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(共55张PPT)
1.3 发酵工程及其应用
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，在“二战”期间，青霉素挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。其发现者亚历山大·弗莱明（英国1881-1955。青霉素之父）在1945年获诺贝尔生理学医学奖。
早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢
发酵工程（微生物工程）
从社会中来
选育菌种
扩大培养
接种
灭菌
配制培养基
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
发酵工程的基本环节和发酵罐示意图
一、发酵工程的基本环节
环节 目的
菌种选育
性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
1）若生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
2）若生产的是微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品目的。
一、发酵工程的基本环节
自然筛选
优点：经济实惠
缺点：自然突变几率低，出现优良性状可能性小，需要时间长
诱变育种或基因工程育种
优点：育种时间短、提高发酵产物纯度、减少副产品
缺点：技术要求高
（3）菌种选育的重要性（意义）：优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。
（4）实例：筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期。
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
一、发酵工程的基本环节
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？
我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。
优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。
一、发酵工程的基本环节
环节 目的
扩大培养
工业发酵罐体积大(几十到几百立方米)，接种菌种总体积大(几立方米到几十立方米)，所以发酵前需对菌种多次扩大培养。
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
增加菌种数量，缩短生产周期
1.目的:
2.方法:
一、发酵工程的基本环节
环节 目的
培养基的配制
在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
1.类型:
2.要求:
发酵工程一般使用液体培养基，可以使微生物与营养物质充分接触，提高营养物质的利用率，有利于微生物的繁殖。
①根据不同的菌种，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。
一、发酵工程的基本环节
环节 目的
灭菌
发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
因为杂菌将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
1）在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。
2）在青霉素生产过程中混入杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，分解青霉素。
一、发酵工程的基本环节
环节 目的
接种、 发酵罐发酵
现代发酵工程的大型发酵罐有计算机控制系统，能对温度、PH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养进行监测和控制。还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
发酵工程的中心环节，
1.发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程。
2.还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅影响微生物生长繁殖，还影响微生物代谢物的形成。
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
一、发酵工程的基本环节
不同发酵条件的影响
实例——谷氨酸发酵
①在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；
②在酸性条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
补充内容：①谷氨酸发酵常用菌种为谷氨酸棒状杆菌；
②谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上；
③C:N的数值也会影响谷氨酸发酵过程：
C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少；
C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。
一、发酵工程的基本环节
发酵过程的影响因素：
微生物分解有机物释放的能量，一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。此外，发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部分热量，使发酵温度降低。
通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整，用冷却水进行温度的调节
1.温度：
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
2.溶解氧：
好氧型微生物：溶解氧要充足；
厌氧型微生物：严格的无氧环境
由发酵罐的通气口通气量来控制和搅拌速度加以调节
一、发酵工程的基本环节
PH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降；而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。
通过加料装置添加酸或碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液。
3.PH值：
发酵过程的影响因素：
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
一、发酵工程的基本环节
抽取样本进行检测
调节罐温
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
调节罐压
培养物或营养物质的加入口
观察孔
取样管
电动机
排气管
pH计
冷却水排出口
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮
生物传感器装置
空气入口
温度传感器和控制装置
冷却水进入口
阀门
放料管
一、发酵工程的基本环节
环节 目的
产品的分离、提纯
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用过滤、沉淀方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。
如果产品是代谢物，可据产物性质采取适当提取、分离纯化措施来获得产品。
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菌种的选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
接种
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发酵
产品的分离
提纯
发酵产物不同分离提纯的方法也不同：
代谢产物：
菌体本身：
根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离、提纯；
采用过滤、沉淀等方式进行分离、提纯
一、发酵工程的基本环节
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？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
②生产所需代谢物的产量高；
③发酵条件易控制；
④菌种不易变异，退化等。
①反复试验确定培养基的配方；
②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；
③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；
④及时添加必需的营养组分；
⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
思考·讨论
？
一、发酵工程的基本环节
3.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之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；
在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。
发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
思考·讨论
？
一、发酵工程的基本环节
