【課件】1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量，價(jià)格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，一瓶規(guī)格160萬(wàn)單位青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？選育高產(chǎn)菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品（一）教學(xué)目標(biāo)1.概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)。2.舉例說(shuō)明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上又重要的應(yīng)用價(jià)值。（二）教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)、發(fā)酵工程的應(yīng)用。2.教學(xué)難點(diǎn)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用（三）本節(jié)聚焦1.什么是發(fā)酵工程？2.發(fā)酵工程的一般流程是什么？3.發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值？第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用

發(fā)酵工程與食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系。那么，發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)是什么？應(yīng)用發(fā)酵工程能夠生產(chǎn)哪些產(chǎn)品呢？

發(fā)酵工程是指利用微生物的特定功能，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類(lèi)有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的分離和提純等方面。

發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。

隨著人們對(duì)發(fā)酵原理的認(rèn)識(shí)，微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立，以及密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)成功，人們能夠在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，發(fā)酵工程逐步形成。（一）發(fā)酵工程的形成（二）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)旁欄思考（p22）：某鎮(zhèn)特產(chǎn)一種美酒，以下是對(duì)該鎮(zhèn)環(huán)境的描述：四面環(huán)山，地勢(shì)低洼，氣候炎熱，具有獨(dú)特的微生物種群，因?yàn)榕c外界的空氣對(duì)流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。這對(duì)你理解發(fā)酵工程中菌種選育的重要性有什么啟示？提示：我國(guó)幅員遼闊，地理生態(tài)環(huán)境多樣，為各種微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了條件，這有利于發(fā)酵工程選育菌種。優(yōu)良的菌種不僅具有健壯，不易退化，其發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，它往往還會(huì)賦予發(fā)酵產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，因此菌種選育環(huán)節(jié)很大程度上決定了生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品的成敗。（二）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來(lái)，也可以通過(guò)誘變育種或基因工程育種獲得。生產(chǎn)檸檬酸就需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉。在啤酒生產(chǎn)中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速發(fā)酵過(guò)程，縮短生產(chǎn)周期。2.擴(kuò)大培養(yǎng)工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（二）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.培養(yǎng)基配制在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。4.滅菌發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。例如，在青霉素生產(chǎn)過(guò)程中如果污染了雜菌，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶將青霉素分解掉。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌。5.接種一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（二）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)6.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵

現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；還可以進(jìn)行反饋控制，使發(fā)酵全過(guò)程處于最佳狀態(tài)。

這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過(guò)程中，要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。還要及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分，要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。例如，谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會(huì)積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（二）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)7.分離、提純產(chǎn)物如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過(guò)濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來(lái)獲得產(chǎn)品。8.獲得產(chǎn)品一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（二）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？2.怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需要？3.在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？4.在進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，排出的氣體和發(fā)起培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？結(jié)合圖1-9，分析和討論以下問(wèn)題。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？結(jié)合圖1-9，分析和討論以下問(wèn)題。提示：需要考慮的因素包括：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長(zhǎng)繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析2.怎樣對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長(zhǎng)需要？結(jié)合圖1-9，分析和討論以下問(wèn)題。提示：要對(duì)溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其最適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)及時(shí)添加必要的營(yíng)養(yǎng)組分。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析3.在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？結(jié)合圖1-9，分析和討論以下問(wèn)題。提示：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會(huì)再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡(jiǎn)單的沉淀、過(guò)濾等方法來(lái)分離和提純產(chǎn)物。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法；在進(jìn)一步純化階段，會(huì)采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無(wú)論是代謝物還是菌體本身，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)分析4.在進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，排出的氣體和發(fā)起培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？結(jié)合圖1-9，分析和討論以下問(wèn)題。提示：不能。因?yàn)樵谶M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。為了減少或避免污染物的產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)該對(duì)排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（一）發(fā)酵工程的特點(diǎn)1.生產(chǎn)條件溫和。2.原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉。3.產(chǎn)物專(zhuān)一。4.廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小以及容易處理。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用4.在其他方面的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用第一，生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵食品。如：用大豆來(lái)生產(chǎn)醬油產(chǎn)品。谷物或水果生產(chǎn)各種酒類(lèi)。大豆（蛋白質(zhì))黑曲霉（蛋白酶）小分子的肽和氨基酸醬油淋洗、調(diào)制二、發(fā)酵工程的應(yīng)用啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

