1.3 发酵工程及其应用课件-2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦发酵工程的基本环节及应用，通过“问题探讨”中青霉素生产实例结合图片元素导入，从传统发酵技术缺陷到现代发酵工程形成，搭建清晰的知识脉络与学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过菌种选育影响因素分析、谷氨酸发酵条件控制等培养科学思维，结合啤酒工业化流程、微生物农药比较等实例设计课堂练习与拓展应用，助力学生提升知识应用能力，为教师提供系统教学资源与实践活动设计。

第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 问题探讨 在工业上，青霉素是怎样生产的？ 青霉素 是世界上第一个应用于临床的抗生素 传统发酵技术 发酵工程 利用天然存在的菌种，菌种差异、杂菌情况不明， 发酵过程的控制缺乏标准，发酵食品的品质不一。 缩短发酵时间，确保品质稳定 微生物培养，筛选单一菌种，再接种到物料中发酵 发酵工程：是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。 人们对发酵原理的认识 微生物纯培养技术的建立 密闭式发酵罐的设计成功 一、发酵工程的形成 选育菌种 制备培养基 扩大培养 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 接种 二、发酵工程的基本环节 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 ②② ①方法： 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工程菌。 ②实例： 选产酸量高的黑曲霉生产柠檬酸； 使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。 诱变育种 选育菌种 二、发酵工程的基本环节 ③实质： 利用微生物进行产品生产。 （自然微生物） 选育菌种 P22旁栏思考：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，这有利于发酵工程选育菌种。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決定了生产发酵产品的成败。 P23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？优良菌种有哪些来源？ 考虑因素： 菌种三个来源：从自然界中获取、诱变育种、基因工程育种 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发酵条件容易控制； ④菌种不易变异、退化等。 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 ②② 思考：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？？ ②产物方面 目的产物多，副产物少 ④设备方面 发酵条件容易控制 ③菌体方面 菌体生长繁殖力强，耐受力强，抗污染、菌种不易变异、退化 ①原料方面 来源广，低成本、转化率高 二、发酵工程的基本环节 选育菌种 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 ②② 扩大培养的原因： 怎样对菌种进行扩大培养？？ 将培养到增长速率最快时期的菌体分开，再进行培养。 目的： 快速增加菌种数量 二、发酵工程的基本环节 工业发酵罐体积 几十 ~ 几百m3 几 ~ 几十m3 接入的菌种总体积 工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。 （液体培养基） 选育菌种 扩大培养 灭菌 接种 二、发酵工程的基本环节 配制培养基 ②② ①配置培养基要遵循的原则： 即根据菌种的代谢特点，选择不同的材料配制培养基。营养物质的浓度及配比恰当，物理、化学条件适宜等。 ②配置的培养基应包括微生物生长所需的碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求。 ③配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用。 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 选育菌种 扩大培养 接种 发酵罐内发酵 分离、 提纯产物 获得产品 ②② ①目的： ②实例： 在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。 灭菌改成消毒可以吗？ 配制培养基 二、发酵工程的基本环节 灭菌 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量 发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦杂菌污染，种间竞争关系或杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 分离、 提纯产物 获得产品 发酵工程的中心环节 发酵罐内发酵 二、发酵工程的基本环节 将 的菌种投放到 中。 发酵罐 扩大培养后 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 分离、 提纯产物 获得产品 发酵工程的中心环节 发酵罐内发酵 二、发酵工程的基本环节 （1）了解发酵进程： 随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。 （2）严格控制发酵条件： 及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。 1、发酵过程实时监控： 原因：环境条件不仅影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成。 为什么？ 不同发酵条件的会有什么影响？ 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 分离、 提纯产物 获得产品 发酵工程的中心环节 发酵罐内发酵 二、发酵工程的基本环节 谷氨酸发酵 2、不同发酵条件的影响实例： ①在_____和 条件下会积累谷氨酸； ②在_____条件下容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺； 中性 弱碱性 酸性 ①谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上； ② C:N的比值会影响谷氨酸发酵过程 C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少；C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。 培养物或营养物质的加入口 观察孔 取样管 温度传感器及控制装置 冷却水进入口 阀门 空气入口 放料管 生物传感器装置 搅拌叶轮 发酵液 冷却夹层 冷却水排出口 pH计 排气管 电动机 发酵罐示意图： 抽取样本进行检测 调节罐温 调节罐压 控制溶解氧含量 不断搅拌的目的： ①使菌种与发酵液混合均匀，提高原料利用率； ②加快O2的溶解以及散热。 二、发酵工程的基本环节 使培养物流出发酵罐，实现连续培养 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 电动机 发酵液 冷却夹层 生物传感器 pH计 冷却水排出口 培养物或营养物质的加入口 观察孔 温度传感器和控制装置 阀门 取样管 抽取样本进行检测 排气管 调节罐压 冷却水 进入口 控制冷水流速调节罐温 空气入口 控制溶解氧含量 搅拌叶轮 ①使微生物得到充足的O2 ②使微生物与培养基充分 接触，混合均匀； ③有助于充分散热； ④有利于固体物质在发酵液 中保持悬浮状态。 中心环节 (4)发酵条件及相应的调节和控制方法： 放料管 使培养物流出发酵罐，实现连续培养 ③溶解氧：通过通气量和搅拌速度调节。 需氧型：通过空气入口通入空气，并调 整搅拌叶轮转速增加溶解氧。 厌氧型：需封闭空气入口，建立厌氧环境 ①温度：可通过温度传感器和控制装置进行检测，通过调节冷却水的进、出水口的水流来调整。 ②pH：可通过pH计检测，通过加酸或碱进行调节；也可通过pH缓冲液进行保持。 原因：营养成分的利用和代谢产物的积累。 原因:微生物代谢释放能量；机械搅拌产生 二、发酵工程的基本环节 P23思考讨论2： 发酵条件中的温度、pH、溶解氧如何控制？ 2、搅拌叶轮在发酵过程中有什么作用？ (1)使微生物得到充足的氧气； (2)使微生物与培养基充分接触； (3)有助于充分散热； (4)有利于固体物质在发酵液中 保持悬浮状态。 