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1、课时课时3发酵工程简介发酵工程简介v一、发酵工程的概念及实例v1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的一种新技术。v2实例：谷氨酸发酵v(1)常用菌种：谷氨酸棒状杆菌、 等，其代物类型是 。v(2)v(3)黄色短杆菌黄色短杆菌异养需氧型异养需氧型v二、发酵工程的因素v1菌种的选育：获得优良菌种的方法有诱变育种、 v 和 。v2培养基的配制v3灭菌v(1)灭菌对象： 。v(2)污染杂菌的危害：产量下降，甚至得不到产品。v4扩大培养：使菌种增殖到 。v5接种细胞工程育种细胞工程育种基因工程育种基因工程育种培养基和发酵设备培养基
2、和发酵设备对数期对数期v6发酵过程：是发酵的中心阶段。v(1)随时取样检测培养液中的 、产物浓度等。v(2)及时添加必要的培养基组分，以满足菌种的营养需要。v(3)严格控制温度、 、 、通气量与转速等发酵条件。v7分离提纯v(1)菌体本身：采用 、 等方法。v(2)代谢产物：采用 、萃取、离子交换等方法 细菌数目细菌数目pH溶氧溶氧过滤过滤沉淀沉淀蒸馏蒸馏v1生产谷氨酸的发酵过程中，溶解氧不足或pH下降时产物各是什么？v2采取什么措施提高谷氨酸的产量？v3消毒和灭菌是一回事吗？v思考探讨提示：v1乳酸或琥珀酸；pH下降时会生成乙酰谷氨酰胺。v2采取手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸迅速排放到细胞外
3、。v3消毒是杀死致病微生物；灭菌是杀死所有微生物，包括芽孢。v一、发酵工程v1菌种选育常用方法的比较育种育种类型类型原理原理方法方法优、缺点优、缺点诱变诱变育种育种基因突变基因突变物理、化学、生物物理、化学、生物因素诱变因素诱变能大幅度改良某些能大幅度改良某些性状，操作简便，性状，操作简便，但具有很大的盲目但具有很大的盲目性性基因基因工程工程DNA重组重组将目的基因导入受将目的基因导入受体细胞，构建工程体细胞，构建工程细胞或工程菌细胞或工程菌能定向改变微生物能定向改变微生物的遗传性状，但操的遗传性状，但操作过程复杂，要求作过程复杂，要求高高细胞细胞工程工程细胞膜的细胞膜的流动性等流动性等体细胞
4、杂交等体细胞杂交等定向改变遗传性状定向改变遗传性状v 2.流程v (1)灭菌v要求：杀灭所有微生物的菌体、芽孢、孢子。v范围：培养基和发酵装置都要灭菌，通入的空气、加入培养基的所有物质也要灭菌。v方法：高压蒸气、火焰灼烧、酒精灭菌等。v(2)谷氨酸棒状杆菌是好氧型细菌，因此要通入空气并不断搅拌。v 1下列关于菌种选育的各种叙述正确的是()v诱变育种的原理是基因突变，菌种所产生的变异是定向的通过基因突变处理的菌种所发生的变异是不定向的基因工程利用的原理是基因重组，它可以定向改变微生物的特性v细胞工程最突出的优点是不仅能定向改变遗传性状，还能克服远缘杂交不亲合的障碍利用基因工程和基因突变所选育的菌
5、种又叫做“工程菌”vABvC Dv【答案】Bv二、影响发酵过程的因素v1温度v(1)酶活性v(2)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。v2pH的影响v(1)酶活性v(2)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。v(3)培养基中营养物质的分解。v(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。v(5)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。v(6)调整措施：添加缓冲系统，或中间补加氨水、尿素、(NH4)2CO3、CaCO3等。v3溶氧量v(1)不同代谢类型的微生物对溶氧
6、的要求不同。氧气能促进需氧型微生物的生长、繁殖和代谢，抑制厌氧型微生物的生长、繁殖、代谢。v(2)有时溶氧可影响产物的合成。如当溶氧不足时，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。v4营养物质的浓度vC/N、无机盐、维生素：影响菌体生长和代谢产物的积累，如C/N3时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；但当C/N4时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少。v 2(2008年合肥)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()vA通入无菌空气并快速搅拌vB将温度始终控制在30
7、vC加缓冲液，控制pH始终在4.3vD发酵罐严格密封v【解析】有较多的细菌才能产生更多的代谢产物，故开始时要选择生长速率较高的条件：选择温度约30 ，pH约5.5，无氧的条件。后期生产该食品香料时应考虑代谢产物的产量，故后来应选择温度约37 ，pH约4.3，无氧的条件。所以共同的都是发酵罐严格密封。v【答案】Dv (2009年全国理综)下列关于通过发酵工程生产谷氨酸的叙述，错误的是()vA发酵时需不断通入无菌空气，否则会积累乳酸vB发酵时常采用的培养基为液体天然培养基vC从自然界分离的野生型菌株可直接用于生产vD当菌体生长进入稳定期时，补充营养物可提高谷氨酸产量v【解析】本题考查发酵工程的相关
