新教材高中生物選擇性必修3課件：1 3 發(fā)酵工程及其應(yīng)用人教版

第3節(jié)

發(fā)酵工程及其應(yīng)用1.掌握發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。

2.理解發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

上有重要的應(yīng)用價值。

學(xué)習(xí)目標1.科學(xué)思維：分析發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)，討論發(fā)酵工程與傳

統(tǒng)發(fā)酵工程相比其改進之處。2.社會責(zé)任：認同發(fā)酵工程的工業(yè)化生產(chǎn)極大地改善了人

們的生活。素養(yǎng)要求內(nèi)容索引一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)二、發(fā)酵工程的應(yīng)用梳理網(wǎng)絡(luò)要語必背隨堂演練知識落實課時對點練發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)01梳理教材知識

夯實基礎(chǔ)1.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)自然界基因工程反復(fù)試驗發(fā)酵設(shè)備溶解氧營養(yǎng)反饋產(chǎn)物濃度營養(yǎng)組分溶解氧過濾干燥性質(zhì)純化2.發(fā)酵罐排氣管排出口溫度進入口空氣辨析易錯易混練前清障(1)生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的乳酸菌(

)(2)谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)需在強堿性條件下進行(

)(3)谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺(

)(4)現(xiàn)代發(fā)酵工程中所用的菌種大多是復(fù)合菌種以提高生產(chǎn)效率(

)×√××思考延伸拓展強化素養(yǎng)1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮的因素：能在廉價原料制成的

上生長，且大量高效地合成產(chǎn)物；發(fā)酵條件如

、

、

等易控制；不產(chǎn)生任何有害的生物活性物質(zhì)和毒素；遺傳性能穩(wěn)定；抗噬菌體及雜菌污染能力強等。2.在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？提示不能。因為發(fā)酵過程可能產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，會污染環(huán)境。培養(yǎng)基溫度pH溶解氧發(fā)酵工程的應(yīng)用02梳理教材知識

夯實基礎(chǔ)1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品①以

為主要原料，利用產(chǎn)生

的霉菌生產(chǎn)醬油。②以谷物或

等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)各種酒類。(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑食品添加劑可以增加食品的

，改善食品的

、色澤和品質(zhì)，有時還可以延長食品的

。①檸檬酸可以通過

的發(fā)酵制得。②由

發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精。大豆蛋白酶水果營養(yǎng)口味保存期黑曲霉谷氨酸棒狀桿菌(3)生產(chǎn)酶制劑常用酶制劑有α--淀粉酶、

、果膠酶、

和脂肪酶等。目前，已有50多種酶制劑成功用于食品的直接生產(chǎn)，改進

、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的

和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品

等方面。β--淀粉酶氨基肽酶生產(chǎn)工藝品質(zhì)產(chǎn)量2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用(1)發(fā)展：

的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)推動了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。之后，發(fā)酵工程逐步擴展到了其他抗生素、多種氨基酸、_____

和

等的生產(chǎn)領(lǐng)域。近些年來，

、蛋白質(zhì)工程等的廣泛應(yīng)用給發(fā)酵工程制藥領(lǐng)域的發(fā)展注入了強勁動力。青霉素激素免疫調(diào)節(jié)劑基因工程(2)應(yīng)用實例①生長激素釋放抑制激素最初從

中提取，遠遠不能滿足需要，利用經(jīng)過

改造的微生物進行發(fā)酵生產(chǎn)，產(chǎn)量大幅提升，價格降為原來的幾百分之一。②將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入

，再通過發(fā)酵生產(chǎn)乙型肝炎疫苗。③未來甚至還可能利用微生物來生產(chǎn)過去只能從植物中分離提取的

、

等化合物。羊腦基因酵母菌紫杉醇青蒿素前體3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用(1)生產(chǎn)微生物肥料①作用：利用微生物在代謝過程中產(chǎn)生的

、

等來增進土壤肥力，改良土壤

，促進植株生長。有的微生物肥料還可以抑制土壤中

的生長，從而減少病害的發(fā)生。②類型：常見的有

肥和

肥等。(2)生產(chǎn)微生物農(nóng)藥①原理：微生物農(nóng)藥利用微生物或

來防治病蟲害。②實例：蘇云金桿菌可用來防治

多種農(nóng)林蟲害，利用

可以防治玉米螟、松毛蟲等蟲害；一種放線菌產(chǎn)生的抗生素——

可以用于防治水稻枯紋病。有機酸生物活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)病原微生物根瘤菌固氮菌其代謝產(chǎn)物80白僵菌井岡霉素(3)生產(chǎn)微生物飼料以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即