我國(guó)是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖所示。其中發(fā)酵過(guò)程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個(gè)階段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間進(jìn)行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時(shí)間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程二、發(fā)酵工程的應(yīng)用分析討論

1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在下面啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等。有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個(gè)問(wèn)題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？提示：菌種的選育、對(duì)原材料的處理、發(fā)酵過(guò)程的控制，產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程二、發(fā)酵工程的應(yīng)用分析討論2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進(jìn)行過(guò)濾和消毒處理等。有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個(gè)問(wèn)題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)量低和價(jià)格高，卻依然有著市場(chǎng)需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？提示：應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類(lèi)產(chǎn)品具有多樣化的特點(diǎn)，能夠滿足一些人對(duì)獨(dú)特口感的需求，或者滿足一些人的時(shí)尚追求。另一方面,這類(lèi)產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用第二，生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。

食品添加劑不僅可以增加食品的營(yíng)養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，有時(shí)還可以延長(zhǎng)食品的保存期。許多食品添加劑都通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)。添加劑類(lèi)型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋(píng)果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5'-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用第二，生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。添加劑類(lèi)型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋(píng)果酸、檸檬酸、乳酸增味劑5'-肌苷酸二鈉、谷氨酸鈉著色劑β-胡蘿卜素、紅曲黃色素增稠劑黃原膠、β-環(huán)狀糊精、結(jié)冷膠防腐劑乳酸鏈球菌素、溶菌酶實(shí)例：①檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品酸度調(diào)節(jié)劑，可以通過(guò)黑曲霉的發(fā)酵制得。②由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過(guò)一系列處理就能制作味精。食品添加劑有23個(gè)類(lèi)別，2000多個(gè)品種，包括酸度調(diào)節(jié)劑、抗結(jié)劑、消泡劑、抗氧化劑、漂白劑、膨松劑、著色劑、護(hù)色劑、酶制劑、增味劑、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、防腐劑、甜味劑、增稠劑、香料等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用食品添加劑≠違法添加物

公眾談食品添加劑色變，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加劑的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加劑的頭上顯然是不公平的?！秶?guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于嚴(yán)厲打擊食品非法添加行為切實(shí)加強(qiáng)食品添加劑監(jiān)管的通知》中要求規(guī)范食品添加劑生產(chǎn)使用：嚴(yán)禁使用非食用物質(zhì)生產(chǎn)復(fù)配食品添加劑，不得購(gòu)入標(biāo)識(shí)不規(guī)范、來(lái)源不明的食品添加劑，嚴(yán)肅查處超范圍、超限量等濫用食品添加劑的行為，同時(shí)要求在2011年年底前制定并公布復(fù)配食品添加劑通用安全標(biāo)準(zhǔn)和食品添加劑標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用第三，生產(chǎn)酶制劑。

常用的酶制劑如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。

目前，已有50多種酶制劑成功用于食品的直接生產(chǎn)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。這些酶制劑除少數(shù)由動(dòng)植物生產(chǎn)，絕大多數(shù)通過(guò)發(fā)酵工程生產(chǎn)。

請(qǐng)你回憶一下自己做過(guò)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，想一想曾經(jīng)使用過(guò)哪些酶制劑。淀粉酶等。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（1）采用基因工程的方法,將植物或動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中,獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物。如利用工程菌發(fā)酵生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋放抑制激。（2）直接對(duì)菌種進(jìn)行改造,再通過(guò)發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。如通過(guò)誘變的青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（3）未來(lái)可能用微生物生產(chǎn)過(guò)去只能從植物中分離提取的紫杉醇、青蒿素前體等。（4）利用基因工程將病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞，制成生物疫苗。如一種生產(chǎn)乙型肝炎疫苗的方法就是將乙型肝炎病毒的抗原基因傳入酵母菌，再通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用第一，生產(chǎn)微生物肥料。

