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第五章第三节发酵工程简介

教学目标

1．知识方面

（1）发酵工程的概念（知道）。

（2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。

（3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。

2．态度观念方面

（1）通过学习发酵工程的有关内容，培养学生理论联系实际的科学态度。

（2）通过学习有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的知识激发学生学习生物学的兴趣，提高学生把所学知识转化为技术，并服务于社会的STS 意识。

3．能力方面

通过对发酵过程中菌种选育、发酵条件控制等相关内容的讨论，培养学生综合运用知识去解决实际问题的能力。

重点、难点分析

1．教学重点：

（1）通过对谷氨酸发酵实例的分析、讨论，使学生了解发酵工程的概念，了解菌种选育、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、提纯等内容是本节的重点。

（2）让学生收集有关发酵工程应用的资料，并相互交流、讨论，使学生了解发酵工程在医药工业、食品工业中的应用知识也是本节的教学重点之一。

2 ．教学难点：有关发酵工程的内容是本节教学的难点，因为这些内容中涉及了细胞工程、基因工程、杂菌污染对发酵工业造成的危害以及发酵条件对菌种代谢途径的影响等多点知识，比较繁杂，学生较难理解。

教学模式

启发讲解与学生讨论相结合。

教学手段谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的代谢途径及发酵的的示意图的投影片，影响谷氨酸代谢途径的因素表格及谷氨酸发酵所用培养基的成分的表格。

课时安排二课时。

设计思路

1．前期知识准备：

（1）复习有关谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径及其人工控制的内容。

（2）复习有关微生物群体生长的规律及影响微生物生长的环境因素的内容。

（3）复习有关微生物的营养、培养基、代谢产物等内容。2．通过讨论谷氨酸发酵过程，使学生了解从菌种选育、培养基配制到产品生成等简要的发酵生产过程，了解发酵生产的主体设备发酵罐及其控制部分，并了解发酵工程的概念。

3．通过分析、讨论有关发酵过程的内容，使学生了解培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关知识。

4．通过学生讨论、交流等活动，总结出发酵工程在医药工业和食品工业上的应用的知识。第一课时

一、设疑引出新课题

前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。

二、进行新课

（一）介绍谷氨酸发酵的生产实例教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片，指导学生观察并作适当讲解。

讨论后教师小结如下：从投影片我们可以看出，谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。下面我们就来看看在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。

提出问题：谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？

教师活动：以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。

讨论后教师小结：只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。

提出问题：有了菌种用什么样的培养基去培养呢？

教师活动：通过复习有关培养基的知识，使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。

教师活动：出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格并指导学生观察、思考。通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类，进而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。

提出问题：这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基？通过讨论得出结论：从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基。提出问题并组织学生讨论：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？

引导学生通过讨论得出以下结论：

（1）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。

（2）采用天然物质作营养物质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。

提出问题：有了菌种和合适的培养基，那发酵的主体设备又该是什么样的呢？

教师活动：出示发酵罐的示意图，并对发酵罐的组成结构进行简单介绍。通过介绍使学生了解发酵的主体设备由发酵罐及其控制部分构成。

提出问题：设备中的这些控制部分在生产过程中有什么用呢？

教师启发讲解使学生了解：在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会变化，从

而影响微生物的生长。因此，必须有相应的控制结构来保持发酵条件的稳定。

提出问题并指导学生阅读教材中有关内容：在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的？师生共同总结出大致过程在以上总结的基础上使学生了解发酵工程的概念，即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。

（二）深入讨论发酵工程的相关内容通过刚才的谷氨酸发酵的实例我们不难看出，发酵工程主要包括了菌种的选育、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等内容，对于发酵工程的这些内容我们应该注意些什么呢？

1．菌种的选育：

发酵工程是利用微生物为人类生产有用产品，因此要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。

提出问题：人们怎样才能得到优良的菌种呢？教师活动：启发学生以基因突变、基因工程、细胞工程的有关内容为依托就所提出的问题进行讨论。

通过讨论得出结论：如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。