高考生物 第三轮突破小专题五 微生物的生长与发酵工程简介课件 新人教版

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【互动探究2】 (·全国Ⅰ理综)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(fēnlí)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
个体形态 和生 理特 性稳 定
生产用菌 种、 科研 材料
细胞出现
多种
出现芽孢，大 量积累代谢 产物，特别 是次级代谢 产物
形态， 有些 细胞 开始 解体， 释放
代谢
产物
连续培养法， 延长稳定期
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3.研究微生物生长曲线的实践意义 (1)在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短调整期： ①通过遗传学方法改变微生物的遗传特性使之缩短； ②利用对数期的细胞作为“种子”； ③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大； ④以适当扩大(kuòdà)接种量等方式缩短调整期。
小专题五 微生物的生长与发酵工程(gōngchéng)简介
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核心考点(kǎo diǎn)整合
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考点整合一：微生物的生长 1．生长曲线(qūxiàn)的形成条件 (1)菌种：数量上是少量，但不能是一个，若加
大接种量能缩短调整期；种类上是一种，可 避免不同种细菌之间的竞争。
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(2)培养基：恒定容积的液体培养基。恒定容积提供一定的生存环境， 但营养和空间是有限的；液体培养基便于测定群体生长，如通过 样品推测细菌总数。
(3)培养条件：适宜条件。 (4)菌体数量(shùliàng)的测定方法：定期取样。①测细菌的细胞数目：
将等量的待测样品与已知含量的红细胞混匀，固定染色，求出细 菌与红细胞的比例，计算出单位体积内的细菌数目；②分离出单 位体积培养液中的细菌，称重，计算出其中的细胞总重量。
因素 影响的原因
温度
影响蛋白 质和核酸 的结构
ｐＨ
影响酶的 活性和膜 的稳定性
最适条件
多数２５～３７° Ｃ
细菌６．５～ ７．５ 真菌５．０～ ６．０ 放线菌 ７．５～ ８．５
不适宜因素的结果 温度低时生长速率减
慢，温度过高时蛋白质 和核酸的结构发生不 可逆的破坏
酶或膜的稳定性被破 坏，新陈代谢受阻
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基因工程(jīyīn gōngchéng)
(1)能生产人生长激素的工程菌是通过①________培育的； 高产青霉素菌种是细胞通工程过②培育的，②诱变是(yò_u_bi_àn_)育_种___，③是
________。 (2)整个过程的中心(zhōngxīn)阶段是发酵，要随时取样 检测培养基中的细菌数目、产物浓度等。同时，要严格
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当菌体生长进入(jìnrù)稳定期时，要及时补充 营养物质，以满足菌体的营养需求，提高谷 氨酸的产量。
[答案] C
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高考(ɡāo kǎo)链接
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(·全国Ⅰ)下列是与微生物培养有关的问题，请回答： (1)某细菌固体培养基的组成成分是KH2PO4、Na2HPO4、 MgSO4、葡萄糖、尿素、琼脂和蒸馏水，其中凝固剂是
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[解析(jiě xī)] 本题以谷氨酸发酵过程为切入点，主要考查与 发酵工程相关的知识，熟知发酵工程的基本步骤及每步中需 要注意的事项，是解题的关键。发酵工程生产谷氨酸，溶液 不足时，会产生乳酸或琥珀酸；培养基中含豆饼的水解液、 玉米浆等成分复杂的物质，工业生产常用液体培养基，因此 该培养基属于液体天然培养基；从自然界分离的野生型菌株， 产量一般都比较低，不能满足工业生产的需要，通常要用人 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；
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4．营养物质的浓度 C/N、无机盐、维生素等均能影响微生物的生
长和代谢产物的积累。如当C/N＝3时，谷氨 酸棒状杆菌大量(dàliàng)合成谷氨酸；当C/N ＝4时，谷氨酸棒状杆菌大量(dàliàng)繁殖而 产生的谷氨酸很少。