利用了微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來(lái)增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，常見(jiàn)的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料還可以抑制土壤中病原微生物的生長(zhǎng)，從而減少病害的發(fā)生。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥不同，微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲(chóng)害的。如：利用蘇云金桿菌防治多種農(nóng)林蟲(chóng)害；利用白僵菌防治玉米螟和松毛蟲(chóng)；一種放線菌產(chǎn)生的抗生素-井岡霉素可防治水稻枯紋病。微生物農(nóng)藥作為生物防治的重要手段。將在農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。第二，生產(chǎn)微生物農(nóng)藥。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用第三，生產(chǎn)微生物飼料。

微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，如細(xì)菌的蛋白質(zhì)含量占細(xì)胞干重的60%~80%,且生長(zhǎng)繁殖速度很快。單細(xì)胞蛋白：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(guò)發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體。即單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用：食品添加劑、微生物飼料等。其中微生物飼料能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。乳酸菌：在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，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。

單細(xì)胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還還有糖類(lèi)、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)，以后我老牛是不是吃點(diǎn)微生物菌體就可以健康地活下去呢？二、發(fā)酵工程的應(yīng)用二、發(fā)酵工程的應(yīng)用（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用4.在其他方面的應(yīng)用

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(wèn)題上，作出了越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。（1）解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)。（2）對(duì)極端微生物（生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境）的利用。

利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑；嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的生產(chǎn)。思考提示：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,可以利用農(nóng)作物廢棄物生產(chǎn)食用菌,利用菌糠生產(chǎn)有機(jī)肥或部分替代動(dòng)物飼料;在植物保護(hù)方面,應(yīng)用微生物產(chǎn)生的抗生素來(lái)生產(chǎn)生物農(nóng)藥,治理病蟲(chóng)害等。1.請(qǐng)列舉一下發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)方面的其他應(yīng)用。提示：利用微生物發(fā)酵清理城市廢棄物垃圾,利用發(fā)酵工程使煙氣脫硫,還可以利用微生物工程除臭等。2.請(qǐng)列舉一下發(fā)酵工程在其他行業(yè)中的應(yīng)用。二、發(fā)酵工程的應(yīng)用

具體應(yīng)用成果在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品利用霉菌發(fā)酵生產(chǎn)醬油、利用釀酒酵母生產(chǎn)各種酒類(lèi)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑利用黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸、利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸生產(chǎn)酶制劑利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)淀粉酶、果膠酶、脂肪酶和氨基肽酶等在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用通過(guò)工程菌生產(chǎn)藥物利用工程菌發(fā)酵生產(chǎn)生長(zhǎng)激素釋放抑制激素通過(guò)改造菌種生產(chǎn)藥物通過(guò)誘變的青霉菌發(fā)酵生產(chǎn)青霉素二、發(fā)酵工程的應(yīng)用

具體應(yīng)用成果在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥生產(chǎn)微生物農(nóng)藥利用蘇云金桿菌防治多種農(nóng)林蟲(chóng)害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛蟲(chóng)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物飼料利用淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液通過(guò)發(fā)酵獲得大量微生物菌體用于飼料生產(chǎn)在其他方面的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯對(duì)極端微生物的利用利用嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.列出你昨天一天的食譜，看看那些食品是直接由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的？那些食品中添加了經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)的食品添加劑？2.當(dāng)?shù)厥欠裼邪l(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)？如果有，請(qǐng)進(jìn)行以下調(diào)查活動(dòng)：（1）咨詢當(dāng)?shù)卣芾聿块T(mén)，了解以下信息：這些企業(yè)的年產(chǎn)值是多少？占當(dāng)?shù)貒?guó)民生產(chǎn)總值的比例是多少？提供了多少就業(yè)崗位？（2）你的家人和朋友是否有正在從事分解工業(yè)生產(chǎn)的，如果有，咨詢以下問(wèn)題：他們所在公司目前生產(chǎn)那些分解產(chǎn)品？經(jīng)濟(jì)效益如何？該行業(yè)遇到的主要困難是什么？要解決這些困難，對(duì)分解技術(shù)提出了那些新要求？二、發(fā)酵工程的應(yīng)用練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)

