第1章 发酵工程（复习课件）生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件系统梳理了发酵工程的核心知识，涵盖传统发酵技术（泡菜、果酒、果醋）、微生物培养（培养基、无菌技术、纯培养）、发酵工程流程（选育菌种至分离提纯）及应用，通过表格比较、流程图和单元核心提纲构建知识网络，体现知识点内在逻辑。 其亮点在于注重科学思维与探究实践，如通过“泡菜中亚硝酸盐变化分析”“微生物分离计数实验”培养变量分析和操作能力，典例结合生产实例（如柠檬酸发酵），分层设计基础梳理与综合训练，助力学生巩固知识，也为教师提供精准复习教学支持。

第1章 发酵工程及其应用 人教版选择性必修3 单元复习 复习目标 一、掌握核心流程与基本原理 （一）能完整复述并阐释“发酵工程一般流程”（菌种选育→培养基配制→灭菌→接种→发酵→分离纯化）各环节的目的与原理。 （二）能列表比较果酒、果醋、腐乳、泡菜等传统发酵在菌种、条件、产物上的异同，理解从传统技术到现代工程的演变。 二、理解关键操作与技术应用 （一）能辨析不同灭菌/消毒方法（如灼烧、高压蒸汽、过滤）的应用场景。 （二）理解并会分析发酵过程中如何监测与控制温度、pH、溶解氧等关键参数，以优化产物输出。 三、提升实验探究与设计能力 （一）掌握微生物分离（如平板划线法、涂布平板法）与计数的原理及操作要点。 （二）能针对“探究酵母菌呼吸方式”、“泡菜中亚硝酸盐检测”等实验进行变量分析与方案设计。 思维导图 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 1.概念： 指人们利用 ，在适宜条件下，将原料通过 转化为人类所需要的产物的过程。 微生物代谢产生的某些产物 (乙醇、乙酸、乳酸、氨基酸、抗生素、酶制剂等) 人类所需产物： 微生物 微生物的代谢 2.原理： 不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物 同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。 如酵母菌在无氧和有氧条件下的代谢途径不同。 3.类型： 醋酸发酵、谷氨酸发酵 酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵 发酵是否需要O2 需氧发酵： 厌氧发酵： 发酵类型 一、发酵 4 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 1.实例： 2.概念： 3.类型： 5.缺点： 4.实质： 酱 酱油 醋 泡菜 腐乳 直接利用原材料中 ，或利用 保留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵，制作食品的技术。 天然存在的微生物 前一次发酵 生产条件不易控制，易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等 混合菌种的半固体发酵 混合菌种的固体发酵 有氧或无氧条件下的物质氧化分解 二、传统发酵 5 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 厌氧细菌，代谢类型为异养厌氧型。 乳酸杆菌 代谢特点 分布 广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内。 温度 适宜发酵温度为30～40℃。 在无氧的条件下，将葡萄糖分解成乳酸。 发酵原理 C6H12O6 2C3H6O3 (乳酸) + 能量 酶 乳酸链球菌 类型 乳酸链球菌和乳酸杆菌。 1.泡菜腌制的原理——乳酸菌发酵 二、实例1：泡菜的制作 6 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 2.泡菜腌制的过程 用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用； 将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满； 盐的作用： 盐水浓度要适宜的目的： 盐水煮沸的目的： 调味；抑制其他微生物生长 过高：影响口感，亚硝酸盐含量高； 乳酸发酵受抑制，泡菜风味差。 过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。 杀灭微生物；去除水中的溶解氧 原料处理、蔬菜装坛 配制盐水 加盐水 将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖 封坛发酵 向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间； 盐水冷却后使用的目的： 为了不影响乳酸菌的生命活动 7 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 如何鉴定腌制的泡菜成功吗？ 成功 失败 失败 ①泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定； ②根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定； ③根据亚硝酸盐的含量来评定。 8 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识梳理 发酵时期 乳酸菌数量 乳酸含量 亚硝酸盐含量 发酵初期 少(有O2，乳酸菌活动受抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌的作用) 发酵中期 最多(乳酸抑制其他菌的活动) 积累增多、pH下降 下降(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解) 发酵后期 减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制乳酸菌的活动) 继续增多，pH继续下降 下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制) 含量变化曲线 注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的 泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化 9 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 制作果酒的菌种： 酵母菌（单细胞真菌，真核生物） ①代谢类型： ②菌种来源： ③适宜发酵温度： ④应用： ⑤原理： 异氧兼性厌氧型 酿酒、制作馒头和面包 有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖： 无氧条件下，进行无氧呼吸产生酒精： C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2 +能量 酶 附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 18-30℃ 酿酒酵母最适生长温度约为28 ℃ 二、实例2：果酒和果醋的制作 10 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 当氧气、糖源都充足时，糖 醋酸； 当缺少糖源时，乙醇 乙醛 醋酸。 制作果醋的菌种： 醋酸菌（原核生物） ①代谢类型： ②菌种来源： ③适宜发酵温度： ④应用： ⑤原理： 制作各种风味的醋 空气中的醋酸菌 异养需氧型 30-35℃ C6H12O6 +2O2 2CH3COOH+2H2O +2CO2 + 能量 酶 C2H5OH + O2 CH3COOH+ H2O + 能量 酶 二、实例2：果酒和果醋的制作 11 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 果酒和果醋的制作步骤及目的 器具消毒 将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用 冲洗葡萄 取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干 榨汁装瓶 用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖 果酒发酵 将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d. ①70%的酒精的作用： ②冲洗的目的： ③能否反复冲洗，为什么？ ④为什么去梗前冲洗： 消毒 以防葡萄汁流失和破损导致杂菌污染 a.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖 ，耗尽O2后，再进行酒精发酵； b.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出 不能，会影响野生酵母菌数量 排出气体 防止O2进入和杂菌污染 去除表面灰尘、污物 ⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的： ⑦拧松但不打开的目的： ⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？ 12 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识讲解 果醋发酵 当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。 果醋检测 果酒检测 可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测 ⑧如何检测果酒的发酵情况 （检测是否产生酒精）？ a.闻 b.品尝 c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色） ⑨醋酸菌从何而来？ ⑩如何检测果醋的发酵情况？ a.闻；b.品尝； c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值； d.观察醋酸菌膜是否形成； 打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能利用乙醇）而不能繁殖 13 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 知识梳理 比较项目 制作果酒 制作果醋 菌种 酵母菌 醋酸菌 发酵原理 操作 选择新鲜材料清洗，制成果汁，装瓶发酵，发酵液总量不超过广口瓶体积的2/3。先制作果酒，再用果酒制作果醋。 条件 温度一般是18 ℃~25 ℃； 前期有氧，后期无氧； 时间约10~12 d。 温度为30 ℃～35 ℃； 始终有充足的氧气； 时间约7~8 d。 果酒和果醋制作过程比较 14 知识剖析 考点01 传统发酵技术的应用 典例分析 食醋和黄酒是我国传统的日常调味品，均通过发酵技术生产。下列叙述错误的是（　　 ） A．醋酸的发酵是好氧发酵，而酒精的发酵是厌氧发酵 B．以谷物为原料酿造食醋和黄酒时，伴有pH下降和气体产生 C．食醋和黄酒发酵过程中，微生物繁殖越快发酵产物产率越高 D．使用天然混合菌种发酵往往会造成传统发酵食品的品质不一 C 15 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 思考：如何获得单一菌种？ 在传统发酵食品的制作过程中，我们没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。为了缩短发酵时间，确保品质稳定，工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵。 微生物培养技术 16 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 防止杂菌污染，获得纯净的微生物培养物是研究和应用微生物的前提，也是发酵工程的基础。 实验室培养微生物需要满足什么条件呢？ 1．要为人们需要的微生物提供合适的营养和环境条件； 2．要确保其他微生物无法混入，并将需要的微生物分离出来。 17 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质—培养基。 2．培养基的种类 培养基种类 划分标准 特点 液体培养基 物理 性质 不加凝固剂 固体培养基 加凝固剂，如琼脂 一、培养基的配置 1.