生物（人教版）选修2精品导学案：第3章第1节微生物发酵及其应用
文档属性
| 名称 | 生物（人教版）选修2精品导学案：第3章第1节微生物发酵及其应用 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 17.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2015-08-29 18:05:39 | ||
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文档简介
第1节 微生物发酵及其应用
1．说出微生物发酵生产的基本过程。
2．举例说出微生物发酵与食品生产的关系。
3．参与有关微生物发酵的调查活动。
4．通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。
一、发酵工程史话
1．1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的______引起的。
2． 1897年，德国的毕希纳进一步发现了____在酵母发酵中的作用。
3．20世纪30年代传统发酵工业生产的新产品：酒精、乳酸、__________、丙酮、丁醇、柠檬酸、________和________等。
4．20世纪40年代大规模生产________、链霉素、金霉素、土霉素等，抗生素工业兴起。
5．20世纪50年代起：________发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。
6．20世纪70年代以后：有特殊生产能力的基因工程菌发酵产生________、________等。
二、发酵生产过程探秘
1．发酵：是利用________在适宜的条件下，将原料经过特定的________转化为人类所需要的产物的过程。
2．原理：不同的微生物具有产生不同___ ( http: / / www.21cnjy.com )_____的能力。例如：谷氨酸棒状杆菌发酵可以生产______；黄色短杆菌发酵可以生产________。
3．发酵过程
（1）选育菌种：可采用自然界选种、______育种、________育种等。
（2）配制培养基：根据微生物的营养需要提供______、氮源、________、无机盐和水。
（3）灭菌：培养基和发酵设备均需严格灭菌。
（4）扩大培养和接种：大规模生产中需要使______达到一定数量；将菌种接种到培养基上，接种时防止杂菌污染。
（5）发酵罐内发酵：要随时检测发酵进程，要及时满足______需求，还要严格控制______、pH、________等发酵条件。
（6）分离、提纯产物：如果产品是菌体，可采 ( http: / / www.21cnjy.com )用______、沉淀等方法；如果产品是________，可采用提取、______和纯化措施来获得产品。
思考：什么是单细胞蛋白？
三、发酵与食品生产
1．生产日常食品：如馒头、面包、腐乳、泡菜、葡萄酒等。
2．生产食品添加剂：如味精、醋、酱油等调味剂，各种食品营养增强剂，食品防腐剂，食品色素。
答案：一、1.酵母
2．酶
3．面包酵母 淀粉酶 蛋白酶
4．青霉素
5．氨基酸
6．胰岛素 生长激素
二、1.微生物 代谢途径
2．代谢产物 味精 赖氨酸
3．（1）诱变 基因工程 （2）碳源 生长因子 （4）菌种 （5）营养 温度 溶解氧 （6）过滤 代谢产物 分离
思考：单细胞蛋白是微生物菌体本身。可用作饲料，也可用作食品添加剂，还可制成人造肉直接食用。
发酵生产过程中，有哪些因素会影响发酵效果？
1．菌种
直接从自然界分离得到的微生物不一定具有生产特定产物的能力，需要在实验室里对几百株、数千株微生物进行筛选。即使得到了产生特定产物能力的菌株，其生产能力和性能也不一定能够满足生产的需要，还需要经过诱变选育得到高产、性能优良的菌种。即使利用基因工程构建的具有特殊生产能力的工程菌，也还要对其进行仔细研究，全面了解产生产物的规律、影响菌株产生产物的各种因素和它们之间的关系以及控制的办法，并进行实验室验证和扩大规模验证，才能够用于生产。在大规模工业生产上有了优良的生产菌种还不够，必须通过适当的措施提供足够量的种子。
2．发酵培养基
现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培 ( http: / / www.21cnjy.com )养基进行深层发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力，会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。
3．纯种发酵与灭菌
现代发酵工业绝大多数采用纯 ( http: / / www.21cnjy.com )种发酵，可以保证高产及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重要环节。
4．温度对微生物生长的影响
温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分 ( http: / / www.21cnjy.com )子的活性来影响微生物的生命活动。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度加快；另一方面，随着温度的进一步增高，生物活性物质（蛋白质、核酸等）发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微生物都有其最适生长温度。
5．pH对微生物生长的影响
