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1、小专题五 微生物的生长与发酵工程简介,核心考点整合,考点整合一：微生物的生长 1生长曲线的形成条件 (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。,(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)菌体数量的测定方法：定期取样。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；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。,2解
2、读生长曲线 (1)生长曲线如图：,(2)生长曲线四个时期主要内容的比较：,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： 通过遗传学方法改变微生物的遗传特性使之缩短； 利用对数期的细胞作为“种子”； 尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大； 以适当扩大接种量等方式缩短调整期。,(2)发酵中延长稳定期、提高代谢产物产量的方法连续培养： 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。 优点：缩短发酵周期，提高设备利用率；便于自动控制；产品质量较稳定。 缺点：杂菌污染和菌种退化。,4影响微生物生长的环境因素,特别提醒： 1微生物
3、生长速率曲线,2细菌的生长曲线与种群的增长曲线比较 (1)细菌的生长曲线与种群的增长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，增长曲线纵坐标是种群数量。生长曲线可分为四个时期。,(2)生长曲线的“调整期对数期”与种群数量变化的“J”型曲线相似：“调整期对数期稳定期”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；产生次级代谢产物的最佳时期是稳定期。,【典例1】 用某种培养基培养谷氨酸棒状杆菌，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
4、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( ),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 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原因是其结构发生改变,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。 答案 C,【互动探究1】 (2009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
5、无机盐的培养液中培养，结果是(虚线和实线分别表示大肠杆菌和衣藻的生长曲线)( ),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。 答案 C,考点整合二：发酵工程 一、发酵工程生产产品的流程简图,归纳总结： 1菌种选育的常用方法比较,2.发酵工程与其他生物工程的比较,二、发酵
6、的影响因素及控制 1温度 (1)造成的影响：温度影响酶活性，进而影响代谢速率；影响生物合成的途径，如金色链霉菌在30C以下时合成金霉素能力较强，在35C以上时则只合成四环素；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。,(2)采取的措施：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。发酵罐中热量来源于有机物的氧化分解、机械摩擦等，需要通过发酵罐壁、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。,2pH (1)造成的影响：pH的改变可以影响酶活性，造成细胞膜通透性改变，影响营养物质的吸收和代谢产物的排出；影响产物种类，如谷氨酸棒状
7、杆菌在pH为酸性时生成乙酰谷氨酰胺而不是谷氨酸。,(2)采取的措施：在微生物的代谢过程中，产生的二氧化碳、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。,3溶解氧 (1)造成的影响：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；溶氧还可以影响产物的合成，如当氧气不足时，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
8、进行发酵，要隔绝空气。,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/N3时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；当C/N4时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生的谷氨酸很少。,【典例2】 如图所示为发酵工程生产产品的流程图，据图回答：,(1)能生产人生长激素的工程菌是通过_培育的；高产青霉素菌种是通过培育的，是_，是_。 (2)整个过程的中心阶段是发酵，要随时取样检测培养基中的细菌数目、产物浓度等。同时，要严格控制_和转速等发酵条件。 (3)若是单细胞蛋白的话，是_，氨基酸、维生素属中的_产物。,基因工程,诱变育种,细胞工程,溶解氧、温度、pH,微生物菌体,初级
9、代谢,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、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。,【互动探究2】 (2009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( ) 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,解析 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
10、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；,当菌体生长进入稳定期时，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,高考链接,(2010全国)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
11、，其中凝固剂是_，碳源是_，氮源是_。 已知只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，故该培养基属于_培养基。按照化学成分分类，该培养基属于_培养基。从同化作用类型看，用该培养基培养的细菌属于_。,琼脂,葡萄糖,尿素,选择,合成,异养型,(2)将少量细菌接种到一定体积的液体培养基中，适宜条件下培养，定时取样测定菌体数目，以时间为横坐标，以菌体数目的对数为纵坐标，可以得到细菌的_曲线。该曲线中以菌体数目的对数作为纵坐标的原因是_。实验室中，为了获得形态和生理特征一致的菌体，一般应在_期取材；在生产中，常收集培养至_期的细菌用于次生代谢产物的提取。,生长,培养中的细菌以指数形式增殖，取对数便于反映
12、细菌群体的生长规律(其他合理答案也可),对数,稳定,解析：(1)在细菌固体培养基组成成分中，凝固剂是琼脂，碳源是葡萄糖，氮源是尿素；由于只有能合成脲酶的细菌才能在该培养基上生长，从培养基用途上看，该培养基应属于选择培养基；按照培养基的化学成分划分，该培养基应属于合成培养基；由于该细菌利用有机物(葡萄糖)作碳源，故从同化作用类型看，该细菌属于异养型。(2)细菌的生长曲线，反映了细菌群体从开始生长到死亡的动态变化过程，可以分为四个主要时期。,其中对数期个体形态和生理特征比较稳定，常作为生产菌种；稳定期菌体内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物(产品)，常作为产品收集提取阶段。在绘制细菌生长曲线时，采用菌体数目的对数而未采用菌 体实际数作为纵坐标的原因，是因为前者更方便于用数学 方式绘制生长曲线，反映细菌群体的生长规律。,
