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

知识回顾 1.接种环灭菌的方法： ；培养皿灭菌的方法： ；培养基灭菌的方法： . 2.平板倒置的目的是 。3.微生物接种的常用方法 （最简单）和 （需要计数）。 4.接种前灼烧接种环的目的是 。 每次划线之前灼烧接种环的目的是 ； 接种结束后灼烧接种环的目的是 。 5.稀释涂布平板法统计菌落数目往往比活菌的实际数目低的原因是 。 6.微生物培养时，选取菌落数目 时的记录作为结果，为什么？ 。 灼烧灭菌 干热灭菌 高压蒸汽灭菌 ①防止培养基表面的水分过快挥发， ②防止皿盖上的冷凝水珠落入培养基，影响微生物的生长。 平板划线法_ 稀释涂布平板法 避免接种环上可能存在的微生物污染培养物 杀死上次划线后接种环上残留的菌种，保证下一次划线时，菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，从而得到菌落。 及时杀死接种环上残留的菌种，避免微生物污染环境和感染操作者。 当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。 防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目 稳定 实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 03 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。 早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到 一根金条 如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂 一元 从社会中来 问题：在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 发酵工程 第1章 第3节 3 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 发酵工程的中心环节 一、发酵工程的基本环节 任务一：4分钟阅读教材P22-23，了解发酵工程的概念和基本环节。 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。 例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。 1.目的： 获得性状优良的菌种 2.菌种来源： 从自然界中筛选 诱变育种 基因工程育种 例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。 扩大培养 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 （2）方法、将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养 （3）扩大培养使用液体培养基 （1）目的、增加菌种数量，缩短生产周期 液体使微生物与营养物质接触更充分，提高营养物质的利用率，利于微生物的繁殖。 发酵罐内发酵 扩大培养 一、发酵工程的基本环节 选育菌种 制备培养基 灭菌 接种 这是发酵工程的中心环节 监控要点一 监控要点二 监控要点三 检测培养液中的微生物数量、产物浓度等 及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物 严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中 一、发酵工程的基本环节 发酵罐示意图： 电动机D1 排气管C3 pH计B3 冷却水排出口C2 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮D2 生物传感器装置B4 空气入口A4 放料管A2 A3阀门 A1培养物或营养物质的加入口 B1观察孔 B2取样管 B5温度传感器和控制装置 C1冷却水进入口 注意冷却水的入口和出口位置、 空气入口和排气管的位置 一、发酵工程的基本环节 发酵罐内发酵 扩大培养 选育菌种 制备培养基 灭菌 接种 这是发酵工程的中心环节 ①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成； ②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。 注意：要严格控制发酵条件 实例：谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸； 在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 一、发酵工程的基本环节 发酵罐内发酵 扩大培养 选育菌种 制备培养基 灭菌 接种 分离、提纯产物 获得产品 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 过滤、沉淀等方法 适当的提取、分离和纯化措施 习题巩固 1.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是( ) A.菌种选育是发酵工程的中心环节 B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行 C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵 　条件，否则会影响菌种代谢产物的形成 D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但 　是不影响微生物的代谢途径 C 二、发酵工程的应用 发酵工程的特点： 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 产物专一 发酵工程的应用 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 在食品工业上的应用 任务二：5分钟阅读教材P24-27，了解发酵工程的应用。 二、发酵工程的应用 大豆中蛋白 小分子肽和氨基酸 酱油 黑曲霉 淋洗、调制 各种谷物、水果 酿酒酵母 各种酒类 (一) 在食品工业上的应用 生产传统的发酵产品 1 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 主发酵 消毒 终止 后发酵 完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。 主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下 储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。 具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。 啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵和后发酵两个阶段。 1.在食品工业上的应用 二、发酵工程的应用 讨论1.酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？ “通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖； “密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。 酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。 讨论2.啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？ 1.在食品工业上的应用 二、发酵工程的应用 二、发酵工程的应用 思考与讨论：啤酒的工业生产流程 讨论3：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。 讨论4：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。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？ 