2023-2024學年高二下學期生物人教版選擇性必修三1-3發(fā)酵工程及其應用教案

高二年級生物學科選擇性必修二課時教學設計課題發(fā)酵工程及其運用課時2主備輔備課型?新授課□復習課□習題/試卷講評課□實踐活動課一、教學內容分析課程標準要求：闡明發(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。（二）核心素養(yǎng)要求：1.文化基礎：舉例說明發(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.自主發(fā)展：根據(jù)發(fā)酵產品和利用微生物的不同討論發(fā)酵工程中的發(fā)酵條件及控制方法。3.社會參與：認可發(fā)酵工程在生產上的重要應用價值。（三）前后知識聯(lián)系：學生已經學過(發(fā)酵工程)（與之前的聯(lián)系），本節(jié)課的內容就是在此基礎上的發(fā)展。由于它還與后面的(細胞工程)有聯(lián)系（與之后或其他學科的聯(lián)系）,所以在本學科中的作用是（承上啟下）。二、學情分析在本節(jié)課的教學中，學生可能遇到的問題（或困難、障礙）是：（不能正確理解發(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）（指出問題），產生這一問題（或困難、障礙）的原因是（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不熟悉），解決的關鍵辦法是（理論聯(lián)系生活實際、學有所用，激發(fā)學生的興趣。）三、重點難點分析1.教學重點是(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)，解決重點的關鍵是(在教學中要善于聯(lián)系生活，從生活中來，到生活中去)。2.教學難點是(發(fā)酵產品和利用微生物的不同討論發(fā)酵工程中的發(fā)酵條件及控制方法)，解決難點的關鍵是(運用圖示和演示實驗等方法闡釋，以及利用生活實際中的問題與生物知識相聯(lián)系)。四、教學活動設計?基于問題解決的設計□講授式設計□自主探究式設計□合作交流式設計活動程序一【深度學習】課前自學、導學（用時5分鐘內）師生活動教師對上次課限時訓練講評。圖文情境導入：展示青霉素圖片，介紹青霉素發(fā)現(xiàn)過程：亞歷山大·弗萊明（AlexanderFleming），英國微生物學家（1881.8.6-1955.3.11），二戰(zhàn)”期間，青霉素成為戰(zhàn)場上神奇的抗生素，大顯神威，挽救了數(shù)以萬計的生命，被稱為“有魔力的子彈”。1945年諾貝爾生理學醫(yī)學獎。青霉菌中提取青霉素少，隨著高產菌種的選育、發(fā)酵技術的發(fā)展等，青霉素進入了產業(yè)化生產的道路。展示學習目標：4、學生自主梳理本課知識，發(fā)現(xiàn)問題：【設計意圖】通過情境導入和新課知識初步了解，形成必要的額知識儲備?；顒映绦蚨旧疃葘W習】即本課學習教師根據(jù)本次課教學需要組合選用自學、互學、模仿等相關環(huán)節(jié)，用時25-40分鐘。大問題一（請列出具體學習任務簡稱）：工業(yè)上，如何利用發(fā)酵工程生產青霉素？提出發(fā)酵工程的概念？呈現(xiàn)知識小問題串或情境或知識清單問題1微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？問題2.怎么對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？問題3.在產物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比有哪些改進之處？【模仿變通】變式、訓練例題1.發(fā)酵工程利用的菌種都是從自然界中篩選出來的。 (×)提示：發(fā)酵工程的菌種也可以通過誘變育種和基因工程育種獲得。發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是選育菌種。 (×)提示：發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內發(fā)酵的過程。發(fā)酵工程中要對培養(yǎng)基進行滅菌，發(fā)酵設備不用滅菌。 (×)提示：培養(yǎng)基和發(fā)酵設備都必須經過嚴格的滅菌。利用微生物農藥防治農林蟲害屬于化學防治。 (×)變式題1（1）發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術最大區(qū)別是前者可以利用微生物來進行發(fā)酵（×）提示：發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵都是利用微生物發(fā)酵。