【課件】1.3發(fā)酵工程及其應用課件高二下學期生物人教版選擇性必修3

1.3發(fā)酵工程及其應用-2選擇性必修3發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價值？自然選育誘變育種基因工程育種菌種選育擴大培養(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)酵工程的應用產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的特點在食品工業(yè)上的應用在醫(yī)藥工業(yè)上的應用在農(nóng)牧業(yè)上的應用在其他方面的應用發(fā)酵工程的應用1.在食品工業(yè)上的應用生產(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)生風味組分，終止酶的進一步作用，并對糖漿滅菌。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，延長它的保存期。過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進行出售。糖漿啤酒花過濾冷卻裝瓶裝罐儲存罐生產(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)境下儲存一段時間，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濾1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，啤酒發(fā)酵生產(chǎn)過程中，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、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制、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、不進行過濾和消毒處理等。應該辯證地看待這一產(chǎn)品。有人認為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康,你怎么看待這個問題?“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品,發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高,卻依然有著市場需求,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，能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。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，價格昂貴的問題。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養(yǎng)延長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)改進生產(chǎn)工藝簡化生產(chǎn)過程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長食品儲存期改善產(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)上的應用②基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動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程中產(chǎn)生的有機酸、生物活性物質(zhì)等來增進土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、促進植株生長、增強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?、凵a(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、復合酶制劑為一體的生物發(fā)酵飼料。單細胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)廢料等為原料，通過發(fā)酵獲得的大量微生物菌體。單細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，動物食用后還能提高免疫力。④在其他方面的應用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)境污染問題。b.極端微生物的利用嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量一、概念檢測與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比,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。判斷下列相關表述是否正確。(1)發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進行發(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)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖,也會影響微生物的代謝途徑。（）(4)通過發(fā)酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白。（）×√√×二、拓展應用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中,人們遇到了兩個問題。請你運用所學知識或查閱資料,并發(fā)揮想象力,提出解決這些問題的思路。(1)青霉素發(fā)酵是高耗氧過程,如何能夠保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(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)菌來提高菌體對氧的吸收和利用率。二、拓展應用1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中,人們遇到了兩個問題。請你運用所學知識或查閱資料,并發(fā)揮想象力,提出解決這些問題的思路。(2)在發(fā)酵過程中,總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過對青霉素生產(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程中,它們有一個共同的前體,這個前體經(jīng)過兩種不同酶的作用分別合成兩個產(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？可以對兩種酶的基因進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。有人認為燃料乙醇“可再生”;但也有人認為,生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食,會增加糧食短缺的風險。請你嘗試通過查閱資料,評估這一風險,并說明在生產(chǎn)時應如何規(guī)避這風險。存在風險。在生產(chǎn)燃料乙醇時，為了規(guī)避這一風險，應該使用陳化糧食(如陳化的稻谷等)或者非糧食生物材料(如秸稈等)。使用陳化糧食來生產(chǎn)燃料乙醇，還有利于防止問題糧食流入市場。污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測定各瓶中化合物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、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物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的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(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、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物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的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(2)培養(yǎng)若干天后,應選擇培養(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_________顯著降低擴增污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測定各瓶中化合物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、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物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的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(3)若要研究目的菌的生長規(guī)律,可挑取單個菌落進行液體培養(yǎng)，再采用________________方法進行計數(shù)。請你預測目的菌的種群數(shù)量會發(fā)生怎樣的變化。_______細菌計數(shù)板計數(shù)S型增長污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測定各瓶中化合物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、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物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的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(4)將目的菌用于環(huán)境保護實踐時,還有哪些問題需要解決?目的菌能否在自然環(huán)境中大量生長繁殖、是否會產(chǎn)生對環(huán)境有害的代謝物、降解化合物A后是否會產(chǎn)生二次污染等問題都需要研究清楚后，才能進行實踐。污水池中污泥樣品初選振蕩培養(yǎng)若干天后測定各瓶中化合物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、難以降解的有機化合物A，其研究團隊用化合物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的細菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下圖所示，請分析回答問題。(5)有人提出,可以通過改造細菌的基因來獲得能夠降解化合物A的細菌,請分析這種方法是否可行?？尚小＿@是后面將要學習的基因工程的基本思路。2.某個高溫日,某校三位高中學生相約去吃冰激凌，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。老師建議他們利用學過的有關微生物培養(yǎng)的知識對此冰激凌進行檢測。經(jīng)過一番資料查閱,他們提出了如下實驗設計思路立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養(yǎng)基(該培養(yǎng)基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養(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行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法進行接種,每個濃度涂3個平板,一共培養(yǎng)18個平板;在適宜溫度下培養(yǎng)48h,統(tǒng)計菌落數(shù)目。(1)請你從下面幾個角度對這三位同學的思路進行評議。①他們只打算對一個冰激凌進行檢測,理由是:兩個人吃過冰激凌后,都拉肚子了,所以再檢測一個就足以說明問題。你同意這樣的觀點嗎?為什么?立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養(yǎng)基(該培養(yǎng)基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養(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行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法進行接種,每個濃度涂3個平板,一共培養(yǎng)18個平板;在適宜溫度下培養(yǎng)48h,統(tǒng)計菌落數(shù)目。(1)請你從下面幾個角度對這三位同學的思路進行評議。①他們只打算對一個冰激凌進行檢測,理由是:兩個人吃過冰激凌后,都拉肚子了,所以再檢測一個就足以說明問題。你同意這樣的觀點嗎?為什么?不同意。只檢測一個冰激凌數(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同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養(yǎng)基(該培養(yǎng)基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養(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行梯度稀釋,稀釋倍數(shù)為1×10~1x105;取每個濃度的冰激凌液各0.1mL,用涂布平板法進行接種,每個濃度涂3個平板,一共培養(yǎng)18個平板;在適宜溫度下培養(yǎng)48h,統(tǒng)計菌落數(shù)目。②有沒有必要對冰激凌原液進行梯度稀釋?為什么?【提示:我國衛(wèi)生部門規(guī)定了飲用水標準,1mL自來水中細菌總數(shù)不可以超過100個(37℃培養(yǎng)24h),1000mL自來水中大腸桿菌菌落數(shù)不能超過3個(37℃培養(yǎng)48h)】沒有必要。提示根據(jù)國家的標準，自來水中的大腸桿菌數(shù)目應該是非常少的。即使冰激凌中大腸桿菌數(shù)目超標了，也不可能很離譜,如果進行梯度稀釋,最后培養(yǎng)出來的菌落數(shù)可能不在計數(shù)要求的范圍內(nèi),從而導致結(jié)果誤差大。解答這個問題的時候,應該讓學生明白并不是所有的細菌檢測培養(yǎng)都需要進行梯度稀釋,而是要根據(jù)實際情況來確定培養(yǎng)方案。立即去賣冰激凌的小店再買一個同樣品牌的同種冰激凌;配制伊紅一亞甲藍瓊脂培養(yǎng)基(該培養(yǎng)基可用來鑒別大腸桿菌,生長在此培養(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;