高三生物二輪復(fù)習(xí)學(xué)案微生物的代謝蘇教版_第1頁(yè)
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1、基本知識(shí)基本知識(shí) 一、微生物的營(yíng)養(yǎng)一、微生物的營(yíng)養(yǎng) (一) 、微生物需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 微生物需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括五大類:水、 無(wú)機(jī)鹽、碳源、氮源和生長(zhǎng)因子。 概念來(lái)源功能 凡是提供所需碳元( 1 ) 無(wú) 機(jī) 碳 源 (CO2、(1)用于合成微生物的 素的物質(zhì)NaHCO3、等含碳無(wú)機(jī)物)細(xì)胞物質(zhì)和一些代謝 碳 (2)有機(jī)碳源:即含碳有產(chǎn)物 源 機(jī)物(2)還是異養(yǎng)微生物的 主要能源物質(zhì) 凡能提供氮元素的(1)無(wú)機(jī)氮: N2、NH3、主要用于合成蛋白質(zhì)、 銨鹽、硝酸鹽核酸以及含氮的代謝 氮 物質(zhì) (2)有機(jī)氮:牛肉膏、蛋產(chǎn)物 源 白陳、尿素等 生 長(zhǎng) 因 子 一些微生物生長(zhǎng)不 可缺少的微量有機(jī) 物。主要

2、包括維生 素、氨基酸、堿基 等 一些天然物質(zhì)如酵母膏、 蛋酶和核酸的組成成分 白棟、 動(dòng)植物組織提取液等 可以為微生物提供生長(zhǎng)因 子 說(shuō)明: 1、微生物最常利用的碳源是糖類,尤其是葡萄糖;最常利用的氮源是 銨鹽、 硝酸鹽。 2、不同種類的微生物,對(duì)碳源的需求差別很大。 3、對(duì)于異養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō),含 C、H、O、N 的大分子化合物既是碳源,又是氮 源和能源??赡苡质巧L(zhǎng)因子。 4、微生物之所以需要生長(zhǎng)因子,往往是由于缺乏合成這些物質(zhì)所需的酶或合 成能力有限。 5、對(duì)許多微生物來(lái)說(shuō)既可以利用無(wú)機(jī)氮化合物作氮源,也可以利用有機(jī)氮化 合物作氮源;固氮微生物可以利用 N2作為氮源; 6、對(duì)于自養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō)

3、,NaHCO3既是又是。 (碳源無(wú) 機(jī)鹽) ,NH4HCO3既是又是還可以是。 (碳源 氮源能源) ; 對(duì)于異養(yǎng)微生物來(lái)說(shuō),含C、H、O、N 的大分子化合物既是,又是 和。還可能又是。 (碳源 氮源 能源 生長(zhǎng)因子) (二) 、培養(yǎng)基 1、培養(yǎng)基配制的原則 (1)目的要明確(根據(jù)微生物的種類、培養(yǎng)的目的等) :如培養(yǎng)自養(yǎng)微生物,培 養(yǎng)基可由簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物組成;如培養(yǎng)自身固氮微生物如圓褐固氮菌,培養(yǎng)基中 則不必加氮源;生產(chǎn)用培養(yǎng)基內(nèi)可加入化學(xué)成分不明確的天然物質(zhì),而分類實(shí) 驗(yàn)用培養(yǎng)基則應(yīng)加入已知化學(xué)成分的物質(zhì)。 (2)營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào):注意各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度和比例。如:營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度過(guò)高,微 生物細(xì)胞內(nèi)的

4、水分通過(guò)細(xì)胞膜不斷向外滲透,細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離,影響微生物 的正常生命活動(dòng),抑制微生物的生長(zhǎng);在各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的比例中,碳源與氮源 的比最為重要:如谷氨酸生產(chǎn)中,CN41 時(shí),菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷 氨酸少;CN31 時(shí),菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增。 (3)pH 要適宜:細(xì)菌PH6.57.5,放線菌PH7.58.5,真菌PH5.06.0???在培養(yǎng)基中加酸或堿調(diào)節(jié)或加 PH 緩沖液如 K2HPO4/KH2PO4。 2、培養(yǎng)基的種類 劃分培養(yǎng)基 特點(diǎn)用途 標(biāo)準(zhǔn)種類 液體不加凝固劑工業(yè)生產(chǎn) 培養(yǎng)基物 理半固體加凝固劑如瓊脂觀察微生物的運(yùn)動(dòng)、鑒定菌種 性培養(yǎng)基 質(zhì)固體微生物的分離、計(jì)數(shù) 培養(yǎng)基

5、 天然含化學(xué)成分不明確,工業(yè)生產(chǎn) 化 培養(yǎng)基如玉米粉、牛肉膏等 學(xué) 成分明確(用化學(xué)成分類、鑒定 成合成 分已知的化學(xué)物質(zhì)配 分培養(yǎng)基 制) 培養(yǎng)基中加入某種化培養(yǎng)、 分離出特定的微生物 (如培養(yǎng) 學(xué)物質(zhì),以抑制不需和分離酵母菌和霉菌, 可在培養(yǎng)基中 選擇 要的微生物,促進(jìn)所加入青霉素; 培養(yǎng)和分離金黃色葡萄 培養(yǎng)基 需要的微生物的生長(zhǎng)球菌, 可在培養(yǎng)基中加入高濃度的食 鹽。 )用 途根據(jù)微生物的代謝特鑒別不同種類的微生物, 如可用伊紅 點(diǎn),在培養(yǎng)基中加入美藍(lán)培養(yǎng)基鑒別飲水或乳制品 鑒別 某種指示劑或化學(xué)藥中是否有大腸桿菌 (若有, 其代謝產(chǎn) 培養(yǎng)基 品物有機(jī)酸就一伊紅和美藍(lán)反應(yīng), 使菌 落呈

6、深紫色,并有金屬光澤) 說(shuō)明:液體培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分布均勻與菌體充分接觸,有利于微生物更快 吸收營(yíng)養(yǎng),有利于菌體繁殖,積累產(chǎn)物,因而適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。天然培 養(yǎng)基配制方便,營(yíng)養(yǎng)豐富且價(jià)廉,適于工業(yè)生產(chǎn)。 二、微生物的代謝二、微生物的代謝 (一) 、微生物代謝特點(diǎn)及原因:代謝異常旺盛。微生物的表面積與體積之比很 大,使之能迅速與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。 (二) 、微生物代謝的產(chǎn)物 初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物 生長(zhǎng)發(fā)育所必須對(duì)自身無(wú)明顯生理功能,或并 作用 非生長(zhǎng)發(fā)育所必須 產(chǎn)生時(shí)期生長(zhǎng)全過(guò)程一直在產(chǎn)生生長(zhǎng)到一定階段(穩(wěn)定期) 分布細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)或外 種的特異無(wú)(不同種類微生物細(xì)胞內(nèi)基本相有(不同種類微生

7、物細(xì)胞內(nèi)不 性同)相同) 化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單十分復(fù)雜 氨基酸、核苷酸、多糖、脂質(zhì)、維抗生素、毒素、激素、色素等 舉例 生素等 相同點(diǎn)都是在微生物細(xì)胞的調(diào)節(jié)下有步驟的產(chǎn)生的 (三) 、微生物代謝的調(diào)節(jié) 酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) 誘導(dǎo)酶的合成已有酶(組成酶和誘導(dǎo)酶)的活 調(diào)節(jié)對(duì)象 性 調(diào)節(jié)結(jié)果酶的種類和數(shù)量增加酶的活性發(fā)生變化 區(qū)特點(diǎn) (效果) 間接、緩慢快速、精確,變化是可逆的 基因(表達(dá))水平上的調(diào)節(jié), 代謝水平的調(diào)節(jié)(反饋抑制) , 控制酶的合成,通過(guò)酶量的變代謝過(guò)程中產(chǎn)生的產(chǎn)物與酶可 調(diào)節(jié)機(jī)制 別化來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)控制代謝速率逆性的結(jié)合, 使酶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變 化,導(dǎo)致酶的活性發(fā)生變化 保證代謝的需要,