。用酵母菌等生產(chǎn)的單細胞蛋白可以作為食品添加劑；用單細胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽_____快，產(chǎn)奶或

量顯著提高。另外，在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料

，動物食用后還能提高

。單細胞蛋白增重產(chǎn)蛋保鮮免疫力4.在其他方面的應(yīng)用(1)利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、

等能源物質(zhì)。(2)極端微生物利用，如

、

可以用來生產(chǎn)洗滌劑，________有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。乙烯嗜熱菌嗜鹽菌嗜低溫菌辨析易錯易混練前清障(1)發(fā)酵工程生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富，但廢棄物對環(huán)境污染很大，不易處理(

)(2)目前的酶制劑全部是微生物發(fā)酵生產(chǎn)的(

)(3)現(xiàn)在已經(jīng)可以通過微生物生產(chǎn)紫杉醇(

)(4)單細胞蛋白指通過發(fā)酵而獲得的微生物菌體(

)(5)發(fā)酵工程在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面作出了越來越大的貢獻(

)×√×√×梳理網(wǎng)絡(luò)要語必背031.發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。2.發(fā)酵工程中使用的性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。3.發(fā)酵工程具有生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點。4.以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白。5.發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問題上，作出了越來越大的貢獻。隨堂演練知識落實041.發(fā)酵工程中關(guān)于菌種的選育不正確的是A.自然界中篩選菌種 B.通過誘變育種C.通過有性雜交育種 D.采用基因工程育種√123456解析發(fā)酵工程中使用的性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。2.發(fā)酵工程滅菌的目的是A.殺死細菌

B.殺死真菌C.殺死所有微生物

D.加大氮源、碳源的比例√123456解析

滅菌是使用強烈的理化方法殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子。3.分離、提純產(chǎn)物是制取發(fā)酵產(chǎn)品不可缺少的階段。產(chǎn)品不同，分離、提純的方法也不同，對產(chǎn)品的代謝物常采用的措施是①過濾②沉淀③提取④分離⑤純化A.①③④ B.①②③C.②③④ D.③④⑤解析發(fā)酵工程的代謝產(chǎn)品可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品?！?234564.下列不屬于發(fā)酵工程在應(yīng)用領(lǐng)域的特點是A.成本低 B.污染小C.產(chǎn)量高 D.產(chǎn)物多樣化√1234565.以下不屬于發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用的是A.生產(chǎn)微生物肥料 B.生產(chǎn)微生物農(nóng)藥C.生產(chǎn)微生物飼料 D.生產(chǎn)微生物飲料√1234561234566.回答下列發(fā)酵工程的相關(guān)問題：(1)配制好的培養(yǎng)基必須經(jīng)過滅菌，滅菌是指殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括____和_____。常用的方法是________。(2)發(fā)酵過程的產(chǎn)物有兩類，一類是代謝物，另一類是微生物細胞本身。產(chǎn)品不同，分離、提純的方法也不同，對于前者，可根據(jù)產(chǎn)物的_____采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品；對于后者常用____、_____等方法將菌體分離和_____。孢子芽孢濕熱滅菌性質(zhì)過濾沉淀干燥123456(3)微生物在生命科學(xué)研究實踐中有著廣泛的用途，如作為人類健康第三大殺手的糖尿病的治療往往需要大量胰島素，但是人體胰島素含量很低，所以其生產(chǎn)中，一般通過基因工程手段，將化學(xué)方法人工合成的胰島素基因通過載體導(dǎo)入大腸桿菌細胞中，然后通過發(fā)酵工程快速生產(chǎn)大量的胰島素，下列有關(guān)敘述不正確的是____(填字母)。A.快速生產(chǎn)的原因可能是因為大腸桿菌作為微生物，體積小，相對面積大，物

質(zhì)交換速度快，代謝速率快，生產(chǎn)胰島素速度也快B.快速生產(chǎn)的原因可能是因為大腸桿菌作為原核生物可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯C.快速生產(chǎn)的原因可能是因為大腸桿菌在繁殖時為無性生殖，繁殖速度快，短

