1.3发酵工程的应用 课件(共27张PPT)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3
文档属性
| 名称 | 1.3发酵工程的应用 课件(共27张PPT)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 7.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-11-02 10:26:30 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
选择性必修3 生物技术与工程 第1章 发酵工程
第3节 发酵工程的应用
【学习目标】
1.说出发酵工程的概念（生命观念）。
2.阐述发酵工程的基本环节（生命观念、科学思维）
3.举例说明发酵工程的应用（生命观念、科学思维）
4.尝试对发酵工程的实际应用进行实地调查（社会责任）
自主阅读教材P22页，了解发酵工程的概念和基本环节。
发酵工程的概念：
利用微生物特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
实质：利用微生物生产产品
涉及菌种选育和培养、产物的分离和提纯等。
发酵工程的优点：
（与传统发酵技术相比）：
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
产物专一
废弃物对环境的污染小和容易处理
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
一、发酵工程的基本环节
自主阅读教材P22“图1-9”，写出发酵工程的基本环节。
【思考·讨论】
基本环节分析
1、菌种选育
①P22旁栏思考：某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
②P23思考讨论1：微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？优良菌种有哪些来源？
——菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。
考虑因素：
菌种三个来源：从自然界中获取、诱变育种、基因工程育种
1.生产需要(微生物繁殖速度快、代谢产物的产量高等)；
2.菌种不易变异、退化等；
3.发酵条件易控制；
4.考虑气候条件、发酵装置等。
【思考·讨论】
基本环节分析
2.扩大培养：
目的：
快速增加菌种数量，确保有充足的菌体参与发酵
说明：
⑴扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一般选 培养基进行培养。
液体
液体使微生物与营养物质接触更充分，利于微生物的繁殖。
⑵菌种扩大培养的最佳时期？
将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
【思考·讨论】
基本环节分析
3.配制培养基：
①在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
②生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定，
逐步优化培养基设计（成分、比例等）。
▲培养基类型：发酵工程一般使用液体培养基。
▲要求：①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。
②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成
③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
【思考·讨论】
基本环节分析
4.灭菌：
避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量
⑴目的：
⑵灭菌原因：
发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5.接种：
将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
6.发酵罐内发酵
→发酵工程的中心环节
为什么要严格控制发酵条件？
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响代谢物的形成；
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。
【思考·讨论】
基本环节分析
6.发酵罐内发酵
→发酵工程的中心环节
抽取样本，进行检测，了解发酵进程
调节罐温
调节罐压
控制溶解氧
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
【思考·讨论】
基本环节分析
7.分离、提纯产物
方法：
①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____；
②发酵产品是代谢物时，可___________ ___采取___ _的_____、_____和_____措施来获得产品；
过滤
沉淀
分离
干燥
根据产物的性质
适当
提取
分离
纯化
思 考
发酵生产排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境，需如何处理
二次清洁或灭菌处理。达到清洁生产的要求。
讨论1：
引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？
发酵工程中如何调节温度和pH
温度：原因：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。
方法：常用冷却水进行温度的调节
pH：原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
讨论2：在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比
有哪些改进？
传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法，进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
【思考·讨论】
啤酒的工业化生产流程
P24
啤酒的工业化生产流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
接种
过滤
主发酵
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
后发酵
在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。
部分过程强调： ⑴焙烤的目的：_________________________________；
⑵蒸煮的目的：________________________________________。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌
讨论1：酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
讨论2：发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，这是发生了什么变化吗？
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
1. 生产传统发酵产品
酱油
大豆
(主要原料)
黑曲霉
(蛋白酶)
小分子肽
和氨基酸
淋洗、调制
(1)酱油的生产
(2)各种酒类的生产
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
谷物、水果
酵母菌
无氧条件
酒精+CO2
各种酒类
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
2. 生产各种各样的食品添加剂
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5`-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌、溶菌酶
添加了柠檬酸的饮料
谷氨酸棒状杆菌
发酵
氧气
谷氨酸
处理
味精
淀粉
淀粉酶
黑曲霉
葡萄糖
柠檬酸合成酶
柠檬酸
二、发酵工程的应用
在医药工业上的应用
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
微生物
直接改造微生物
转入
微生物
病原体的
抗原基因
转入
发酵
工程
药物
药物
疫苗
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
发酵工程生产的药物
通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
二、发酵工程的应用
在农牧业上的应用
生产微生物肥料：
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 、
等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
有机酸
生物活性物质
如：利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
生产微生物农药：
微生物农药是利用 或 来防治病虫害的。
微生物农药作为 的重要手段，
微生物
其代谢物
生物防治
如：利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫，一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。
生产微生物饲料：
微生物含有丰富的
蛋白质
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的 ，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
微生物菌体
二、发酵工程的应用
在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决 和
等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
粮食、
环境、健康
能源
⑴解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
⑵对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
1．某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是( )
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
B
【现学现用】
2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。
(1)图中①表示的育种方法是
________________。
(2)人工控制微生物代谢的措施包括
_____________________ 和 __________________________。
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断