8、又避免細(xì)胞避免代謝產(chǎn)物積累過(guò)多。 如谷氨 內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi),增強(qiáng)了酸發(fā)酵過(guò)程中當(dāng)谷氨酸過(guò)量時(shí) 調(diào)節(jié)意義 微生物的適應(yīng)能力。如大腸桿就會(huì)反饋性的抑制谷氨酸脫氫 菌分解乳糖酶的活性 聯(lián)系同時(shí)存在,密切配合,高效、準(zhǔn)確控制代謝的正常進(jìn)行 說(shuō)明:組成酶和誘導(dǎo)酶 酶 酶 存在 生 在 合成 誘導(dǎo) 大腸桿菌分解葡萄糖的 酶 舉例 誘導(dǎo)誘 導(dǎo) 產(chǎn)既受遺傳物質(zhì)控制,又須誘導(dǎo)物的大腸桿菌分解乳糖的酶 組成一 直 存只受遺傳物質(zhì)的控制 (四) 、微生物代謝的人工控制 人工控制微生物代謝的措施包括改變微生物遺傳特性、 控制生產(chǎn)過(guò)程中的 各種條件(即發(fā)酵條件)等。其中應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株以解除正常的反饋調(diào)節(jié)和 通過(guò)控

9、制細(xì)胞膜的滲透性來(lái)解除反饋抑制在發(fā)酵工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 控制條件控制方式 通過(guò)誘變育種選擇符合生產(chǎn)要求的菌種,如選育出不能合成 高絲氨酸脫氫酶的菌種,讓黃色短桿菌發(fā)酵積累大量的賴氨 微生物的遺傳特酸過(guò)程等;控制細(xì)胞膜的滲透性也能達(dá)到控制微生物代謝的 性目的。如在谷氨酸的生產(chǎn)過(guò)程中,可以采取一定的手段改變 細(xì)胞膜的透性,使谷氨酸能迅速排放到細(xì)胞外面,從而解除 谷氨酸對(duì)谷氨酸脫氫酶的控制作用,提高谷氨酸產(chǎn)量。 需氧生物保證氧的供應(yīng);厭氧生物控制氧的供應(yīng)。在發(fā)酵過(guò) 溶氧 程以通氣量和攪拌速度來(lái)控制溶氧發(fā)酵 PH條件加酸、加堿或加緩沖劑 溫度注意降溫,使溫度控制在所培養(yǎng)微生物的最適溫度 (五)

10、、發(fā)酵的概念和種類:通過(guò)微生物的培養(yǎng),大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過(guò)程 根據(jù)培養(yǎng)基的物理狀根據(jù)發(fā)酵過(guò)程對(duì)氧的需 根據(jù)生成的產(chǎn)物分 態(tài)分求情況 厭氧發(fā)酵 固體發(fā)酵(如酒精發(fā)酵、乳酸發(fā) 酵)抗生素發(fā)酵、維生素發(fā)酵、 氨基酸發(fā)酵等需氧發(fā)酵 液體發(fā)酵(如抗生素發(fā)酵、 氨基酸 發(fā)酵) 三、微生物的生長(zhǎng)三、微生物的生長(zhǎng) (一) 、微生物群體生長(zhǎng)規(guī)律 細(xì)細(xì) 細(xì)菌數(shù)目的對(duì)數(shù) 菌菌 的的 生生 長(zhǎng)長(zhǎng) 時(shí)間 曲曲 調(diào)整期調(diào)整期對(duì)數(shù)期對(duì)數(shù)期穩(wěn)定期穩(wěn)定期 衰亡期衰亡期線線 特點(diǎn)特點(diǎn)不立即繁殖 (增增繁殖速度快,以增長(zhǎng)率為增長(zhǎng)率為 0 0 (繁殖增長(zhǎng)率小于增長(zhǎng)率小于 0 0 等比數(shù)列的形式速 增加(增長(zhǎng)率最增長(zhǎng)率最度與死亡速

11、度相 快快)等) ,活數(shù)量最 大, 大量積累代謝產(chǎn) 物 對(duì)新環(huán)境的短生存條件 (空間、 生存條件(空間 暫調(diào)節(jié)或適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)等)適宜縮小、營(yíng)養(yǎng)消耗 形成形成等)惡化,種內(nèi) 原因原因斗爭(zhēng)加劇 長(zhǎng)率最?。╅L(zhǎng)率最小)死亡速率超過(guò) 繁 殖速率) , 活菌 數(shù) 目急劇下降 菌體菌體 特征特征 代謝代謝 特點(diǎn)特點(diǎn) 應(yīng)用應(yīng)用 與控與控 生存條件(有 害代謝產(chǎn)物積 累、 PH變化等) 極度惡化。與 無(wú)機(jī)環(huán)境的斗 爭(zhēng)最為激烈 體積增長(zhǎng)較快形態(tài)、生理特征有些種類開(kāi)始出出現(xiàn)多種形態(tài) 穩(wěn)定現(xiàn)芽孢甚至畸形,有 些細(xì)胞開(kāi)始解 體 代謝活躍, 大量代謝旺盛大量積累代謝產(chǎn)釋放代謝產(chǎn)物 合成分裂所需物特別是次級(jí)代 的酶類、ATP

12、及謝產(chǎn)物 其它細(xì)胞成分 縮短該期的措可作為菌種和材通過(guò)以一定的速 施: 采用與原料科研。延長(zhǎng)該度 添 加 新 培 養(yǎng) 培養(yǎng)基相同的期可在開(kāi)始時(shí)多基,放出老培養(yǎng) 培養(yǎng)基增大放些培養(yǎng)基基,控制其它生 接種量接種產(chǎn)條件(如溫度、 對(duì)數(shù)期的菌種PH、溶 氧)來(lái)延 長(zhǎng)該期 說(shuō)明: (1) 、種群數(shù)目的增長(zhǎng)與細(xì)菌群體生長(zhǎng)的異同點(diǎn)。 相同點(diǎn):細(xì)菌的生長(zhǎng)也符合種群增長(zhǎng)的“J”型和“S”型曲線,其中對(duì)數(shù)期相 當(dāng)于“J”型曲線,調(diào)整期、對(duì)數(shù)期和穩(wěn)定期相當(dāng)于“S”型曲線。不同點(diǎn):在 自然條件下,一般不會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌在人為的培養(yǎng)條件下的衰亡期,原因是處在自 然條件下的種群, 它總是處于一定的食物鏈和食物網(wǎng)中, 種群數(shù)量受

