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1、课时课时3发酵工程简介发酵工程简介一、发酵工程的概念及实例1概念：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的一种新技术。2实例：谷氨酸发酵(1)常用菌种：谷氨酸棒状杆菌、 等，其代物类型是 。(2)(3)黄色短杆菌黄色短杆菌异养需氧型异养需氧型二、发酵工程的因素1菌种的选育：获得优良菌种的方法有诱变育种、 和 。2培养基的配制3灭菌(1)灭菌对象： 。(2)污染杂菌的危害：产量下降，甚至得不到产品。4扩大培养：使菌种增殖到 。5接种细胞工程育种细胞工程育种基因工程育种基因工程育种培养基和发酵设备培养基和发酵设备对数期对数期6发酵过程
2、：是发酵的中心阶段。(1)随时取样检测培养液中的 、产物浓度等。(2)及时添加必要的培养基组分，以满足菌种的营养需要。(3)严格控制温度、 、 、通气量与转速等发酵条件。7分离提纯(1)菌体本身：采用 、 等方法。(2)代谢产物：采用 、萃取、离子交换等方法细菌数目细菌数目pH溶氧溶氧过滤过滤沉淀沉淀蒸馏蒸馏1生产谷氨酸的发酵过程中，溶解氧不足或pH下降时产物各是什么？2采取什么措施提高谷氨酸的产量？3消毒和灭菌是一回事吗？思考探讨提示：1乳酸或琥珀酸；pH下降时会生成乙酰谷氨酰胺。2采取手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸迅速排放到细胞外。3消毒是杀死致病微生物；灭菌是杀死所有微生物，包括芽孢。一
3、、发酵工程1菌种选育常用方法的比较育种育种类型类型原理原理方法方法优、缺点优、缺点诱变诱变育种育种基因突变基因突变物理、化学、生物物理、化学、生物因素诱变因素诱变能大幅度改良某些能大幅度改良某些性状，操作简便，性状，操作简便，但具有很大的盲目但具有很大的盲目性性基因基因工程工程DNA重组重组将目的基因导入受将目的基因导入受体细胞，构建工程体细胞，构建工程细胞或工程菌细胞或工程菌能定向改变微生物能定向改变微生物的遗传性状，但操的遗传性状，但操作过程复杂，要求作过程复杂，要求高高细胞细胞工程工程细胞膜的细胞膜的流动性等流动性等体细胞杂交等体细胞杂交等定向改变遗传性状定向改变遗传性状 2.流程二、影
4、响发酵过程的因素1温度(1)酶活性(2)生物合成的途径，如金色链霉菌在30 以下时，合成金霉素能力强，在35 以上时，则只合成四环素。2pH的影响(1)酶活性(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。(4)产物的生成，如pH呈酸性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺，而不是谷氨酸。(5)pH改变的原因：发酵工程中营养物质的利用，代谢产物的积累。(6)调整措施：添加缓冲系统，或中间补加氨水、尿素、(NH4)2CO3、CaCO3等。3溶氧量(1)不同代谢类型的微生物对溶氧的要求不同。氧气能促进需氧型微生物的生长、繁殖和代谢，抑制厌氧型微生物的生长
5、、繁殖、代谢。(2)有时溶氧可影响产物的合成。如当溶氧不足时，谷氨酸棒状杆菌生成的代谢产物是乳酸或琥珀酸，而不是谷氨酸。4营养物质的浓度C/N、无机盐、维生素：影响菌体生长和代谢产物的积累，如C/N3时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；但当C/N4时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少。 (2009年全国理综)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】本题考查发酵工程的相关知识。从自然界中获得的菌种需要经过筛
6、选和适当的处理才能应用于发酵工程，C错误。在稳定期，补充营养物质排除有害代谢产物可实现连续培养，从而提高产量，D正确。【答案】C(1)整个操作过程必须保证无菌。因此，培养基配制好要进行高压蒸气灭菌，接种时接种环要用火焰烧灼法灭菌，接种过程要在酒精灯旁进行。只有这样才能保证培养出来的是某一种细菌。(2)接种时，要先把接种环在培养基上沾一下，再去挑取菌种。这是为了使刚灼烧过的接种环降温，否则会烧死菌种。(3)接种前、接种后，都要用酒精灯将试管灼烧一下，目的是把试管口可能污染的杂菌烧死。(4)培养基配制把握好三个原则：各种营养物质的种类及比例；调整好pH；培养条件温度、O2；按用途确定好特别添加的物
