,凝固后再接种一层经诱变处理的菌液,其上再浇一层基本培养基,凝固后放入恒温培 养箱中培养出菌落,再倒一层完全培养基继续培养。若结果如图2所示,其中菌落　　　     (填“A”或“B”)即为检出的营养缺陷型大肠杆菌菌株。 图1　夹层培养法 图2 典例呈现 B 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 (2)研究小组一 利用生长谱法初步确定检出的营养缺陷型大肠杆菌的类型,即在基本培养基 乙的A~E这5个区域中分别添加不同的营养物质,然后用　 　　　　    法将检出的营养缺陷 型大肠杆菌接种在图3培养基上。若培养一段时间后在图3的B与C的交界处长出了菌落,则 说明该菌株是　　　　　　　    营养缺陷型。   稀释涂布平板 氨基酸和维生素 图3 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 (3)研究小组二用上述方法鉴定出某菌株属于维生素营养缺陷型,为了进一步确定该菌株的 具体类型,他们把15种维生素按照不同组合分为5个小组,用5个滤纸片分别蘸取不同小组的 维生素,然后覆于接种后的琼脂平板上培养一段时间。 组别 维生素组合 1 维生素A 维生素B1 维生素B2 维生素B6 维生素B12 2 维生素C 维生素B1 维生素D2 维生素E 烟酰胺 3 叶酸 维生素B2 维生素D2 胆碱 泛酸钙 4 对氨基苯甲酸 维生素B6 维生素E 胆碱 肌醇 5 生物素 维生素B12 烟酰胺 泛酸钙 肌醇 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 若观察到1组和2组滤纸片周围产生生长圈(图4),则该营养缺陷型大肠杆菌不能合成的维生 素是　　　　　　　    ;若菌株为叶酸和生物素的双营养缺陷型大肠杆菌,则其在图4培养基 上形成菌落的位置是　　　　　　    。   图4 解题思路    (1)夹层培养法中的培养基组成如下所示:   维生素B1 3与5的交界处 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 野生型菌株可以在基本培养基和完全培养基上生长,出现时间较早,形成的菌落较大(A)。营 养缺陷型菌株只能在完全培养基上生长,出现时间较晚,形成的菌落较小(B)。(2)一个培养基 被分成5个区域,进行对照,菌株需要在平板中均匀分布,一般使用稀释涂布平板法接种。只有 B(有氨基酸)与C(有维生素)的交界处长出菌落,则说明该营养缺陷型菌的生长需要氨基酸和 维生素,属于氨基酸和维生素营养缺陷型菌。(3)只有1组和2组滤纸片周围产生生长圈,说明1 组和2组共有的营养物质(维生素B1)为该营养缺陷型大肠杆菌所必需。3组特有的营养物质 是叶酸,5组特有的营养物质是生物素,若菌株为叶酸和生物素的双营养缺陷型大肠杆菌,则其 在图4培养基上形成菌落的位置是3与5的交界处(含有叶酸和生物素)。 第1章　发酵工程 第1讲　描述运动的基本概念 $$