新教材高中生物選擇性必修3課件：1 3 發(fā)酵工程及其應用人教版

第3節(jié)

發(fā)酵工程及其應用1.掌握發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。

2.理解發(fā)酵工程在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及其他工農業(yè)生產

上有重要的應用價值。

學習目標1.科學思維：分析發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)，討論發(fā)酵工程與傳

統(tǒng)發(fā)酵工程相比其改進之處。2.社會責任：認同發(fā)酵工程的工業(yè)化生產極大地改善了人

們的生活。素養(yǎng)要求內容索引一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)二、發(fā)酵工程的應用梳理網絡要語必背隨堂演練知識落實課時對點練發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)01梳理教材知識

夯實基礎1.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)自然界基因工程反復試驗發(fā)酵設備溶解氧營養(yǎng)反饋產物濃度營養(yǎng)組分溶解氧過濾干燥性質純化2.發(fā)酵罐排氣管排出口溫度進入口空氣辨析易錯易混練前清障(1)生產檸檬酸需要篩選產酸量高的乳酸菌(

)(2)谷氨酸的發(fā)酵生產需在強堿性條件下進行(

)(3)谷氨酸的發(fā)酵生產在酸性條件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺(

)(4)現(xiàn)代發(fā)酵工程中所用的菌種大多是復合菌種以提高生產效率(

)×√××思考延伸拓展強化素養(yǎng)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的因素：能在廉價原料制成的

上生長，且大量高效地合成產物；發(fā)酵條件如

、

、

等易控制；不產生任何有害的生物活性物質和毒素；遺傳性能穩(wěn)定；抗噬菌體及雜菌污染能力強等。2.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？提示不能。因為發(fā)酵過程可能產生一些有害物質，會污染環(huán)境。培養(yǎng)基溫度pH溶解氧發(fā)酵工程的應用02梳理教材知識

夯實基礎1.在食品工業(yè)上的應用(1)生產傳統(tǒng)的發(fā)酵產品①以

為主要原料，利用產生

的霉菌生產醬油。②以谷物或

等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產各種酒類。(2)生產各種各樣的食品添加劑食品添加劑可以增加食品的

，改善食品的

、色澤和品質，有時還可以延長食品的

。①檸檬酸可以通過

的發(fā)酵制得。②由

發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經過一系列處理就能制成味精。大豆蛋白酶水果營養(yǎng)口味保存期黑曲霉谷氨酸棒狀桿菌(3)生產酶制劑常用酶制劑有α--淀粉酶、

、果膠酶、

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，改進

、簡化生產過程、改善產品的

和口味、延長食品儲存期和提高產品

等方面。β--淀粉酶氨基肽酶生產工藝品質產量2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應用(1)發(fā)展：

的發(fā)現(xiàn)和產業(yè)化生產推動了發(fā)酵工程在醫(yī)藥領域的應用和發(fā)展。之后，發(fā)酵工程逐步擴展到了其他抗生素、多種氨基酸、_____

和

等的生產領域。近些年來，

、蛋白質工程等的廣泛應用給發(fā)酵工程制藥領域的發(fā)展注入了強勁動力。青霉素激素免疫調節(jié)劑基因工程(2)應用實例①生長激素釋放抑制激素最初從

中提取，遠遠不能滿足需要，利用經過

改造的微生物進行發(fā)酵生產，產量大幅提升，價格降為原來的幾百分之一。②將乙型肝炎病毒的抗原基因轉入

，再通過發(fā)酵生產乙型肝炎疫苗。③未來甚至還可能利用微生物來生產過去只能從植物中分離提取的

、

等化合物。羊腦基因酵母菌紫杉醇青蒿素前體3.在農牧業(yè)上的應用(1)生產微生物肥料①作用：利用微生物在代謝過程中產生的

、

等來增進土壤肥力，改良土壤

，促進植株生長。有的微生物肥料還可以抑制土壤中

的生長，從而減少病害的發(fā)生。②類型：常見的有

肥和

肥等。(2)生產微生物農藥①原理：微生物農藥利用微生物或

來防治病蟲害。②實例：蘇云金桿菌可用來防治

多種農林蟲害，利用

可以防治玉米螟、松毛蟲等蟲害；一種放線菌產生的抗生素——

可以用于防治水稻枯紋病。有機酸生物活性物質結構病原微生物根瘤菌固氮菌其代謝產物80白僵菌井岡霉素(3)生產微生物飼料以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即