時間內(nèi)可以培養(yǎng)出大量有產(chǎn)生胰島素能力的菌種D.大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)的胰島素?zé)o需加工，可以直接應(yīng)用于臨床治療糖尿病D課時對點練05A組基礎(chǔ)對點練題組一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.以下物質(zhì)或設(shè)備不需要滅菌的是A.培養(yǎng)基 B.發(fā)酵設(shè)備C.發(fā)酵液 D.菌種√1234567891011121314151617182.現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程的一些指標進行監(jiān)測和控制，下列指標無法監(jiān)測的是A.菌體大小 B.pHC.溶解氧 D.溫度√1234567891011121314151617183.下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法不正確的是A.發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身時，可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離

和干燥B.谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)在中性和弱堿性條件下容易形成谷氨酰胺C.發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當?shù)奶崛?、分離和純化

措施獲得產(chǎn)品D.生產(chǎn)檸檬酸需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉√123456789101112131415161718解析

谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸，在酸性條件下會容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺。4.發(fā)酵工程的正確操作過程是①發(fā)酵②培養(yǎng)基的配制③滅菌④產(chǎn)品的分離與提純⑤菌種的選育⑥接種⑦擴大培養(yǎng)A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①√1234567891011121314151617185.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代發(fā)酵工程都是利用各種微生物的代謝來實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)的，下列微生物在發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)品過程中需要提供空氣或氧氣的是①酵母菌②醋酸菌③乳酸菌④毛霉⑤谷氨酸棒狀桿菌A.④⑤ B.①②④⑤

C.①②③

D.②④⑤√解析釀酒是利用酵母菌在無氧條件下進行酒精發(fā)酵的原理，發(fā)酵過程不需提供氧氣；醋酸菌是好氧細菌，在氧氣充足條件下才能進行醋酸發(fā)酵，故需提供氧氣；乳酸菌為厭氧菌，無氧條件下生成乳酸，不需氧氣；毛霉為需氧型真核生物，發(fā)酵過程需要提供空氣或氧氣；谷氨酸棒狀桿菌為需氧菌，在生產(chǎn)谷氨酸過程中要不斷充入無菌空氣。故D正確。123456789101112131415161718題組二發(fā)酵工程的應(yīng)用6.單細胞蛋白是指A.單個植物細胞培養(yǎng)得到的高純度蛋白質(zhì)B.通過發(fā)酵獲得的大量微生物菌體C.單個細菌細胞分泌的蛋白質(zhì)D.單個動物細胞培養(yǎng)得到的高純度蛋白質(zhì)√1234567891011121314151617187.目前發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用還沒有實現(xiàn)的是A.生產(chǎn)抗生素 B.生產(chǎn)免疫調(diào)節(jié)劑C.生產(chǎn)激素 D.生產(chǎn)紫杉醇√123456789101112131415161718解析紫杉醇、青蒿素前體等化合物目前只能從植物體中分離提取，還不能用微生物來生產(chǎn)。8.以下屬于酶制劑的應(yīng)用的是①改進生產(chǎn)工藝②簡化生產(chǎn)過程③改善產(chǎn)品品質(zhì)和口味④延長食品儲存期⑤提高產(chǎn)品產(chǎn)量⑥增加動物免疫力A.②③④⑤⑥ B.①②③④⑥C.①②③④⑤ D.①②③⑤⑥√1234567891011121314151617189.下列關(guān)于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應(yīng)用的敘述，錯誤的是A.生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，如利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌釀造醬油B.生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑，可以改善食品的口味但不能增加食品的

營養(yǎng)C.生產(chǎn)食品酸度調(diào)節(jié)劑，如檸檬酸可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得D.生產(chǎn)酶制劑，少數(shù)酶制劑由動植物生產(chǎn)，絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產(chǎn)√12345678910111213141516171810.青霉素作為治療細菌感染的藥物，是20世紀醫(yī)學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，是抗生素工業(yè)的首要產(chǎn)品。(注：冷凍干燥孢子：在極低溫度(－70℃左右)、真空干燥狀態(tài)下保藏的菌種。米孢子：生長在小米或大米培養(yǎng)基上的孢子)123456789101112131415161718據(jù)圖回答下列問題：(1)目前發(fā)酵生產(chǎn)中常用的高產(chǎn)青霉素菌種是通過__________________方法選育的。據(jù)圖可以判斷青霉菌的代謝類型是___________，生殖方式為_________。誘變育種(人工誘變)異養(yǎng)需氧型孢子生殖解析