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 生产各种各样的食品添加剂 2 添加了柠檬酸的饮料 如：①、柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得 ②、味精可以由谷氨酸棒状杆菌发酵得到 二、发酵工程的应用 (一) 在食品工业上的应用 生产酶制剂 3 食品直接生产 改进生产工艺 简化生产过程 改善产品的品质和口味 延长食品储存期 提高产品产量 酶制剂的作用 α-淀粉酶 β-淀粉酶 果胶酶 脂肪酶 氨基肽酶 … … 酶制剂 二、发酵工程的应用 (二) 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 二、发酵工程的应用 (二) 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 二、发酵工程的应用 (三) 在农牧业上的应用 生产微生物肥料 1 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。 利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。 二、发酵工程的应用 (三) 在农牧业的应用 生产微生物农药 2 ①微生物农药的作用 利用微生物或其代谢物来防治病虫害 ②防治类型 属于生物防治 ③实例 微生物或代谢产物 防治病虫害种类 苏云金杆菌 80多种农林害虫 白僵菌 玉米螟、松毛虫 一种放线菌产生的抗生素（井冈霉素） 水稻枯纹病 二、发酵工程的应用 (三) 在农牧业上的应用 生产微生物饲料 3 微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。 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。 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。 二、发酵工程的应用 (四) 在其他方面的应用 （1）解决资源短缺和环境污染问题 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。 （2）对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用 利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂 嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 电催化结合发酵的方式，用CO2合成葡萄糖和脂肪酸，使资源化利用 具体应用 成果 食品 酱油（霉菌）、酒类（酿酒酵母） 医药 农牧业 其他方面 食品添加剂 酶制剂 柠檬酸（黑曲霉）、谷氨酸（谷氨酸棒状杆菌） 淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等 生长激素释放抑制激素、青霉素、乙型肝炎疫苗 根瘤菌肥、固氮菌肥（根瘤菌和固氮菌） 多种农林虫害（苏云金杆菌）、玉米螟（白僵菌） 微生物菌体（单细胞蛋白） 酒精、乙烯（纤维废料） 洗涤剂（嗜热菌、嗜盐菌） 微生物肥料 微生物农药 微生物饲料 解决资源短缺和环境污染问题 对极端微生物的利用 传统的发酵产品 抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等 二、发酵工程的应用 1.(2023·天津卷)下图为酱油的制作流程，其中米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油所需的蛋白酶、脂肪酶等，该过程需要提供营养物质、通入空气。下列说法错误的是（ ） A. 米曲霉发酵过程中，大豆中蛋白质可为米曲霉的生长提供氮源 B. 米曲霉分泌的酶可将大分子有机物水解为小分子有机物 C. 发酵池发酵阶段应密封进行，酵母菌与米曲霉对氧气需求相同 D. 发酵池中两种主要微生物产生的酒精、乳酸可以抑制杂菌生长 习题巩固 C 2.(2023·山东卷)我国是名副其实的发酵大国，发酵工程在食品工业、医药工业及农牧业等许多领域得到了广泛的应用。下列相关叙述错误的是（ ） A. 发酵工程的产品包括微生物的代谢产物、酶和菌体本身 B. 利用酵母菌等菌种的发酵工程生产的单细胞蛋白，可作为食品添加剂 C. 将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵可生产乙型肝炎疫苗 D. 利用发酵工程生产的微生物农药，作为化学防治的重要手段，可用于防治病虫害 习题巩固 D 1.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。（ ） × √ √ × 一、概念检测 练习与应用 二 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。 (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。 练习与应用 三 二、拓展应用 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。 练习与应用 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）在培养基中加入化合物A的目的是__________________________，这种培养基属于__________培养基。 （2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量_______________。 筛选出可降解化合物A的微生物 选择 显著降低 扩增 复习与提高（P30） 四 （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 呈S形增长 复习与提高（P30） 四 （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 （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。 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1×10-1×105 ；取每个浓度的冰激凌液各0.1 mL，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48h，统计菌落数目。 复习与提高（P30） 四 （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？ ①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。 复习与提高（P30） 四 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， 1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37 ℃培养24 h）， 1 000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37℃培养48 h）】 没有必要。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。 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？ ③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。 （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大还是偏小？为什么？ 统计结果比实际值偏小。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。 复习与提高（P30） 四 (2) B 说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。 （4）①应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；②还要告知食品卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by 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