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2019-2020年高三生物第一輪復(fù)習(xí) 5、微生物與發(fā)酵工程3、發(fā)酵工程簡介教案 新人教版選修 教學(xué)目的 1． 發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容（A：知道）。 2． 發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)中的應(yīng)用（A：知道）。 重點(diǎn)和難點(diǎn) 1． 教學(xué)重點(diǎn) 發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容。 2． 教學(xué)難點(diǎn) 在發(fā)酵過程中，如何保證菌種生長和代謝的正常進(jìn)行。 教學(xué)過程 【板書】 實(shí)例：谷氨酸發(fā)酵 發(fā)酵工程的概念 菌種選育 發(fā)酵工程 培養(yǎng)基的配制 發(fā)酵工程 滅菌 的內(nèi)容 擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 發(fā)酵過程 產(chǎn)品的分離和純化 在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用 發(fā)酵工程的應(yīng)用 在食品工業(yè)方面的應(yīng)用 【注解】 一、實(shí)例：谷氨酸發(fā)酵 （一） 獲取菌種：谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌 （二） 配制培養(yǎng)液：五種因子 （三） 滅菌：高壓蒸汽滅菌 （四） 接種：無菌條件下加入菌種 （五） 發(fā)酵：在發(fā)酵罐中進(jìn)行，其中的關(guān)鍵步驟是“溶氧”。通入無菌空氣并不斷攪拌 （六） 分離提取產(chǎn)物 二、發(fā)酵工程的概念 （一）概念：采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。 （二）發(fā)酵工程的內(nèi)容 1． 菌種選育：自然分離、人工誘變、基因工程、細(xì)胞工程 2． 培養(yǎng)基的配制：物質(zhì)種類、比例、適宜的PH 3． 滅菌：去除雜菌，主要?dú)缗囵B(yǎng)基中和發(fā)酵設(shè)備中的雜菌 4． 擴(kuò)大培養(yǎng)和接種：菌種多次培養(yǎng)達(dá)到一定數(shù)量 5． 發(fā)酵過程：控制各種條件生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品 菌體：用過濾、沉淀等方法 6． 產(chǎn)品的分離和純化 代謝產(chǎn)物：用蒸餾、萃取、離子交換等方法 在醫(yī)藥工業(yè)方面：生產(chǎn)藥品和基因工程藥品 三、發(fā)酵工程的應(yīng)用 在食品工業(yè)方面：生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品、食品添加劑、單細(xì)胞蛋白（菌體）等 【同類題庫】 發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容（A：知道） ．工業(yè)上利用谷氨酸棒狀桿菌大量積累谷氨酸，應(yīng)采用（C） A．加大葡萄糖的投放量 B．加大菌種的密度 C．改變菌體細(xì)胞膜通透性 D．改變培養(yǎng)基碳源和氮源的比例 ．發(fā)酵是指（D） A．微生物的呼吸過程 B．一種微生物的繁殖過程 C．微生物的新陳代謝 D．微生物產(chǎn)生代謝產(chǎn)物和菌體的過程 ．暴露在空氣中，下列哪種微生物不能生存（D） A．酵母菌 B．真菌 C．放線菌 D．產(chǎn)甲烷桿菌 ．發(fā)酵過程中，用一定的轉(zhuǎn)速攪拌，除能使菌種和發(fā)酵液充分接觸提高原料利用率外，還能增加（D） A．