二、发酵工程的基本环节 ①使菌种与发酵液混合均匀， 提高原料利用率； ②加快O2的溶解以及散热。 3、发酵过程中叶轮不断搅拌的目的： 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 ②② 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞本身 代谢物 过滤、沉淀等方法 适当的提取、分离和纯化措施 分离、提纯产物的方法措施： 二、发酵工程的基本环节 二、发酵工程的基本环节 分离提纯产物 获得产品 选育菌种 扩大培养 配制培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 发酵产品是微生物细胞本身： 过滤、沉淀 发酵液 菌体 分离、干燥 产品 发酵产品是代谢物： 可根据产物性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 （蒸馏、萃取、离子交换等） 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？ 传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。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，进一步纯化阶段，会采用液相层析法、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。 萃取基于分配定律：物质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同，通过多次接触，目标物质会从一相转移到另一相。例如，用有机溶剂（如乙醚）从水溶液中提取脂溶性物质。 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。对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 萃取基于分配定律：物质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同，通过多次接触，目标物质会从一相转移到另一相。例如，用有机溶剂（如乙醚）从水溶液中提取脂溶性物质。 ——发酵工程基本环节分析 选育菌种 扩大培养 配置 培养基 灭菌 接种 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 ①从自然界中筛选的常规菌种 ①配置原则：目的明确、营养协调、pH适宜 ①目的：防止杂菌污染 ①检测培养液中的微生物数量、产物浓度等 地位：中心环节 ②通过诱变育种或基因工程育种获得 ②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等 ②对象：培养基和发酵罐 ②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 ②代谢物：适当的提取、分离和纯化措施 ③严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件 ③注意：培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产 条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖 目的：增加菌种数量 所用培养基：液体培养基或固体培基 ①菌体本身：过滤、沉淀 监控 途径 课堂小结 23 过滤、沉淀等方法 2.下列对发酵工程内容的叙述，错误的是（ ） A．发酵工程的中心环节是在发酵罐内的发酵 B．发酵过程使用的菌种可以从自然界存在的微生物中直接筛选 C．发酵过程中要全程监控发酵罐中的pH、溶解氧和温度等指标 D．通过对微生物细胞产物进行提取、分离和纯化等措施可获得单细胞蛋白 1.发酵工程的正确操作过程是（ ） ①发酵　②培养基的配制　③灭菌　④产品的分离与提纯　 ⑤菌种的选育　⑥接种　⑦扩大培养 A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④ C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③① B 课堂练习 D 24 3.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是(　　) A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点 B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身 C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等 D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵 课后练习 D　 A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 ℃的恒温 B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间 C.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度 来决定何时终止发酵 D.若定期对培养液中酵母菌进行计数， 只能采用稀释涂布平板法 4.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是( ) 课后练习 C　 2.应用： 医药 其他 食品 农牧 1.发酵工程的特点 （1）产物专一 （2）生产条件温和 （3）原料来源丰富且价格低廉 （4）废弃物对环境污染小且容易处理 三、发酵工程的应用 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 谷物、水果 酵母菌 无氧条件 酒精+CO2 各种酒类 1.在食品工业上的应用 (1)酱油的生产 (2)各种酒类的生产 三、发酵工程的应用 28 啤酒的工业化生产流程 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。 或者使用赤霉素 蒸煮 5 6 发酵 7 消毒 8 终止 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 冷却 过滤 装瓶 装罐 储存罐 ①使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和反腐剂 ②形成啤酒优良的泡沫 ③有利于麦芽汁的澄清 ④平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲 啤酒的工业化生产流程 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 啤酒的工业化生产流程 1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段； 2.主发酵阶段完成______________________________________； 3.后发酵的条件________________________________； 4.焙烤的目的：________________________________； 5.蒸煮的目的：________________________________________。 主发酵 后发酵 酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成 低温、密闭的环境下储存一段时间 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌 32 【思考·讨论】 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。 讨论2：发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，这是发生了什么变化吗？ 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3：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？ 三、发酵工程的应用 33 1.啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法不正确的是(　　) A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶 B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌 C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵 D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期 B　 去除大麦种子中的水分，可以杀死大麦种子胚，但没有起到灭菌作用. 