。用酵母菌等生產的單細胞蛋白可以作為食品添加劑；用單細胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽_____快，產奶或

量顯著提高。另外，在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質，使飼料

，動物食用后還能提高

。單細胞蛋白增重產蛋保鮮免疫力4.在其他方面的應用(1)利用纖維廢料發(fā)酵生產酒精、

等能源物質。(2)極端微生物利用，如

、

可以用來生產洗滌劑，________有助于提高熱敏性產品的產量。乙烯嗜熱菌嗜鹽菌嗜低溫菌辨析易錯易混練前清障(1)發(fā)酵工程生產條件溫和、原料來源豐富，但廢棄物對環(huán)境污染很大，不易處理(

)(2)目前的酶制劑全部是微生物發(fā)酵生產的(

)(3)現(xiàn)在已經可以通過微生物生產紫杉醇(

)(4)單細胞蛋白指通過發(fā)酵而獲得的微生物菌體(

)(5)發(fā)酵工程在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面作出了越來越大的貢獻(

)×√×√×梳理網絡要語必背031.發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。2.發(fā)酵工程中使用的性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。3.發(fā)酵工程具有生產條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點。4.以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白。5.發(fā)酵工程正滲透到幾乎所有的工農業(yè)領域，在助力解決糧食、環(huán)境、健康和能源等方面的重大問題上，作出了越來越大的貢獻。隨堂演練知識落實041.發(fā)酵工程中關于菌種的選育不正確的是A.自然界中篩選菌種 B.通過誘變育種C.通過有性雜交育種 D.采用基因工程育種√123456解析發(fā)酵工程中使用的性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。2.發(fā)酵工程滅菌的目的是A.殺死細菌

B.殺死真菌C.殺死所有微生物

D.加大氮源、碳源的比例√123456解析

滅菌是使用強烈的理化方法殺死物體內外所有的微生物，包括芽孢和孢子。3.分離、提純產物是制取發(fā)酵產品不可缺少的階段。產品不同，分離、提純的方法也不同，對產品的代謝物常采用的措施是①過濾②沉淀③提?、芊蛛x⑤純化A.①③④ B.①②③C.②③④ D.③④⑤解析發(fā)酵工程的代謝產品可根據產物的性質采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產品?！?234564.下列不屬于發(fā)酵工程在應用領域的特點是A.成本低 B.污染小C.產量高 D.產物多樣化√1234565.以下不屬于發(fā)酵工程在農牧業(yè)上的應用的是A.生產微生物肥料 B.生產微生物農藥C.生產微生物飼料 D.生產微生物飲料√1234561234566.回答下列發(fā)酵工程的相關問題：(1)配制好的培養(yǎng)基必須經過滅菌，滅菌是指殺死物體內外所有的微生物，包括____和_____。常用的方法是________。(2)發(fā)酵過程的產物有兩類，一類是代謝物，另一類是微生物細胞本身。產品不同，分離、提純的方法也不同，對于前者，可根據產物的_____采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產品；對于后者常用____、_____等方法將菌體分離和_____。孢子芽孢濕熱滅菌性質過濾沉淀干燥123456(3)微生物在生命科學研究實踐中有著廣泛的用途，如作為人類健康第三大殺手的糖尿病的治療往往需要大量胰島素，但是人體胰島素含量很低，所以其生產中，一般通過基因工程手段，將化學方法人工合成的胰島素基因通過載體導入大腸桿菌細胞中，然后通過發(fā)酵工程快速生產大量的胰島素，下列有關敘述不正確的是____(填字母)。A.快速生產的原因可能是因為大腸桿菌作為微生物，體積小，相對面積大，物

質交換速度快，代謝速率快，生產胰島素速度也快B.快速生產的原因可能是因為大腸桿菌作為原核生物可以邊轉錄邊翻譯C.快速生產的原因可能是因為大腸桿菌在繁殖時為無性生殖，繁殖速度快，短