13、它的天敵、 食物等多種因素的影響。 (2) 、調(diào)整期的微生物雖然不能分裂,但是代謝仍是活躍進(jìn)行的,從這個(gè)時(shí)期 開(kāi)始產(chǎn)生初級(jí)代謝產(chǎn)物,并貫穿微生物的一生,這是為對(duì)數(shù)期的分裂做準(zhǔn)備。 次級(jí)代謝產(chǎn)物在穩(wěn)定期開(kāi)始產(chǎn)生并達(dá)到最多。 由于對(duì)數(shù)期的微生物代謝旺盛, 繁殖速度快, 所以應(yīng)用此期的細(xì)菌做菌種。 穩(wěn)定期的活菌數(shù)最多,培養(yǎng)條件(空間、資源)有限,種內(nèi)斗爭(zhēng)最激烈。 由于環(huán)境惡化,細(xì)菌抵御不良環(huán)境的芽孢出現(xiàn)。 細(xì)胞形態(tài)最多的時(shí)期是衰亡期,由于環(huán)境極度惡化,細(xì)菌與環(huán)境間的生存 斗爭(zhēng)最為激烈(主要是與無(wú)機(jī)環(huán)境的斗爭(zhēng)) 。 (二) 、研究微生物生長(zhǎng)曲線的意義 人們培養(yǎng)微生物的目的是想獲得菌體本身或代謝產(chǎn)物 1

14、、得到菌種延長(zhǎng)對(duì)數(shù)期:培養(yǎng)開(kāi)始時(shí)多放一些培養(yǎng)基,以延長(zhǎng)細(xì)菌處在有 豐富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中的時(shí)間。 2、得到代謝產(chǎn)物延長(zhǎng)穩(wěn)定期:用連續(xù)培養(yǎng)法,即以一定的速度添加新的培 養(yǎng)基,同時(shí)以同樣的速度放出老的培養(yǎng)基,以保證微生物生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求, 同時(shí)又排出了部分有害代謝產(chǎn)物,從而使微生物能保持較長(zhǎng)時(shí)間的高速生長(zhǎng)。 思考:連續(xù)培養(yǎng)應(yīng)用_培養(yǎng)基。對(duì)于好氧性微生物在連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程中 除了要添加培養(yǎng)基外,還應(yīng)該 _。 (液體通入無(wú)菌 的空氣) (三) 、微生物群體生長(zhǎng)的測(cè)定 1、測(cè)定細(xì)胞數(shù)目 2、測(cè)定濕重或干重 (四) 、影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素 環(huán)境因影響的原 不適宜因素的結(jié)果 素因 影響蛋白低時(shí)反應(yīng)速度降低,高時(shí)蛋白

15、質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)發(fā)生不可 溫度質(zhì)和核酸逆的破壞(絕大多數(shù)微生物最適生長(zhǎng)溫度為 2537C0) 的結(jié)構(gòu) 影響酶的酶失活或膜的穩(wěn)定性破壞,降低對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收(最 活性和細(xì)適 PH:細(xì)菌 6.57.5、真菌 5.06.0、放線菌 7.58.5) PH 胞膜的穩(wěn) 定性 影響微生有氧型:大多數(shù)細(xì)菌和真菌等 物的細(xì)胞嚴(yán)格厭氧型:短時(shí)間的有氧也會(huì)造成生長(zhǎng)停滯或死亡, 呼吸如產(chǎn)甲烷桿菌 氧氣一般厭氧型:有無(wú)氧都進(jìn)行無(wú)氧呼吸,有氧時(shí)細(xì)胞呼吸 受抑制,如某些鏈球菌 兼性厭氧型:無(wú)氧時(shí)進(jìn)行無(wú)氧呼吸,有氧時(shí)進(jìn)行有氧呼 吸,如酵母菌、大腸桿菌 四、發(fā)酵與發(fā)酵工程四、發(fā)酵與發(fā)酵工程 發(fā)酵是通過(guò)微生物的培養(yǎng)大量生產(chǎn)各種代謝

16、產(chǎn)物的過(guò)程。 發(fā)酵工程是一種生物技術(shù), 采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段, 利用微生物的某種特定功 能, 為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的一種新技術(shù)。 所以發(fā)酵工程是應(yīng)用于發(fā)酵的一種生物技術(shù)。 五、谷氨酸發(fā)酵五、谷氨酸發(fā)酵 (一) 、常用菌種:谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌(都是異自需氧型微生物) 思考:思考: 以谷氨酸棒狀桿菌為例說(shuō)明選種應(yīng)該注意什么?以谷氨酸棒狀桿菌為例說(shuō)明選種應(yīng)該注意什么? (應(yīng)選對(duì)數(shù)期的菌 種;選擇細(xì)胞膜通透性大的谷氨酸棒狀桿菌,因?yàn)楣劝彼岚魻顥U菌合成谷氨酸 會(huì)因在細(xì)胞內(nèi)積累而終止。 ) (二) 、培養(yǎng)基: 1、液體培養(yǎng)基(天然培養(yǎng)基) 2、原料(五類營(yíng)養(yǎng)要素物質(zhì)

17、) :豆餅水解液、玉米漿、磷酸二氫鉀、氧化鉀、 硫酸鎂、生物素(生長(zhǎng)因子)等。 思考:為什么選用液體天然培養(yǎng)基?思考:為什么選用液體天然培養(yǎng)基?(、液體培養(yǎng)基能夠使培養(yǎng)基中的 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在發(fā)酵過(guò)程中得到充分利用,還能為菌體提供更大的空間,同時(shí)也有 利于生產(chǎn)過(guò)程中培養(yǎng)條件的控制和產(chǎn)物的提取;采用天然培養(yǎng)基作為營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì),既能滿足菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求,又能降低成本,還可以減少對(duì)環(huán)境的污染) 。 (三) 、發(fā)酵過(guò)程 1、培養(yǎng)方式:連續(xù)培養(yǎng) 2、控制條件:溫度、PH、溶氧、攪拌速度等 思考:攪拌的目的是什么?思考:攪拌的目的是什么?(對(duì)于需氧性微生物,在培養(yǎng)過(guò)程中,必須不 斷通入無(wú)菌空氣,攪拌不但可使空氣成

18、為小泡迅速溶解以增加培養(yǎng)基的溶氧, 還能使菌種下培養(yǎng)基充分接觸,提高原料的利用率。 ) (四) 、味精的生成與提取 用適量的碳酸鈉中和,經(jīng)過(guò)濾、濃縮、離心分離等步驟,即可獲得所需產(chǎn) 品 說(shuō)明:影響發(fā)酵過(guò)程的因素溫度、PH、溶氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度等 六、發(fā)酵工程的內(nèi)容(一般流程)六、發(fā)酵工程的內(nèi)容(一般流程) (一) 、菌種選育 思考:從自然界分離的菌種為什么一般不直接作為生產(chǎn)用菌種?菌種選育 的常用方法有哪些?這些方法在改造菌種遺傳特性方面有什么不同特點(diǎn)?(定 向育種) 原理 自 然 選自然突變 種 產(chǎn)品 一般微生物能生 產(chǎn) 舉例 誘 變 育人工誘變不能合成高絲氨酸脫氫酶的 種黃色短桿菌 細(xì) 胞

19、 工DNA 重組(構(gòu)建一般微生物不能生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素的工程菌 程工程細(xì)胞或工程生產(chǎn) 基 因 工菌) 程 (二) 、培養(yǎng)基配制 根據(jù)培養(yǎng)基配制的原則,選擇原料制備培養(yǎng)基,應(yīng)該注意的是: 1、根據(jù)不同的菌種,選擇不同的材料, 配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物對(duì)碳源、氮 源、水、無(wú)機(jī)鹽和生長(zhǎng)因子等方面的要求,并能夠?yàn)槲⑸锏纳L(zhǎng)提供適宜的 PH。 2、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào), 注意各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度和比例,特別是碳氮比,以 利于微生物代謝產(chǎn)物的合成。 3、應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本,以得到更大的經(jīng)濟(jì)效益。以天然成分的培養(yǎng)基為好。 如谷氨酸發(fā)酵:培養(yǎng)基中必需有生長(zhǎng)因子生物素,如缺少谷氨酸合成 會(huì)受阻;CN31;PH 應(yīng)為弱