放料速度 B．冷卻水循環(huán) C．進(jìn)料速度 D．溶解氧 ．關(guān)于菌種的選育不正確的是（C） A．自然選育的菌種不經(jīng)過人工處理 B．誘變育種的原理是基因突變 C．通過有性雜交可以形成工程細(xì)胞 D．采用基因工程的方法可構(gòu)建工程菌 ．有關(guān)谷氨酸發(fā)酵的敘述中，正確的是（B） A．發(fā)酵中要不斷通入空氣（無菌） B．培養(yǎng)條件不當(dāng)將得不到所需要的產(chǎn)品 C．?dāng)嚢璧奈ㄒ荒康氖鞘箍諝獬蔀樾∨? D．冷卻水可以使酶的活性下降 ．谷氨酸發(fā)酵過程中，如果環(huán)境條件控制不當(dāng)，則可能使代謝產(chǎn)物成為乳酸，那么乳酸是下列哪種條件下的產(chǎn)物（D） A．PH值過小 B．PH值過大 C．溶氧過多 D．溶氧不足 ．當(dāng)谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中出現(xiàn)了谷氨酰胺，則應(yīng)當(dāng)加入（C） A．新培養(yǎng)基 B．緩沖液 C．碳酸氫鈉 D．鹽酸 ．在谷氨酸發(fā)酵過程中，必須不斷地調(diào)整培養(yǎng)液的PH值，原因是（B） ①谷氨酸發(fā)酵的最適PH值是7．0-8．0 ②在發(fā)酵過程中，培養(yǎng)液的PH值會發(fā)生變化 ③當(dāng)PH呈酸性時(shí)，谷氨酸的產(chǎn)量會下降 ④不調(diào)節(jié)PH值，培養(yǎng)液中生成的谷氨酸會變成其他物質(zhì) A．①②③ B．①②③④ C．①② D．①④ ．谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸的培養(yǎng)基中，五大類營養(yǎng)要素物質(zhì)不可缺少。但其中哪種物質(zhì)要保持適量狀態(tài)，若缺乏，則菌體生長十分緩慢，若過量，則為乳酸發(fā)酵（C） A．碳源 B．氮源 C．生長因子 D．水和無機(jī)鹽 （生長因子過多，會使菌體生長過快，消耗大量氧氣，從而導(dǎo)致無氧呼吸） ．對谷氨酸發(fā)酵的敘述正確的是（D） A．菌體是異氧厭氧型微生物 B．培養(yǎng)基屬于液態(tài)的合成培養(yǎng)基 C．谷氨酸的形成與攪拌速度無關(guān) D．產(chǎn)物可用離子交換法提取 ．關(guān)于菌種的選育不正確的是（C） A．自然選育的菌種不經(jīng)過人工處理 B．誘變育種原理的基礎(chǔ)是基因突變 C．通過有性雜交可形成工程細(xì)胞 D．采用基因工程的方法可構(gòu)建工程菌 ．發(fā)酵工程滅菌的目的（C） A．滅殺細(xì)菌 B．殺死雜菌 C．殺滅所有微生物 D．加大氮源、碳源的比例 ．能影響發(fā)酵過程中溫度變化的因素是（D） A．微生物分解有機(jī)物釋放的能量 B．機(jī)械攪拌 C．發(fā)酵罐散熱及水分蒸發(fā) D．A、B、C都對 ．在發(fā)酵中有關(guān)氧的利用正確的是（B） A．微生物可直接利用空氣中的氧 B．微生物只能利用發(fā)酵液中溶解氧 C．溫度升高，發(fā)酵液中溶解氧增多 D．需向發(fā)酵液中連續(xù)補(bǔ)充空氣并不斷的攪拌 ．大量生產(chǎn)酵母菌時(shí)，不正確的措施是（A） A．隔絕空氣 B．在對數(shù)期獲得菌種 C．過濾沉淀進(jìn)行分離 D．使菌體生長長期處于穩(wěn)定期 ．配制好的培養(yǎng)基必須經(jīng)過滅菌，滅菌是指殺死一定環(huán)境中所有微生物的 、 和 。常用的方法是 。發(fā)酵過程的產(chǎn)物有兩類，一類是代謝產(chǎn)物，另一類是菌體本身。產(chǎn)品不同，分離提純的方法也不同，對于前者，常用的方法有 、 、 等；對于后者，常用的方法是 、 。 [細(xì)胞、孢子、芽孢 高壓蒸汽滅菌 蒸餾、萃取、離子交換 過濾．沉淀] ．