【走向高考】生物一轮复习 第十二讲 发酵工程简介同步课件 大纲人教版.ppt

1 列举应用发酵工程的生产实例 2 简述发酵工程的概念和内容 3 举例说出发酵工程的应用 一 生产实例用微生物生产谷氨酸 制造味精二 概念与内容 发酵工程图示 三 应用 说明 谷氨酸发酵所用的培养基既是液体培养基又是天然培养基 液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用 还能为菌体提供更大的生存空间 同时也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物的提取等 天然培养基则既能满足菌体的营养需求 又能降低生产成本 还能减少对环境的污染 其中 碳源是豆饼水解液和玉米浆 氮源是尿素和豆饼水解液 生长因子是生物素 搅拌的作用 一是使空气形成细小的气泡 迅速溶解在培养液中 称溶氧 二是使菌种与培养液充分接触 提高原料的利用率 发酵过程中温度上升的原因 一是搅拌器机械搅拌产热 二是菌体自身代谢产热 深化拓展1 发酵的含义 狭义上的发酵是指微生物的无氧呼吸 而广义上的发酵则包括有氧发酵 如氨基酸发酵 和厌氧发酵 如酒精发酵 2 发酵的分类 例1 2010 丰都模拟 在谷氨酸发酵过程中 关于培养基成分或条件改变对谷氨酸棒状杆菌生长和产物影响的叙述 正确的是 a 配制高浓度营养物质的培养基 会使谷氨酸棒状杆菌大量繁殖b 将培养基中的c n比控制为3 1时 有利于提高谷氨酸的产量c 培养基的ph呈酸性时 代谢产物将会是乳酸或琥珀酸d 谷氨酸棒状杆菌为厌氧菌 培养基中需严格控制溶氧 通气量等发酵条件 解析 在配制培养基时 营养物质的浓度 比例一定要协调 若营养物质的浓度过高 将会抑制谷氨酸棒状杆菌的繁殖 当c n比控制在3 1时 菌体的繁殖虽受到抑制 但有利于提高谷氨酸的产量 当ph呈酸性时 代谢产物将会是乙酰谷氨酰胺 当溶氧不足时 代谢产物将是乳酸或琥珀酸 谷氨酸棒状杆菌为好氧菌 所以要严格控制溶氧 通气量及转速等 否则代谢产物就会改变 答案 b 2010 正定模拟 下列有关发酵罐中谷氨酸发酵的叙述中 正确的是 a 发酵中不断通入纯氧气b 搅拌的目的只是使空气形成细小气泡 增加培养基中的溶氧量c 冷却水可使酶的活性下降d 若培养条件不当就可能不能得到所需产品思路点拨 解答本题的关健有以下两点 正确分析谷氨酸发酵过程中所需的各种条件 理解并掌握每种影响因素可能的影响机理 解析 下面通过表格 对各选项逐一分析 答案 d 1 菌种的选育常用选育方法包括自然界选种 诱变育种 细胞工程 基因工程等 比较如下 2 发酵工程中的灭菌与接种灭菌是指使用强烈的理化因素杀死发酵设备和培养基中的所有微生物 包括芽孢 孢子等微生物休眠体 使整个发酵罐中没有任何生物 给将要加入的生产菌种准备一个非常 干净 的环境 接种是指在没有任何其他微生物的条件下加人生产菌种 发酵罐中只有纯净的生产菌种 才能保证发酵产品的品质和产量 灭菌与接种的区别在于 灭的是杂菌 接的是发酵菌种 并且灭菌在前 接种在后 如果接种之前不灭菌或灭菌不彻底 混入了其他微生物 即污染杂菌 那么 杂菌会在发酵罐中大量繁殖 与生产菌种形成竞争关系 这将造成发酵产品的产量和纯度下降 甚至得不到产品 例如在青霉素的发酵生产过程中污染了某些杂菌 这些杂菌会分泌青霉素酶 将形成的青霉素分解掉 3 严格控制发酵条件发酵条件的改变及培养基成分比例不协调 均会导致产量下降 甚至不能得到正常产物 如谷氨酸发酵时溶氧不足会得到乳酸或琥珀酸 ph呈酸性时会得到乙酰谷氨酰胺 由于谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌均为好氧菌 故需满足其对氧的需求 具体分析如下 4 生产菌种为什么要扩大培养后才接种在发酵工程的生产中 要考虑缩短生产时间并提高产量 如果把1支试管中的优良菌种接种到1个数万升的发酵罐中 接种量无疑太小 发酵罐中菌群生长的调整期 对数期时间将大大延长 