培养基 18 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 琼脂：加入培养基中的凝固剂，一般不能被微生物利用，只起到凝固作用。琼脂是一种从红藻中提取的多糖，在98℃以上熔化，在44℃以下凝固，在常规培养条件下呈现固态。其优点是透明度高。 微生物包括细菌、真菌、病毒和一些原生生物。病毒为非细胞生物，专性寄生在活细胞中，不能利用培养基来培养，需接种在宿主细胞中才能增殖。细菌和真菌一般可以用培养基培养。 知识补充： 19 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 固体培养基与液体培养基的用途： 扩大培养获得大量菌种时，常用液体培养基； 观察微生物的运动、分类鉴定常用半固体培养基 分离和计数时常用固体培养基。 菌落：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体，这就是菌落。 知识补充： 20 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 一般都含有水、碳源（提供碳元素的物质）、氮源（提供氮元素的物质）和机盐等营养物质。 3．营养组成 培养基组成 提供的主要营养 牛肉膏5 g 碳源、磷酸盐和维生素等 蛋白胨10 g 氮源和维生素等 NaCl 5 g 无机盐 H2O定容至1000 mL 水 1000mL牛肉膏蛋白胨培养基的营养构成 21 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识梳理 培养基中碳源和氮源的主要来源及作用是什么？   来源 主要作用 碳源 氮源   无机碳源：CO2 、NaHCO3等； 有机碳源：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等 主要用于合成微生物体内的各种有机物，有机碳源是异养微生物的主要能源物质 无机氮源：N2、氨、铵盐、硝酸盐等有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨、氨基酸等 主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物 22 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 所有微生物的培养基中都要加入碳源、氮源吗？ 自养微生物能利用无机碳源（如空气中的CO2），培养基中不用加碳源；例如，硝化细菌和蓝细菌。 固氮微生物利用N2作为氮源，培养基中不用加入氮源。 对于异养微生物来说，含C、H、O、N的有机化合物（尿素除外）既可能是碳源，又可能是氮源和能源。 23 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 在提供主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对pH、氧气以及特殊营养物质的要求。 4．其他成分 培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素； 培养霉菌时，需要将培养基的pH调至酸性； 培养细菌时，需将pH调制中性或碱性； 培养养厌氧微生物时，则需提供无氧的条件。 24 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 阅读教材P10，比较消毒和灭菌对微生物作用效果的差异。 比较项目 理化因素的作用强度 消灭微生物的数量 芽孢和孢子能否被消灭 消毒 灭菌 较为温和 强烈 部分微生物 全部微生物 一般不能 能 原理：使微生物的蛋白质变性 1. 消毒：使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。 2. 灭菌：用强烈的理化方法杀死物体内外的所有的微生物，包括芽孢和孢子。 无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么目的？ 无菌技术还能有效避免操作者被微生物感染。 二、无菌技术 25 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识梳理 项目 主要方法 应用范围 消毒 巴氏消毒法 ℃消毒30min 或 ℃处理15s 或 ℃处理10～15s 、啤酒、果酒和酱油等不耐高温的液体 煮沸消毒法 100℃煮沸 min 家庭餐具等生活用品 紫外线消毒 30W紫外灯照射 min (损伤细菌的DNA) 化学药物消毒 擦拭实验者双手 水源 牛奶 63～65 72～76 5～6 30 体积分数为70%～75%的酒精 氯气 接种室、接种箱或超净工作台 80～85 26 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识梳理 项目 主要方法 应用范围 灭菌 灼烧灭菌 直接在酒精灯火焰的 层灼烧 干热灭菌 干热灭菌箱中， ℃的热空气中维持 。 高压蒸汽灭菌 (湿热灭菌) 充分燃烧 接种工具，如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具、试管口或瓶口等 160～170 1～2h 100 kPa、121 ℃的条件下，维持15～30 min 培养基等 耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿、金属用具等 27 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 三、微生物的纯培养 1. 实验原理 （1）分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体，这就是菌落。 念珠菌显色培养基 大肠杆菌培养基 酵母菌培养基 金黄色葡萄球菌培养基 注：菌落的大小、形状、颜色、透明度、光泽度等是鉴定菌种的重要依据。 菌落是鉴定菌种的重要依据 28 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 （2）采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。 