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【典例2】 如图所示为发酵工程(gōngchéng) 生产产品的流程图，据图回答：
将目的基因导入受 体细胞，构建工 程细胞或工程细 菌
体很 大的盲目性
能定向改变微生物的遗传 性状，但操作过程复 杂，要求高
能克服远源杂交不亲和的 障碍，定向改变遗传 性状
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2.发酵工程与其他生物工程(shēnɡ wù ɡōnɡ chénɡ)的比较
生物 工 主要技术 程
主要操作对 象
目的或应用
联系
基因 工 DNA重组技术 程
基因及动植
物细胞、 为了获得工程菌、转基因
微生物
动物、转基因植物
细胞
各种生物工程之间是 相互联系的，基
因工程和细胞工
细胞 工 程
①细胞培养；②细胞 融合；③胚胎移植； ④单克隆抗体制备； ⑤核移植
动植物细胞、 微生物 细胞
[答案] C
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【互动探究1】 (·上海卷)在光照下，将等细胞数量的衣藻和大肠杆菌 分别接种到只含无机盐的培养(péiyǎng)液中培养(péiyǎng)，结果是 (虚线和实线分别表示大肠杆菌和衣藻的生长曲线)( )
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[解析] 本题考查自养型生物和异养型生物的生长曲线。在没有有机物供应的情况下， 明确大肠杆菌的生长状况是解答本题的突破口。大肠杆菌是异养型生物，不能利用 无机物制造有机物，只能摄取(shèqǔ)现成的有机物进行生长繁殖，因此在只含无机 盐的培养基上几乎不能生长繁殖，而四个图中只有C符合该结论。衣藻是含有叶绿体 的低等植物，能进行光合作用合成有机物，因此能生长繁殖，其生长曲线应近似于 “S”型曲线。
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2．细菌的生长曲线与种群的增长(zēngzhǎng) 曲线比较
(1)细菌的生长曲线与种群的增长(zēngzhǎng)曲 线均以时间为横坐标，但生长曲线纵坐标是 细菌数目的对数，增长(zēngzhǎng)曲线纵坐 标是种群数量。生长曲线可分为四个时期。
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(2)生长曲线的“调整期→对数(duìshù)期” 与种群数量变化的“J”型曲线相似：“调整 期→对数(duìshù)期→稳定期”与种群数量 变化的“S”型曲线相似。
(3)生长曲线中，种内斗争最激烈的阶段是隐定 期；与无机环境斗争最激烈的阶段是衰亡期；
调整期和对数(duìshù)期种内斗争很小；产 生初级代谢产物的最佳时期是调整期；产生
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3．溶解氧 (1)造成的影响：①不同代谢类型的微生物对溶氧的要求不同，氧可以
促进需氧型微生物的代谢，抑制厌氧型微生物的代谢；②溶氧还可 以影响产物的合成，如当氧气(yǎngqì)不足时，谷氨酸棒状杆菌生成 的是乳酸或琥珀酸，而不是谷氨酸。
(2)采取的措施：对需氧型生物进行发酵，发酵过程中要不断地通入无 菌空气，并进行搅拌(要合理控制转速)；对厌氧型生物进行发酵，要 隔绝空气。
[答案] C
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考点整合二：发酵工程 一、发酵工程生产(shēngchǎn)产品的流程简图
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归纳总结： 1．菌种选育的常用方法(fāngfǎ)比较
育种类型 原理 诱变育种 基因突变
基因工程 DNA重组
细胞工程
原生质体融合 等
方法
物理、化学、生物 因素诱变
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影响微生
氧气
物的细胞 呼吸或生
命活性
好氧型微生物： 严格厌氧型：短时间的
需氧
有氧也会造成生长
厌氧型微生物： 停滞或死亡厌氧型
不需氧
微生物：有氧时发
兼性厌氧型： 酵受抑制好氧型微
有
生物：只能生活在
氧、无氧均可 有氧条件下
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特别提醒： 1．微生物生长速率(sùlǜ)曲线
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2．解读生长(shēngzhǎng)曲线 (1)生长(shēngzhǎng)曲线如图：
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(2)生长曲线(qūxiàn)四个时期主要内容的比较：
时期项 目
调整期
生长量 一般不分裂
活菌体 数 基本不变 量
成因
