高三生物一輪復習學案第15單元 發(fā)酵工程

12271生物學習設計與指導第十五單元發(fā)酵工程編制：審核：審批：時間：第十五單元發(fā)酵工程-獲得純凈的微生物、制作果酒等食品圖15-1發(fā)酵裝置現(xiàn)代大規(guī)模生產的發(fā)酵工程，是利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品的一種新技術。發(fā)酵工程的內容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產品的分離提純等方面。微生物有多種用途，90％以上的微生物是對人類有利的。如何在實驗室培養(yǎng)、分離純化我們想要的微生物？我們如何利用微生物的特定功能來制作日常生活中的某些食品？本單元我們將一起來探究微生圖15-1發(fā)酵裝置物的培養(yǎng)和應用。本單元我們先制備牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基進行酵母菌純化培養(yǎng)，初步掌握實驗室培養(yǎng)微生物的基本技術；然后通過調整培養(yǎng)基的配方有目的的分離、篩選尿素分解菌和纖維素分解菌，明確分離培養(yǎng)微生物的一般方法。通過利用特定的微生物制作果酒、果醋、腐乳、泡菜等食品，初步認識發(fā)酵工程是利用微生物的特定功能規(guī)模生產化生產對人類有用的產品。一、單元學習主題（一）單元學習目標1.結合271BAY資源研讀科學史，初步了解常見發(fā)酵技術發(fā)展及用途，設計實驗制作果酒、果醋和泡菜，總結果酒、果醋和泡菜制作的原理、實驗過程及操作要點。2.分析材料，說出培養(yǎng)基的種類、營養(yǎng)成分、制備步驟及實驗室常用的消毒和滅菌方法。概述實驗室中微生物分離、純化和測定數(shù)量的常用方法。3.列舉發(fā)酵工程在生活中的應用，并對比分析現(xiàn)代工業(yè)生產和傳統(tǒng)發(fā)酵的優(yōu)缺點。（二）單元學習計劃學習內容課時內容要求整體認知4結合《學習設計與指導》單元學習內容部分，在問題引領下研讀文本，查閱271BAY中資源，形成自己的認知，嘗試初步構建本單元知識結構核心內容傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用11．常生活中的某些食品是運用傳統(tǒng)發(fā)酵技術生產的2．發(fā)酵工程利用現(xiàn)代工程技術及微生物的特定功能，工業(yè)化生產人類所需產品微生物的培養(yǎng)技術及應用21．在發(fā)酵工程中滅菌是獲得純凈的微生物培養(yǎng)物的前提無菌技術是在操作過程中，保持無菌物品與無菌區(qū)域不被微生物污染的技術2．平板劃線法和稀釋涂布平板法是實驗室中進行微生物分離和純化的常用方法，稀釋涂布平板法和顯微鏡計數(shù)法是測定微生物數(shù)量的常用方法發(fā)酵工程及其應用11．發(fā)酵工程在醫(yī)藥、食品及其他工農業(yè)生產上有重要的應用價值2．到當?shù)匕l(fā)酵企業(yè)工廠，向他們咨詢公司生產哪些發(fā)酵產品，目前遇到的主要困難是什么，并提出自己合理化建議（三）單元學習評價評價內容評價量規(guī)等級整體認知概述傳統(tǒng)發(fā)酵技術和微生物培養(yǎng)技術的使用過程?！锬茌^好完成271BAY中關于整體認知的階段性評價?！铩锬芙Y合認知情況用思維導圖的形式初步構建出本單元的知識結構?！铩铩飩鹘y(tǒng)發(fā)酵技術的應用能說出果酒、果醋和泡菜的制作原理、實驗流程?！锬茏灾髟O計制作葡萄酒、葡萄醋和泡菜的實驗方案，總結出操作要點?！铩锬芨鶕?jù)實驗方案制作葡萄酒和葡萄醋，并初步評價葡萄酒和葡萄醋是否制成?！铩铩锬苷f出泡菜制作、亞硝酸鹽含量檢測的原理。★微生物的培養(yǎng)技術和應用能說出培養(yǎng)基的種類、營養(yǎng)成分、制備步驟、實驗室常用的消毒及滅菌方法?！锬茉O計出較完整的酵母菌純化培養(yǎng)的實驗方案，并概述兩種常用的分離純化方法?！铩锬芨鶕?jù)實驗方案較規(guī)范的完成酵母菌的純化培養(yǎng)，并能解釋日常保存食品的原理。★★★能說出尿素分解菌的分離、鑒定的原理，并概述常用的測定微生物數(shù)量的方法?！