4.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为什么？
不能；
因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
思考·讨论
？
一、发酵工程的基本环节
1、下列关于发酵工程基本环节的叙述，不正确的是
A.生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉
B.培养基和发酵设备都必须经过严格的消毒
C.发酵罐具有计算机控制系统，可以进行反馈控制
D.发酵产品若是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥
2、下列不是发酵过程中要完成的是
A.随时取样检测培养液中的微生物数量及产物浓度
B.不断添加菌种
C.及时添加必需的营养组分
D.严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等条件
B
练习
B
3、发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于
①冷却水供应不足　 ②微生物代谢旺盛　
③培养基不新鲜　 ④搅拌　
⑤放料口排出产物
A.①②③④⑤ 　B.②③④
C.①④ D.②④
4、分离提纯是制取发酵产品不可缺少的阶段，产品不同，分离提纯的方法不同。若要获得发酵工程生产的微生物代谢产物，常采用的提取方法是
①蒸馏　②萃取　③过滤　④离子交换　⑤沉淀
A.①③⑤ B.①②④ C.①②③ D.③④⑤
D
练习
B
课时素养评价
5、发酵罐内发酵时,一定要控制好发酵条件,下列说法错误的是
A.对温度的控制可以通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整
B.若是谷氨酸发酵需要将pH调至酸性
C.可以在培养基中添加缓冲液以维持发酵时pH的相对稳定
D.对于需氧发酵通过调节通气量和搅拌速度控制溶氧量
6.发酵工程最重要的工作是选择优良的单一纯种,消灭杂菌。获得纯种的方法不包括
A.根据微生物对碳源需求的差别,使用含有不同碳源的培养基
B.根据微生物需要生长因子的种类,在培养基中增减不同的生长因子
C.根据微生物遗传组成的差异,在培养基中加入不同比例的核酸
D.根据微生物对抗生素敏感性的差异,在培养基中加入不同的抗生素
练习
B
C
7、发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是
A.发酵工程具有条件温和、产物单一、污染小的特点
B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身
C.通常所指的发酵条件包括温度、溶解氧和pH等
D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵
D
练习
发酵工程的优点：
①生产条件温和；
②原料来源丰富且价格低廉；
③产物专一；
④废弃物对环境的污染小和容易处理。
因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。
二、发酵工程的应用
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
酱油的生产
谷物或水果
酿酒酵母
各种酒类
各种酒类的生产
（1）生产传统的发酵产品：如酱油、各种酒类等。发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
啤酒的工业化生产流程
发芽
1
2
焙烤
3
碾磨
4
糖化
大麦
水
糖化罐
大麦种子发芽，
释放淀粉酶。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
淀粉水解
形成糖浆。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
酵母菌将糖转化为酒精和CO2
杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
过滤
冷却
装瓶
装罐
储存罐
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
(一) 在食品工业上的应用
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
后发酵
酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。
一般为5~10天
一般1~2个月
1.使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和防腐力。
2.形成啤酒优良的泡沫。
3.有利于麦芽汁的澄清。
4.平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲。
二、发酵工程的应用
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。
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
2.啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
3.与传统的手工发酵相比，在上面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高
菌种的选育；对原材料的处理；发酵过程的控制；产品的消毒等。
思考·讨论
？
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
4.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
精酿啤酒采用的发酵罐会比较小一点，发酵完成以后也不会进行过滤和杀菌等步骤，和精酿啤酒相反的是，大规模发酵完成以后还会进行必要的过滤和杀菌，增加啤酒的保鲜时间，安全性更好。
思考·讨论
？
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
①食品添加剂优点
增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期。
②实例1——柠檬酸
柠檬酸是一种食品酸度调节剂；
可以通过黑曲霉的发酵制得；
③实例2——味精
谷氨酸经过一系列处理就能制成味精；
由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸；
柠檬酸
淀粉
淀粉酶
葡萄糖
黑曲霉
柠檬酸合成酶
谷氨酸棒状杆菌
发酵
谷氨酸
味精
处理
氧气
（2）生产食品添加剂
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
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 乳酸链球菌素、溶菌酶
④常见的食品添加剂
（2）生产食品添加剂。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
食品添加剂 ≠ 违法添加物
公众谈食品添加剂色变，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加剂的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加剂的头上显然是不公平的。
《国务院办公厅关于严厉打击食品非法添加行为切实加强食品添加剂监管的通知》中要求规范食品添加剂生产使用：严禁使用非食用物质生产复配食品添加剂，不得购入标识不规范、来源不明的食品添加剂，严肃查处超范围、超限量等滥用食品添加剂的行为，同时要求在2011年年底前制定并公布复配食品添加剂通用安全标准和食品添加剂标识标准。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
①概念：
②常见酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
③酶制剂应用
食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善
产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等。
④酶制剂来源
少数由动植物生产；
绝大多数通过发酵工程生产。
（3）生产酶制剂
从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
1、采用基因工程的方法,将植物或动物的基因转移到 中,获得具有某种药物生产能力的微生物
(二) 医药工业上的应用
青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
3、未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等。
利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素
4、利用基因工程将病原体的抗原基因转
入微生物细胞，制成生物疫苗。
通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
2、直接对 进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品
微生物
菌种
二、发酵工程的应用
发酵工程生产药物的方法
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
发酵工程生产的药物
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
二、发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
(三) 在农牧业上的应用