青霉素高產(chǎn)菌株是通過誘變育種獲得的，原理是基因突變。青霉菌是需氧型生物，不能自己制造有機物，故代謝類型為異養(yǎng)需氧型。由圖可知，青霉菌的生殖方式為孢子生殖。123456789101112131415161718(2)配制培養(yǎng)基時需要將其調(diào)節(jié)至______(填“酸性”“堿性”或“中性”)。種子罐2又叫繁殖罐，可推測②屬于發(fā)酵工程中的________階段。發(fā)酵罐接種___(填“前”或“后”)，必須進行滅菌處理。123456789101112131415161718解析培養(yǎng)霉菌時需要將培養(yǎng)基調(diào)至酸性。發(fā)酵工程包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵、產(chǎn)品的分離和提純等，種子罐又叫繁殖罐，推測②屬于發(fā)酵工程中的擴大培養(yǎng)階段。為了避免雜菌污染，發(fā)酵罐接種前需要進行滅菌處理。酸性擴大培養(yǎng)前B組綜合強化練11.下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法不正確的是A.發(fā)酵過程中要隨時檢測培養(yǎng)液的微生物數(shù)量B.發(fā)酵過程中要隨時檢測培養(yǎng)液的產(chǎn)物濃度C.發(fā)酵過程中不需要再添加營養(yǎng)組分D.發(fā)酵過程中要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等√123456789101112131415161718解析

發(fā)酵過程中需要及時添加必需的營養(yǎng)組分。12.發(fā)酵工程中菌種擴大培養(yǎng)的目的是A.提供優(yōu)良菌種 B.生產(chǎn)代謝物C.提供足夠菌種 D.接種的必經(jīng)程序√12345678910111213141516171813.發(fā)酵工程的一項關(guān)鍵措施是滅菌，下列關(guān)于滅菌的敘述正確的是A.培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備均需要嚴格滅菌B.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細菌和真菌C.通入無菌空氣可以達到滅菌的目的D.pH調(diào)到7左右滅菌效果最好√123456789101112131415161718解析

培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物，故B錯誤；為防止雜菌污染，通入的空氣也要是無菌的，但不是通入無菌空氣就可以達到滅菌的目的，故C錯誤；滅菌效果與pH無直接關(guān)系，故D錯誤。14.以下不屬于發(fā)酵工程應(yīng)用的是A.生產(chǎn)抗生素、維生素、動物激素、胰島素、重組乙型肝炎疫苗等B.生產(chǎn)防腐劑、增味劑、著色劑、增稠劑等食品添加劑C.生產(chǎn)用作飼料或食品添加劑的單細胞蛋白D.獲取用于產(chǎn)生抗體的動物細胞√12345678910111213141516171815.如圖所示為面包霉體內(nèi)合成氨基酸的途徑。若在發(fā)酵工程中利用面包霉來大量合成氨基酸A，應(yīng)采取的最佳措施是A.改變面包霉的細胞膜通透性B.在高溫高壓下進行發(fā)酵C.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶③的菌種D.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶②的菌種123456789101112131415161718√16.以下關(guān)于微生物飼料的敘述不正確的是A.酵母菌生產(chǎn)的單細胞蛋白可以作為食品添加劑B.用單細胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快C.青貯飼料中添加乳酸菌可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮D.微生物飼料可以抑制病原微生物的生長，減少病害的發(fā)生√解析

有些微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長，減少病害的發(fā)生，微生物飼料沒有這方面的作用。12345678910111213141516171817.下列關(guān)于發(fā)酵工程在其他方面的應(yīng)用，敘述錯誤的是A.利用纖維蛋白廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功B.發(fā)酵原料的改變對解決資源短缺與環(huán)境污染問題具有重要意義C.嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑D.嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量解析

利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得成功。123456789101112131415161718√18.谷氨酸是生物體內(nèi)一種重要的有機小分子，谷氨酸鈉是它的鈉鹽，是味精等調(diào)味品的主要成分。目前利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的氨基酸中，谷氨酸是產(chǎn)量最大的種類之一?；卮鹣铝袉栴}：(1)我國微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸常用的菌種有谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌，下列生物中與