四川省成都市高考生物一轮复习 选修部分 第五章第三节发酵工程简介课件.ppt

谷氨酸棒状杆菌 液体 天然 碳源 氮源 生长因子 无机盐 3 灭菌 和发酵设备都必须严格灭菌 4 扩大培养与接种 目的是增大菌种量 缩短期 培养基中c n 5 发酵过程 1 不断通入 2 搅拌 既能加速氧的溶解 又能使菌种与培养液 提高原料的利用率 3 连续培养 c n 4 严格控制温度 ph等 当时 会产生乙酰谷氨酰胺 当时 会生成乳酸或琥珀酸 培养基 调整 4 1 无菌空气 充分接触 3 1 ph呈酸性 溶氧不足 二 发酵工程的环节 1 在微生物发酵过程中 接种前都要进行扩大培养 下列有关扩大培养的叙述 错误的是 a 如果接种前不进行扩大培养 会使调整期延长b 酿酒过程中 通入无菌空气的目的是扩大培养c 在谷氨酸生产中 可用c n比为4 1的培养基对菌种进行扩大培养d 扩大培养可提高发酵罐中营养物质的利用率 从而提高产量 解析 扩大培养的目的是增加发酵罐中菌体的数量 尽快达到k值 通过缩短调整期来缩短培养周期 提高设备的利用率 如果不进行扩大培养就直接接种 发酵罐中的菌体数量很少 将使调整期延长 酿酒过程中 常采用控制溶氧的方法来进行扩大培养 通入无菌空气 和酒精发酵 隔绝空气 在谷氨酸生产中 常采用控制c n比来进行扩大培养 4 1 和谷氨酸生产 3 1 答案 d 2 酵母菌发酵过程中 当菌体形成一定的群体生长优势后 一般不用刻意消灭杂菌 因为 a 杂菌与酵母菌是互利共生的b 杂菌与酵母菌代谢产物相同c 杂菌一般不能在有乳酸的环境中生存d 杂菌一般不能在有酒精的环境中生存 解析 酵母菌发酵产生酒精 形成一种特定的环境 其他杂菌一般不能生存 答案 d 3 如图表示发酵罐中各种因素对谷氨酸棒状杆菌发酵产生谷氨酸的影响 其中不正确的是 解析 在最适温度和最适ph时 酶的活性最高 谷氨酸产生速率最大 高于或低于该值都会使酶活性降低 谷氨酸产生速率下降 谷氨酸棒状杆菌是好氧菌 在一定范围内随着溶氧量的增加 谷氨酸 初级代谢产物 的产生速率会随着该菌生长繁殖速率的加快而增加 当溶氧量增大到一定值时 由于受其他条件 如酶的数量与活性等 的限制 谷氨酸产生速率不可能继续增加 随时间的推移 谷氨酸的产生速率在最初阶段可能不断加快 当活菌数目达到最多 稳定期 时 谷氨酸产生总量会继续增加 但产生速率则不再加快 答案 c 4 应用发酵工程生产的产品不包括 a 目的基因b 次级代谢产物c 单细胞蛋白d 初级代谢产物 答案 a 解析 目的基因可用于发酵工程中 工程菌 的改造 不是发酵产品 5 如图为谷氨酸发酵装置图 1 图中3 6处是发酵罐夹层中水的进出口 水在发酵罐夹层流动的作用是 2 谷氨酸发酵液的ph应控制在7 8范围内 随着代谢产物的积累 发酵液ph变化趋势是 控制办法是 发酵过程中 若谷氨酸 积累过量 会抑制 的活性 导致合成途径中断 这种代谢调节方式称为 调节 3 如果在4处通入自然空气 谷氨酸产量会 原因是 解析 在发酵过程中要控制好温度 ph和溶氧 其中温度调节主要依靠循环水 ph则可通过加酸或加碱的方法来调节 谷氨酸棒状杆菌是好氧菌 在发酵过程中需要不断通入无菌空气 增加发酵液中的溶氧 若通入不经处理的空气 空气中的杂菌就会与谷氨酸棒状杆菌产生竞争 或分解 吸收谷氨酸 答案 1 冷却 降温或使温度控制在30 37 2 下降加碱 氨水 谷氨酸脱氢酶酶活性的 反馈 负反馈 3 下降混入杂菌产生竞争 分解或吸收谷氨酸 示例1 谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子 谷氨酸钠是它的钠盐 是味精等调味品的主要成分 目前我们可以利用微生物发酵生产谷氨酸 1 常用的谷氨酸生产菌种除了谷氨酸棒状杆菌外 还有黄色短杆菌 这些菌种在基因结构上的主要特点是 2 如果在蛋白质合成过程中 携带谷氨酸的转运rna如右图所示 那么对应基因的碱基序列是 3 在配置谷氨酸发酵的培养基时 加入的成分有氨水 磷酸盐 钾盐 硫酸镁等 装置如下图所示 为了保证谷氨酸棒状杆菌正常发酵 还应该在发酵罐中加入五种营养要素中的生物素和 利用连续培养工艺流程可以大大提高生产效率 试阐述其原因 4 某厂的发酵液曾不慎被噬菌体污染 菌群大量死亡 但人们却侥幸从中获得了少数可抵抗噬菌体的新菌种 这种新性状的产生来源于 解析 1 谷氨酸棒状杆菌为原核生物 