7、质。有一种能生产食品香料添加剂的细菌，其生长速率、代谢产物的产量与培养液中的温度、pH、溶氧等关系如下图所示：(1)要获得最高产量， 发酵罐内的温度、pH应分别调节为_。(2)该细菌新陈代谢的类型是_。(3)为了缩短生产周期，提高设备利用率，写出两种生产中常用的方法：_；_。(4)发酵罐中，最初取样是每毫升10个细菌，培养一段时间后，再次取样是每毫升320个细菌，则细菌至少繁殖_次，再经过一段时间，每毫升中细菌的数量降为280个的原因是_。(5)为测定该细菌生长所需的最适pH，某同学欲设计实验进行探究，请帮他设计实验结果的数据统计表格(含标题)。【答案】(1)37 、4.3(2)异养厌氧型(3
8、)采用连续培养装置对菌种进行扩大培养，使用对数期的菌种接种(4)5营养物质不断消耗、有害代谢产物积累、pH改变等(5)不同pH下细菌的数量(或细胞总重量)统计表 编号编号 计数量计数量指标项指标项(pH6.5)(pH7.0)(pH7.5)(pH8.0)(pH8.5)123123123123123细胞数目细胞数目(或细胞总数或细胞总数量量)平均值平均值1(2010年河北廊坊八中月考)下图甲表示用恒定容积的牛肉膏、蛋白胨培养液培养枯草杆菌时，枯草杆菌群体的生长速率随时间变化的曲线，乙、丙为培养过程中先后两次取样镜检时的物像。请判断下列说法错误的是()A培养液中活菌数量最多时对应甲图曲线中的cd段B
9、甲图曲线中的ab段出现的原因是细菌接种到新的培养基上后，需要重新合成诱导酶，以适应新的环境，这种调节方式属于酶活性的调节C图乙、图丙取样的先后顺序为乙丙D丙视野内有一异物X，若要判断异物在何处，基本操作步骤是：转到目镜；移动装片；换用物镜或目镜【答案】B2(2010年四川成都摸底)下图为某细菌的代谢及调节途径，相关叙述不正确的是()A从微生物代谢的调节来看，酶属于组成酶B若要大量合成氨基酸A，可改变该菌细胞膜的通透性C若要大量合成氨基酸A，可选育不能合成酶V的菌种D利用不能合成酶V的菌种生产氨基酸A时，还应限量加入氨基酸B【答案】A3(2010年江苏九江中学质检)某科研工作者用葡萄糖和乳糖作碳
10、源的培养基培养大肠杆菌，每隔一段时间测定两种物质的相对含量变化情况，绘得如右图所示的柱形图。下列分析合理的是()A甲物质为葡萄糖，乙物质为乳糖Bae时间内分解葡萄糖的酶一直存在Cae内分解乳糖的酶一直存在D大肠杆菌利用营养物质的这种调节方式属于酶活性的调节【答案】B4(2010年河北石家庄中学摸底)下列关于微生物营养代谢生长及其调节的表述，错误的是()微生物的代谢异常旺盛，其代谢产物只有二氧化碳和水某种代谢产物在细胞内的积累，将直接导致形成此物质的酶活性下降酶合成的调节能保证代谢的需要，也可避免细胞内物质和能量的浪费加入营养丰富的培养液可直接用于培养流感病毒天然培养基化学成分不明确，常用于工业
11、生产A BC D【答案】A5(2009年上海生物)氯苯化合物是重要的有机化工原料，因其不易降解，会污染环境。某研究小组依照下列实验方案筛选出能高效降解氯苯的微生物SP1菌，培养基配方如下表。表培养基的组成(1)配制号固体培养基时，除添加号液体培养基成分外，还应添加1%的_。(2)培养基配制时，灭菌与调pH的先后顺序是_。(3)从用途上来说，号培养基和号培养基分别属于_培养基和_培养基。在号培养基中，为SP1菌提供氮源的成分是_。(4)在营养缺乏或环境恶劣时，SP1的菌体会变成一个圆形的休眠体，这种休眠体被称为_。(5)将SP1菌接种在含不同浓度氯苯的号培养液中培养，得到生长曲线(如下图)。从图中可知，SP1菌在_培养条件下最早停止生长，其原因是_。【解析】(1)要配制固体培养基，需添加凝固剂琼脂。(2)配制培养基时应先调pH值，再灭菌。(3)从号和号培养基的营养要素组成特点可知：号为通用培养基，号为选择培养基。在号培养基中，硝酸铵为SP1菌提供氮源。(4)芽孢是细菌形成的一种具有很强抗逆性的休眠体。(5)由图2可知在含20 mg/L氯苯的培养液中培养菌体数目首先达到最大值，最早停止生长。【答案】(1)琼脂(2)先调pH，后灭菌(3)通用选择硝酸铵(4)芽孢(5)20 mg/L氯苯碳源最早耗尽