20、堿性,否則會(huì)生成谷氨酰胺;溶氧量必須充 足。 (三) 、滅菌 思考:為什么要滅菌?哪些對(duì)象需要滅菌?(如混入其它微生物,將與菌 種形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系, 對(duì)菌種的繁殖和代謝造成不良影響。 如在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中, 混入放線菌,則放線菌分泌的抗生素就會(huì)使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡;如果 在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中污染了雜菌, 這些雜菌就會(huì)分泌青霉素酶將青霉素分解掉。 所以要防止雜菌的污染,在發(fā)酵前應(yīng)用高溫高高壓的方式對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備 進(jìn)行嚴(yán)格徹底的滅菌處理,殺死所有雜菌的胞體、芽胞和孢子) (四) 、擴(kuò)大培養(yǎng) 思考: 結(jié)合細(xì)菌的群體生長(zhǎng)規(guī)律分析: 菌種接種前為什么要進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)? (增加接種時(shí)的菌量,以縮短調(diào)整期

21、,進(jìn)而縮短生產(chǎn)周期。擴(kuò)大培養(yǎng)與發(fā)酵的 目的不同, 前者是為了在短期內(nèi)獲得大量的菌種, 而發(fā)酵是為了獲得代謝產(chǎn)物, 所以采用的培養(yǎng)條件也不同。如谷氨酸棒狀桿菌在擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí),碳氮比應(yīng)為 41,而在發(fā)酵獲得谷氨酸時(shí)碳氮比應(yīng)為 31;再如酒精發(fā)酵中,擴(kuò)大培養(yǎng) 應(yīng)在有氧條件下進(jìn)行,讓其迅速進(jìn)行出芽生殖,而在發(fā)酵時(shí)應(yīng)在無(wú)氧條件下進(jìn) 行。 ) (五) 、接種:在保證無(wú)雜菌污染的條件下進(jìn)行接種 (六) 、發(fā)酵過(guò)程(中心階段)使培養(yǎng)保持穩(wěn)定期, 以獲得更多的發(fā)酵產(chǎn)物 1、隨時(shí)取樣監(jiān)測(cè)培養(yǎng)液中細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程。 2、及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)基組分,以滿足菌種的營(yíng)養(yǎng)需要。 3、嚴(yán)格控制溫度、 PH、溶

22、氧、通氣量和轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件,確保微生物代謝向著 有利的方向快速進(jìn)行 思考: (1) 、為什么要隨時(shí)檢測(cè)影響發(fā)酵過(guò)程的各種環(huán)境條件,并予以人工控 制? 因?yàn)殡S著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗,代謝產(chǎn)物的積累,同時(shí) 會(huì)產(chǎn)生大量的熱量和某些酸性或堿性物質(zhì),使培養(yǎng)液中的溫度、PH、溶氧、各 種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度特別是碳氮比等發(fā)生改變,會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖、代謝 途徑(代謝方向或產(chǎn)物的種類) 、酶的活性、膜的通透性等,所以要隨時(shí)檢測(cè)影 響發(fā)酵過(guò)程的各種環(huán)境條件,并予以人工控制。 (2) 、如何控制發(fā)酵過(guò)程中的各種條件呢? 對(duì)發(fā)酵條件的控制可能通過(guò)發(fā)酵罐上的各種裝置來(lái)進(jìn)行。如溫度控制可通 過(guò)發(fā)酵罐上的溫

23、度自動(dòng)測(cè)試和控制裝置進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整(微生物代謝、機(jī)械攪 拌都會(huì)使溫度升高,發(fā)酵罐壁散熱,水分蒸發(fā)都會(huì)使溫度下降) ;溶氧可通過(guò)通 氣量和攪拌速度來(lái)調(diào)節(jié);PH 可通過(guò)加料裝置,添加酸或堿或緩沖液來(lái)調(diào)節(jié); 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可通過(guò)采取連續(xù)培養(yǎng)的方法調(diào)節(jié)。 (七) 、分離提純 1、產(chǎn)品為菌體:采用過(guò)濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中提取出來(lái)。 2、產(chǎn)品為代謝產(chǎn)物:可用蒸餾、萃取、離子交換等方法進(jìn)行提取。 七、發(fā)酵工程的應(yīng)用七、發(fā)酵工程的應(yīng)用 (一) 、在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用 1、批量生產(chǎn)藥品 2、生產(chǎn)基因工程、細(xì)胞工程藥品 (二) 、在食品工業(yè)上的應(yīng)用 1、生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品 2、生產(chǎn)食品添加劑 3、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白,解

24、決糧食短缺問(wèn)題 (單細(xì)胞蛋白是指通過(guò)發(fā)酵獲得的 大量微生物菌體本身:?jiǎn)渭?xì)胞蛋白又叫微生物蛋白、菌體蛋白。 單細(xì)胞蛋白具有以下優(yōu)點(diǎn):第一,生產(chǎn)效率高,第二,生產(chǎn)原料來(lái)源廣,而且 經(jīng)濟(jì)。第三,可以工業(yè)化生產(chǎn)。但是任何一種新型食品原料的問(wèn)世,都會(huì)產(chǎn)生 可接受性,安全性等問(wèn)題。單細(xì)胞蛋白也不例外。例如單細(xì)胞蛋白的核酸含量 在,食用過(guò)多的核酸可能會(huì)引起痛風(fēng)等疾病。此外,單細(xì)胞作 為一種食物,人們習(xí)慣上一時(shí)難以接受。但經(jīng)過(guò)微生物學(xué)家的努力,這些問(wèn)題 會(huì)得到圓滿解) 說(shuō)明:基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程的比較說(shuō)明:基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程的比較 主要技術(shù) 工具 酶 主要操 作對(duì)象 基本原理 和工程目的 應(yīng)

25、用 與其它工 程的關(guān)系 DNA 拼接限 制基因及應(yīng)用分 子 遺工 程菌 生通過(guò)細(xì)胞 技術(shù) 基技術(shù) 因 工 程 性 內(nèi)動(dòng)物細(xì)傳學(xué)原理,在產(chǎn)藥 物 轉(zhuǎn)工程、發(fā) DNA物 酶 細(xì)定向改 造 生超 級(jí)細(xì) 菌目的基因 DNA 重組切 酶胞、植分子水 平 上基因 動(dòng)植 物酵工程使 連 接胞、微物的遺 傳 特(分 解石 油得以表達(dá) 生物細(xì)性(定向改造凈化環(huán)境) 胞(供物種) 體或受 體 胞) 細(xì)胞培養(yǎng)纖 維動(dòng)物細(xì)在細(xì)胞 或 細(xì)人 工種 子可以為發(fā) 植物體細(xì)胞雜素 酶胞、 融合單克隆酶 胰胞、 外受精核移酶 植胚胎移植 細(xì)胞 胞器水 平 上(植 物組 織酵工程提 胞的遺 傳 結(jié)馬鈴薯 (植物使基因工 性(定向

