【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

1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用-2選擇性必修3發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價(jià)值？自然選育誘變育種基因工程育種菌種選育擴(kuò)大培養(yǎng)原料配制培養(yǎng)基發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵接種滅菌分離提純菌體代謝產(chǎn)物產(chǎn)品溫故：發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)三、發(fā)酵工程的應(yīng)用產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來(lái)源豐富且價(jià)格低廉廢棄物對(duì)環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點(diǎn)在食品工業(yè)上的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用在其他方面的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑生產(chǎn)酶制劑第一：生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油大豆(主要原料)黑曲霉(蛋白酶)小分子肽和氨基酸淋洗、調(diào)制醬油的生產(chǎn)谷物或水果釀酒酵母各種酒類各種酒類的生產(chǎn)思考·討論：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖發(fā)芽12焙烤3碾磨4糖化大麥水糖化罐大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉水解形成糖漿。蒸煮56發(fā)酵7消毒8終止工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對(duì)糖漿滅菌。酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長(zhǎng)它的保存期。過(guò)濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。糖漿啤酒花過(guò)濾冷卻裝瓶裝罐儲(chǔ)存罐生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過(guò)濾主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲(chǔ)存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒。討論發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過(guò)濾1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒發(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？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)。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。應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。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?一方面：這類產(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。第二：生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類型舉例酸度調(diào)節(jié)劑L-蘋果酸、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、溶菌酶添加了檸檬酸的飲料增加食品的營(yíng)養(yǎng)延長(zhǎng)食品的保存期改善食品的口味、色澤和品質(zhì)食品添加劑的作用第三：生產(chǎn)酶制劑食品直接生產(chǎn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味②酶制劑的作用果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶…

…①酶制劑2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑①發(fā)酵工程生產(chǎn)的藥物2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用②基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動(dòng)植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用①生產(chǎn)微生物肥料a.微生物肥料：利用微生物在代謝過(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)植株生長(zhǎng)、增強(qiáng)植物抗病性和抗逆性。b.常見微生物肥料：根瘤菌肥、固氮菌肥②生產(chǎn)微生物農(nóng)藥a.微生物農(nóng)藥：利用微生物或其代謝物來(lái)防治病蟲害。b.常見微生物農(nóng)藥：蘇云金桿菌(Bt毒蛋白):防治80多種農(nóng)林害蟲白僵菌(真菌):防治玉米螟、松毛蟲放線菌(井岡霉素):防治水稻枯紋病③生產(chǎn)微生物飼料a.微生物飼料：以微生物為發(fā)酵菌種，將飼料原料轉(zhuǎn)化為微生物菌體蛋白、生物活性小肽類氨基酸、微生物活性益生菌、復(fù)合酶制劑為一體的生物發(fā)酵飼料。單細(xì)胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)廢料等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得的大量微生物菌體。單細(xì)胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)。b.常見微生物飼料：青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。④在其他方面的應(yīng)用a.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。解決資源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題。b.極端微生物的利用嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來(lái)生產(chǎn)洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量一、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)品種類更加豐富,產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。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物、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。（）×√√×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:血紅蛋白具有攜帶O2的能力)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。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)菌使其只生產(chǎn)生青霉素，或者只產(chǎn)生頭孢霉素呢？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。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)避這風(fēng)險(xiǎn)。存在風(fēng)險(xiǎn)。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(如秸稈等)。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)。污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。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)基中加人化合物A的目的是_________________________________,這種培養(yǎng)基屬于______培養(yǎng)基。篩選出可以降解化合物A的微生物選擇污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。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。(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)液中連續(xù)培養(yǎng)，使目的菌的數(shù)量_________顯著降低擴(kuò)增污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。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________________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型增長(zhǎng)污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。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?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。污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測(cè)定各瓶中化合物A的含量接種候選菌接種選擇接種接種固體培養(yǎng)基重復(fù)多次，直至獲得目的菌。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?？尚?。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)思路立即去賣冰激凌的小店再買一個(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喝缓筮M(jìn)行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;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。(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?立即去賣冰激凌的小店再買一個(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喝缓筮M(jìn)行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;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。(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?不同意。只檢測(cè)一個(gè)冰激凌數(shù)據(jù)太少,不能排除偶然因素的影響。立即去賣冰激凌的小店再買一個(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喝缓筮M(jìn)行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;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。②有沒(méi)有必要對(duì)冰激凌原液進(jìn)行梯度稀釋?為什么?【提示:我國(guó)衛(wèi)生部門規(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)】沒(méi)有必要。提示根據(jù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，自來(lái)水中的大腸桿菌數(shù)目應(yīng)該是非常少的。即使冰激凌中大腸桿菌數(shù)目超標(biāo)了，也不可能很離譜,如果進(jìn)行梯度稀釋,最后培養(yǎng)出來(lái)的菌落數(shù)可能不在計(jì)數(shù)要求的范圍內(nèi),從而導(dǎo)致結(jié)果誤差大。解答這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候,應(yīng)該讓學(xué)生明白并不是所有的細(xì)菌檢測(cè)培養(yǎng)都需要進(jìn)行梯度稀釋,而是要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定培養(yǎng)方案。立即去賣冰激凌的小店再買一個(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;