與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類(lèi)更加豐富，產(chǎn)量和質(zhì)粒明顯提高。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來(lái)進(jìn)行發(fā)酵。（2）發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝、酶及菌體本身。（3）在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件變化不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，也會(huì)影響微生物的代謝途徑。（4）通過(guò)發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白?！痢獭痢叹毩?xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，人們遇到了兩個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)或查閱資料，并發(fā)揮想象力，提出解決這些問(wèn)題的思路。（1）青霉素發(fā)酵是高耗氧過(guò)程，如何能夠保證在發(fā)酵過(guò)程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢？（2）在發(fā)酵過(guò)程中，總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過(guò)對(duì)青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn)，在青霉素與頭孢霉素的合成過(guò)程中，它們有一個(gè)共同的前體，這個(gè)前體經(jīng)過(guò)兩種不同的酶的作用分別合成兩個(gè)產(chǎn)物。如何改造青霉素生產(chǎn)菌使其只產(chǎn)生青霉素，或者只產(chǎn)生頭孢霉素呢？練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，人們遇到了兩個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)或查閱資料，并發(fā)揮想象力，提出解決這些問(wèn)題的思路。（1）青霉素發(fā)酵是高耗氧過(guò)程，如何能夠保證在發(fā)酵過(guò)程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢？提示：可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入青霉素生產(chǎn)菌來(lái)提高菌體對(duì)氧的吸收和利用率。練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，人們遇到了兩個(gè)問(wèn)題。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)知識(shí)或查閱資料，并發(fā)揮想象力，提出解決這些問(wèn)題的思路。（2）在發(fā)酵過(guò)程中，總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過(guò)對(duì)青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn)，在青霉素與頭孢霉素的合成過(guò)程中，它們有一個(gè)共同的前體，這個(gè)前體經(jīng)過(guò)兩種不同的酶的作用分別合成兩個(gè)產(chǎn)物。如何改造青霉素生產(chǎn)菌使其只產(chǎn)生青霉素，或者只產(chǎn)生頭孢霉素呢？提示：可以對(duì)兩種酶的基因進(jìn)行改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產(chǎn)菌只生產(chǎn)一種產(chǎn)物。練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用2.通過(guò)微生物發(fā)酵，可以將糧食（如玉米、小麥等）及各種植物纖維加工成燃料乙醇；將燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我國(guó)多地廣泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱(chēng)道。調(diào)查顯示，使用乙醇汽油與使用普通汽油相比，排放到空氣中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人認(rèn)為燃料乙醇“可再生”；但也有人認(rèn)為，生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量的糧食，會(huì)增加糧食短缺的風(fēng)險(xiǎn)。請(qǐng)你嘗試通過(guò)查閱資料，評(píng)估這一風(fēng)險(xiǎn)，并說(shuō)明在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)如何規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)。練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用提示：在生產(chǎn)燃料乙醇時(shí),為了規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸桿等)。使用陳化糧食來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇，還有利于防止問(wèn)題糧食流入市場(chǎng)。復(fù)習(xí)與提高

1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機(jī)化合物A，其研究團(tuán)隊(duì)用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養(yǎng)基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下圖所示，請(qǐng)分析回答問(wèn)題。（1）在培養(yǎng)基中加入化合物A的目的是__________________________，這種培養(yǎng)基屬于_______________培養(yǎng)基。（2）培養(yǎng)若干天后，應(yīng)選擇培養(yǎng)瓶中化合物A含量

的培養(yǎng)液，接入新的培養(yǎng)中續(xù)培養(yǎng)，使目的菌的數(shù)量_______________。篩選出可降解化合物A的微生物選擇顯著降低擴(kuò)增復(fù)習(xí)與提高

1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機(jī)化合物A，其研究團(tuán)隊(duì)用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養(yǎng)基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下圖所示，請(qǐng)分析回答問(wèn)題。（3）若要研究目的菌的生長(zhǎng)規(guī)律，可挑取單個(gè)菌落進(jìn)行液體培養(yǎng)，再采用