其基因结构中编码区是连续的 2 若反密码子为cuc则密码子为gag 基因为 ctc gag 3 连续培养可缩短培养周期 延长稳定期等 4 原核生物的变异为基因突变 答案 1 编码区是连续的 不间隔的 2 ctc gag 3 有机碳源保证微生物对营养物质的需求 排出部分有害代谢产物 使微生物保持较长时间的高速生长 缩短培养周期 延长稳定期 4 基因突变 影响发酵过程的因素 1 在谷氨酸生产过程中 必须不断地调整培养液的ph 原因是 谷氨酸发酵的最适ph为7 0 8 0 在发酵过程中 溶液ph会发生变化 当ph呈酸性时 谷氨酸的产量会下降 不调节ph 培养液中生成的谷氨酸会转变成其他物质a b c d 解析 谷氨酸发酵过程会改变发酵环境的ph 即培养基的原始ph在发酵过程中会发生改变 ph的改变又会影响发酵过程的进行及产物的生成等 答案 b 2 用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸 据图分析 在第 第 阶段提供的适宜条件分别是 c n为3 1 c n为4 1 通入无菌空气 密闭不通气a 和 b 和 c 和 d 和 解析 图中三个阶段分别是调整期 对数期和稳定期 在谷氨酸生产中 当c n比例为4 1时 菌体大量繁殖而产生谷氨酸少 当c n比例为3 1时 菌体繁殖受抑制而谷氨酸大量合成 谷氨酸棒状杆菌是需氧型的 但通入的空气必须是无菌空气 答案 a 示例2 下图a为细菌的生长曲线图 图b为发酵罐结构示意图 如果用来获得单细胞蛋白 请据图分析 下列叙述正确的是 a 谷氨酸属于初级代谢产物 产生于图a的1 2 3和4时b 在发酵过程中 取样得知细菌形态各异 此时谷氨酸棒状杆菌正处于图a中3时期c 图b的 通入冷却水 目的是降低发酵罐的温度 降低酶的活性d 从图b 放出的物质中 采用过滤 沉淀的方法 从培养液中分离出发酵产品 解析 图a中1为调整期 2为对数期 3为稳定期 4为衰亡期 谷氨酸属于初级代谢产物 产生于细菌的整个生命过程中 衰亡期的菌体出现多种形态 冷却水的作用是降低发酵罐的温度 保持酶的活性 图b中 为冷却水的出口 并不是发酵罐的放料口 答案 a 1 发酵过程中热量的来源与散失 1 热量来源 搅拌器搅拌产热 微生物代谢产热 2 热量散失 发酵罐壁散热 冷却水散热 2 搅拌器的作用 1 能增加培养液中的溶氧 2 能促使培养液与菌种充分接触 提高原料的利用率 3 下列对发酵工程内容的叙述 错误的是 a 用诱变育种 细胞工程 基因工程等方法选育出性状优良的工程菌并进行扩大培养b 根据工程菌所需的营养精确地配制出合成培养基并进行严格地灭菌处理c 发酵过程中必须严格地检测并控制发酵条件d 用适当的方法分离提纯产品并严格地进行质量检查 解析 发酵工程中所用的培养基一般是天然培养基 成分不确定 答案 b 4 分离提纯是制取发酵产品不可缺少的过程 产品不同 分离提纯的方法也不同 对微生物代谢产物常用的提取方法是 蒸馏 萃取 过滤 离子交换 沉淀a b c d 解析 对产品为菌体本身的提取方法是过滤和沉淀等 而对产品为微生物代谢产物的提取方法则是蒸馏 萃取 离子交换等 答案 b 示例 味精是家庭不可缺少的调味品 它的主要成分谷氨酸钠 是将谷氨酸用碳酸钠中和而成 目前主要利用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸 如图表示某容器中培养的谷氨酸棒状杆菌的生长曲线 请回答 1 谷氨酸棒状杆菌的新陈代谢类型是 2 为了测定培养液中细菌的数目 将500个红细胞与5ml该培养液混合均匀 然后制片观察 进行随机统计 结果如下 该5ml培养液中共含有细菌数约 个 3 当培养基中的碳源和氮源之比为4 1时 有利于延长图中的 段 如果想推迟d e段的出现 可以采用 的方法 4 对照图a 在图b绘出表示谷氨酸棒状杆菌生长速率变化的曲线 5 当培养基中 下降时 发酵罐中有乳酸或琥珀酸出现 6 为测定谷氨酸棒状杆菌生长所需的最适ph 某同学设计了下列实验步骤 配制适宜培养基 分装到5个锥形瓶中 并编号 用缓冲液分别调ph为4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 将每瓶培养基等量分装到3支试管中 加棉塞并包扎 每捆试管外挂上相应标签 在酒精灯上加热煮沸10min灭菌后冷却 