不利于提高发酵产品的产量 但是 若在对发酵罐接种之前便将这支试管的优良菌种进行多次扩大培养 使其菌种数量扩大数千倍甚至数万倍 那么 接种到发酵罐后 就可大大缩短在发酵罐中的培养时间 从而提高发酵产品的产量 5 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 6 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 7 发酵工程的流程简图 特别提醒区分消毒与灭菌消毒是指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物 不包括芽孢和孢子 灭菌则是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物 包括芽孢和孢子 发酵工程中培养基必须经过灭菌处理 例2 2010 兴义模拟 人造蛋白食品是现代生物工程的杰作之一 食用真菌蛋白是人造蛋白的一种 真菌蛋白的制造过程如图所示 请据图回答下列问题 1 往发酵罐内注入少量氨水的目的是 2 制造真菌蛋白时 要向发酵罐内注入空气 由此可以推知发酵罐中真菌的异化作用类型是 3 往发酵罐内添加的一切物品都要经过消毒 灭菌 其目的是 4 添加的糖被真菌利用 转化形成真菌蛋白 必须经过的生理过程是 5 从自然界分离出的真菌菌种 用于制造真菌蛋白时 真菌蛋白的产量较低 要获得较多的真菌蛋白 培育优质的真菌菌种可采用 等方法 解析 1 如图所示 往发酵罐中注入少量的氨水 其主要目的为该真菌提供生长所需要的氮源 2 往发酵罐中通入无菌空气是为了给该真菌提供氧气 由此可以推测发酵罐中真菌的异化作用类型是需氧型 3 往发酵罐内添加的一切物品在进入之前一定都要经过消毒 灭菌 其目的是防止杂菌的污染 即防止杂菌与真菌间进行竞争 进而影响代谢产物的品质和数量 4 培养基内添加的糖 被真菌利用后 在其体内经过氨基转换作用形成新的氨基酸 以新氨基酸为原料合成真菌蛋白 5 要培育出高产蛋白菌株 最常用的方法为人工诱变育种等 答案 1 满足真菌所需的氮源 2 需氧型 3 防止杂菌与真菌间的竞争 4 氨基转换作用 5 人工诱变育种 2010 新洲模拟 下列有关发酵工程的说法 正确的是 a 人工诱变 细胞工程 基因工程等都能对微生物进行定向改造b 环境条件的变化不仅会影响微生物的生长繁殖 也会影响微生物的代谢途径c 发酵罐中微生物的生长繁殖 代谢产物的形成与搅拌速度无关d 单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的 解析 细胞工程 基因工程可对微生物进行定向改造 而突变具有不定向性 故人工诱变无法对其定向改造 发酵罐中微生物的生长繁殖 代谢产物的形成与搅拌速度有关 因搅拌的主要目的是增加发酵罐中的溶解氧 如当供氧不足时 谷氨酸棒状杆菌的代谢产物是乳酸或琥珀酸 而不是谷氨酸 单细胞蛋白是微生物的菌体而不是其体内的提取物 答案 b 1 2010 湖州模拟 筛选 是生物学中培育生物新类型常用的手段 下列有关技术过程中不可能筛选成功的是 a 在无氮培养基上筛选圆褐固氮菌b 在不含精氨酸的培养液中筛选不能合成精氨酸的杂交细胞c 在小麦试验田中普遍喷洒赤霉菌筛选抗赤霉菌小麦d 基因工程中通过对细胞单独培养并检测目的基因产物进行筛选 解析 圆褐固氮菌属于自生固氮菌 能在无氮培养基中生长 而其他非固氮微生物由于缺乏氮源而不能在无氮培养基中生存 基因工程中的受体细胞中目的基因的检测可以通过检测目的基因产物进行筛选 答案 b 2 2010 成都调研 生产酵母菌时 不正确的措施是 a 隔绝空气b 在对数期获得菌种c 过滤 沉淀进行分离d 使菌体的生长长期处于稳定期答案 a 3 2010 吉林质检 在一固定容器内用液体培养基培养肺炎双球菌并测定其种群数量变化 结果如图 其中在a点时向培养基中添加了一定量的青霉素 下列对该菌种群数量变化的理解正确的是 a c d段菌体数量不再增加 