26、改造試 管動(dòng) 物現(xiàn) 特種)(胚胎移植) 單 克隆 抗 體 (雜交瘤技 術(shù)) 克姓動(dòng) 物(核移植) 發(fā) 菌 種 培 育 酵(自然選種、 工誘變育種、基 微生物利用微 生 物生 產(chǎn)藥 品為酶工程 (特別 是 經(jīng)生 產(chǎn)傳 統(tǒng)提供酶的 過(guò) DNA 重組發(fā)酵 產(chǎn)品 來(lái)源,使 交動(dòng)物細(xì)胞果 膠植物細(xì)定向改 造 細(xì)培養(yǎng)) 番茄供菌種、 細(xì) 胞 工 程 抗體制備體蛋 白微生物構(gòu)和遺 傳 特體細(xì)胞雜交) 程得以實(shí) 細(xì) 程因工程)細(xì) 胞(微生物) 大規(guī)模培養(yǎng) 產(chǎn)物(菌體或 代謝產(chǎn)物)的 收獲 技術(shù)改 造 過(guò)生產(chǎn) 食品 添基 因 工 的)完成生化加劑 生 產(chǎn)程、細(xì)胞 反應(yīng)使 其 產(chǎn)單細(xì)胞蛋白 生出最 多 的 產(chǎn)物(

27、菌體或 代謝產(chǎn)物) 工程的目 的基因得 以表達(dá) 相人們按照自己的意愿改造物種采用基因工程或細(xì)胞工程,而基因工程或細(xì) 互胞工程的成果大多必須通過(guò)發(fā)酵工程和酶工程來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?;蚬こ?、 聯(lián)細(xì)胞工程、發(fā)酵工程中所需要的酶,往往要通過(guò)酶工程來(lái)獲得,酶工程中 系酶的生產(chǎn)一般要通過(guò)發(fā)酵的方法。 二二例題分析例題分析 1 1下列與微生物的代謝活動(dòng)異常旺盛無(wú)關(guān)的原因是: A表面積與體積比大B表面積大 C對(duì)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用快D.數(shù)量多 微生物的代謝特點(diǎn): 2 2右圖表示某種細(xì)菌細(xì)胞中的一個(gè)反應(yīng)程序。 在這個(gè)程序中,一種氨基酸在酶的作用下產(chǎn)生另 外的氨基酸。16 代表不同的氨基酸(對(duì)生命都 是必需的),VZ 代表

28、不同的酶。原始種的細(xì)菌 只要培養(yǎng)基中有氨基酸 l 就能生長(zhǎng),而細(xì)菌的變 異種只有在培養(yǎng)基中有氨基酸 l、2、5 時(shí)才能生長(zhǎng)。該種細(xì)菌的變異種中不存 在的酶是 AV、ZBW、YCY、ZDV、W 問(wèn)題 1:氨基酸屬于微生物的代謝產(chǎn)物,是指 對(duì) 對(duì)微生物的物質(zhì),在不同種類的微生物細(xì) 胞中, 初級(jí)代謝產(chǎn)物-(有無(wú)菌種特異性) 2.次級(jí)代謝產(chǎn)物是指 或的物質(zhì). 因此次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)微生物沒(méi)有意義,對(duì)嗎? 它們可能積累在 也可能排到有 等。 3 3以下是用葡萄糖和乳糖培養(yǎng)大腸桿菌,培養(yǎng)基中葡萄糖和乳糖及細(xì)胞中分以下是用葡萄糖和乳糖培養(yǎng)大腸桿菌,培養(yǎng)基中葡萄糖和乳糖及細(xì)胞中分 解葡萄糖的酶和利用乳糖的酶的含量

29、,請(qǐng)分別指出。解葡萄糖的酶和利用乳糖的酶的含量,請(qǐng)分別指出。 A A B B C C D D (1)微生物代謝調(diào)節(jié)的主主要要方 式:,. 還有嗎? (2)微生物的胞內(nèi)酶可分為和. 一般微生物的胞外酶主要是酶 (3)組成酶和誘導(dǎo)酶的區(qū)別:組成酶是的酶,他們的合成只受 誘導(dǎo)酶則是在才能合成的酶.這種調(diào)節(jié)的意義? 思考思考 誘導(dǎo)酶是誘導(dǎo)誘導(dǎo)酶是誘導(dǎo) DNADNA 的復(fù)制、的復(fù)制、RNARNA 的轉(zhuǎn)錄、翻譯?的轉(zhuǎn)錄、翻譯? 4 4 下圖是谷氨酸棒狀桿菌利用葡萄糖生產(chǎn)谷氨酸的途徑示意圖 (1)當(dāng)終產(chǎn)物谷氨酸合成過(guò)量時(shí),往往會(huì)導(dǎo)致合成 途 徑 中 斷 , 原 因 時(shí) 谷 氨 酸 抑 制 了 的活性,這屬于

30、 的調(diào)節(jié) . 歸納:歸納:微生物代謝過(guò)程酶活性發(fā)生變化的主要原因主要原因? 該調(diào)節(jié)的特點(diǎn) 1 2 針對(duì)原因提出工業(yè)生產(chǎn)中提高產(chǎn)量的一種方法 寫(xiě)出在生產(chǎn)谷氨酸的過(guò)程中對(duì)數(shù)期和穩(wěn)定期的培養(yǎng)基 的 C/N 比 在工業(yè)上生產(chǎn) 谷氨酸使用的培養(yǎng)基從成分、 物理性 質(zhì)分別屬于什么培養(yǎng)基? 分別有什么優(yōu)點(diǎn) 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 1蘑菇是一種市場(chǎng)上常見(jiàn)的食用菌?;卮穑?(1)因?yàn)槟⒐绞切蜕?,所以種植蘑菇一般用棉籽殼或其他有機(jī)質(zhì) 作培養(yǎng)基,按化學(xué)成分該培養(yǎng)基為培養(yǎng)基,按物理性質(zhì)該培養(yǎng)基為 培養(yǎng)基。 (2)培養(yǎng)基在接種前要進(jìn)行滅菌處理,簡(jiǎn)單的就是將培養(yǎng)基堆放也能達(dá)到目 的,為什么? 滅菌的主要目的是為了消除其他細(xì)菌

31、、 真菌等其他微生物與平菇間的。 2某課題小組的研究性學(xué)習(xí)課題是探究影響細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的因素。他們?cè)谂?養(yǎng)細(xì)菌的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了某種細(xì)菌(記作 X)的周圍其他細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑 制。他們把 X 細(xì)菌接種到專門(mén)的培養(yǎng)基上培養(yǎng),一段時(shí)間后除去 X 細(xì)菌,用該 培養(yǎng)基再培養(yǎng)其他細(xì)菌,結(jié)果其他細(xì)菌仍然不能生長(zhǎng)和繁殖。據(jù)以上材料回答 下列問(wèn)題: 1)從生態(tài)學(xué)的角度分析,X 細(xì)菌與其周圍細(xì)菌之間的關(guān)系稱競(jìng) 爭(zhēng)。 (2) X 細(xì)菌周圍的其他細(xì)菌不能生長(zhǎng)和繁殖的原因最可能是X 細(xì)菌代謝過(guò)程 中產(chǎn)生了能抑制其他細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖的物質(zhì)。 (3)為驗(yàn)證(2)中的原因進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)參照上述題目中給出的有關(guān)材 料,補(bǔ)充相