对新环境的 适应
对数期
稳定期
衰亡期
繁殖率>死 亡率
为了获得人工种子、试管 动物、单克隆抗体、克 隆动植物
程可以为发酵工 程提供菌种，发 酵工程可以使某 些基因工程、细
胞工程的产物实
发酵 工 程
①菌种选育；②大规 模培育细胞
微生物
为了获得生产药品、传统 发酵产品、食品添加剂、 单细胞蛋白
现规模化生产
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二、发酵的影响因素及控制
繁殖率≈死亡率
繁殖率<死 亡率
呈2n增长
活菌数量最多，接 活菌数量急
近K值
降
条件适宜
生存条件恶(营养大
量消化耗、有 生存条件急
害代谢产物积
剧恶化
累、pH改变)
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菌体及代谢 特点
应用与其他
代谢活跃、体积增 长较快，大量 合成细胞分裂 所需的酶类、 ATP以及其他 细胞成分
调整期的长短与菌 种、培养条件 等有关
控制____溶解_氧_、_温度_、_pH___________和转速等发酵条件。 (3)若⑥是单细胞蛋白的话，⑥是_______________，氨
基酸、维微生生物素菌体属⑦中的_____________产物。
初级代谢
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[解析] 一般情况下，从自然界中分离得到的 野生菌种不能满足人们的需求，因此需进行 改造，常用的措施有基因工程、诱变育种(yù zhǒng)、细胞工程。影响发酵的主要条件有 溶解氧、温度、pH等。发酵工程的产品有两 类，一是菌体本身，二是代谢产物。
次级代谢产物的最佳时期是稳定期。
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【典例1】 用某种培养(péiyǎng)基培养 (péiyǎng)谷氨酸棒状杆菌，测得其生长曲线 如图甲所示。谷氨酸是谷氨酸棒状杆菌的代 谢产物之一，其合成途径如图乙所示。下列 有关叙述，不正确的是( )
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A．该培养基是恒定容积的液体培养基，含有五大类营养要素物 质
1．温度
(1)造成(zào chénɡ)的影响：①温度影响酶活性， 进而影响代谢速率；②影响生物合成的途径， 如金色链霉菌在30°C以下时合成金霉素能 力较强，在35°C以上时则只合成四环素； ③影响发酵液的物理性质以及菌种对营养物 质的分解和吸收。
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(2)采取的措施：①要根据生产实际合理控制 温度，如最适生长温度不一定是该菌体内生 成代谢产物的最适温度。②发酵罐中热量来 源于有机物的氧化分解、机械摩擦等，需要 (xūyào)通过发酵罐壁、水分蒸发、冷却水等 将热量散发出去，最终使发酵罐中的温度保 持动态平衡。
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2．pH
(1)造成(zào chénɡ)的影响：①pH的改变可以影 响酶活性，造成(zào chénɡ)细胞膜通透性改 变，影响营养物质的吸收和代谢产物的排出； ②影响产物种类，如谷氨酸棒状杆菌在pH为 酸性时生成乙酰谷氨酰胺而不是谷氨酸。
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(2)采取的措施：在微生物的代谢过程中，产 生(chǎnshēng)的二氧化碳、有机酸等会引 起培养基中pH的降低，某些无机盐的选择性 吸收可能会引起pH的上升，pH的改变不利 于生产，因此要及时调整。过酸时加 Na2CO3等中和，过碱时加稀盐酸等中和。
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(2)发酵中延长稳定期、提高代谢产物产量的 方法——连续培养：
①基本原则：微生物培养过程中不断地补充营 养物质和以同样的速率移出培养物。
②优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便 于(biànyú)自动控制；产品质量较稳定。
③缺点：杂菌污染和菌种退化。
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4．影响(yǐngxiǎng)微生物生长的环境因素
B．谷氨酸脱氢酶是组成酶，谷氨酸在图甲中的各个时期都有合 成
C．在图甲中的②时期，谷氨酸棒状杆菌代谢旺盛，种内斗争最 激烈
D．在图乙中，谷氨酸脱氢酶被抑制的直接(zhíjiē)原因是其结构 发生改变
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[解析] 从生长曲线看，是微生物群体在恒定 容积的条件下的生长情况；组成酶在各个 (gègè)时期都可以产生，诱导酶是在一定外 界条件下产生的；在稳定期种内斗争最激烈； 谷氨酸脱氢酶被抑制的直接原因是其结构发 生改变，催化效率降低。