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1、1,2,第六单元,生物工程,第 31 讲,发酵工程,3,【考纲搜索】 (1)应用发酵工程的生产实例； (2)发酵工程的概念和内容； (3)发酵工程的应用。,4,【分析预测】 微生物与发酵工程和人类生产、生活特别是人体健康密切联系，尤其是基因工程与细胞工程实现产业化，生产人类所需的现代生物技术产品必须应用发酵工程，因此本讲内容是高考的热点。在近几年高考中考查频率呈上升趋势，常以选择题形式出现，非选择题主要与遗传变异和免疫知识进行综合考查，多集中微生物的增殖、遗传信息的表达、真原核细胞的结构、基因结构、突变与代谢的关系以及发酵工程中的条件控制等。本讲知识中的实验与探究类试题在高考中逐年增多，应引起
2、高度重视。,5,一、知识概述,实例： 谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸 (异养需氧型)(初级代谢产物) 概念：采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术,6,内容： 应用： 【医药】生产药品，生产基因工程药品 【食品】生产传统发酵产品，生产食品添加剂，解决粮食短缺(单细胞蛋白),7,二、要点归纳 发酵工程的概念和内容 1.概念：是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产的一种技术。 2.内容：包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯
3、等方面。,8,3.与发酵的区别：发酵是个过程，是通过微生物的大量培养生产各种代谢产物或菌体的过程，而发酵工程是一种生物技术，采用现代工程技术手段，人工控制环境条件，进行大规模发酵生产。,9,影响发酵过程的因素分析 1.温度影响 酶活性 生物合成的途径，如金色链霉菌在30以下时，合成金霉素能力强，在35以上时，则只合成四环素 发酵液的物理性质以及菌种对营养物质的分解和吸收,注意：菌体的生长和产物合成所需的最适温度可能不同，因此，常通过实验来确定不同菌种不同发酵阶段的最适温度，进行分段控制。,10,2.pH影响酶活性 细胞膜的带电荷状况膜的通透性营养物质吸收与代谢产物分泌 培养基中营养物质的分解
4、产物的生成，如pH呈酸性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺，而不是谷氨酸 pH改变的原因：发酵工程中营养物质的利用，代谢产物的积累。 调整措施：添加缓冲系统，或中间补加氨水、尿素、CaCO3、(NH4)2CO3等。,11,3.溶氧影响不同异养微生物的生长、繁殖与代谢 产物合成，如当溶解氧不足时，谷氨酸棒状杆菌生成的代谢产物是乳酸或琥珀酸，而不是谷氨酸 4.营养物质的浓度 C/N、无机盐、维生素：影响菌体生长和代谢产物的积累，如C/N=3时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；但当C/N=4时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少。,12,发酵工程中菌种选育常用方法的比较,13,生物工程的比较与联
5、系,14,(2007全国)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，发酵液中有乳酸的积累 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,C,谷氨酸棒状杆菌是好氧型细菌，在氧气充足时，不会有乳酸的积累；碳源与氮源之比影响谷氨酸的产量，当培养基中碳源与氮源之比为41时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少，而当培养基中碳源与氮源之比为31时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸的合成量增加；谷氨酸合成过
6、多时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而使谷氨酸的合成过程中断，因此需要及时排出谷氨酸，才可以解除抑制作用；当发酵液的pH为酸性时，谷氨酸棒状杆菌会产生乙酰谷氨酰胺。,15,(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,C,发酵工程生产谷氨酸，溶氧不足，会产生乳酸或琥珀酸；发酵工程中用的培养基通常由水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素等配制而成，呈液体状态，因此是液体
7、天然培养基；从自然界分离的野生型菌株，产量一般都比较低，不能满足工业上的需要，通常都要用人工诱变的方法处理，使菌种产生突变，再从中筛选出符合要求的优良菌种，才能用于生产。当菌体生长进入稳定期时，要及时补充营养物以满足菌体的营养需求以提高谷氨酸的产量。故C不正确。,16,(2008北京)水华可因蓝藻爆发所致。科研人员尝试利用某种细菌限制蓝藻数量，相关实验的示意图如下图所示。图中表示实验步骤。 请回答问题：,17,(1)从细胞结构的特点与复杂程度上看，蓝藻属于细胞；从生态系统的营养结构上看，蓝藻处于；蓝藻的代谢类型通常是。,蓝藻(蓝细菌)无核膜，是原核细胞，能够进行光合作用产生有机物，因而代谢类型
8、通常是自养需氧型，在生态系统的成分中属生产者，营养结构中处于第一营养级。,自养需氧型,原核,第一营养级,18,(2)引发水华的蓝藻可产生蓝藻毒素；蓝藻毒素(填“是”或“不是”)蓝藻生长、繁殖所必需的物质。蓝藻毒素对人是一种致癌因子，可使原癌基因，导致正常细胞发生癌变。,蓝藻毒素是蓝藻的次级代谢产物，可使蓝藻在生存斗争中处于较有利的地位，不是蓝藻生长、繁殖所必需的物质。人的原癌基因在正常情况下是处于被抑制状态，当在致癌因子作用下原癌基因被激活，正常细胞分化成为癌细胞。,从抑制状态变成激活状态,不是,19,(3)图中、通常使用的是、中已培养至期的蓝藻和溶藻细菌。 (4)图中实验组在每个培养皿中，如
9、果做三个重复实验，可采取的做法是 。为完善实验设计方案，应增设对照组，可采取的做法是 。,(3)对数期的菌体形态和生理特征稳定，为缩短调整期，通常选用对数期菌体作为菌种进行培养。(4)根据题中要求，“在每个培养皿中”“做三个重复实验”，因而只能在一个培养皿中选择三个不同位置，且是重复实验，处理条件是完全相同的。因为实验组是滴加含溶藻细菌的培养液，那么对照组就滴加不含溶藻细菌的培养液，其他条件均相同。,在每个培养皿中，选择三个不同位置，各滴加等量菌液,在每个培养皿中，选择三个不同位置，各滴加等量的、不含溶藻细菌的培养液,对数,20,(5)蓝藻通常呈蓝绿色，观察实验结果，发现培养皿中出现褪色空斑，说明蓝藻 。,由于蓝藻先培养，形成菌落(绿斑)，后加入含溶藻细菌的培养液，溶藻细菌分解绿斑里的蓝藻，最终会使蓝藻的菌落(绿斑)褪色成为空斑(蓝藻彻底被裂解而死亡)。,被溶藻细菌裂解(死亡),21,