平板划线法 通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面，就称为平板划线法。在数次划线结束后，就可以分离到单菌落。 29 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 2.目的要求 1.学会配制培养酵母菌的培养基并倒平板。 2.学会进行无菌操作。 3.尝试通过平板划线操作来获得纯化的酵母菌菌落。 3.材料用具 酵母菌培养液、马铃薯、葡萄糖（或蔗糖）、琼脂、蒸馏水、天平、小刀、纱布、烧杯、锥形瓶、棉塞、牛皮纸（或报纸）、皮筋、培养皿、接种环、酒精灯、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、干热灭菌锅和恒温培养箱。 思考： 根据灭菌方式的区别将上述材料用具进行分类。 30 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 4.方法步骤： （1）配制培养基 31 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 （2）灭菌 32 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 （3）倒平板 注意 待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。 ①温度：50℃左右 ②操作：在酒精灯火焰附近 ③冷凝后平板倒置 防止瓶口微生物污染培养基 防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染 温度过高容易烫伤，低于50℃琼脂会凝固。 避免杂菌污染。 33 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 ①将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环的金属丝烧红。 ②在火焰旁冷却接种环。同时拔出装有酵母菌培养液的试管的棉塞。 ③将试管口通过火焰。 ④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液。 （4）接种和分离酵母菌 34 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 ⑤将试管口通过火焰，并塞上棉塞。 ⑥在火焰附近将皿盖打开一条缝，用接种环在培养基表面迅速划三至五条平行线，盖上皿盖。 ⑦灼烧接种环，待其冷却后，从第一次划线的末端开始作第二次划线。重复以上操作，作第三、四、五次划线。 35 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 ①在灼烧接种环后，到等其冷却再进行划线，以免温度过高杀死菌种。 ②划线时用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。 ③接种环只蘸一次菌液，但要在培养基不同位置连续划线多次。 ④除第一次划线外，每次划线均从上一次划线的末端开始，能使酵母菌的数目随划线次数的增加而逐步减少，最终得到单个细菌繁殖而来的菌落。 ⑤划线首尾不能相接，最后一次划线的菌最稀少，第一次划线的菌最密集，如果连在一起会影响菌落的分离效果，得不到单个菌落。 注意事项 36 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 ①在未接种的培养基表面是否有菌落生长？如果有，说明了什么？ ②在接种酵母菌的培养基上，你是否观察到了单菌落？这些菌落的颜色、大小是否一致？如果你观察到了不同形态的菌落，你能分析出可能是由哪些原因引起的吗？ 在未接种的培养基表面应该没有菌落生长，如果有，说明培养基被杂菌污染。 如果观察到了不同形态的菌落，可能是接种的菌种不纯或者无菌操作不规范等原因引起的。 （5）结果分析与评价 37 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识梳理 所谓“酵素”，就是“酶”的另一种说法。“酵素”制作就是利用微生物进行无氧呼吸的原理，进行像制作泡菜一样的发酵。 这样制作的“酵素”中可能有糖类(包括-些简单的糖和膳食纤维等)、蛋白质(包括多种酶)、有机酸等成分，不存在它独有的、特殊的营养物质，其中甚至可能含有微生物发酵产生的有毒物质，食用后可能会危害人体健康。因此，“吃水果酵素可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力”的论点值得怀疑。 P14 38 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 1973年，科学家从美国黄石国家公园的热泉中筛选出水生栖热菌，进而提取出耐高温的DNA聚合酶。这种酶目前已被广泛用于体外扩增DNA片段的聚合酶链式反应(PCR)。为什么水生栖热菌能从热泉中筛选出来呢？ 这是因为水生栖热菌能在70-80℃的高温条件下生存,而绝大多数微生物在此条件下不能生存。 启示：根据微生物对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找。 39 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 四、微生物的选择培养 （1）原理：人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养，温度和pH等），同时抑制或阻止其他微生物生长。 （2）方法：利用选择培养基分离。 ①选择培养基：在微生物学中将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基称为选择培养基。 ②选择培养基的设计原理：根据某种微生物对某种营养物质的特殊要求或者对某些特殊理化因素的抗性进行设计。 1.选择培养基 40 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 培养基中加四环素 具有抗四环素能力的菌落 没有四环素抗性的细菌 选择培养基 培养基 没有抗四环素能力的菌落被淘汰 怎样选择出抗四环素的细菌? 