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方法進(jìn)行計(jì)數(shù)。請(qǐng)你預(yù)測(cè)目的菌的種群數(shù)量會(huì)發(fā)生怎樣的變化。細(xì)菌計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)S形增長(zhǎng)復(fù)習(xí)與提高

1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機(jī)化合物A，其研究團(tuán)隊(duì)用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養(yǎng)基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下圖所示，請(qǐng)分析回答問(wèn)題。（4）將目的菌用于環(huán)境保護(hù)實(shí)踐時(shí),還有哪些問(wèn)題需要解決?提示：目的菌能否在自然環(huán)境中大量生長(zhǎng)繁殖、是否會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的代謝物、降解化合物A后是否會(huì)產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題都需要研究清楚后，才能進(jìn)行實(shí)踐。復(fù)習(xí)與提高

1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的、難以降解的有機(jī)化合物A，其研究團(tuán)隊(duì)用化合物A、磷酸鹽、鎂鹽和微量元素等配制了培養(yǎng)基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下圖所示，請(qǐng)分析回答問(wèn)題。（5）有人提出,可以通過(guò)改造細(xì)菌的基因來(lái)獲得能夠降解化合物A的細(xì)菌,請(qǐng)分析這種方法是否可行。提示：可行。這是后面將要學(xué)習(xí)的基因工程的基本思路。

2.某個(gè)高溫日，某校三位高中學(xué)生相約去吃冰激凌，之后兩人都出現(xiàn)腹瀉現(xiàn)象，于是他們懷疑冰激凌中的大腸桿菌含量超標(biāo)。老師建議他們利用學(xué)過(guò)的有關(guān)微生物培養(yǎng)的知識(shí)對(duì)此冰激凌進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)一番資料查閱,他們提出了如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。立即去賣(mài)冰激凌的小店再買(mǎi)一個(gè)同樣品牌的同種冰激凌；配制伊紅一亞甲藍(lán)瓊脂培養(yǎng)基（該培養(yǎng)基可用來(lái)鑒別大腸桿菌，生長(zhǎng)在此培養(yǎng)基上的大腸桿菌菌落呈深紫色，并有金屬光澤）、滅菌、倒平板；取10mL剛?cè)诨谋ち枳鳛樵?，然后進(jìn)行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1×10；取每個(gè)濃度的冰激凌液各0.1mL，用涂布平板法進(jìn)行接種，每個(gè)濃度涂3個(gè)平板，一共培養(yǎng)18個(gè)平板;在適宜溫度下培養(yǎng)48h，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)目。復(fù)習(xí)與提高

（1）請(qǐng)你從下面幾個(gè)角度對(duì)這三位同學(xué)的思路進(jìn)行評(píng)議。①他們只打算對(duì)一個(gè)冰激凌進(jìn)行檢測(cè)，理由是：兩個(gè)人吃過(guò)冰激凌后，都拉肚子了，所以再檢測(cè)一個(gè)就足以說(shuō)明問(wèn)題。你同意這樣的觀點(diǎn)嗎？為什么？②有沒(méi)有必要對(duì)冰激凌原液進(jìn)行梯度稀釋?zhuān)繛槭裁?？【提示：我?guó)衛(wèi)生部門(mén)規(guī)定了飲用水標(biāo)準(zhǔn)，1mL自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)不可以超過(guò)100個(gè)（37℃培養(yǎng)24h），1000mL自來(lái)水中大腸桿菌菌落數(shù)不能超過(guò)3個(gè)（37℃培養(yǎng)48h）】③他們認(rèn)為,在用該方法統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)目時(shí)不需要設(shè)計(jì)對(duì)照組,所以只準(zhǔn)備培養(yǎng)18個(gè)平板。你認(rèn)為在這項(xiàng)檢測(cè)中是否需要對(duì)照組?為什么?（2）下圖所示為4種菌落分布圖，一般不能由涂布平板法得到的是_________。（3）在完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路后,三位同學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)結(jié)果顯示,除了深紫色菌落,還有其他菌落存在,這說(shuō)明了什么?如果以菌落數(shù)代表樣品中的大腸桿菌數(shù)量,則統(tǒng)計(jì)結(jié)果比實(shí)際值是偏多還是偏少?為什么?