32、關(guān)的實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果: 第一步:取兩個(gè)培養(yǎng)皿,按相同營(yíng)養(yǎng)成分配制成甲、乙兩個(gè)培養(yǎng)基。 第二步:在甲培養(yǎng)基上接種 X 細(xì)菌,培養(yǎng)一段時(shí)間后將 X 細(xì)菌除去;乙培養(yǎng)基 上不接種X細(xì)菌作為對(duì)照 第三步:在這兩個(gè)培養(yǎng)基上分別培養(yǎng)接種相同的其他細(xì)菌 第四步:在相同條件下,讓甲、乙兩個(gè)培養(yǎng)基上的細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果:甲培養(yǎng)基上的其他細(xì)菌不能生長(zhǎng)繁殖,乙培養(yǎng)基上的其他細(xì)菌能正 常生長(zhǎng)繁殖 3在污水處理方法中,最關(guān)鍵、最有效和最常 用的方法是微生物處理法。 微生物污水處理的一種方法: 整個(gè)過(guò)程及其 裝置的基本原理見(jiàn)右圖。 (1)曝氣池中的微生物主要的新陳代謝類型為_(kāi)。沉淀池中的微生 物主要的新陳代謝類型為_(kāi)

33、。 (2)這個(gè)裝置實(shí)際也是連續(xù)培養(yǎng)裝置, 在曝氣池中的微生物大多處于_ 期。 (3)污水為曝氣池中的微生物提供了_等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 (4)利用翼輪攪拌的作用是_。 課后鞏固課后鞏固 微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律(以細(xì)菌為例)微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律(以細(xì)菌為例) 1微生物的生長(zhǎng)常常以單位來(lái)研究。 2 微生 物群體 的生 長(zhǎng)的規(guī) 律,以為例 說(shuō)明 ,研究步 驟, 測(cè)定細(xì)菌群體生長(zhǎng)的方法有兩種,一種是,另一種是。 3微生物群體生長(zhǎng)規(guī)律的的曲線- (1)繪制方法;將少量的某種細(xì)菌接種到培養(yǎng)基中 條件培養(yǎng) 取樣測(cè)定 以作橫坐標(biāo),以作縱坐標(biāo),得到生長(zhǎng)曲線 (2) 細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線: 她描述了細(xì)菌群體從的動(dòng)態(tài)變化 過(guò)程。

34、和() 123 4 () (3)主要時(shí)期 A 調(diào)整期:細(xì)菌對(duì)新環(huán)境的過(guò)程。 菌體特 點(diǎn) :、 。 調(diào)整期的長(zhǎng)短與等因素有關(guān) 思考 1:調(diào)整期產(chǎn)生的原因?該時(shí)期大量合成的酶是合成酶還是誘導(dǎo)酶? 思考 2:根據(jù)細(xì)菌群體的生長(zhǎng)曲線,如何縮短調(diào)整期?它對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有何意 義? B 對(duì)數(shù)期:該細(xì)菌進(jìn)入階段 數(shù)目增長(zhǎng)的特點(diǎn): 思考:為什么? 菌體特點(diǎn): 應(yīng)用: C 穩(wěn)定期:整個(gè)培養(yǎng)基中達(dá)到動(dòng)態(tài)平 衡。 1 原因1 細(xì)菌下 降 2 32 增加 菌體特點(diǎn)1達(dá)到最高 2 大量積累,特別是 3 形成 思考 1:穩(wěn)定期和對(duì)數(shù)期的細(xì)菌在物質(zhì)和結(jié)構(gòu)有無(wú)區(qū)別? 思考 2:生產(chǎn)上為獲得抗生素,應(yīng)該采取哪些措施? 、應(yīng)用:獲

35、取的最佳時(shí)期:適當(dāng)補(bǔ)充, 有助于,提高 。 D 衰亡期:細(xì)菌的超過(guò)活細(xì)菌的數(shù)目 菌體特點(diǎn):細(xì)胞出現(xiàn),甚至:有些細(xì)胞: 釋放 (4)意義:連續(xù)培養(yǎng)法 概 念: 。 應(yīng) 用: 。 目的:保證,排出,使微生物保 持較長(zhǎng)時(shí)間的 。 應(yīng)用:等的生產(chǎn)。 意義;縮短,提高設(shè)備,便于 思考:細(xì)菌群體生長(zhǎng)曲線的哪一階段與種群數(shù)量變化的“J”型曲線相似? 哪一階段與種群數(shù)量變化的“S”型曲線相似? 種內(nèi)斗爭(zhēng)最激烈的是哪一階段? 與無(wú)機(jī)環(huán)境斗爭(zhēng)最激烈的是那一階段? 幾乎不存在種內(nèi)斗爭(zhēng)的是那一階段? (二)影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素: 主要是、。 1溫度 (1) 微生物生長(zhǎng)最旺盛時(shí)的溫度叫 (2) 絕大多數(shù)微生物最適溫

36、度是 (3) 在最適溫度范圍內(nèi),微生物的生長(zhǎng)速率隨而。 超過(guò)最適溫度范圍,微生物的生長(zhǎng)速率 原因。 2氧:依據(jù)微生物對(duì)氧氣的需求微生物分為 好氧性微生物:例 厭氧性微生物例 兼性厭氧性微生物例 3PH: (1) 每種微生物最適 PH 值不同 (2) 多數(shù)細(xì)菌最適 PH,真菌,放線菌 (3) 超過(guò)最適 PH,影響、,從而一向微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)的吸收。 思考:根據(jù)影響微生物的生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素,可采取哪些滅菌方法? 例題:某生物興趣小組開(kāi)展探究實(shí)驗(yàn),課題是:培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量與時(shí) 間的變化關(guān)系 實(shí)驗(yàn)材料:菌種和無(wú)菌馬鈴薯培養(yǎng)液、試管、血球計(jì)數(shù)板(2 mm2 mm 方格)、 滴管、顯微鏡等。 酵

37、母菌的顯微計(jì)數(shù)方法 1血球計(jì)數(shù)板:是帶有微小方格刻度的玻璃片, 用在顯微鏡下對(duì)血細(xì)胞,微生 物的計(jì)數(shù)。 2將含有酵母菌的培養(yǎng)液滴在計(jì)數(shù)板上,計(jì)數(shù)一個(gè)小方格內(nèi)的酵母菌數(shù)量,再 以此為根據(jù),估算試管中的酵母菌總數(shù)。連續(xù)觀察 7 天,并記錄每天的數(shù)值。 根據(jù)以上敘述回答下列問(wèn)題: (1) 根據(jù)所學(xué)知識(shí), 該課題的實(shí)驗(yàn)假設(shè)是: 開(kāi)始在資源和空間無(wú)限多的環(huán)境中, 酵母菌呈 J 型增長(zhǎng) ,隨著時(shí)間的推移,_環(huán)境中資源和空間逐漸變得有限,酵 母菌呈 S 型增長(zhǎng)。 (2) 本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有另設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn), 原因是_該實(shí)驗(yàn)在時(shí)間上形成前后自身對(duì)照_。 該實(shí)驗(yàn)是否需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)?_需要_,試解釋原因_為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)

38、確 性_。 (3)在吸取培養(yǎng)液制片前,要輕輕震蕩幾次試管,原因是_使酵母菌分布均勻 _。如果一個(gè)小方格內(nèi)酵母菌過(guò)多,難以數(shù)清,應(yīng)當(dāng)采取的措施是_增加稀釋倍 數(shù)。 對(duì)于壓在小方格界線上的酵母菌, 應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)數(shù)?_上下和左右只計(jì)一邊線上菌 體_。 例題分析例題分析 22微生物群體微生物群體 生長(zhǎng)的生長(zhǎng)的 規(guī)律的主要時(shí)期規(guī)律的主要時(shí)期 調(diào)整期:調(diào)整期:a.細(xì)菌對(duì)新環(huán)境的短暫調(diào)整或適應(yīng)過(guò)程; b.菌體特點(diǎn):不分裂繁殖、代謝活躍、體積增長(zhǎng)較快、大量合成分裂所需 類類、 ATP及其它細(xì)胞成分。 c.調(diào)整期的長(zhǎng)短與菌種、培養(yǎng)條件等因素有關(guān)。 思考:思考:1 1 調(diào)整期產(chǎn)生的原因?該時(shí)期大量合成的是誘導(dǎo)酶還是