培养基的pH对微生物生长的影响主要 ( http: / / www.21cnjy.com )是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；pH也会影响生物活性，如酶的活性。
6．溶解氧的影响
工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、 ( http: / / www.21cnjy.com )氨基酸、维生素、多糖、有机酸（细菌发酵生产乳酸例外）等发酵均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需要氧。
微生物在不同发酵阶段，因其生长、代谢水平的变化，对氧的需求量也有变化，因此，控制发酵液的溶氧可以达到提高生产水平的目的。
发酵液中溶解氧的浓度可以通过控制通气量、罐压、搅拌速度等进行控制。
发酵过程对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适当的温度、pH、溶解氧、营养物等，保证最适的发酵条件是发酵成功并获得高产产品的关键。
题型一 发酵工程史话
【例1】 1857年，法国微生物学家发现了发酵原理后才逐步形成了发酵工程，这位微生物学家是（ ）。
A．巴斯德 B．拉马克 C．列文虎克 D．科赫
解析：1857年法国微生物学家巴斯德通过实验证明酒精是由活的酵母引起的，发现了发酵的原理；法国博物学家拉马克是历史上第一个提出比较完整的进化学说的人，其主要观点是“用进废退”；17世纪后叶，荷兰生物学家列文虎克制成简单的显微镜，发现了细菌；科赫是德国细菌学家，细菌学的奠基人，因发现结核菌和结核菌素，获1905年诺贝尔生理学或医学奖。
答案：A
题型二 发酵过程应控制的条件
【例2】 发酵罐发酵过程中，使温度升高的热量来源于（ ）。
①冷却水供应不足 ②微生物代谢 ③培养基不新鲜 ④搅拌 ⑤放料口排出产物
A．①②③⑤ B．②③④ C．①④ D．②④
解析：题目要求找出使发酵罐温度升高的热量来源 ( http: / / www.21cnjy.com )，其来源有两个：一是微生物代谢产生的（呼吸作用）热量；二是搅拌器不断地搅拌产生的热量。散热的途径主要是用冷却水冷却。
答案：D
反思领悟：微生物的呼吸作用 ( http: / / www.21cnjy.com )产生微生物生命活动所必需的能量ATP，同时也释放了大量的热能，使发酵罐温度升高，再就是搅拌器不断地搅拌摩擦生热。发酵过程应该控制温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等条件。
题型三 发酵工程的产品
【例3】 下列不需要利用发酵工程的是（ ）。
A．生产单细胞蛋白饲料 B．通过生物技术培育可移植的皮肤
C．利用工程菌生产胰岛素 D．工厂化生产青霉素
解析：生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素和工厂化生产青霉素是利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养产生可移植的皮肤。
答案：B
反思领悟：发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。
1．下列关于发酵工程经历阶段的描述，正确的是（ ）。
A．早期积累阶段→中期发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→创新发酵工业阶段
B．原始发展阶段→现代发酵工业阶段→创新发酵工业阶段→生物技术产业阶段
C．原始发展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→生物技术产业阶段
D．原始发展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→基因技术产业阶段
2．下列不能用于菌种选育的是（ ）。
A．人工诱变 B．自然选育 C．基因工程育种 D．杂交育种
3．发酵工程的中心阶段是（ ）。
A．菌种的选育 B．扩大培养的接种 C．发酵过程 D．分离提纯
4．下列关于温度对发酵过程的影响的叙述，不正确的是（ ）。
A．温度过高，发酵周期缩短，产量降低
B．温度不影响生物合成的途径
C．温度能影响菌种对营养物质的吸收
D．菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
5．用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶，下列相关叙述错误的是（ ）。
A．蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关 B．酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染
C．应选择处于对数期的乳酸菌接种 D．只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源
答案：1．C 发酵工程经历了原始发展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→生物技术产业阶段四个阶段。
2．D 菌种选育包括人工诱变、自然选育、基因工程育种等，杂交育种适用于有性生殖的生物。
3．C