地产生，这说明该生产采用了________的发酵方式。在生产过程中，常需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为 ______菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用____________________等分离提纯的方法进行提取。
诱变育种
改变微生物遗传特性 控制生产过程中的各种条件
连续培养
好氧
萃取(或蒸馏或离子交换等)
【现学现用】
1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。
(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵（ ）
(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ）
(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件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。（ ）
(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ）
×
√
√
×
一、概念检测
练习与应用
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
练习与应用
二、拓展应用
2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。
存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
练习与应用
1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（1）在培养基中加入化合物A的目的是__________________________，这种培养基属于__________培养基。
（2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量_______________。
筛选出可降解化合物A的微生物
选择
显著降低
扩增
（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
细菌计数板计数
呈S形增长
复习与提高（P30）
（4）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决
目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题
（5）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
2.某个高温日，某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路。
立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌；配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基（该培养基可用来鉴别大肠杆菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色，并有金属光泽）、灭菌、倒平板；取10 mL刚融化的冰激凌作为原液，然后进行梯度稀释,稀释倍数为1× 10~1×10 ；取每个浓度的冰激凌液各0.1 mL，用涂布平板法进行接种，每个浓度涂3个平板，一共培养18个平板;在适宜温度下培养48h，统计菌落数目。
（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
①他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？
①不同意。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。
②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？
【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准，1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37℃培养24 h），1000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37℃培养48 h）】
没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。
③他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组？为什么？
③需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板；另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染，后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。
（3）在完善实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，这说明了什么？如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏多还是偏少？为什么？
说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。
统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。
选择性必修3 生物技术与工程 第1章 发酵工程
第3节 发酵工程的应用
【学习目标】
1.说出发酵工程的概念（生命观念）。
2.阐述发酵工程的基本环节（生命观念、科学思维）
3.举例说明发酵工程的应用（生命观念、科学思维）
4.尝试对发酵工程的实际应用进行实地调查（社会责任）
自主阅读教材P22页，了解发酵工程的概念和基本环节。
发酵工程的概念：
利用微生物特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
实质：利用微生物生产产品
涉及菌种选育和培养、产物的分离和提纯等。
发酵工程的优点：
（与传统发酵技术相比）：
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
产物专一
废弃物对环境的污染小和容易处理
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
一、发酵工程的基本环节
自主阅读教材P22“图1-9”，写出发酵工程的基本环节。
【思考·讨论】
基本环节分析
1、菌种选育
①P22旁栏思考：某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
②P23思考讨论1：微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？优良菌种有哪些来源？
——菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。
考虑因素：
菌种三个来源：从自然界中获取、诱变育种、基因工程育种
1.生产需要(微生物繁殖速度快、代谢产物的产量高等)；
2.菌种不易变异、退化等；
3.发酵条件易控制；
4.考虑气候条件、发酵装置等。
【思考·讨论】
基本环节分析
2.扩大培养：
目的：
快速增加菌种数量，确保有充足的菌体参与发酵
说明：
⑴扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一般选 培养基进行培养。
液体
液体使微生物与营养物质接触更充分，利于微生物的繁殖。
⑵菌种扩大培养的最佳时期？
将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
【思考·讨论】
基本环节分析
3.配制培养基：
①在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
②生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定，
逐步优化培养基设计（成分、比例等）。
▲培养基类型：发酵工程一般使用液体培养基。
▲要求：①根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。
②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成
③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
【思考·讨论】
基本环节分析
4.灭菌：
避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量
⑴目的：
⑵灭菌原因：
发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5.接种：
将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
6.发酵罐内发酵
→发酵工程的中心环节
为什么要严格控制发酵条件？
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响代谢物的形成；
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。
【思考·讨论】
基本环节分析
6.发酵罐内发酵
→发酵工程的中心环节
抽取样本，进行检测，了解发酵进程
调节罐温
调节罐压
控制溶解氧
使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热
【思考·讨论】
基本环节分析
7.分离、提纯产物
方法：
①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____；
②发酵产品是代谢物时，可___________ ___采取___ _的_____、_____和_____措施来获得产品；
过滤
沉淀
分离
干燥
根据产物的性质
适当
提取
分离
纯化
思 考
发酵生产排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境，需如何处理
二次清洁或灭菌处理。达到清洁生产的要求。
讨论1：
引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？
发酵工程中如何调节温度和pH
温度：原因：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。
方法：常用冷却水进行温度的调节
pH：原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
讨论2：在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比
有哪些改进？