41 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 设计原理 具体处理 分离菌种 依据营养需求 不添加碳源 自养微生物 不添加氮源 固氮微生物 以尿素为唯一氮源 分解尿素的微生物 以石油为唯一碳源 分解石油的微生物 加入特殊的化学物质 加入青霉素、四环素或链霉素 抑制细菌和放线菌的生长，分离酵母菌、霉菌 利用特殊环境 置于无氧环境 乳酸菌、酵母菌等 置于高盐环境 金黄色葡萄球菌 置于高温环境 耐高温微生物 42 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 鉴别培养基：是用于鉴别不同类型微生物的培养基。通过在培养基中加入某种特殊化学物质，使其与目的菌的某种代谢产物产生特殊反应，产生明显的特征性变化，据此可将目的菌与其他微生物区分开来。 例如，添加伊红亚甲蓝的培养基可用于鉴别大肠杆菌，在该培养基上大肠杆菌菌落呈紫色，并带有金属光泽。 区分： 43 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 如果想知道1g土壤中有多少能分解尿素的细菌，仅有选择培养基是不够的，还需要对土样进行适当的处理以及科学的测定微生物数量的方法。由于土壤中细菌的数量庞大，要想得到能分解尿素的细菌的纯培养物，必须要对土样进行充分稀释，然后再将菌液涂布到制备好的选择培养基上，也就是要采用稀释涂布平板法。 2.稀释涂布平板法 当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约都多少活菌。 （1）原理 44 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 （2）步骤：梯度稀释 将10 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀，取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中，依次等比稀释。 45 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 取0.1 mL菌液，滴加到培养基表面。 将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中。 将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽，涂布器冷却后，再进行涂布。 用涂布器将菌液均匀涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀。 （2）步骤：涂布平板 46 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入30~37℃的 恒温培养箱中培养1~2 d。在涂布有合适浓度菌液的平板上就可以观察到分离的单菌落。 （2）步骤：恒温培养 47 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 （1）选择菌落数为30~300的平板进行计数； （2）同一稀释梯度下，应至少对3个平板进行重复计数，求平均值。 （2）步骤：计数 48 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 计算公式：每mL原液含菌数＝培养基上平均菌落数（C）÷涂布液体积（V）×稀释倍数（M） 5号试管的结果表明每克土壤中的菌株数为多少个？ （168＋175＋167）÷3÷0.1×106＝1.7×109 （个） （2）步骤：计数 49 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 ①为什么一般选择菌落数为30～300的平板进行计数？ 若平板上菌落数过多，说明稀释度过低，菌体的密度大，就会出现更多的两个或两个以上的菌体形成的菌落，结果不准确，且计数较困难。若平板上菌落数过少，菌落形成的偶然性大，结果也不准确。 ②在稀释涂布平板法中，为何需要涂布3个平板？ 作为重复实验，统计时取平均值，以减少偶然因素对实验结果的影响，增强实验结果的说服力。 （3）注意事项 ③统计的菌落数往往比活菌的实际数目少，这是为什么呢？ 因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上只得到一个菌落。 50 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识梳理 平板划线法和稀释涂布平板法的比较 比较 平板划线法 稀释涂布平板法 工具 原理 特点 平板 示图 共同点 将菌液进行一系列的梯度稀释，稀释度足够高时，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞。 通过接种环在琼脂固体培养基的表面连续划线操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面 接种环 涂布器 只能分离菌种,不能计数 既能分离菌种,又能计数 使培养基上形成由单个细菌细胞繁殖而来的子细胞群体——单菌落 51 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识梳理 项目 直接计数法 间接计数法(稀释涂布平板法) 原理 利用特定的细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下观察计数,计算一定体积的样品中微生物的数量 当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计菌落数,推测样品中大约含有多少活菌 用具 培养基 计数 对象 优点 计数方便、操作简单 缺点 操作较复杂,有一定误差 显微镜、血细胞计数板 菌体本身（结果偏大） 培养基上菌落数（结果偏小） 计数的是活菌 死菌、活菌都计算在内 两种计数方法比较 52 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 土壤是“微生物的天然培养基”：同其他生物环境相比，土壤中的微生物数量最大，种类最多。在富含有机质的土壤表层，有更多的微生物生长。 细菌 真菌 放线菌 3.土壤中分解尿素的细菌的分离计数 53 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 （1）土壤中含有能分解尿素的微生物，我们如何利用所学的微生物知识分离它们？ 