（2）發(fā)酵工程的產品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身。（√）【師生活動】讓學生選取自己感興趣的發(fā)酵產品，聯(lián)系課本畫出發(fā)酵工程生產該產品的流程圖，并在課堂上進行展示說明。之后老師進行補充，分析發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)，完善學生的流程圖。重點講解青霉素的發(fā)酵生產。教師總結：發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產品的分離、提純等。根據(jù)圖1-9，思考討論23頁的問題，以小組形式回答，老師進行糾正講解。（1）微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？【答案】需要考慮的因素包括：在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；生產所需代謝物的產量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。（2）怎樣對發(fā)酵條件進行調控以滿足微生物的生長需要？【答案】要對溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其最適合微生物的生長繁殖，同時及時添加必要的營養(yǎng)組分。（3）在產物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術相比有哪些改進之處？【答案】傳統(tǒng)發(fā)酵技術獲得的產物一般不是單一的組分，而是成分復雜的混合物，很多時候不會再對產物進行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離和提純產物。在發(fā)酵工程中使用的分離和提純產物的方法較多。在產物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附和離子交換等方法；在進一步純化階段，會采用液相層析法、結晶法等方法。發(fā)酵工程產物無論是代謝物還是菌體本身，都需要進行質量檢査,合格后才能成為正式產品。（4）在進行發(fā)酵生產時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？【答案】不能。因為在進行發(fā)酵生產時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質。為了減少或避免污染物的產生和排放，實現(xiàn)清潔生產,應該對排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液進行二次清潔或滅菌處理?！驹O計意圖】從實例中概括概念，提升學生的概括總結能力。大問題二（請列出具體學習任務簡稱）：發(fā)酵工程的應用呈現(xiàn)知識小問題串或情境或知識清單問題1在食品工業(yè)上的應用是什么？問題2在醫(yī)藥工業(yè)上的應用是什么？問題3在農牧業(yè)上的應用是什么？【模仿變通】變式、訓練例題2列出你昨天一天的食譜，看看哪些食品是直接由微生物發(fā)酵產生的，哪些食品中添加了經發(fā)酵生產的食品添加劑。變式題2.（1）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，也會影響生物的代謝途徑。（√）（2）通過發(fā)酵工程可以從微生物細胞中提取單細胞蛋白。（×）某高校采用如圖所示的發(fā)酵罐進行葡萄酒主【師生活動】學生閱讀完教材后，與老師一起制作“發(fā)酵工程的應用”的思維導圖，每一部分都要舉例讓學生更深入地理解，感悟科技的創(chuàng)新源于生活，也將服務于生活?！驹O計意圖】通過問答式教學引發(fā)學生求知欲望，通俗易懂理解到位活動程序三【學以致用】：檢測反饋約占本次課的10分鐘內【目標檢測題】1.單細胞蛋白是通過下列哪種方法獲得的()A.基因工程 B.細胞工程C.發(fā)酵工程 D.酶工程2.基因工程培育的“工程菌”通過發(fā)酵工程生產的產品，不包括()A.生長激素釋放抑制激素B.干擾素C.聚乙二醇D.重組乙肝疫苗3.下列關于發(fā)酵的敘述，正確的是()A.發(fā)酵就是無氧呼吸B.發(fā)酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程C.發(fā)酵就是只獲得微生物的代謝產物D.發(fā)酵就是發(fā)酵工程4.下列有關微生物的敘述，錯誤的是()A.酶合成的調節(jié)增強了微生物對環(huán)境的適應能力B.