4．B 发酵过程需要适宜 ( http: / / www.21cnjy.com )的温度，如果温度过高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期就会缩短，产量也会降低；温度能影响生物合成的途径，这是因为生物合成过程需要酶，不同酶的活性与温度有关；菌种吸收营养物质时，多数是主动运输，需要呼吸作用提供能量，这与温度有关；菌体生长和产物合成需体内旺盛的代谢作基础，而用于生长繁殖和代谢产物生成的酶不同，因此所需的最适宜的温度也不一定相同。
5．D
1．说出微生物发酵生产的基本过程。
2．举例说出微生物发酵与食品生产的关系。
3．参与有关微生物发酵的调查活动。
4．通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。
一、发酵工程史话
1．1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的______引起的。
2． 1897年，德国的毕希纳进一步发现了____在酵母发酵中的作用。
3．20世纪30年代传统发酵工业生产的新产品：酒精、乳酸、__________、丙酮、丁醇、柠檬酸、________和________等。
4．20世纪40年代大规模生产________、链霉素、金霉素、土霉素等，抗生素工业兴起。
5．20世纪50年代起：________发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。
6．20世纪70年代以后：有特殊生产能力的基因工程菌发酵产生________、________等。
二、发酵生产过程探秘
1．发酵：是利用________在适宜的条件下，将原料经过特定的________转化为人类所需要的产物的过程。
2．原理：不同的微生物具有产生不同___ ( http: / / www.21cnjy.com )_____的能力。例如：谷氨酸棒状杆菌发酵可以生产______；黄色短杆菌发酵可以生产________。
3．发酵过程
（1）选育菌种：可采用自然界选种、______育种、________育种等。
（2）配制培养基：根据微生物的营养需要提供______、氮源、________、无机盐和水。
（3）灭菌：培养基和发酵设备均需严格灭菌。
（4）扩大培养和接种：大规模生产中需要使______达到一定数量；将菌种接种到培养基上，接种时防止杂菌污染。
（5）发酵罐内发酵：要随时检测发酵进程，要及时满足______需求，还要严格控制______、pH、________等发酵条件。
（6）分离、提纯产物：如果产品是菌体，可采 ( http: / / www.21cnjy.com )用______、沉淀等方法；如果产品是________，可采用提取、______和纯化措施来获得产品。
思考：什么是单细胞蛋白？
三、发酵与食品生产
1．生产日常食品：如馒头、面包、腐乳、泡菜、葡萄酒等。
2．生产食品添加剂：如味精、醋、酱油等调味剂，各种食品营养增强剂，食品防腐剂，食品色素。
答案：一、1.酵母
2．酶
3．面包酵母 淀粉酶 蛋白酶
4．青霉素
5．氨基酸
6．胰岛素 生长激素
二、1.微生物 代谢途径
2．代谢产物 味精 赖氨酸
3．（1）诱变 基因工程 （2）碳源 生长因子 （4）菌种 （5）营养 温度 溶解氧 （6）过滤 代谢产物 分离
思考：单细胞蛋白是微生物菌体本身。可用作饲料，也可用作食品添加剂，还可制成人造肉直接食用。
发酵生产过程中，有哪些因素会影响发酵效果？
1．菌种
直接从自然界分离得到的微生物不一定具有生产特定产物的能力，需要在实验室里对几百株、数千株微生物进行筛选。即使得到了产生特定产物能力的菌株，其生产能力和性能也不一定能够满足生产的需要，还需要经过诱变选育得到高产、性能优良的菌种。即使利用基因工程构建的具有特殊生产能力的工程菌，也还要对其进行仔细研究，全面了解产生产物的规律、影响菌株产生产物的各种因素和它们之间的关系以及控制的办法，并进行实验室验证和扩大规模验证，才能够用于生产。在大规模工业生产上有了优良的生产菌种还不够，必须通过适当的措施提供足够量的种子。
2．发酵培养基
现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培 ( http: / / www.21cnjy.com )养基进行深层发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力，会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。
3．纯种发酵与灭菌
现代发酵工业绝大多数采用纯 ( http: / / www.21cnjy.com )种发酵，可以保证高产及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重要环节。
4．温度对微生物生长的影响
温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分 ( http: / / www.21cnjy.com )子的活性来影响微生物的生命活动。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度加快；另一方面，随着温度的进一步增高，生物活性物质（蛋白质、核酸等）发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微生物都有其最适生长温度。
5．pH对微生物生长的影响
培养基的pH对微生物生长的影响主要 ( http: / / www.21cnjy.com )是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；pH也会影响生物活性，如酶的活性。
6．溶解氧的影响