课堂练习 2.啤酒生产的简要流程如图所示，制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子，糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是( ) A.在整个发酵过程中，要始终保 持严格的无菌、厌氧环境 B.用赤霉素溶液浸泡大麦种子， 目的是促进α-淀粉酶合成 C.在接种酵母菌前进行冷却处理，是为了避免杀死酵母菌种 D.包装后放置的啤酒变酸且产生表面菌膜，一般可从菌膜中分离得到醋酸菌 A 课后练习 2.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如下：①大麦种子发芽，释放淀粉酶；②加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活；③将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉；④淀粉分解，形成糖浆；⑤糖浆加入啤酒花，蒸煮；⑥加入酵母菌，发酵；⑥过滤，77 ℃保温30 min；⑧过滤、分装啤酒进行出售。回答下列问题： (1)大麦种子细胞中合成淀粉酶的场所是________。 (2)流程⑤蒸煮的目的是终止酶的进一步作用，_________________。流程⑥ 在加入酵母菌前，需进行的操作为______，该操作的目的是___________________ _____________。 核糖体 对糖浆进行灭菌 冷却 避免杀死菌种(或保持酵母细胞的活性)　 (3)77 ℃保温30 min的操作类似于巴氏消毒法，该操作的目的既能杀死啤酒中的微生物，又能保证_________________________。 啤酒中的营养成分不被破坏(或啤酒中的营养成分不流失)　 （3）生产各种各样的食品添加剂 谷氨酸 棒状杆菌 发酵 氧气 谷氨酸 处理 味精 淀粉 淀粉酶 黑曲霉 葡萄糖 柠檬酸合成酶 柠檬酸 表1-2 常用的几种食品添加剂 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 乳酸链球菌素、溶菌酶 添加了柠檬酸的饮料 增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期 食品添加剂的作用： 二、发酵工程的应用 （4）生产酶制剂 ①常见酶制剂 ②酶制剂应用 食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品品质和口味、延长储存期和提高产量等； ③酶制剂来源 少数由动植物生产； 绝大多数通过发酵工程生产； α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶 二、发酵工程的应用 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 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 发酵工程生产的药物 通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素 2.在医药工业上的应用 三、发酵工程的应用 3.在农牧业上的应用 (1)生产微生物肥料 微生物代谢产生的有机酸、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。 利用微生物代谢物抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的的发生。 常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥 （2）生产微生物农药 利用微生物或其代谢物来防治病虫害 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 防治类型属于什么防治？ 生物防治 三、发酵工程的应用 40 微生物农药防治和化学农药防治的比较 项目 微生物农药防治 化学农药防治 防治机理 优点 缺点 利用微生物或代谢物进行防治 成本低、无污染，可以维持生态平衡 防治速度慢 利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治 见效快，操作简单 成本高，污染环境，不利于维持生态平衡 （3）生产微生物饲料 微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。 ①单细胞蛋白： 以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体。 用酵母菌生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂； 单细胞蛋白制成微生物饲料，提高家禽增重快，产奶量或产蛋量高。 例如 ②青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。 42 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质 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 ①解决资源短缺和环境污染问题 ②对极端微生物的利用 三、发酵工程的应用 4.在其他方面的应用 ①解决资源短缺和环境污染问题 ②对极端微生物的利用 自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。 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。 随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功；电催化结合发酵的方式，用CO2合成葡萄糖和脂肪酸。 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、 健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。 粮食 环境 能源 健康 我国是名副其实的发酵大国 三、发酵工程的应用 4.在其他方面的应用 食品工业 医药工业 生产传统发酵食品 农牧业 其他方面 生产食品添加剂 发酵工程应用 生产酶制剂 采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物 直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品 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 课堂小结 (1)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌( ) (2)谷氨酸的发酵生产需在强碱性条件下进行( ) (3)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺( ) (4)现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种以提高生产效率( ) × × √ × (5)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理。( ) (6)目前的酶制剂全部是微生物发酵生产的。( ) (7)现在已经可以通过微生物生产紫杉醇。( ) (8)单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体。( ) × × × √ 课堂练习 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 四 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。 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 （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。 （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。 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。 (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。 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