锬茉O計出分離和計數(shù)尿素分解菌的實驗方案，并能初步總結出利用選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)目的微生物的思路。★★能根據(jù)實驗方案掌握分離和計數(shù)尿素分解菌的方法?！铩铩锇l(fā)酵工程的應用能準確描述發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)并分析其中原理，并設計發(fā)酵罐。★到當?shù)匕l(fā)酵企業(yè)工廠，向他們咨詢公司生產哪些發(fā)酵產品，目前遇到的主要困難是什么，并提出自己合理化建議?！铩锒?、單元學習內容（一）單元整體認知：依據(jù)教材與271BAY中的資源，來理解以下核心內容1.從傳統(tǒng)發(fā)酵技術到發(fā)酵工程生物學史。2.果酒、果醋和泡菜制作所需要的菌種、溫度及氧氣情況、制作流程，果醋制作過程中氧氣糖源充足時和缺少糖源時的反應過程。3.在實驗室培養(yǎng)微生物，常用的消毒和滅菌方法及消毒和滅菌的區(qū)別；按照物理性質、功能用途培養(yǎng)基的分類；培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分；酵母菌純培養(yǎng)的方法步驟；微生物選擇培養(yǎng)和技術的方法；尿素分解菌的分離和計數(shù)。4.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，發(fā)酵罐裝置，在實際生產生活中的應用。（二）單元學習活動第一學時：傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用學習目標:1.研讀文本，說出果酒、果醋和泡菜制作的原理及發(fā)酵裝置的不同。2.自主設計果酒、果醋和泡菜的制作方案，并歸納出實驗過程中的注意事項及原因。3.搜集果酒和果醋工業(yè)化生產的工藝流程，對比傳統(tǒng)工業(yè)分析區(qū)別和聯(lián)系。學習任務：設計果酒、果醋和泡菜的制作方案圖15-2葡萄酒釀酒和制醋是最古老的的生物技術，至今已有五六千年的歷史。果酒中葡萄酒醇厚、濃郁，耐人尋味，蘋果酒清香、明快，風味清爽。果酒和果醋含有豐富的維生素和人體所需的氨基酸，含有大量的多酚可以起到抑制脂肪在人體中堆積的作用。無論是果酒還是果醋，都具有一定的保健養(yǎng)生的功效。不同的果酒、果醋的風味和功效不同。圖15-2葡萄酒圖15-3泡菜泡菜是人們喜愛的開胃食品，它是利用天然微生物進行發(fā)酵而制成的。世界各地都有泡菜的影子，風味也因各地做法不同而有異，其中涪陵榨菜、法國酸黃瓜、德國甜酸甘藍，并稱為世界三大泡菜。已制妥的泡菜有豐富的乳酸菌，可幫助消化。圖15-3泡菜學習活動1：果酒和果醋的制作研讀文本、查閱相關材料及271BAY中相關資源，先自主設計實驗方案，寫出關鍵步驟；小組討論方案的科學性、可行性，修改完善后小組分工合作制作葡萄酒和葡萄醋。思考：1.以蘋果、葡萄等為原料制成的果酒和果醋飲料符合現(xiàn)代人健康的消費理念。在這個過程中，哪些微生物發(fā)揮了重要的作用？原理是什么？2.寫出制作果酒、果醋的實驗方案。注意從制作流程、選材及處理、發(fā)酵條件的控制、以及產物檢測等方面對果酒、果醋的制作過程進行比較。3.下圖是制作果酒和果醋發(fā)酵裝置的示意圖，借助裝置思考如下：圖圖15-4果酒、果醋制作裝置①分析裝置中甲、乙、丙的名稱及它們各自的作用。乙長而彎曲，其目的是什么？結合果酒果醋的制作原理，思考應該如何使用這個發(fā)酵裝置？②葡萄汁在制作時是否需要去皮和滅菌？請說明原因。圖中發(fā)酵裝置中葡萄汁的量是否恰當？并分析原因。4.醋瓶子、未喝干的啤酒瓶子放置久了，在醋和啤酒表面形成一層“白膜”。它是怎樣形成的？學習活動2：自制泡菜研讀文本，查閱相關材料及271BAY中相關資源，根據(jù)泡菜制作的原理，先自主設計實驗方案；小組討論方案的科學性、可行性，修改完善后小組分工合作完成泡菜的制作并檢測亞硝酸鹽的含量。思考：1.寫出泡菜制作的實驗方案，寫出制作的原理，為什么泡菜壇只能裝八成滿？2.在泡菜制作過程中鹽和水的比例是多少？為什么要煮沸冷卻使用？制作過程中哪些操作可以控制無氧環(huán)境？3.泡菜腌制過程中哪些因素會影響亞硝酸鹽含量？乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽是如何變化的并分析最好在什么時間食用泡菜？遷移提升：在元朝，帝王曾下禁酒令，但是，唯獨對果酒放行。在元大都宮城內，還建有“紅酒室”。據(jù)《折津志》等記載，石榴酒等都是元代果酒中常見之品。用楊梅釀酒，早在晉代已風行嶺西，非貴人重客不得飲用。古代果酒的釀制方法，主要有以下幾種：一種是通過果子本身的糖份進行自然發(fā)酵法。另一種是在果汁里加酒曲，像釀制糯米酒那種方法。還有一種就是將發(fā)酵后的酒入甑蒸餾，成為燒酒型的果酒，此方法在明代時已出現(xiàn)了。雖然說現(xiàn)代釀酒方式大多都都是從古代流傳下來的，分別是蒸餾、配制、發(fā)酵等，但是卻又有著很大的區(qū)別。因為現(xiàn)代釀酒工藝不僅延續(xù)的古法的精髓，還加入了一些新時代的思想與方法，以及先進的白酒工藝，多種優(yōu)勢的強強結合，使得此酒更加美味。果醋生產工藝也是不斷改進。請搜集果酒和果醋工業(yè)化生產的工藝流程，比較自己制作果酒和果醋的方法與這些流程有哪些異同。請思考：當把少量制作轉化為大規(guī)模生產時，需要解決哪些實際問題？嘗試總結它們的區(qū)別和聯(lián)系。學時評價：評價內容評價量規(guī)自我評價能說出果酒、果醋和泡菜的制作原理、實驗流程★能自主設計制作葡萄酒、葡萄醋和泡菜的實驗方案，總結出操作要點★★比較果酒、果醋制作裝置的不同，并能描述各個部分的作用★★★能根據(jù)實驗方案制作葡萄酒和葡萄醋，并能說出評價葡萄酒和葡萄醋是否制成功的方法和防止污染的措施★★★★能說出泡菜制作時影響因素及控制無氧的條件★★高效參與課堂學習，并提出有價值的問題，及時整理★★★★第二學時：微生物的培養(yǎng)技術及應用學習目標：1.研讀教材并借助271BAY資源，舉例說出培養(yǎng)基的成分及純培養(yǎng)過程中無菌操作的方法。2.模擬倒平板、平板劃線、稀釋涂布等操作，設計出分離和計數(shù)尿素分解菌的實驗方案，總結操作中的注意事項及原理。3.嘗試設計實驗方案分離反芻動物瘤胃中的微生物，并舉例說明生活中避免雜菌污染的措施。學習任務：設計酵母菌純化，分離細菌和計數(shù)方案19世紀中期，關系到法國經(jīng)濟命脈的釀造業(yè)曾一度遭受毀滅性的打擊。在生產過程中，出現(xiàn)了葡萄酒變酸、變味的怪事，經(jīng)過一番研究，法國科學家巴斯德發(fā)現(xiàn)，導致生產失敗的原因在于發(fā)酵物中混入雜菌。由此人們認識到保持培養(yǎng)物純凈的重要性。學習活動3：酵母菌純培養(yǎng)酵母菌在我們日常生活中的食品生產過程具有重要的地位，如果酒、啤酒、面包等的生產。我們可以在實驗室中獲得純的酵母菌。利用牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基進行酵母菌純培養(yǎng)，可分成制備培養(yǎng)基、純培養(yǎng)兩個階段。圖15-6圖15-6超凈臺和微生物實驗用具思考：1.培養(yǎng)基按照物理性質分為哪兩類？它們的區(qū)別是什么？培養(yǎng)基中一般含有的營養(yǎng)物質有哪些？牛肉膏、蛋白胨分別提供哪些營養(yǎng)？舉例說明不同微生物培養(yǎng)還需要注意哪些條件。2.獲得純凈微生物培養(yǎng)物的關鍵是什么？無菌技術的作用有什么？消毒和滅菌的區(qū)別是什么？舉例說明消毒和滅菌有哪些。3.寫出酵母菌純培養(yǎng)的操作步驟，其中倒平板的溫度是多少？最終培養(yǎng)為什么要倒置平板？4.接種和分離酵母菌的方法是什么？如何避免雜菌污染？如何進行劃線？5.在未接種的培養(yǎng)基表面如果有菌落生長，說明了什么？在接種酵母菌的培養(yǎng)基上如果觀察到不同形態(tài)的單菌落，可能是哪些原因引起的？學習活動4：分解尿素細菌的分離與計數(shù)脲或稱尿素，是蛋白質降解的產物。人和其他哺乳動物的尿中都含有尿素，大量尿素的存在會對環(huán)境造成污染。有一些細菌含有脲酶，它們可以通過降解尿素作為其生長的氮源。這類細菌可以從土壤中分離出來。研讀文本、查閱相關材料，先自主設計實驗方案，寫出關鍵步驟，并標明注意事項；然后小組討論方案的科學性、可行性，修改完善后小組分工合作完成尿素分解菌的分離。思考：1.分離土壤中能分解尿素的細菌需要什么培養(yǎng)基？