39、合成酶? 2:調(diào)整期的長(zhǎng)短與菌種的遺傳特性、菌種的生長(zhǎng)階段(菌齡)菌齡) 、培養(yǎng)基的 成分等有關(guān),根據(jù)細(xì)菌群體的生長(zhǎng)曲線,如何縮短調(diào)整期?它對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐有 何意義?(提示:選擇對(duì)數(shù)期的菌體作為菌種,將菌體接入相同的或某些營(yíng)養(yǎng) 成分相同的培養(yǎng)基,可明顯縮短或消除調(diào)整期,從而縮短培養(yǎng)周期,提高設(shè)備 利用率) 對(duì)數(shù)期:對(duì)數(shù)期:A.該期細(xì)菌進(jìn)入快速分裂階段; B.菌體特點(diǎn):代謝旺盛、個(gè)體形態(tài)和生理特性比較穩(wěn)定; C.應(yīng)用:常作為生產(chǎn)用菌種和科研材料。 思考思考 3:對(duì)數(shù)期的細(xì)菌數(shù)目為什麼呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)? 穩(wěn)定期:整個(gè)培養(yǎng)基中新增細(xì)胞數(shù)和死亡細(xì)胞數(shù)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消 耗 原因:營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗,有害代

40、謝產(chǎn)物積累,pH 變化, 細(xì)胞分裂速率降,死亡細(xì)胞 數(shù)目增加。 菌體特點(diǎn):活菌數(shù)目達(dá)到最高峰,大量積累代謝產(chǎn)物,特別是次級(jí)代謝產(chǎn)物,形 成芽孢。 應(yīng)用:獲取次級(jí)代謝產(chǎn)物的最佳時(shí)期;適當(dāng)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),有助于延長(zhǎng)穩(wěn)定期, 提高產(chǎn)量。 思考思考 4:穩(wěn)定期與對(duì)數(shù)期的細(xì)菌在物質(zhì)組成上是否相同?有哪些方法能延長(zhǎng)穩(wěn)定 期以提高 代謝產(chǎn)物產(chǎn)量? 。 衰亡期衰亡期 a.細(xì)菌的死亡速率超過(guò)繁殖速率,活菌數(shù)目急劇下降 b.菌體特點(diǎn):細(xì)胞出現(xiàn)多種形態(tài),甚至畸形;有些細(xì)胞開(kāi)始解體;釋放代謝產(chǎn) 物 連續(xù)培養(yǎng)法連續(xù)培養(yǎng)法 概念:在一個(gè)流動(dòng)裝置中,以一定速度不斷添加新培養(yǎng)基,同時(shí)又以同樣速度 不斷排出老培養(yǎng)基。 目的:保證

41、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要,排出部分有害代謝產(chǎn)物,使微生物保持 較長(zhǎng)時(shí)間的高速生長(zhǎng)。 意義:縮短培養(yǎng)周期,提高設(shè)備利用率,且便于自動(dòng)化管理。 問(wèn)題:在微生物問(wèn)題:在微生物群體生長(zhǎng)的 過(guò)程中所有的 微生物都處于同一階段嗎?曲 線 中 哪 一 階 段 與 種 群 數(shù) 量 變 化 的 “ J ” 形 曲 線 相 似 ? 哪 一 階 段 與 種 群 數(shù) 量 變 化 的“ S ” 形 曲 線 相 似 ? 種內(nèi)斗爭(zhēng)最激烈的是哪個(gè)階段?與無(wú)機(jī)環(huán)境斗爭(zhēng)最激烈的是哪個(gè)階 段幾乎不存在種內(nèi)斗爭(zhēng)的是哪個(gè)階 B 段?。 32 相課堂練習(xí):右圖表示某細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中,在 X 點(diǎn)將 對(duì)16 該細(xì)菌移入與先前營(yíng)養(yǎng)條件不同的環(huán)境后

42、,細(xì)胞數(shù)、數(shù) 8 量 4 RNA、DNA 和蛋白質(zhì)的相對(duì)數(shù)量變化情況。據(jù)圖分 Y 2 析回答: X 1 (1) 在圖中所示 X 點(diǎn)前,細(xì)菌生長(zhǎng)處于_對(duì)數(shù)_ -6 -4 -2 0 20 40 60 80 100 _期,判斷依據(jù)是_細(xì)菌的相對(duì)數(shù)量不斷增加_ _。 (2) XY 之間相當(dāng)于細(xì)菌生長(zhǎng)的_調(diào)整_期,該時(shí)期細(xì)菌大量合成_ 初級(jí)_代謝產(chǎn)物。 (3) 若 C 曲線表示 DNA 的數(shù)量變化情況,則細(xì)胞數(shù)、 RNA、蛋白質(zhì)分別對(duì)應(yīng)圖中的_ DAB _曲線(填字母) 。 (二)影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素:(二)影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素:主要是溫度、pH、氧。 1、溫度PH: 微微 生生 物物 的的 生

43、生 長(zhǎng)長(zhǎng) 速速 率率 64 AC D ()溫度(PH) 超過(guò)最適生長(zhǎng)溫度后,微生物生長(zhǎng)速率急劇下降。 原 因:。 超過(guò)最適pH,影 響。 2、氧:厭氧型生物有 問(wèn)題思考問(wèn)題思考根據(jù)影響微生物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素,可以采取哪些滅菌方法 ? (提示:高溫滅菌,強(qiáng)酸、強(qiáng)堿滅菌等。) 發(fā)酵工程發(fā)酵工程左圖是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流 程圖,據(jù)圖回答下列問(wèn)題: (1)、能生產(chǎn)人生長(zhǎng)激素的工程菌是通過(guò)培 養(yǎng)的,是_基因工程_;高產(chǎn)青霉 素菌種是通過(guò)培育的,是_人工誘變_ _;是_細(xì)胞工程_。 (2)表示_接種_,表示_ 滅菌_。 (3)整個(gè)過(guò)程的中心階段是發(fā)酵,在此階段需 要隨時(shí)取樣、檢測(cè) _微生物的數(shù)目、代謝產(chǎn)

44、 物的濃度_等,以了解發(fā)酵進(jìn) 程,還要及時(shí)添加_培養(yǎng)基_, 同時(shí)嚴(yán)格控制_代謝條件_。 (4)若是單細(xì)胞蛋白的話,是_菌體_。氨基酸、維生素屬微 生物的_初級(jí)代謝產(chǎn)物_。 三鞏固練習(xí)三鞏固練習(xí) 三非選擇題 19.(9 分)谷氨酸鈉是谷氨酸的一種鈉鹽,是味精等調(diào)味品的主要成分,目前利 用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)的氨基酸中,谷氨酸是產(chǎn)量最大的種類之一。左下 圖表示某容器中培養(yǎng)的谷氨酸棒狀桿菌的生長(zhǎng)曲線。 + 微 生 生 長(zhǎng)d 物c 速 數(shù) 時(shí)間 率 目e b a - 時(shí)間 與其他生物比較,微生物代謝非常旺盛的原因是微生物個(gè)體小,表面積與體 積比大,物質(zhì)交換速率快。 為了測(cè)定培養(yǎng)液中細(xì)菌的數(shù)目,將 5