下圖是發(fā)酵裝置，請據(jù)圖回答： （1）在培養(yǎng)過程中，發(fā)現(xiàn)放料口所排出的培養(yǎng)基中， 微生物形態(tài)多樣，這時(shí)，微生物生長處于 期， 添加培養(yǎng)基的速度應(yīng)該 ，請?jiān)谝韵伦鴺?biāo)中畫出添加培養(yǎng)后微生物的生長曲線。 （2）若該裝置的PH檢測裝置出了問題，可以采用的應(yīng)急措施是 ，PH發(fā)生變化的原因是 。 （3）若此時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度過高，應(yīng)該啟用的有[ ] 和[ ] ，溫度升高的原因可能是 。 （4）若此裝置用于酒精發(fā)酵和谷氨酸發(fā)酵，則關(guān)鍵步驟是 。 （5）若培養(yǎng)過程中，進(jìn)料和放料速度不變，但有效產(chǎn)物減少，如果是酒精發(fā)酵應(yīng)該檢查 若是谷氨酸發(fā)酵則應(yīng)檢查 。 [（1）衰亡；加快；圖見右（2）添加緩沖液；營養(yǎng)物質(zhì)的消耗和代謝產(chǎn)物的積累（酸堿物質(zhì)的增減不均衡）（3）4冷卻水入口；5攪拌器產(chǎn)熱（代謝產(chǎn)熱、機(jī)械產(chǎn)熱）大于散熱（冷卻水散熱、罐體散熱）（4）控制3無菌空氣的加入，因?yàn)榫凭l(fā)酵是厭氧發(fā)酵，谷氨酸發(fā)酵是需氧發(fā)酵（5）通氣量溶氧量降低；PH改變] ．如右圖是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程簡圖，據(jù)圖回答： 從自然界中分離的菌種 （1）能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的， 原料 ①是 ；高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培養(yǎng)的， ① ② ③ ②是 ③是 。 培養(yǎng)基配制 （2）④表示 ，⑤表示 。 生產(chǎn)用菌種 （3）整個(gè)過程的中心階段是發(fā)酵，在此階段需隨 ⑤ 時(shí)取樣．檢測 等，以了解發(fā)酵進(jìn)程，還要及 擴(kuò)大培養(yǎng) 時(shí)添加 ，同時(shí)嚴(yán)格控制 。 ④ 發(fā)酵罐內(nèi) （4）若⑥是單細(xì)胞蛋白的話，⑥是 。氨基 發(fā)酵 酸、維生素屬⑦的 產(chǎn)物。 分離 提純 [（1）基因工程；誘變育種；細(xì)胞工程（2）接種；滅菌 （3）菌體數(shù)量和產(chǎn)物濃度；培養(yǎng)基；發(fā)酵條件（4）微生物 ⑥ ⑦ 菌體；初級代謝] 發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)中的應(yīng)用（A：知道） ．應(yīng)用發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品不包括（D） A．初級代謝產(chǎn)物 B．次級代謝產(chǎn)物 C．單細(xì)胞蛋白質(zhì) D．目的基因 ．下列敘述正確的是（D） A．谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸時(shí)，培養(yǎng)基為固體培養(yǎng)基 B．發(fā)酵過程中攪拌的目的是使菌種與培養(yǎng)液充分接觸，提高原料的利用率，與溶氧無關(guān) C．若PH值呈酸性，谷氨酸發(fā)酵中產(chǎn)物不是谷氨酸，而是乳酸與琥珀酸 D．若發(fā)酵工程的產(chǎn)物是微生物菌體，則通常不用蒸餾、萃取或離子交換等方法 ．以下不屬于發(fā)酵工程應(yīng)用的是（D） A．生產(chǎn)抗生素、維生素、動物激素、胰島素、重組乙肝疫苗等 B．生產(chǎn)啤酒、食醋等傳統(tǒng)產(chǎn)品，酸味劑、鮮味劑、色素、甜味劑等食添加劑 C．生產(chǎn)用作飼料或食品添加劑的單細(xì)胞蛋白質(zhì) D．