无菌条件下接种等量菌种 37 恒温箱中培养24小时 测定每管中谷氨酸的产量 计量 统计并分析结果 a 上述步骤中有3个明显科学性错误 请改正之 b 试列出实验结果的数据统计表格 含标题 答案 1 异养需氧型 2 2500 3 b c连续培养 4 如图 5 溶氧 6 a ph为6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 在98kpa下 高压蒸气灭菌 20min 测定菌体的细胞数目 或测重量后再计算出细胞总重量 b 标题名称 不同ph下谷氨酸棒状杆菌的数量 或细胞总重量 统计表 实验方案评价型试题解题的一般思路 1 2010 上海高考 图中a表示基因工程 c表示发酵工程 d表示克隆技术 则e和b分别表示 a 胚胎移植和细胞培养b 显微注射技术和细胞培养c 细胞培养和花粉离体培养d 显微注射技术和药粉离体培养 解析 图中的e应是与a b c d生物工程都相关的技术 因发酵工程中不会涉及胚胎移植和显微注射技术 目的基因导入动物细胞常用方法 答案 c 2 2009 全国卷 下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述 错误的是 a 发酵时需不断通入无菌空气 否则会积累乳酸b 发酵时常采用的培养基为液体天然培养基c 从自然界分离的野生型菌株可直接用于生产d 当菌体生长进入稳定期时 补充营养物可提高谷氨酸产量 解析 从自然界分离的野生菌株 因其产量低而不能直接用于工业生产 故需通过诱变 基因工程 细胞工程等手段选育出生产用菌种 谷氨酸棒状杆菌是好氧菌 发酵时需不断通入无菌空气 以防止谷氨酸棒状杆菌无氧呼吸产生乳酸或琥珀酸 工业生产常用液体天然培养基 当菌体生长进入稳定期 营养物质相对不足 补充营养物质可提高谷氨酸产量 答案 c 3 2007 全国卷 通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸 生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌 下面有关谷氨酸发酵过程的叙述 正确的是 a 溶氧充足时 发酵液中有乳酸的累积b 发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响谷氨酸的产量c 菌体中谷氨酸的排出 有利于谷氨酸的合成和产量的提高d 发酵液ph呈碱性时 有利于谷氨酸棒状杆菌生成乙酰谷氨酰胺 解析 发酵过程要严格控制各种发酵条件 如果谷氨酸发酵过程中 溶氧不足时就会积累乳酸和琥珀酸 如果当培养基中c n 4 1时 菌体大量繁殖而谷氨酸的产量减少 当c n 3 1时 菌体的繁殖受到抑制 但是谷氨酸的合成量大大增加 当发酵液ph值呈酸性时 谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺 菌体中谷氨酸的合成过量时 就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性 从而导致合成途径中断 但是当谷氨酸的含量降低时 抑制作用就会解除 合成反应重新启动 所以菌体中谷氨酸的排出 有利于谷氨酸的合成和产量的提高 答案 c 4 2007 江苏高考 发酵工程在工业生产上得到广泛应用 其生产流程如下图所示 结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际 回答相关问题 1 人工控制微生物代谢的措施包括 和 目前采用 已经选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的 新菌种 2 在发酵过程中 产物源源不断地产生 这说明赖氨酸或谷氨酸的生产采用了 的发酵方式 在生产过程中 由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为 常需增加通氧量 当发酵生产的产品是代谢产物时 还要采用 等分离提纯的方法进行提取 解析 1 人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性 控制生产过程中的各种条件 即发酵条件 等 从图示可看出除用细胞工程 基因工程构建工程菌外 还可采用诱变育种 选育出