45、00 個(gè)紅細(xì)胞與 5 毫升該培養(yǎng)液混勻,然 后制片觀察,進(jìn)行隨機(jī)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下: 視野1視野2視野3視野4 紅細(xì)胞數(shù)20182220 細(xì)菌個(gè)數(shù)1039710595 該 5 毫升培養(yǎng)液共含有細(xì)菌約 2500個(gè)。 當(dāng)培養(yǎng)基中的碳源和氮源之比為 4: 1 時(shí), 有利于延長(zhǎng)圖中的bc段。 如果想延遲 de 段的出現(xiàn),可以采用連續(xù)培養(yǎng)的方法。 對(duì)照左上圖,在右上圖繪出表示谷氨酸棒狀桿菌生長(zhǎng)速率變化的曲線。 在自然狀態(tài)下,隨著谷氨酸棒狀桿菌細(xì)胞內(nèi)谷氨酸的大量積累,谷氨酸脫氫 酶的活性會(huì)下降,發(fā)酵生產(chǎn)中通常采取改變細(xì)胞膜的透性的 方法,使谷氨酸能迅速排放到細(xì)胞外面。 當(dāng)培養(yǎng)液中溶氧下降時(shí),發(fā)酵罐中有乳酸或琥珀

46、酸出現(xiàn)。 20. (8 分)酵母菌、大腸桿菌等是遺傳學(xué)上明星試驗(yàn)材料之一,常在生物技術(shù)上 用做工程菌。請(qǐng)分析回答: 在酵母菌代謝產(chǎn)生酒精過(guò)程中,其主要生殖方式是_ ;在酶工程 中,常用微生物作為發(fā)酵對(duì)象的原因是_容易培養(yǎng)、繁殖速度快等 _ (2) 若把大腸桿菌接種到含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中,只有葡萄糖全被消耗后 大腸桿菌才合成半乳糖苷酶來(lái)利用乳糖。這一事實(shí)表明半乳糖苷酶屬于_誘導(dǎo) 酶_酶。 (3)目前用谷氨酸棒桿菌生產(chǎn)谷氨酸提高產(chǎn)量的方法有a._ 改變遺傳特性_ _;b.改善發(fā)酵條件。在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中,一般采用_連續(xù)培養(yǎng)_ _方法, 即向發(fā)酵罐內(nèi)連續(xù)不斷地添加新鮮培養(yǎng)基, 同時(shí)又以同等速度不

47、斷地 放出老的培養(yǎng)基, 由此可見(jiàn), 次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成速度與菌體的繁殖速度無(wú)關(guān), 而與_菌體數(shù)量_有關(guān)。請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出這種方法培養(yǎng)下,大腸桿菌的群體 數(shù)量的對(duì)數(shù)與時(shí)間的變化曲線,并標(biāo)出橫坐標(biāo)軸上時(shí)間的含義。 (二分) 21. (10 分)生產(chǎn)谷氨酸等食品添加劑離不開(kāi)發(fā)酵工程。請(qǐng)就谷氨酸發(fā)酵回答下 列問(wèn)題。 (1)谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是_異養(yǎng)需氧型_。 (2)一定容積的培養(yǎng)液中進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵,C/N 比為 3:1 時(shí),活菌數(shù)可保持 最大;pH 呈現(xiàn)酸性時(shí),發(fā)酵產(chǎn)物是乙酰谷氨酰胺,這些事實(shí)說(shuō)明_環(huán)境條件的 變化,不僅影響菌種生長(zhǎng)繁殖,而且會(huì)影響菌種代謝產(chǎn)物的形成。 。 (3)為測(cè)定谷氨酸棒狀桿菌

48、生長(zhǎng)所需要的最適 pH,某同學(xué)設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)步 驟:配制適宜培養(yǎng)基分別分裝到 5 個(gè)錐形瓶中,用緩沖液分別調(diào)整 pH 為 4,0、 4.5、5.0、5.5、6.0,分別標(biāo)號(hào) I、II、III、IV、V 組;將每組培養(yǎng)基等量分裝到 3 支試管中,加棉塞并包扎,每組試管外掛上相應(yīng)標(biāo)簽;在灑精燈上加熱煮沸 1 0 分鐘滅菌后冷卻;無(wú)菌條件下接種等量菌種;37恒溫箱中培養(yǎng) 24h;測(cè)定每 組谷氨酸的平均產(chǎn)量;記錄、統(tǒng)計(jì)并分析記錄。 A 上述步驟中有 3 個(gè)明顯科學(xué)性錯(cuò)誤,請(qǐng)?jiān)谙鄳?yīng)文字下劃線標(biāo)記,并按序改正 如下: ( _)6.5、7.0、7.5、8.0、8.5; _。 _在 98KPa 下高壓蒸汽滅菌

49、 20min(答高壓蒸也滅也給分_。 _測(cè)定蓖體的細(xì)胞數(shù)目或測(cè)重量后再計(jì)算出細(xì)胞總重量_。 B 試列出每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表格(含標(biāo)題) C若按改正后步驟實(shí)驗(yàn),請(qǐng)將預(yù)期結(jié)果用曲線圖表示走勢(shì)。 (3分) B 不同 pH 下谷氧酸棒狀菌的數(shù)量(或細(xì)胞總重量統(tǒng)計(jì)表 培養(yǎng)基標(biāo)號(hào)I(pH6.5)II(pH7.0) III (pH7.5) IV(pH8.0) V(pH8.5) 細(xì)胞平均數(shù) 目/細(xì)胞平 均重量 22盡管微生物發(fā)酵有各種各樣的產(chǎn)物,但通常它們的生產(chǎn)能力小而且單一, 不能勝任大批量的工業(yè)生產(chǎn),于是,科學(xué)家們想方設(shè)法使它們的功力增長(zhǎng)幾 十倍到上百倍。 第一種方法是用人工方法讓微生物的 DNA 發(fā)

50、生突變。 比如在 DNA 分子的長(zhǎng)鏈 中插入或刪除堿基,或者把某一堿基換成另一種。然后在這些菌種中篩選出符 合我們要求的能增加產(chǎn)量的個(gè)體。 第二種方法叫原生質(zhì)融合法。這是將兩種具有不同發(fā)酵本領(lǐng)的微生物細(xì)胞放 在一起進(jìn)行處理,溶解掉細(xì)胞壁,讓它們的原生質(zhì)相互融合。等到重新長(zhǎng)出細(xì) 胞壁后,一種新的微生物誕生了。它可以同時(shí)具有兩種微生物的發(fā)酵能力,也 可能產(chǎn)生新的本領(lǐng)。 第三種方法是通過(guò)直接轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì) DNA,制備出有超強(qiáng)能力的發(fā)酵微生物。 以下是一個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)維生素 C 的例子:科學(xué)家找到兩種微生物-草生歐文氏 菌和棒狀桿菌。當(dāng)它們共同作用時(shí),可以通過(guò)發(fā)酵而產(chǎn)生維生素 C,后來(lái)人們 發(fā)現(xiàn),這兩種菌在生產(chǎn)維生素C 的過(guò)程中好象接力賽一樣,各自先后承擔(dān)一段 任務(wù):先由草生歐文氏菌將原料發(fā)酵成為一種中間產(chǎn)物,隨后再由棒狀桿菌把 中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素 C??茖W(xué)家把棒狀桿菌體內(nèi)與完成后半段工作有關(guān)的遺 傳物質(zhì)移人到草生歐文氏菌體內(nèi),與它的

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