時間內可以培養(yǎng)出大量有產生胰島素能力的菌種D.大腸桿菌發(fā)酵生產的胰島素無需加工，可以直接應用于臨床治療糖尿病D課時對點練05A組基礎對點練題組一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.以下物質或設備不需要滅菌的是A.培養(yǎng)基 B.發(fā)酵設備C.發(fā)酵液 D.菌種√1234567891011121314151617182.現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程的一些指標進行監(jiān)測和控制，下列指標無法監(jiān)測的是A.菌體大小 B.pHC.溶解氧 D.溫度√1234567891011121314151617183.下列關于發(fā)酵工程的說法不正確的是A.發(fā)酵產品是微生物細胞本身時，可采用過濾、沉淀等方法將菌體分離

和干燥B.谷氨酸的發(fā)酵生產在中性和弱堿性條件下容易形成谷氨酰胺C.發(fā)酵產品是代謝物，可根據產物的性質采取適當?shù)奶崛?、分離和純化

措施獲得產品D.生產檸檬酸需要篩選產酸量高的黑曲霉√123456789101112131415161718解析

谷氨酸的發(fā)酵生產在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸，在酸性條件下會容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺。4.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接種⑦擴大培養(yǎng)A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①√1234567891011121314151617185.傳統(tǒng)發(fā)酵技術和現(xiàn)代發(fā)酵工程都是利用各種微生物的代謝來實現(xiàn)相關產品的生產的，下列微生物在發(fā)酵生產產品過程中需要提供空氣或氧氣的是①酵母菌②醋酸菌③乳酸菌④毛霉⑤谷氨酸棒狀桿菌A.④⑤ B.①②④⑤

C.①②③

D.②④⑤√解析釀酒是利用酵母菌在無氧條件下進行酒精發(fā)酵的原理，發(fā)酵過程不需提供氧氣；醋酸菌是好氧細菌，在氧氣充足條件下才能進行醋酸發(fā)酵，故需提供氧氣；乳酸菌為厭氧菌，無氧條件下生成乳酸，不需氧氣；毛霉為需氧型真核生物，發(fā)酵過程需要提供空氣或氧氣；谷氨酸棒狀桿菌為需氧菌，在生產谷氨酸過程中要不斷充入無菌空氣。故D正確。123456789101112131415161718題組二發(fā)酵工程的應用6.單細胞蛋白是指A.單個植物細胞培養(yǎng)得到的高純度蛋白質B.通過發(fā)酵獲得的大量微生物菌體C.單個細菌細胞分泌的蛋白質D.單個動物細胞培養(yǎng)得到的高純度蛋白質√1234567891011121314151617187.目前發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應用還沒有實現(xiàn)的是A.生產抗生素 B.生產免疫調節(jié)劑C.生產激素 D.生產紫杉醇√123456789101112131415161718解析紫杉醇、青蒿素前體等化合物目前只能從植物體中分離提取，還不能用微生物來生產。8.以下屬于酶制劑的應用的是①改進生產工藝②簡化生產過程③改善產品品質和口味④延長食品儲存期⑤提高產品產量⑥增加動物免疫力A.②③④⑤⑥ B.①②③④⑥C.①②③④⑤ D.①②③⑤⑥√1234567891011121314151617189.下列關于發(fā)酵工程在食品工業(yè)上應用的敘述，錯誤的是A.生產傳統(tǒng)發(fā)酵產品，如利用產生蛋白酶的霉菌釀造醬油B.生產各種各樣的食品添加劑，可以改善食品的口味但不能增加食品的

營養(yǎng)C.生產食品酸度調節(jié)劑，如檸檬酸可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得D.生產酶制劑，少數(shù)酶制劑由動植物生產，絕大多數(shù)通過發(fā)酵工程生產√12345678910111213141516171810.青霉素作為治療細菌感染的藥物，是20世紀醫(yī)學上的重大發(fā)現(xiàn)，是抗生素工業(yè)的首要產品。(注：冷凍干燥孢子：在極低溫度(－70℃左右)、真空干燥狀態(tài)下保藏的菌種。米孢子：生長在小米或大米培養(yǎng)基上的孢子)123456789101112131415161718據圖回答下列問題：(1)目前發(fā)酵生產中常用的高產青霉素菌種是通過__________________方法選育的。據圖可以判斷青霉菌的代謝類型是___________，生殖方式為_________。誘變育種(人工誘變)異養(yǎng)需氧型孢子生殖解析