工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、 ( http: / / www.21cnjy.com )氨基酸、维生素、多糖、有机酸（细菌发酵生产乳酸例外）等发酵均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需要氧。
微生物在不同发酵阶段，因其生长、代谢水平的变化，对氧的需求量也有变化，因此，控制发酵液的溶氧可以达到提高生产水平的目的。
发酵液中溶解氧的浓度可以通过控制通气量、罐压、搅拌速度等进行控制。
发酵过程对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适当的温度、pH、溶解氧、营养物等，保证最适的发酵条件是发酵成功并获得高产产品的关键。
题型一 发酵工程史话
【例1】 1857年，法国微生物学家发现了发酵原理后才逐步形成了发酵工程，这位微生物学家是（ ）。
A．巴斯德 B．拉马克 C．列文虎克 D．科赫
解析：1857年法国微生物学家巴斯德通过实验证明酒精是由活的酵母引起的，发现了发酵的原理；法国博物学家拉马克是历史上第一个提出比较完整的进化学说的人，其主要观点是“用进废退”；17世纪后叶，荷兰生物学家列文虎克制成简单的显微镜，发现了细菌；科赫是德国细菌学家，细菌学的奠基人，因发现结核菌和结核菌素，获1905年诺贝尔生理学或医学奖。
答案：A
题型二 发酵过程应控制的条件
【例2】 发酵罐发酵过程中，使温度升高的热量来源于（ ）。
①冷却水供应不足 ②微生物代谢 ③培养基不新鲜 ④搅拌 ⑤放料口排出产物
A．①②③⑤ B．②③④ C．①④ D．②④
解析：题目要求找出使发酵罐温度升高的热量来源 ( http: / / www.21cnjy.com )，其来源有两个：一是微生物代谢产生的（呼吸作用）热量；二是搅拌器不断地搅拌产生的热量。散热的途径主要是用冷却水冷却。
答案：D
反思领悟：微生物的呼吸作用 ( http: / / www.21cnjy.com )产生微生物生命活动所必需的能量ATP，同时也释放了大量的热能，使发酵罐温度升高，再就是搅拌器不断地搅拌摩擦生热。发酵过程应该控制温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等条件。
题型三 发酵工程的产品
【例3】 下列不需要利用发酵工程的是（ ）。
A．生产单细胞蛋白饲料 B．通过生物技术培育可移植的皮肤
C．利用工程菌生产胰岛素 D．工厂化生产青霉素
解析：生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素和工厂化生产青霉素是利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养产生可移植的皮肤。
答案：B
反思领悟：发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。
1．下列关于发酵工程经历阶段的描述，正确的是（ ）。
A．早期积累阶段→中期发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→创新发酵工业阶段
B．原始发展阶段→现代发酵工业阶段→创新发酵工业阶段→生物技术产业阶段
C．原始发展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→生物技术产业阶段
D．原始发展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→基因技术产业阶段
2．下列不能用于菌种选育的是（ ）。
A．人工诱变 B．自然选育 C．基因工程育种 D．杂交育种
3．发酵工程的中心阶段是（ ）。
A．菌种的选育 B．扩大培养的接种 C．发酵过程 D．分离提纯
4．下列关于温度对发酵过程的影响的叙述，不正确的是（ ）。
A．温度过高，发酵周期缩短，产量降低
B．温度不影响生物合成的途径
C．温度能影响菌种对营养物质的吸收
D．菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
5．用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶，下列相关叙述错误的是（ ）。
A．蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关 B．酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染
C．应选择处于对数期的乳酸菌接种 D．只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源
答案：1．C 发酵工程经历了原始发展阶段→传统发酵工业阶段→现代发酵工业阶段→生物技术产业阶段四个阶段。
2．D 菌种选育包括人工诱变、自然选育、基因工程育种等，杂交育种适用于有性生殖的生物。
3．C
4．B 发酵过程需要适宜 ( http: / / www.21cnjy.com )的温度，如果温度过高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期就会缩短，产量也会降低；温度能影响生物合成的途径，这是因为生物合成过程需要酶，不同酶的活性与温度有关；菌种吸收营养物质时，多数是主动运输，需要呼吸作用提供能量，这与温度有关；菌体生长和产物合成需体内旺盛的代谢作基础，而用于生长繁殖和代谢产物生成的酶不同，因此所需的最适宜的温度也不一定相同。
5．D