8、知识。从自然界中获得的菌种需要经过筛选和适当的处理才能应用于发酵工程，C错误。在稳定期，补充营养物质排除有害代谢产物可实现连续培养，从而提高产量，D正确。v【答案】Cv(1)整个操作过程必须保证无菌。因此，培养基配制好要进行高压蒸气灭菌，接种时接种环要用火焰烧灼法灭菌，接种过程要在酒精灯旁进行。只有这样才能保证培养出来的是某一种细菌。v(2)接种时，要先把接种环在培养基上沾一下，再去挑取菌种。这是为了使刚灼烧过的接种环降温，否则会烧死菌种。v(3)接种前、接种后，都要用酒精灯将试管灼烧一下，目的是把试管口可能污染的杂菌烧死。v(4)培养基配制把握好三个原则：各种营养物质的种类及比例；调整好pH
9、；培养条件温度、O2；按用途确定好特别添加的物质。v有一种能生产食品香料添加剂的细菌，其生长速率、代谢产物的产量与培养液中的温度、pH、溶氧等关系如下图所示：v(1)要获得最高产量， 发酵罐内的温度、pH应分别调节为_。v(2)该细菌新陈代谢的类型是_。v(3)为了缩短生产周期，提高设备利用率，写出两种生产中常用的方法：v_；v_。v(4)发酵罐中，最初取样是每毫升10个细菌，培养一段时间后，再次取样是每毫升320个细菌，则细菌至少繁殖_次，再经过一段时间，每毫升中细菌的数量降为280个的原因是_v_。v(5)为测定该细菌生长所需的最适pH，某同学欲设计实验进行探究，请帮他设计实验结果的数据统
10、计表格(含标题)。v【答案】(1)37 、4.3(2)异养厌氧型v(3)采用连续培养装置v对菌种进行扩大培养，使用对数期的菌种接种v(4)5营养物质不断消耗、有害代谢产物积累、pH改变等v(5)不同pH下细菌的数量(或细胞总重量)统计表 编号编号 计数量计数量指标项指标项(pH6.5)(pH7.0)(pH7.5)(pH8.0)(pH8.5)123123123123123细胞数目细胞数目(或细胞总数或细胞总数量量)平均值平均值v1(2010年河北廊坊八中月考)下图甲表示用恒定容积的牛肉膏、蛋白胨培养液培养枯草杆菌时，枯草杆菌群体的生长速率随时间变化的曲线，乙、丙为培养过程中先后两次取样镜检时的物
11、像。请判断下列说法错误的是()vA培养液中活菌数量最多时对应甲图曲线中的cd段vB甲图曲线中的ab段出现的原因是细菌接种到新的培养基上后，需要重新合成诱导酶，以适应新的环境，这种调节方式属于酶活性的调节vC图乙、图丙取样的先后顺序为乙丙vD丙视野内有一异物X，若要判断异物在何处，基本操作步骤是：转到目镜；移动装片；换用物镜或目镜v【答案】Bv2(2010年四川成都摸底)下图为某细菌的代谢及调节途径，相关叙述不正确的是v()vA从微生物代谢的调节来看，酶属于组成酶vB若要大量合成氨基酸A，可改变该菌细胞膜的通透性vC若要大量合成氨基酸A，可选育不能合成酶V的菌种vD利用不能合成酶V的菌种生产氨基
12、酸A时，还应限量加入氨基酸Bv【答案】Av3(2010年江苏九江中学质检)某科研工作者用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基培养大肠杆菌，每隔一段时间测定两种物质的相对含量变化情况，绘得如右图所示的柱形图。下列分析合理的是()vA甲物质为葡萄糖，乙物质为乳糖vBae时间内分解葡萄糖的酶一直存在vCae内分解乳糖的酶一直存在vD大肠杆菌利用营养物质的这种调节方式属于酶活性的调节v【答案】Bv4(2010年河北石家庄中学摸底)下列关于微生物营养代谢生长及其调节的表述，错误的是()v微生物的代谢异常旺盛，其代谢产物只有二氧化碳和水某种代谢产物在细胞内的积累，将直接导致形成此物质的酶活性下降酶合成的调节能保证代
13、谢的需要，也可避免细胞内物质和能量的浪费加入营养丰富的培养液可直接用于培养流感病毒天然培养基化学成分不明确，常用于工业生产vA BvC Dv【答案】Av5(2009年上海生物)氯苯化合物是重要的有机化工原料，因其不易降解，会污染环境。某研究小组依照下列实验方案筛选出能高效降解氯苯的微生物SP1菌，培养基配方如下表。v表培养基的组成v(1)配制号固体培养基时，除添加号液体培养基成分外，还应添加1%的_。v(2)培养基配制时，灭菌与调pH的先后顺序是_。v(3)从用途上来说，号培养基和号培养基分别属于_培养基和_培养基。在号培养基中，为SP1菌提供氮源的成分是_。v(4)在营养缺乏或环境恶劣时，S
14、P1的菌体会变成一个圆形的休眠体，这种休眠体被称为_。v(5)将SP1菌接种在含不同浓度氯苯的号培养液中培养，得到生长曲线(如下图)。从图中可知，SP1菌在_培养条件下最早停止生长，其原因是_。v【解析】(1)要配制固体培养基，需添加凝固剂琼脂。v(2)配制培养基时应先调pH值，再灭菌。(3)从号和号培养基的营养要素组成特点可知：号为通用培养基，号为选择培养基。在号培养基中，硝酸铵为SP1菌提供氮源。(4)芽孢是细菌形成的一种具有很强抗逆性的休眠体。(5)由图2可知在含20 mg/L氯苯的培养液中培养菌体数目首先达到最大值，最早停止生长。v【答案】(1)琼脂(2)先调pH，后灭菌(3)通用选择硝酸铵(4)芽孢(5)20 mg/L氯苯碳源最早耗尽