獲取用于生產(chǎn)單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞 ．單細(xì)胞蛋白是指（D） A．單個(gè)植物細(xì)胞培養(yǎng)得到的高純度蛋白質(zhì) B．單個(gè)動物細(xì)胞培養(yǎng)得到的高純度蛋白質(zhì)C．單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì) D．通過發(fā)酵獲得大量微生物菌體 ．發(fā)酵工程應(yīng)用于食品工業(yè)，除生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品外，還可產(chǎn)生哪類物質(zhì)為解決糧食短缺 開辟了新的途徑（D） A．啤酒 B．食品添加劑 C．維生素 D．單細(xì)胞蛋白質(zhì) ．分離提純是制取發(fā)酵產(chǎn)品不可缺少的階段，產(chǎn)品不同分離提純的方法也不同，對代謝產(chǎn)物 不能采用的提取方法是（C） A．蒸餾 B．萃取 C．過濾 D．離子交換 【學(xué)科內(nèi)綜合】 ．下列對右邊坐標(biāo)曲線的描述正確的是（D） ①表示酵母菌種群在對數(shù)期的生長速率隨時(shí)間(t)的變化 ②表示工業(yè)乳酸發(fā)酵時(shí)，乳酸生成量與時(shí)間之間的關(guān)系 ③表示生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性與恢復(fù)力穩(wěn)定性之間的關(guān)系 ④由南極一赤道一北極的各群落中物種多樣性的變化趨勢 A．①② B．③④ C．②③ D．①④ ．將細(xì)菌放在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)，它會繁殖并形成菌落(如下圖甲)。某實(shí)驗(yàn)小組想檢測兩種抗生素的殺菌作用，下列哪組實(shí)驗(yàn)方案最合適?（C） ．基因工程培養(yǎng)的“工程菌”通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品有（B） ①石油 ②人生長激素 ③紫草素 ④聚乙二醇 ⑤胰島素 ⑥重組乙肝疫苗 A．①③⑥ B．②⑤⑥ C．③⑤⑥ D．②③⑤ ．基因工程培育的“工程菌”通過發(fā)酵過程生產(chǎn)的產(chǎn)品有（B） ①石油 ②人生長激素 ③紫草素 ④聚乙二醇 ⑤胰島素 ⑥重組乙肝疫苗 A．①③⑥ B．②⑤⑥ C．③⑤⑥ D．②③⑤ ．發(fā)酵工程中培育優(yōu)良品種的方法有多種，其中能定向培育新品種的方法是（C） ①人工誘變 ②基因移植 ③細(xì)胞雜交 A．① B．①② C．②③ D．①②③ ．在啤酒生產(chǎn)過程中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過程大致如下：將經(jīng)過滅菌的麥芽汁流氧,接入啤酒酵母菌菌種后輸入發(fā)酵罐.初期,酵母菌迅速繁殖,糖度下降,產(chǎn)生白色泡沫,溶解氧漸漸耗盡.隨后,酵母菌繁殖速度迅速下降,糖度加速降低,酒精濃度漸漸上升,泡沫不斷增多.當(dāng)糖濃度下降一定程度后,結(jié)束發(fā)酵.最后分別輸出有形物質(zhì)和新啤酒 根據(jù)上述過程,請回答: （1）該過程表明啤酒酵母菌異化作用的特點(diǎn)是 （2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是 ．人造蛋白食品是現(xiàn)代微生物工程的杰作之一，食用真菌蛋白是人造蛋白的一種，真菌蛋白 的制造過程如下圖所示，請據(jù)圖回答下列問題： （1）往發(fā)酵罐中注入少量氨水的目的是 。 （2）添加的糖被真菌利用，轉(zhuǎn)化成真菌蛋白，必須經(jīng)過的生理過程是 。 （3）從自然界分離出的真菌菌種，用于制造真菌蛋白時(shí)，真菌蛋白的產(chǎn)量低，要獲得較多 真菌蛋白，培育優(yōu)良菌種可采用 、 等方法。 （4）利用微生物工程制造出真菌蛋白，常作家畜（如豬）的飼料添加劑，豬食用這些添加 劑可加速肥育的原因是 ，這些添 加劑在豬體內(nèi)的代謝產(chǎn)物有 。 [（1）滿足真菌所需的氮源（2）轉(zhuǎn)氨基作用（3）誘變育種、基因工程、細(xì)胞工程（三選二） （4）豬食用后，真菌蛋白被分解成氨基酸，經(jīng)脫氨基作用，生成的不含氮部分轉(zhuǎn)變成脂肪； CO2、H2O、尿素] ．右圖是發(fā)酵工程的流程圖，據(jù)圖回答： (1)在配制培養(yǎng)基時(shí)，要注意各種營養(yǎng)的比例。假如利用谷氨酸棒狀桿菌來生產(chǎn)谷氨酸，則在擴(kuò)大培養(yǎng)階段的碳氮比是 ，在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵時(shí)的碳氮比是 。 (2)培養(yǎng)基配制好后，一定要滅掉培養(yǎng)基中的 ，其目的是 防止 ，防止 。 (3)假如用黃色短桿菌來生產(chǎn)賴氨酸，可用①來提高發(fā)酵的產(chǎn)量。①代表的菌種選育方法為 ，選育出不能合成 酶的菌種。生產(chǎn)的賴氨酸是此微生物的 級代謝產(chǎn)物。 (4)在發(fā)酵罐中發(fā)酵時(shí)，若要提高發(fā)酵罐中的溶氧量，可采用的措施是 ①調(diào)整 。 ②調(diào)整 。 (5)若⑥是單細(xì)胞蛋白，則⑥代表的發(fā)酵產(chǎn)品是 。 [(1)4∶1 3∶1 (2)微生物(雜菌)的細(xì)胞、芽孢、孢子 雜菌與所需微生物間發(fā)生競爭 雜菌分解代謝產(chǎn)物 (3)誘變育種 高絲氨酸脫氫 初 (4)①通入的無菌空氣量 ②發(fā)酵罐中攪拌器的轉(zhuǎn)速 (5)微生物菌體] ．(10分)盡管微生物發(fā)酵有各種各樣的產(chǎn)物，但通常它們的生產(chǎn)能力小而且單一，不能勝任大批量的工業(yè)生產(chǎn)，于是科學(xué)家們想方設(shè)法使它們的“功力”增長幾十倍到上百倍。以生產(chǎn)維生素C為例：科學(xué)家找到兩種微生物——草生歐文氏菌和棒狀桿菌，它們共同作用時(shí)，可以通過發(fā)酵產(chǎn)生Vc，它們生產(chǎn)Vc的過程好像接力賽一樣，先由草生歐文氏菌將原料發(fā)酵成一種中間產(chǎn)物，隨后再由棒狀桿菌完成后半段工作?？茖W(xué)家將棒狀桿菌的有關(guān)遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)入草生歐文氏菌體內(nèi)，與它的DNA相連接，經(jīng)過改造后的新型歐文氏菌成了發(fā)酵工程的主角。 (1)從變異的來源看，該種新型歐文氏菌的變異類型屬于 ，該種新型歐文氏菌 與原來的歐文氏菌在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是 ，功能上的主要區(qū)別是 。 (2)生產(chǎn)中將新型歐文氏菌接種到發(fā)酵罐內(nèi)，必須先進(jìn)行 ，選取 期的新型歐文氏菌接種為最佳。 (3)從生態(tài)學(xué)角度考慮限制對數(shù)期菌體進(jìn)一步發(fā)展的主要的生物因素為 。造成衰亡期菌體數(shù)目減少的非生物因因素有 。 (4)從發(fā)酵工程的菌種來源看，人工改造菌種的方法還有 和 。 (5)微生物發(fā)酵工程的前景非常廣闊，是因?yàn)槲⑸锏拇x異常旺盛，產(chǎn)物生成迅速。微生 物的代謝異常旺盛的原因是 。 [(10分)(1)基因重組 含有棒狀桿菌的遺傳物質(zhì) 能獨(dú)立合成Vc (2)擴(kuò)大培養(yǎng) 對數(shù) (3)種內(nèi)斗爭 pH值、代謝產(chǎn)物、營養(yǎng)物質(zhì)(答出兩點(diǎn)既可) (4)人工誘變 細(xì)胞工程 (5)表面積與體積之比大，物質(zhì)交換迅速]