在發(fā)酵工程中，可通過誘變育種、基因工程和細胞工程定向選育出性狀優(yōu)良的生產用菌種C.細菌在生態(tài)系統(tǒng)中可作為生產者、消費者和分解者D.在基因工程中可用大腸桿菌作受體細胞，通過發(fā)酵工程來大量生產人的胰島素5.谷氨酸是生物體內一種重要的有機小分子，谷氨酸鈉是它的鈉鹽，是味精等調味品的主要成分。目前利用微生物發(fā)酵生產的氨基酸中，谷氨酸是產量最大的種類之一。回答下列問題：(1)我國微生物發(fā)酵工程生產谷氨酸常用的菌種有北京棒狀桿菌、谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌等，下列生物中與這些菌種在結構上存在明顯區(qū)別的有__________。(多選)A.噬菌體B.人類免疫缺陷病毒(HIV)C.禽流感病毒D.肺炎雙球菌E.酵母菌F.硝化細菌G.乳酸菌(2)谷氨酸發(fā)酵的培養(yǎng)基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸鹽、生物素等，發(fā)酵裝置如圖所示?？梢耘袛喙劝彼岚魻顥U菌的代謝類型是________________型。某廠用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產谷氨酸，結果代謝產物中出現(xiàn)了大量的乳酸，其原因很可能是______________________。(3)谷氨酸發(fā)酵生產過程中，需要添加氨水，它不僅是細菌生長所需的________，而且起到調節(jié)培養(yǎng)液________的作用，所以應該分次加入。(4)某廠的發(fā)酵液曾不慎被噬菌體污染，菌群死亡殆盡，但人們卻僥幸從中獲得了少數(shù)可抵抗噬菌體的新菌種，細菌這種新性狀的產生來自________________。(5)圖中所示連續(xù)培養(yǎng)的方法，以一定的速度不斷添加新的培養(yǎng)液，同時又以同樣的速度放出舊的培養(yǎng)液，此工藝流程可以大大提高生產效率，試闡述其原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.C解析：微生物含有豐富的蛋白質，而且微生物生長繁殖速度快，可通過發(fā)酵獲得大量微生物菌體，這種微生物菌體就叫單細胞蛋白。2.C解析：“工程菌”通過發(fā)酵工程生產的產品包括生長激素釋放抑制激素、干擾素、重組乙肝疫苗等，聚乙二醇是誘導細胞融合的誘導劑，不是通過發(fā)酵工程生產的產品。3.B解析：發(fā)酵包括有氧發(fā)酵和無氧發(fā)酵，A錯誤；發(fā)酵是指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程，B正確，可通過發(fā)酵獲得大量的微生物菌體，即單細胞蛋白，用于生產微生物飼料，C錯誤；發(fā)酵有自然發(fā)酵和工業(yè)發(fā)酵，發(fā)酵工程指工業(yè)發(fā)酵，D錯誤。4.B5.答案：(1)ABCE(2)異養(yǎng)需氧通氣量不足(3)氮源pH(4)基因突變(或突變)(5)①保證微生物對營養(yǎng)物質的需求；②排出部分代謝產物；③使微生物保持較長時間的快速生長活動程序四【課堂小結】用時5分鐘內【學以致用】作業(yè)設計之限時訓練分ABC三層，學生選擇AB或BC題做。用時30-45分鐘，限時完成A組1.下列有關發(fā)酵工程的敘述，正確的是()A.發(fā)酵工程常采用連續(xù)培養(yǎng)的方法以最大限度地獲得人類所需的產品B.發(fā)酵所用的菌種多是通過雜交育種的方式獲得C.發(fā)酵工程就是利用微生物的無氧呼吸生產人類所需的產品D.發(fā)酵工程與基因工程和細胞工程無關2.發(fā)酵工程的第一個重要工作是選育性狀優(yōu)良的純種微生物。消滅雜菌、獲得純種的方法不包括()A.根據(jù)微生物對碳源需要的差別，使用含不同碳源的培養(yǎng)基B.根據(jù)微生物所需生長因子的種類，在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子C.根據(jù)微生物遺傳組成的差異，在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸D.根據(jù)微生物對抗生素敏感性的差異，在培養(yǎng)基中加入不同的抗生素3.用發(fā)酵工程生產的產品，如果是菌體，則進行分離提純時可采用的方法是()A.蒸餾、過濾B.過濾、沉淀C.萃取、離子交換D.沉淀、萃取4.下面與發(fā)酵工程有關的敘述，錯誤的是()A.發(fā)酵罐中必須通入無菌空氣B.不經處理排放的廢棄培養(yǎng)液是一種污染物C.培育新菌種，可用于分解更多種類的有機污染物D.發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)和環(huán)境保護等方面均有廣泛應用B組5.