（1）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
常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。
（2）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
二、发酵工程的应用
项目 微生物农药防治 化学农药防治
防治机理
优点
缺点
利用微生物或代谢物进行防治
成本低、无污染，
可以维持生态平衡
防治速度慢
利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治
见效快，操作简单
成本高，污染环境，
不利于维持生态平衡
微生物农药防治和化学农药防治的比较
二、发酵工程的应用
实例：苏云金杆菌 防治80多种农林虫害。
白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素） 防治水稻枯纹病。
(三) 在农牧业上的应用
微生物含有丰富的蛋白质，而且生长繁殖速度快。
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。
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以
提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物
食用后还能提高免疫力。
微生物菌体
单细胞蛋白
二、发酵工程的应用
(三) 在农牧业上的应用
（3）生产微生物饲料
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。
（2）将极端微生物应用于生产实践
自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（如高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
例如嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
二、发酵工程的应用
(四) 在其他方面的应用
8、下列关于发酵工程的说法，正确的是
A.人工诱变、基因工程等都可对微生物进行定向改造
B.环境条件的变化不仅影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢
C.发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成都与搅拌速度无关
D.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的
9、发酵工程广泛应用于多个行业，下列有关叙述错误的是
A.黑曲霉可作为酿制酱油、生产柠檬酸的菌种
B.啤酒酿制终止后，可得到啤酒、单细胞蛋白等产品
C.用纤维废料发酵得到酒精，可减少环境污染、减缓能源短缺问题
D.用液体培养基可大规模生产新冠病毒减毒疫苗
B
练习
D
10、“通州老窖”是以优质高粱、麸曲、产脂酵母菌为原材料酿制出的一种白酒。以下相关叙述正确的是
A.水质、菌种和发酵时间会影响酒的品质
B.所用的菌种属于生态系统中的消费者
C.可用平板划线法测定发酵液中的菌种浓度
D.酿制过程必须进行严格的灭菌操作
11、下列关于单细胞蛋白的叙述,正确的是
A.是从微生物细胞中提取的蛋白质
B.通过发酵生产的微生物菌体
C.是微生物细胞分泌的抗生素
D.单细胞蛋白不能作为食品
练习
A
B
12、发酵法生产酒精后的废液(pH 4.3)含有大量有机物，可用于培养、获得白地霉菌体，生产高蛋白饲料。培养、制取白地霉菌体的实验过程示意图如下。请据图回答下列问题：
(1)实验过程中培养白地霉的培养基是____________ 。
培养基定量分装前，先调节______ ，分装后用棉
塞封瓶口，最后_____处理。
(2)图中①过程称为________ ，从甲到丁的培养
过程是为了___________。白地霉菌的代谢类型为____________ 。
(3)为确定菌体产量，图中②操作之前，应先称量_________ 的质量。过滤后需反复烘干称量，直至__________________。所获菌体干重等于__________________________。
废液上清液
pH
灭菌
接种
扩大培养
异养需氧型
滤纸
恒重(质量基本不变)
恒重时的质量与滤纸质量之差
练习
课堂小结
概念检测
与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质粒明显提高。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、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。
×
√
×
√
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？
（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的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产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
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。
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。
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的粮食，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一风险。
拓展应用
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(如秸杆等)。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。
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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
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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。
（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
S形增长
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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。
（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都需要研究清楚后，才能进行实践
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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。
（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。
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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。
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（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？
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自来水中菌落总数不可以超过100个（37 ℃培养48h）】
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。即使冰激凌中大肠杆菌数目超标了，也不可能很离谱，如果进行梯度稀释，最后培养出来的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。解答这个问题的时候，应该让学生明白并不是所有的细菌检测培养都需要进行梯度稀释，而是要根据实际情况来确定培养方案。
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（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
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。
（2）下图所示为4种菌落分布图，一般不能由涂布平板法得到的是___。
B
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（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。
（4）如果实验结果显示,检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了。接下来他们应该做什么
应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；还要告知食品卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。其他合理答案也可。
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