平板划线法和稀释涂布平板法均可以分离微生物。 （2）每克土壤样品究竟含有多少这样的细菌？ 计数需要采用稀释涂布平板法，利用某一稀释度下菌落的平均值进行计算；或者采用显微镜直接计数法。 3.土壤中分解尿素的细菌的分离计数 54 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 绝大多数微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。 组分 含量 KH2PO4 1.4 g Na2HPO4 2.1 g MgSO4•7H2O 0.2 g 葡萄糖 10.0 g 尿素 1.0 g 琼脂 15.0 g H2O 定容至1000 mL 选择培养基的配方 应该设置基础培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）或完全培养基作为对照 问题：怎么证明一个选择培养基具有 选择性呢？ 3.土壤中分解尿素的细菌的分离计数 55 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 土壤 取样 制备 培养基 样品 稀释 取样 涂布 培养 和观察 计数 土样 选择培养基 分解尿素 的细菌菌落 鉴别培养基 （1）实验流程 3.土壤中分解尿素的细菌的分离计数 56 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 将103～107倍的土壤稀释液分别涂布到平板上培养，以保证能从中选择出菌落数为30~300的平板进行计数。 注意：实验时要对培养皿作好标记注明培养基类型、培养时间、稀释度、培养物等（防止混淆）。 （2）注意事项 57 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 知识讲解 土壤中分解尿素的细菌的分离和计数 分离 选择培养基 计数 稀释涂布平板法 显微镜直接计数法 鉴定 加入酚红指示剂 设置 对照 未被 污染 不接种的选择培养基 有选择作用 接种的牛肉膏蛋白胨培养基 （3）实验流程总结 58 知识剖析 考点02 微生物的培养技术及应用 典例分析 例：采集果园土壤进行微生物分离或计数。下列叙述正确的是（　　） A．稀释涂布平板法和平板划线法都能用于尿素分解菌的分离和计数 B．完成平板划线后，培养时需增加一个未接种的平板作为对照 C．土壤中分离得到的醋酸菌能在无氧条件下将葡萄糖分离成乙酸 D．用于筛选尿素分解菌的培养基含有蛋白胨、尿素和无机盐等营养物质 B 59 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 1.发酵工程的概念： 利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 ①微生物： 自然界的微生物 诱变育种的微生物 基因重组的微生物 （常规菌） （工程菌） ②产品： 包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。 ③实质： 利用微生物进行产品生产。 60 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 阅读课本第22~23页发酵工程的基本环节的内容，尝试画出发酵工程的流程图。 选育 菌种 扩大 培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 2.发酵工程的一般流程 61 知识剖析 考点03 发酵工程 知识梳理 ①从 中筛选 ②通过 获得 自然界 诱变育种或基因工程育种 选育菌种 　↓ 扩大培养：增加菌种数量 2.发酵工程的一般流程 　↓ 配制培养基：在菌种确定后选择原料，反复试验确定培养基配方 　↓ 灭菌： 都必须严格灭菌 　↓ ：无菌操作 　↓ 培养基和发酵设备 接种 62 知识剖析 考点03 发酵工程 知识梳理 ①了解发酵进程：随时检测培养液中的________________ ________等 ②及时添加必需的营养组分 ③严格控制________________________等发酵条件 发酵罐内发酵(发酵工程的中心环节 微生物数量、产 物浓度 温度、pH和溶解氧 　↓ ①发酵产品是微生物细胞本身：在发酵结束之后，采用 等方法将菌体分离和干燥 ②发酵产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的______ 措施来获得产品 分离、提纯产物 过滤、沉淀 提取、 　↓ 获得产品 分离和纯化 63 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 发酵罐内发酵—中心环节 思考1：与传统发酵技术相比，现代发酵工程使用的发酵罐的优点是什么? 有______________，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行_______和_________， 还可以进行_________，使发酵全过程处于________。 计算机控制系统 监测 控制 反馈控制 最佳状态 2.发酵工程的一般流程 64 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 思考2：为什么要严格控制发酵条件？ （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； 例如谷氨酸发酵： ①在________和_________条件下会积累谷氨酸； ②在________条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺； 中性 弱碱性 酸性 （2）严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。 2.发酵工程的一般流程 65 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 思考3：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。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。 