發(fā)酵工程在工業(yè)生產上得到廣泛應用，其生產流程如圖所示。結合賴氨酸或谷氨酸的生產實際分析，下列說法錯誤的是()A.①為誘變育種，②為萃取(或蒸餾、離子交換等)B.賴氨酸或谷氨酸的生產過程中為使產物源源不斷地產生，可采用連續(xù)培養(yǎng)的發(fā)酵方式C.由于賴氨酸或谷氨酸的發(fā)酵菌種為好氧菌，在生產過程中常需增加通氧量D.人工控制微生物代謝的唯一措施是控制生產過程中的各種條件6.發(fā)酵工程的正確操作過程是()①發(fā)酵②培養(yǎng)基的配制③滅菌④產品的分離與提純⑤菌種的選育⑥擴大培養(yǎng)⑦接種A.⑤②⑥⑦①③④B.⑤⑥②③⑦①④ C.②⑤③⑦①⑥④D.⑦⑥⑤②③①④7.通過發(fā)酵罐發(fā)酵可大規(guī)模生產谷氨酸，生產中常用的菌種是好氧的谷氨酸棒狀桿菌。下面有關谷氨酸發(fā)酵過程的敘述，正確的是()A.配制高濃度營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基，會使谷氨酸棒狀桿菌大量繁殖B.常用的谷氨酸棒狀桿菌為好氧菌，因此培養(yǎng)基中需嚴格控制溶解氧、通氣量等發(fā)酵條件C.排出發(fā)酵罐中的谷氨酸，不利于谷氨酸的合成和產量的提高D.發(fā)酵液pH呈堿性時，谷氨酸棒狀桿菌易合成谷氨酰胺 8.下列關于發(fā)酵工程的操作流程的敘述，錯誤的是()A.發(fā)酵所需的菌種需要進行篩選或育種獲得B.菌種在接種之前要進行擴大培養(yǎng)C.發(fā)酵所用的培養(yǎng)基要進行滅菌，發(fā)酵設備不需要嚴格滅菌D.若產品是代謝物，可根據(jù)產物的性質采取適當?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施獲得C組9.下列不屬于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應用的是()A.生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品，如醬油、酒類等B.生產各種各樣的食品添加劑，如增味劑、增稠劑等C.生產各種酶制劑，如果膠酶、脂肪酶、α－淀粉酶等D.生產抗生素、多種氨基酸和免疫抑制劑等10.賴氨酸是人體的必需氨基酸。人們利用黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑如圖所示，通常利用發(fā)酵工程進行規(guī)?；a。請回答下列問題：(1)黃色短桿菌中含有遺傳物質的結構是________________________________________。(2)用黃色短桿菌生產賴氨酸的培養(yǎng)基按物理性質分屬于____________。在培養(yǎng)基中要添加含C、H、O、N等元素的某相應有機化合物，從微生物的營養(yǎng)物質種類看，該化合物可以為黃色短桿菌提供哪些營養(yǎng)物質？__________________。(3)根據(jù)細菌的繁殖特點，科學家常采用________的方法培育新菌種。由圖可知，在篩選過程中要增加賴氨酸產量，就必須選育____________________的菌種。(4)環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝產物的積累。所以，在微生物培養(yǎng)過程中要嚴格控制____________________等發(fā)酵條件。11.如圖所示為發(fā)酵工程生產產品的流程圖，請據(jù)圖回答下列問題。(1)若能生產人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的，①應該是__________；若高產青霉素菌種是通過②培育的，②應該是______________________。(2)根據(jù)培養(yǎng)基的用途，可以將它們分為________培養(yǎng)基和________培養(yǎng)基。各種培養(yǎng)基的具體配方不同，但一般都含有__________________等營養(yǎng)成分。培養(yǎng)基在使用之前要用____________進行滅菌。(3)整個過程的中心階段是________，在該時期要隨時取樣檢測培養(yǎng)基中的____________等。同時，要嚴格控制____________________等發(fā)酵條件，因為環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物________________的形成。(4)在發(fā)酵過程中要不斷攪拌的目的是：①_________________；②______________。(5)發(fā)酵產品