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【分析预测】 分析预测】 微生物与发酵工程和人类生产、 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， 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， 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， 术产品必须应用发酵工程 ， 因此本讲内容是高 考的热点。 考的热点 。 在近几年高考中考查频率呈上升趋 常以选择题形式出现， 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， 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、 物的增殖 、 遗传信息的表达 、 真原核细胞的结 基因结构、 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。 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，应引起高度重视。 类试题在高考中逐年增多，应引起高度重视。
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(2009·全国卷 Ⅰ)下列关于通过发酵工程 全国卷Ⅰ 下列关于通过发酵工程 全国卷 发酵工程生产谷氨酸，溶氧不足， 发酵工程生产谷氨酸，溶氧不足 生产谷氨酸的叙述，错误的是( 生产谷氨酸的叙述，错误的是 C ) ，会产生 乳酸或琥珀酸； 乳酸或琥珀酸；发酵工程中用的培养基通常由 A.发酵时需不断通入无菌空气 ， 否则会 发酵时需不断通入无菌空气， 发酵时需不断通入无菌空气 水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、 水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、 积累乳酸 生物素等配制而成，呈液体状态，因 硫酸镁、 硫酸镁、生物素等配制而成，呈液体状态， B.发酵时常采用的培养基为液体天然培 发酵时常采用的培养基为液体天然培 此是液体天然培养基； 此是液体天然培养基；从自然界分离的野生型 养基，产量一般都比较低，不能满足工业上的 菌株， 菌株 产量一般都比较低， 需要，从自然界分离的野生型菌株可直接用 通常都要用人工诱变的方法处理， 需要C.从自然界分离的野生型菌株可直接用 ，通常都要用人工诱变的方法处理，使菌 种产生突变， 种产生突变，再从中筛选出符合要求的优良菌 于生产 才能用于生产。当菌体生长进入稳定期时， 种，D.当菌体生长进入稳定期时 ， 补充营养 ， 才能用于生产。当菌体生长进入稳定期时 当菌体生长进入稳定期时， 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 物可提高谷氨酸产量C不正确。 高谷氨酸的产量。故 不正确。 高谷氨酸的产量。 不正确
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(2008·北京 水华可因蓝藻爆发所致。 北京)水华可因蓝藻爆发所致 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， 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① 关实验的示意图如下图所示。图中①～⑥表示 实验步骤。 实验步骤。 请回答问题： 请回答问题：
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(2)引发水华的蓝藻可产生蓝藻毒素；蓝藻 引发水华的蓝藻可产生蓝藻毒素； 引发水华的蓝藻可产生蓝藻毒素 不是” 蓝藻生长 蓝藻生长、 毒素 不是 (填 “ 是 ” 或 “ 不是 ” )蓝藻生长 、 繁 填 殖所必需的物质。 殖所必需的物质 。蓝藻毒素对人是一种致癌因 从抑制状态变成激活状态 子 ，可使原癌基因 ， 导致正常细胞发生癌变。 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 蓝藻毒素是蓝藻的次级代谢产物， 藻在生存斗争中处于较有利的地位， 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。 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， 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， 用下原癌基因被激活，正常细胞分化成为癌细 胞。
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发酵工程中菌种选育常用方法的比较
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生物工程的比较与联系
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(2007·全国Ⅰ)通过发酵罐发酵可大规模 全国Ⅰ 全国 通过发酵罐发酵可大规模 谷氨酸棒状杆菌是好氧型细菌， 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； 生产谷氨酸， 生产谷氨酸，生产中常用的菌种是好氧的谷氨 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， 酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述， 响谷氨酸的产量，当培养基中碳源与氮源之比， 酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述 正确的是( 菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少， 正确的是 )C 为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少， ∶ 时 而当培养基中碳源与氮源之比为3∶ 时 A.溶氧充足时，发酵液中有乳酸的积累 溶氧充足时， 而当培养基中碳源与氮源之比为 ∶1时，菌体 溶氧充足时 B.发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响 发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响 繁殖受到抑制，谷氨酸的合成量增加； 繁殖受到抑制，谷氨酸的合成量增加；谷氨酸 谷氨酸的产量 合成过多时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性， 合成过多时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从 C.菌体中谷氨酸的排出 菌体中谷氨酸的排出， 菌体中谷氨酸的排出 而使谷氨酸的合成过程中断， 有利于谷氨酸的 而使谷氨酸的合成过程中断，因此需要及时排 合成和产量的提高 出谷氨酸，才可以解除抑制作用； 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 为酸性时， 呈碱性时 ， 有利于谷氨酸棒 D.发酵液 呈碱性时， 发酵液pH呈碱性时 为酸性时 发酵液 14 酰胺。 酰胺。 状杆菌生成乙酰谷氨酰胺
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一、知识概述 实例： 实例： 谷氨酸棒状杆菌 异养需氧型) (异养需氧型)