分離的原理是什么？2.本實驗常用稀釋涂布平板法來分離和統(tǒng)計樣品中活菌的數(shù)目。用該方法統(tǒng)計活菌數(shù)的原理是什么？一般選擇菌落數(shù)為多少的平板進行計數(shù)？在同一稀釋度下，應如何操作計數(shù)？統(tǒng)計結果與真實值相比有什么關系？請分析原因。3.除上述活菌計數(shù)外，還有什么方法？計數(shù)結果與上述方法有什么區(qū)別?為什么？4.樣品的稀釋程度直接影響平板上生長的菌落數(shù)目，本實驗應選擇稀釋倍數(shù)為多少的稀釋液進行平板培養(yǎng)？分析選擇的原因。5.若實驗中在5個細菌培養(yǎng)基平板上，均接種稀釋倍數(shù)為105的土壤樣品液0.1mL，培養(yǎng)一段時間后，平板上長出的細菌菌落數(shù)分別為13、156、462、178和191。則每克土壤樣品中的細菌數(shù)量為多少個？遷移提升：反芻動物，如牛和山羊，具有特殊的器官——瘤胃。在瘤胃中生活著多種微生物，其中許多微生物能以尿素作惟一氮源。請你設計一個實驗，從瘤胃中分離出能夠分解尿素的微生物。學時評價：評價內容評價量規(guī)自我評價能說出培養(yǎng)基的種類、營養(yǎng)成分、制備步驟、實驗室常用的消毒及滅菌方法★能準確說出接種工具、培養(yǎng)基、培養(yǎng)皿、操作空間、實驗者、牛奶等的消毒、滅菌方法，并總結出消毒滅菌的區(qū)別★★能準確說出平板劃線法接種環(huán)灼燒、劃線操作和稀釋涂布平板無菌、保證準確計數(shù)的操作及原理★★★能設計出分離和計數(shù)尿素分解菌的實驗方案，并能初步總結出利用選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)目的微生物的思路?！铩锬芨鶕?jù)實驗方案掌握分離和計數(shù)尿素分解菌的方法?！铩铩锬茉O計對照實驗檢驗培養(yǎng)基是否被雜菌污染以及是否篩選出所需菌落，并對該菌進行計數(shù)?！铩铩铩锔咝⑴c課堂學習，并提出有價值的問題，及時整理★★★★第三學時：發(fā)酵工程及其應用學習目標：1.研讀教材并借助271BAY資源，舉例說出發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和過程原理。2.分析發(fā)酵罐示意圖，結合發(fā)酵的基本環(huán)節(jié)總結各部分作用及使用方法。3.列舉發(fā)酵工程在生活中方面的應用并辯證分析精釀啤酒與工業(yè)啤酒的優(yōu)缺點。學習任務：構建發(fā)酵罐模型，并梳理發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)隨著人們對發(fā)酵原理的認識，微生物純培養(yǎng)技術的建立，以及密閉式發(fā)酵罐的設計成功，人們能夠在嚴格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產發(fā)酵產品，發(fā)酵工程逐步形成。那么發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么？應用發(fā)酵工程能夠生產哪些產品呢？學習活動5：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和應用圖15-7發(fā)酵罐簡易示意圖發(fā)酵工程的應用：在醫(yī)藥工業(yè)上的應用：基于發(fā)酵工程技術，開發(fā)了種類繁多的藥品，如人類生長激素、\t"/item/%E5%8F%91%E9%85%B5%E5%B7%A5%E7%A8%8B/_blank"重組乙肝疫苗、某些種類的\t"/item/%E5%8F%91%E9%85%B5%E5%B7%A5%E7%A8%8B/_blank"單克隆抗體、白細胞介素－2、\t"/item/%E5%8F%91%E9%85%B5%E5%B7%A5%E7%A8%8B/_blank"抗血友病因子等。在食品工業(yè)上的應用：主要有三大類產品，一是生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品，如啤酒、果酒、\t"/item/%E5%8F%91%E9%85%B5%E5%B7%A5%E7%A8%8B/_blank"食醋/