这与使用青霉素有关b a b段种群中抗青霉素基因的基因频率变化最大c d点开始出现的变化说明d时一定是再次加入了青霉素d 曲线从b点到d点主要体现了青霉素对肺炎双球菌的选择过程解析 从曲线看 c d段菌体数量的饱和程度与青霉素没有关系 与营养空间 代谢产物有关 a b段种群抗青霉素基因的基因频率变化最大 答案 b 4 2010 吉林期末 发酵工程中常采用延长稳定期 连续培养的方法提高产量 下列相应叙述正确的是 a 此方法适于生产胞内初级代谢产物和单细胞胞蛋白等工程产品b 此方法适于研究自然界微生物的生长规律c 需及时更新培养基 排放有害代谢产物d 固体培养基比液体培养基更适于连续培养解析 发酵工程中延长稳定期的做法 可以应用于生产次级产物 如利用酵母菌的发酵生产酒精 微生物的生长规律一般用恒定容积的液体培养基来研究 发酵工程中常用液体培养基 有利于培养基的更新 答案 c 5 2010 沈阳模拟 影响谷氨酸棒状杆菌生长速率的是碳氮比 当碳氮比为4 1时 菌体大量繁殖 而碳氮比为3 1时 则繁殖减慢 产生的谷氨酸增多 所以运用发酵工程生产谷氨酸时应选择的培养条件是 对数期 培养基碳氮比为4 1 隔绝空气 对数期 培养基碳氮比为3 1 隔绝空气 对数期 培养基碳氮比为4 1 通气培养 稳定期 培养基碳氮比为3 1 隔绝空气 稳定期 培养基碳氮比为4 1 通气培养 稳定期 培养基碳氮比为3 1 通气培养a b c d 解析 考查谷氨酸棒状杆菌的代谢特点 培养条件及碳氮比对培养结果的影响 谷氨酸棒状杆菌是需氧型生物 所以培养时应始终通入无菌空气 谷氨酸生产中 培养基中的c n比最重要 由题意知在该菌大量繁殖的对数期c n应为4 1 稳定期活菌数目达到最高峰 细胞内大量积累代谢产物 此时培养基c n应为3 1 所以d项正确 答案 d 6 2010 湖北襄阳一中月考 将10ml酵母菌放在适宜的温度下培养 并在不同时间内等量均匀取样4次 分别测定样品中酵母菌的数量和ph 结果如下表所示 根据此表分析 下列判断正确的有 培养过程中酵母菌始终出生率 死亡率 样品的取样先后次序为2 4 1 3 对酵母菌而言 10ml该培养液的环境负荷量可能为1 21 107个 若进行第5次均匀取样 10ml样品中的酵母菌数量有可能低于1 21 107个a 一项b 二项c 三项d 四项 解析 在培养酵母菌的过程中 因为酵母菌的代谢活动 使培养液ph不断下降 所以正确的取样顺序为2 4 1 3 从表中数据分析可知 达到稳定期时 酵母菌数量达到最大值 10ml该培养液的环境负荷量为1 21 107个 若继续培养 种群生长进入衰亡期 种群数量将不断下降 若继续取样 酵母菌的种群数量有可能低于1 21 107个 答案 c 请同学们认真完成课后强化作业 考情分析1 命题特点 1 一般以谷氨酸的发酵过程为实例 将本章节中前后相关的知识点及必修中所涉及的内容进行全方位的综合考查 如菌种的选育过程与生物的育种方法 微生物的培养中培养基的组成成分和制作联系起来考查 2 题目一般以选择题的形式出现 难度不大 2 预测展望 1 在以后的高考题中很可能仍以选择题的形式 全面地考查学生对于微生物类群的整体认识 考查的重点内容是微生物的结构特点 营养和代谢 生长及发酵生产的条件 过程等方面的基础知识 2 随着现代科学技术日益广泛地走近学生的日常生活 高考题会从一些生产实例 如抗生素 如青霉素 的生产 腐乳制作 乙肝疫苗的制备 味精生产 啤酒生产 酱油 食醋的生产过程等引入 对发酵工程与食品工业 医药保健 基因工程等诸多行业所涉及的理论知识联系起来进行多个层次 不同角度的全面考查 培养学生综合运用知识去解决实际问题的能力 呈现题型可能是非选择题 备用选题1 2009 黄冈调研 有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是 a 发酵过程中要不断地通入空气b 培养液中ph常控制在较低范围c 搅拌的惟一目的是使空气成为小泡d 适量冷却水可维持酶的正常活性 