青霉素高產菌株是通過誘變育種獲得的，原理是基因突變。青霉菌是需氧型生物，不能自己制造有機物，故代謝類型為異養(yǎng)需氧型。由圖可知，青霉菌的生殖方式為孢子生殖。123456789101112131415161718(2)配制培養(yǎng)基時需要將其調節(jié)至______(填“酸性”“堿性”或“中性”)。種子罐2又叫繁殖罐，可推測②屬于發(fā)酵工程中的________階段。發(fā)酵罐接種___(填“前”或“后”)，必須進行滅菌處理。123456789101112131415161718解析培養(yǎng)霉菌時需要將培養(yǎng)基調至酸性。發(fā)酵工程包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵、產品的分離和提純等，種子罐又叫繁殖罐，推測②屬于發(fā)酵工程中的擴大培養(yǎng)階段。為了避免雜菌污染，發(fā)酵罐接種前需要進行滅菌處理。酸性擴大培養(yǎng)前B組綜合強化練11.下列關于發(fā)酵工程的說法不正確的是A.發(fā)酵過程中要隨時檢測培養(yǎng)液的微生物數(shù)量B.發(fā)酵過程中要隨時檢測培養(yǎng)液的產物濃度C.發(fā)酵過程中不需要再添加營養(yǎng)組分D.發(fā)酵過程中要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等√123456789101112131415161718解析

發(fā)酵過程中需要及時添加必需的營養(yǎng)組分。12.發(fā)酵工程中菌種擴大培養(yǎng)的目的是A.提供優(yōu)良菌種 B.生產代謝物C.提供足夠菌種 D.接種的必經程序√12345678910111213141516171813.發(fā)酵工程的一項關鍵措施是滅菌，下列關于滅菌的敘述正確的是A.培養(yǎng)基和發(fā)酵設備均需要嚴格滅菌B.滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切細菌和真菌C.通入無菌空氣可以達到滅菌的目的D.pH調到7左右滅菌效果最好√123456789101112131415161718解析

培養(yǎng)基的滅菌是殺死培養(yǎng)基中的一切微生物，故B錯誤；為防止雜菌污染，通入的空氣也要是無菌的，但不是通入無菌空氣就可以達到滅菌的目的，故C錯誤；滅菌效果與pH無直接關系，故D錯誤。14.以下不屬于發(fā)酵工程應用的是A.生產抗生素、維生素、動物激素、胰島素、重組乙型肝炎疫苗等B.生產防腐劑、增味劑、著色劑、增稠劑等食品添加劑C.生產用作飼料或食品添加劑的單細胞蛋白D.獲取用于產生抗體的動物細胞√12345678910111213141516171815.如圖所示為面包霉體內合成氨基酸的途徑。若在發(fā)酵工程中利用面包霉來大量合成氨基酸A，應采取的最佳措施是A.改變面包霉的細胞膜通透性B.在高溫高壓下進行發(fā)酵C.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶③的菌種D.對面包霉進行誘變處理，選育出不能合成酶②的菌種123456789101112131415161718√16.以下關于微生物飼料的敘述不正確的是A.酵母菌生產的單細胞蛋白可以作為食品添加劑B.用單細胞蛋白制成的微生物飼料，能使家畜、家禽增重快C.青貯飼料中添加乳酸菌可以提高飼料的品質，使飼料保鮮D.微生物飼料可以抑制病原微生物的生長，減少病害的發(fā)生√解析

有些微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生長，減少病害的發(fā)生，微生物飼料沒有這方面的作用。12345678910111213141516171817.下列關于發(fā)酵工程在其他方面的應用，敘述錯誤的是A.利用纖維蛋白廢料發(fā)酵生產酒精、乙烯等能源物質已取得成功B.發(fā)酵原料的改變對解決資源短缺與環(huán)境污染問題具有重要意義C.嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產洗滌劑D.嗜低溫菌有助于提高熱敏性產品的產量解析

利用纖維廢料發(fā)酵生產酒精、乙烯等能源物質已取得成功。123456789101112131415161718√18.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?；卮鹣铝袉栴}：(1)我國微生物發(fā)酵工程生產谷氨酸常用的菌種有谷氨酸棒狀桿菌和黃色短桿菌，下列生物中與