1.3 发酵工程及其应用课件-2025-2026学年高二生物下学期人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦发酵工程的基本环节及多领域应用，以青霉素生产案例导入，从社会问题引发讨论，通过自主学习任务单和流程梳理构建知识支架，衔接微生物培养技术与工程实践。 其亮点在于以问题驱动探究实践，结合黑曲霉生产柠檬酸等实例培养科学思维，思考讨论环保问题渗透态度责任。采用自主学习与实战演练结合，帮助学生深化理解，教师可直接用于课堂互动提升效率。

1.3 发酵工程及其应用 第一章 发酵工程 有害有益 产生胰岛素啊，干扰素啊 有害各种侵染人体的细菌 ￭ 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。 【讨论】在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢? 青霉素 发酵工程 人们对发酵原理的深刻认识 微生物纯培养技术的建立 密闭式发酵罐的设计成功 1 发酵工程的概念： 是指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。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。 一、 发酵工程的基本环节 自主学习任务单 请同学们阅读教材P22-23，思考下列问题： 发酵工程主要包括哪些环节? 选育菌种时，菌种来源有哪些？你能否举例 为什么要进行扩大培养？ 菌种确定之后，培养基的配方如何才能确定？ 培养基和发酵设备都必须经过严格的什么处理？为什么？ 用什么手段对产品进行分离、提纯？ 一、 发酵工程的基本环节 一、 发酵工程的基本环节 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 获得产品 一、 发酵工程的基本环节 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 获得产品 （1）菌种来源： 自然界直接筛选性状优良的常规菌种； 通过诱变育种或基因工程育种获得。 （2) 实例： 选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸、酱； 基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒. 啤酒花，是蛇麻草的花蕊。啤酒花里面含有的葎草酮是啤酒苦味和芳香味道的主要来源。可以说，啤酒的风味大部分来自于啤酒花，特殊麦芽和酵母和其他风味添加物只贡献了少部分。 一、 发酵工程的基本环节 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 获得产品 2、在发酵之前为什么需要对菌种进行扩大培养呢？ 原因： 工业发酵罐体积大，需要接入的菌种多，所以，需要在发酵之前进行扩大培养。 一、 发酵工程的基本环节 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 获得产品 菌种确定之后，培养基的配方如何才能确定？ 培养基和发酵设备都必须经过严格的什么处理？为什么 反复试验 灭菌处理 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量 一、 发酵工程的基本环节 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 获得产品 中心环节！！！ 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 一、 发酵工程的基本环节 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 适当的提取、分离和纯化措施 过滤、沉淀等方法 维生素啊氨基酸等 ₪ 生物学家将大肠杆菌的部分DNA片段取出，连接上人生长激素基因以后，重新置入大肠杆菌的细胞内，然后用这种带有生长激素基因的大肠杆菌进行发酵。该处理过程在发酵中属( ) A．菌种选育 B．扩大培养 C．接种 D．诱变育种 ￭ 实战演练 A 发酵工程的首要内容是菌种的选育。菌种的获得途径很多，其中利用细胞工程等方法构建的工程细胞或工程菌，再用它们发酵，就能生产出一般微生物不能生产的产品；诱变育种是通过人工诱发基因突变而产生菌种的方法，也是菌种选育的方法之一，但不合题意。扩大培育和接种是在选好菌种后发酵工程的一些内容。 思考讨论 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？ ① 在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ② 生产所需代谢物的产量高； ③ 发酵条件易控制； ④ 菌种不易变异，退化等。 2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 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。 3、在分离和提纯方面，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：产物一般是复杂的混合物，一般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。 发酵工程：使用的分离和提纯产物的方法较多。常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换，液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 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气培养液进行二次清洁或灭菌处理。 思考讨论 因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。 发酵工程的优点 产物专一 原料来源丰富且价格低廉 生产条件温和 废弃物对环境的污染小和容易处理 一、 发酵工程的基本环节 严格控制适宜菌种生长的温度 批量采购 自主学习任务单 请同学们阅读教材P24-27，思考下列问题： 发酵工程在食品工业上的应用有哪些？ 发酵工程在医药工业上的应用有哪些？请举例说明 发酵工程在农牧业上的应用有哪些？请举例说明 发酵工程在其他方面的应用有哪些？请举例说明 二、 发酵工程的应用 包括 食品工业 医药工业 农牧业 其他方面 生产酶制剂 生产传统发酵食品 生产食品添加剂 采用基因工程的方法 直接对菌种进行改造 生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料 解决资源短缺与环境污染问题 将极端微生物应用于生产实践 二、 发酵工程的应用 ￭ 在食品工业上的应用 (1) 传统发酵产品： 大豆 (主要原料) 黑曲霉 (蛋白酶) 小分子肽 和氨基酸 酱油 淋洗、调制 谷物或水果 各种酒类 酿酒酵母 ①酱油的生产 ②各种酒类的生产 啤酒的发酵分为主发酵和后发酵两个阶段，酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成的。 ₪ 食品工业是微生物最早开发和应用的领域，其产量和产值都居于发酵工业的首位。 食品酸度调节剂柠檬酸可通过黑曲霉发酵制得。 谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。 如α-淀粉酶，β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 ￭ 在食品工业上的应用 (2) 食品添加剂： (3) 酶制剂： ￭在医药工业上的应用 动植物的基因 直接改造微生物 病原体的 抗原基因 微生物 微生物 发酵工程 转入 转入 药物 抗生素 氨基酸 激素 免疫调节剂 基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合 疫苗 ￭ 在农牧业上的应用 (1) 微生物肥料： 利用微生物在代谢过程中产生有机酸、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。 利用微生物或其代谢物来防治病虫害。 （根瘤菌肥、固氮菌肥等） (2) 微生物农药： （苏云金杆菌、白僵菌、一种放线菌产生的抗生素——井冈霉素） (3) 微生物饲料： 微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。 （单细胞蛋白、乳酸菌） 通过发酵获得了大量的微生物菌体。 ￭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。 课堂小结 发酵工程及其应用 应用 基本环节 包括 食品工业 医药工业 农牧业 其他方面 生产酶制剂 生产传统发酵食品 生产食品添加剂 采用基因工程的方法 直接对菌种进行改造 生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料 解决资源短缺与环境污染问题 将极端微生物应用于生产实践 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。( ) ￭ 实战演练 × √ √ × 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，请分析冋答问题。 (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，接入新的培养液中连 续培养，使目的菌的数量 。 筛选出可以降解化合物A的微生物 选择 显著降低 扩增 ￭ 实战演练 ——复习与提高（课本P30） (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。 (4) 将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决？ 细菌计数板计数 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。 S型增长 (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。 $