传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法，进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
【思考·讨论】
啤酒的工业化生产流程
P24
啤酒的工业化生产流程
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
接种
过滤
主发酵
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
后发酵
在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。
部分过程强调： ⑴焙烤的目的：_________________________________；
⑵蒸煮的目的：________________________________________。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌
讨论1：酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
讨论2：发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，这是发生了什么变化吗？
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
1. 生产传统发酵产品
酱油
大豆
(主要原料)
黑曲霉
(蛋白酶)
小分子肽
和氨基酸
淋洗、调制
(1)酱油的生产
(2)各种酒类的生产
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
谷物、水果
酵母菌
无氧条件
酒精+CO2
各种酒类
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
2. 生产各种各样的食品添加剂
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5`-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌、溶菌酶
添加了柠檬酸的饮料
谷氨酸棒状杆菌
发酵
氧气
谷氨酸
处理
味精
淀粉
淀粉酶
黑曲霉
葡萄糖
柠檬酸合成酶
柠檬酸
二、发酵工程的应用
在医药工业上的应用
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
微生物
直接改造微生物
转入
微生物
病原体的
抗原基因
转入
发酵
工程
药物
药物
疫苗
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
发酵工程生产的药物
通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
二、发酵工程的应用
在农牧业上的应用
生产微生物肥料：
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 、
等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
有机酸
生物活性物质
如：利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
生产微生物农药：
微生物农药是利用 或 来防治病虫害的。
微生物农药作为 的重要手段，
微生物
其代谢物
生物防治
如：利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫，一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。
生产微生物饲料：
微生物含有丰富的
蛋白质
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的 ，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
微生物菌体
二、发酵工程的应用
在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决 和
等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
粮食、
环境、健康
能源
⑴解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
⑵对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
1．某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是( )
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
B
【现学现用】
2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。
(1)图中①表示的育种方法是
________________。
(2)人工控制微生物代谢的措施包括
_____________________ 和 __________________________。
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断
地产生，这说明该生产采用了________的发酵方式。在生产过程中，常需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为 ______菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用____________________等分离提纯的方法进行提取。
诱变育种
改变微生物遗传特性 控制生产过程中的各种条件
连续培养
好氧
萃取(或蒸馏或离子交换等)
【现学现用】
1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。
(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵（ ）
(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ）
(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件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。（ ）
(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ）
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√
√
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一、概念检测
练习与应用
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
练习与应用
二、拓展应用
2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。
存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
练习与应用
1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（1）在培养基中加入化合物A的目的是__________________________，这种培养基属于__________培养基。
（2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量_______________。
筛选出可降解化合物A的微生物
选择
显著降低
扩增
（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
细菌计数板计数
呈S形增长
复习与提高（P30）
（4）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决
目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题
（5）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
2.某个高温日，某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路。
立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌；配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基（该培养基可用来鉴别大肠杆菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色，并有金属光泽）、灭菌、倒平板；取10 mL刚融化的冰激凌作为原液，然后进行梯度稀释,稀释倍数为1× 10~1×10 ；取每个浓度的冰激凌液各0.1 mL，用涂布平板法进行接种，每个浓度涂3个平板，一共培养18个平板;在适宜温度下培养48h，统计菌落数目。
（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
①他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？
①不同意。只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。
②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？
【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准，1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37℃培养24 h），1000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37℃培养48 h）】
没有必要。根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。
③他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组？为什么？
③需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板；另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染，后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。
（3）在完善实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，这说明了什么？如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏多还是偏少？为什么？
说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。
统计结果比实际值偏少。因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。