P23 发酵工程利用微生物的特定功能，通过现代工程技术规模化生产对人类有用的产品。 它涉及到了菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 3.归纳发酵工程的概念 66 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 阅读课本P24-25页，啤酒工业化生产流程。结合学案内资料，讨论并回答以下问题： （1）流程图中哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ （2）“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？ 3.发酵工程及其应用 67 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 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 （1）食品工业 68 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 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 （1）食品工业 69 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 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 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 （2）医药工业 70 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 ①生产微生物肥料 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。 常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥 （3）农牧业 71 知识剖析 考点03 发酵工程 知识讲解 ②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。 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。 过滤、沉淀等方法获得 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，以后我老牛是不是吃点微生物菌体就可以健康地活下去呢? （3）农牧业 72 知识剖析 考点03 发酵工程 典例分析 我国是世界上最大的柠檬酸生产国。利用黑曲霉通过深层通气液体发酵技术生产柠檬酸，流程如下图。下列叙述错误的是（     ） A．淀粉水解糖为发酵提供碳源和能源 B．扩大培养可提供足量的黑曲霉菌种 C．培养基、发酵罐和空气的灭菌方法相同 D．通气、搅拌有利于溶解氧增加和柠檬酸积累 C 73 综合训练 废弃的塑料因难以降解，造成“白色污染”；聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有类似塑料的理化特性，丢弃后易被土壤微生物降解，可代替部分塑料应用于生产生活。研究人员在某咸水湖中发现了一种能合成PHA的嗜盐细菌，分离该细菌的基本流程如图所示。请回答下列问题： (1)培养和分离产PHA嗜盐细菌的培养基的配方如下：牛肉膏5g、蛋白胨10g、NaCl 50g、水定容至1000mL。其中，蛋白胨能为嗜盐细菌的生长提供     和维生素等营养物质，NaCl可提供         。实验中需要对培养基进行严格灭菌，对培养基灭菌的常用工具是         。从咸水湖取回的样品中产PHA嗜盐细菌的浓度较高，需经过程①和②连续两次10倍稀释，每次稀释时均从前面的容器中取1mL样液，加入           。 碳源、氮源 无机盐 高压蒸汽灭菌锅 9mL无菌水 74 (2)与Ⅰ号培养基相比，Ⅱ号培养基和Ⅲ号培养基中通常需加入      。过程③的接种方法是                  ；若过程④进行了5次划线，则需要对接种环灼烧     次。 6 废弃的塑料因难以降解，造成“白色污染”；聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有类似塑料的理化特性，丢弃后易被土壤微生物降解，可代替部分塑料应用于生产生活。研究人员在某咸水湖中发现了一种能合成PHA的嗜盐细菌，分离该细菌的基本流程如图所示。请回答下列问题： 琼脂 稀释涂布平板法 综合训练 归纳总结 (3)在一定的培养条件下，根据菌落的           （答出两点）等特征，可初步判断其是否为产PHA嗜盐细菌。现已初步判断培养皿d中均为嗜盐细菌菌落，欲从培养皿d中进行取样，筛选出产PHA能力强的嗜盐细菌，请简要写出操作过程：                         。 废弃的塑料因难以降解，造成“白色污染”；聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有类似塑料的理化特性，丢弃后易被土壤微生物降解，可代替部分塑料应用于生产生活。研究人员在某咸水湖中发现了一种能合成PHA的嗜盐细菌，分离该细菌的基本流程如图所示。请回答下列问题： 形状、大小、颜色 的末端附近挑取多个菌落，分别接种到等量的相同液体培养基中，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测定并比较各组培养基中的PHA含量 从培养Ⅲd中最后一次划线 归纳总结 单元核心提纲 发酵工程：利用微生物转化原料生产产物（泡菜、果酒、果醋、抗生素等）。 传统发酵：泡菜（乳酸菌，无氧）、果酒（酵母菌）、果醋（醋酸菌）。 微生物培养：培养基、无菌技术、纯培养（划线法、涂布法）。 发酵工程流程：选育菌种→扩大培养→灭菌→发酵→分离提纯。 应用领域：食品、医药、农牧业、环保。 实验能力：微生物的分离、计数，控制变量、工艺优化。 单元复习 感谢观看 THANKS 人教版选择性必修3 Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 $