生产
谷氨酸 初级代谢产物) (初级代谢产物)
概念：采用现代工程技术手段， 概念：采用现代工程技术手段，利用 微生物的某些特定功能， 微生物的某些特定功能，为人类生产有用 的产品， 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
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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 概念： 概念 是指采用现代工程技术手段， 用微生物的某些特定功能， 为人类生产有用 用微生物的某些特定功能 ， 的产品， 的产品 ， 或直接把微生物应用于工业生产的 一种技术。 一种技术。 2.内容：包括菌种的选育、培养基的配制、 内容： 内容 包括菌种的选育、培养基的配制、 灭菌、 扩大培养和接种、 灭菌 、 扩大培养和接种 、 发酵过程和产品的 分离、提纯等方面。 分离、提纯等方面。
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3.溶氧 影响 ① 不同异养微生物的生长 、 溶氧→影响 不同异养微生物的生长、 溶氧 影响① 繁殖与代谢 产物合成，如当溶解氧不足时， ②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， 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 营养物质的浓度 C/N、 无机盐 、 维生素 ： 影响菌体生长 、 无机盐、 维生素： 和代谢产物的积累， 和代谢产物的积累 ， 如 C/N=3时， 谷氨酸棒 时 状杆菌大量合成谷氨酸；但当C/N=4时， 谷 状杆菌大量合成谷氨酸 ； 但当 时 氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少。 氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少。
注意： 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， 可能不同，因此，常通过实验来确定不同菌种不 发酵阶段的最适温度，进行分段控制。 同发酵阶段的最适温度，进行分段控制。
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2.pH→影响①酶活性 影响① 影响 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 ③培养基中营养物质的分解 产物的生成， 呈酸性时， ④ 产物的生成 ， 如 pH呈酸性时 ， 谷氨 呈酸性时 酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺， 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 改变的原因： 改变的原因 的利用，代谢产物的积累。 的利用，代谢产物的积累。 调整措施：添加缓冲系统， 调整措施：添加缓冲系统，或中间补加 氨水、尿素、 氨水、尿素、CaCO3、(NH4)2CO3等。
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内容： 内容：
应用： ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用： 医药】生产药品， 【医药】生产药品，生产基因工程药品 食品】生产传统发酵产品， 【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) 加剂，解决粮食短缺(单细胞蛋白)
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3.与发酵的区别 ： 发酵是个过程 ， 是 与发酵的区别： 发酵是个过程， 与发酵的区别 通过微生物的大量培养生产各种代谢产物 或菌体的过程， 或菌体的过程，而发酵工程是一种生物技 采用现代工程技术手段， 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。 境条件，进行大规模发酵生产。
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影响发酵过程的因素分析 1.温度 影响 温度→影响 温度 ①酶活性 生物合成的途径，如金色链霉菌在30℃ ②生物合成的途径，如金色链霉菌在 ℃ 以下时，合成金霉素能力强， 以下时，合成金霉素能力强，在35℃以上时， ℃以上时， 则只合成四环素 ③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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第六单元
生 物 工 程
第
发 酵
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讲
工 程
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【考纲搜索】 考纲搜索】 (1)应用发酵工程的生产实例； 应用发酵工程的生产实例； 应用发酵工程的生产实例 (2)发酵工程的概念和内容； 发酵工程的概念和内容； 发酵工程的概念和内容 (3)发酵工程的应用。 发酵工程的应用。 发酵工程的应用
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(3)图中②、⑤通常使用的是①、④中已培 图中② 图中 通常使用的是① 期的蓝藻和溶藻细菌。 养至 对数期的蓝藻和溶藻细菌。 (4)图中⑤实验组在每个培养皿中，如果做 图中⑤ 图中 实验组在每个培养皿中， (3)对数期的菌体形态和生理特征稳定，为 对数期的菌体形态和生理特征稳定， 对数期的菌体形态和生理特征稳定 三个重复实验， 三个重复实验，可采取的做法是 在每个培养皿 缩短调整期， 缩短调整期，通常选用对数期菌体作为菌种进 选择三个不同位置， 中，选择三个不同位置，各滴加等量菌液 。 根据题中要求， 在每个培养皿中 行 培 养 。 (4)根据题中要求，“在每个培养皿中 根据题中要求 为完善实验设计方案，应增设对照组，可采取 为完善实验设计方案， 应增设对照组， ”“做三个重复实验 ，因而只能在一个培养皿 做三个重复实验”， 做三个重复实验 的做法是 中选择三个不同位置，且是重复实验， 中选择三个不同位置，且是重复实验，处理条 在每个培养皿中， 在每个培养皿中 选择三个不同位置， 件是完全相同的。 ，选择三个不同位置， 件是完全相同的。因为实验组是滴加含溶藻细 各滴加等量的、 各滴加等量的、不含溶藻细菌的培养液 。 菌的培养液，那么对照组就滴加不含溶藻细菌 菌的培养液， 的培养液，其他条件均相同。 的培养液，其他条件均相同。
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(1)从细胞结构的特点与复杂程度上看 ， 从细胞结构的特点与复杂程度上看， 从细胞结构的特点与复杂程度上看 细胞； 蓝藻属于原核 细胞；从生态系统的营养结构 上看， 上看，蓝藻处于 第一营养级 蓝藻的代谢类 ； 型通常是 自养需氧型。 蓝藻(蓝细菌 无核膜 是原核细胞， 蓝藻 蓝细菌)无核膜，是原核细胞，能够 蓝细菌 无核膜， 进行光合作用产生有机物， 进行光合作用产生有机物，因而代谢类型通常 是自养需氧型， 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。 ，营养结构中处于第一营养级。