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

培养基、发酵设备必须严格灭菌
选育优良菌种、多次扩大培养达一定数量
在无菌条件下把菌种加入培养基
第二单元 生物的新陈代谢
发酵 过程
分离 提纯
(1)不断通入无菌空气 (2)搅拌，既能加速氧的溶解，又能使菌种与培养液充分接 触，提高原料的利用率 (3)连续培养：C∶N＝3∶1 (4)严格控制温度、pH等，当pH呈酸性时，会产生乙酰谷 氨酰胺；当溶氧不足时，会生成乳酸或琥珀酸
第二单元 生物的新陈代谢
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。
第二单元 生物的新陈代谢
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。
将目的基因导入受 体细胞，构建工程 细胞或工程菌
Biblioteka Baidu
原生质体融合等 体细胞杂交等
优缺点
能大幅度改良某些性状，操作 简便，但也具有很大的盲目性
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
第二单元 生物的新陈代谢
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。
第二单元 生物的新陈代谢
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
第二单元 生物的新陈代谢
2．(2010·成都调研)生产酵母菌时，不正确的措施是 ()
第二单元 生物的新陈代谢
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。
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
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
②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。
③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。
第二单元 生物的新陈代谢
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
第二单元 生物的新陈代谢
(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
发酵工程图示：
第二单元 生物的新陈代谢
三、应用
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
常用 菌种
培养 基的 配制
灭菌 扩大 培养 接种
名称
代谢类型
谷氨酸棒状杆菌
异养需氧型
黄色短杆菌
异养需氧型
类型
成分
按物理性质：液体培养基 按化学成分：天然培养基
碳源：豆饼水解液、玉米浆 氮源：尿素、豆饼水解液 生长因子：生物素
答案：B
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
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
蒸馏、萃取、离子交换法等提取谷氨酸
生产 过程
第二单元 生物的新陈代谢
说明：①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。
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。
第二单元 生物的新陈代谢
解析：下面通过表格，对各选项逐一分析。
选项
详细分析
A 发酵中不断通入的是无菌空气而并非纯氧，否则成本会很高
B
搅拌的目的不只是使空气形成小泡，增加培养基中的溶解氧， 还能使菌种与培养液充分接触，提高原料的利用率
冷却水并非使酶的活性下降，而是降低整个发酵罐中的温度， 使发酵罐散热 C 由于发酵罐中因搅拌、微生物代谢等因素会造成热量过多而使 温度上升，否则会影响微生物的代谢
第二单元 生物的新陈代谢
【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：
第二单元 生物的新陈代谢
(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。
第二单元 生物的新陈代谢
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
第二单元 生物的新陈代谢
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。
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：
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
(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。
第二单元 生物的新陈代谢
(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
第二单元 生物的新陈代谢
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
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
第二单元 生物的新陈代谢
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( )
分类依据
种类
培养基状态
固体发酵、液体发酵等
产物不同 抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等
对氧的需求
厌氧发酵、需氧发酵
第二单元 生物的新陈代谢
【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
D
若培养条件不当，可能就不能得到所需产品，如当溶氧不足时， 生成的代谢产物会是乳酸或琥珀酸，而不是谷氨酸
答案：D
第二单元 生物的新陈代谢
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：
育种 类型 诱变 育种
基因 工程
细胞 工程
原理
方法
基因突变 基因重组
物理或化学因素来 处理生物
第二单元 生物的新陈代谢
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
第二单元 生物的新陈代谢
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。
答案：B
第二单元 生物的新陈代谢
(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：①正确分 析谷氨酸发酵过程中所需的各种条件。②理解并掌握每种 影响因素可能的影响机理。
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
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。
第二单元 生物的新陈代谢
第二单元 生物的新陈代谢
一、生产实例 用微生物生产谷氨酸，制造味精 二、概念与内容
第二单元 生物的新陈代谢