解析 进行谷氨酸发酵的菌种谷氨酸棒状杆菌 黄色短杆菌等是异养需氧型微生物 所以要在培养过程中不断通入空气 但必须通入的是无菌空气 否则易造成杂菌污染 当培养条件不恰当时 不能得到谷氨酸 如ph降低时 将得到乙酰谷氨酰胺 因而谷氨酸发酵的培养液 ph应控制在7 8的范围 在培养过程中 由于微生物的代谢产物产热和机械摩擦生热会使培养基的温度升高 达到一定程度 酶和核酸的结构遭到破坏 培养会因此受到影响 因此降低温度是保证酶正常活性的条件之一 而不会使酶活性下降 搅拌不但使空气成为小气泡以增加培养基中的溶氧量 还能使培养基与菌种充分接触 提高原料的利用率 答案 d 2 2009 合肥高三质检 有一种能生产食品香料的细菌 其生长速率 代谢产物的产量与培养液中的温度 ph 溶氧量等关系如下图所示则在发酵罐中生产该食品香料时 应控制的培养条件是 a 通入无菌空气并快速搅拌b 将温度始终控制在30 c 加缓冲液 控制ph始终在4 3d 发酵罐严格密封解析 这是一道中等难度的考题 考查学生对于微生物生长规律以及代谢产物的认识 由题意可知 发酵目的是得到食品香料 属于该细菌的代谢产物 由图可知 代谢产物在温度为37 左右 ph为5 5左右时 产量最高 而由其生长速率 代谢产物与溶氧的关系可以判断 该细菌为厌氧细菌 因此本题答案是d 答案 d 3 2009 江西九江高三模拟 下列对发酵工程的叙述中 正确的是 a 一般用人工诱变 杂交 基因工程 细胞工程等方法选育出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的灭菌处理c 发酵过程是发酵的中心阶段 必须严格地检测并控制 使整个发酵过程的温度和ph等保持恒定不变d 发酵生产中 为提高次级代谢产物的产量 一般需要缩短调整期 延长稳定期 解析 本题考查发酵工程技术 难度中等 发酵工程中选育菌种可通过诱变 细胞工程和基因工程等方法选育出工程菌 但不进行杂交 因为细菌不进行有性生殖 用于发酵工程生产的培养基应用天然培养基 可降低成本 发酵过程中 由于微生物代谢 搅拌等因素使温度变化 而微生物代谢产物的积累和营养物质的消耗使ph变化 稳定期是大量获得产物的时期 答案 d 4 2009 北京海淀高三期末 沼气发酵是指人畜粪便 秸秆 污水等各种有机物在密闭的沼气池内 被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化 最终产生沼气的过程 下列有关叙述不正确的是 a 有足够数量含优良沼气菌种的接种物有利于启动沼气发酵b 为防止发酵产热导致池温过高 应定期打开池盖进行散热c 发酵原料不仅要充足 而且需要适当搭配 保持一定的碳 氮比例d 沼气发酵微生物将分泌纤维素酶 淀粉酶 蛋白酶 脂肪酶等胞外酶 解析 这是中等难度的考题 旨在考查考生对于基础知识应用的能力 沼气发酵微生物的代谢类型是厌氧型 因此不能打开池盖 本题答案是b 答案 b 5 2009 南昌四校高三联考 下列说法正确的是 a 发酵罐中微生物的生长繁殖与代谢产物的形成都与ph有关b 单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的c 谷氨酸棒状杆菌要在隔绝空气的条件下发酵才能得到谷氨酸d 人工诱变 细胞工程 基因工程等都能对微生物进行定向改造 解析 本题是一道综合性的考题 属于中等难度 微生物的生长繁殖需要适宜的ph ph主要影响酶的活性以及代谢产物的形成 谷氨酸棒状杆菌是好氧细菌 发酵时需要通入无菌空气 人工诱变是不定向的变异 不能定向改造生物 因此本题答案是a 答案 a 资料卡片微生物净化的原理微生物异化作用类型有需氧型和厌氧型两种 有氧气存在的条件下 通过好氧微生物的分解代谢 合成代谢和矿物化作用 能把污水的有机物氧化分解成co2和h2o等 同时从中获得各种矿质离子 污水的需氧净化处理 就是模拟这种生物净化原理 把微生物培养在一定的构筑物内并通气 从而达到高效净化污水的目的 微生物在严格