第47讲微生物与发酵工程

1、第六局部生物技术与生命科学新进展第46讲发酵工程、考点内容全解(一)本讲考点是什么?1. 发酵工程、酶工程简介，及四大生物工程间的关系 人们按照自己的愿望改造物种采用基因工程或细胞 工程的方法，而基因工程和细胞工程的研究成果，目前大 多需要通过发酵工程、酶工程来实现产业化。基因工程、 细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往通过酶工程来获 得；酶工程中酶的生产，一般要通过微生物发酵的方法来 进行。图示如右：(二)考点例析例1用来治疗糖尿病的胰岛素，过去主要靠从动物 体器官、组织中提取，但因受原料限制，无法推广。现在, 可以用发酵工程的方法来生产胰岛素。假设用大肠杆菌发酵 来生产胰岛素，并结合基因工

2、程，写岀其生产过程：(1) 构建转入人胰岛素基因的工程菌。 提取目的基因：用胰岛素基因探针从人的胰岛细胞 中获取，再用法制备人的胰岛细胞目的基因。 目的基因与运载体结合：从大肠杆菌的细胞中提取，并用 酶切割质粒，使其露出。用同一种酶切割目的基因使其产生相同的，再将目的基因插人质粒切口处,参加适量的酶，这样就形成了一个的通透性，让重组DNA进人大肠杆和的重组DNA 将目的基因导人受体细胞：将大肠杆菌用处理，以增大 菌体内 目的基因的检测和表达：在用一定的方法检测出目的基因已导人大肠杆菌细胞内，并后，再对该种大肠杆 菌扩大培养。(2) 发酵生产。如图为发酵罐，答复：(括号中填数字如巴) 配制适合大

3、肠杆菌的培养基，调整，然后对培养基进行处理并装入发酵罐，将上述大肠杆菌接种于发酵罐发酵 假设经检测假设发现放料口排岀的旧培养基中微生物细胞形态多样，甚至岀现畸形，那么此时微生物的生长处于期，加料口 添加新培养基的速度应该适当，并从以适当速度通入 假设该装置阶段发酵的目的是为扩大培养生产酵母菌菌种，那么应尽可能延长期，采取的主要措施为：加料口放料的速度都 ，通人的无菌空气成分中应，搅拌的速度适当 影响发酵过程中温度变化的因素是 发酵过程中pH变化的原因是 搅拌器搅拌的作用是(3) 发酵完毕后，从培养基中并胰岛素，经过一定的加工成为药用胰岛素，经合格后，可投入使用。解析此题考查对基因工程、细胞工程

4、、发酵工程和酶工程相互关系的理解，并带有一点实验设计“味道因而突岀了 创新思维能力的考查力度。解题思路是：先运用基因工程构建转入人胰岛素基因的工程菌，再利用该工程菌，运用发酵工程 生产人胰岛素，然后利用类似酶工程中别离提纯技术得到胰岛素产品答案(1人胰岛素基因mRNA反转录质粒限制性内切黏性末端黏性末端DNA连接人的胰岛素基因大 肠杆菌质粒 氯化钙细胞壁 能表达(2)pH灭菌衰退；里；4;无菌空气对数；加快；有充足的氧；加 快微生物代谢，机械搅拌、罐壁散热、水分蒸发、冷却水循环等营养物质的消耗、代谢产物的积累增加溶氧；使菌种与 培养基充分接触提高原料利用率(3)提取、提纯、检验二、能力提升技巧

5、提高发酵产品的品质与产量，降低本钱，提高经济效益是发酵工程的重要研究课题，而运用微生物代谢的特点，控制发 酵条件，是实现科学发酵的根底。例2影响谷氨酸棒状杆菌生长速度的是碳氮比，当碳氮比为4： 1时，菌体大量繁殖，而碳氮比为3: 1时，那么繁殖减 慢，产谷氨酸增多。答复：(1) 解释“当碳氮比为4: 1时，菌体大量繁殖，而碳氮比为3： 1时，那么繁殖减慢，产谷氨酸增多原因。(2) 运用发酵工程生产谷氨酸时应选择的培养条件应该是 ()对数期培养基碳氮比为3： 1，隔绝空气稳定期培养基碳氮比为3： 1,隔绝空气稳定期培养基碳氮比为3： 1,通气培养对数期培养基碳氮比为4: 1，隔绝空气对数期培养基

6、碳氮比为4: 1,通气培养 稳定期培养基碳氮比为4： 1,通气培养A. B . C . D .解析微生物生长速度、代谢产物与培养条件有关。不同的微生物的影响是不同的，如酵母菌在氧气氧气充足比氧气不 足时繁殖要快，而且产物也不同。但影响谷氨酸棒状杆菌产物的主要是碳氮比，C: N=4 1时，大量繁殖，产谷氨酸少；C: N=3 1时，繁殖慢，产谷氨酸多。谷氨酸棒状杆菌是需氧型杆菌，所以不能隔绝空气。答案(1)对数期菌体快速增殖，需要消耗大量的能量，这主要由糖类通过有氧呼吸提供，所以碳氮比为4 : 1；在稳 定期产生大量的次级代谢产物一一谷氨酸，其N元素相对较高，此时需要的碳氮比适宜值3 : 1(2)

7、 D解题技巧本讲内容与人们日常生活联系紧密，预计未来高考题目将是高中生物学知识综合的载体，突岀微生物和发酵 工程在生产生活中的应用。解题时综合运用高中生物学知识，特别是细胞的结构、组成细胞的化学成分、细胞代谢和繁殖等 主干知识正确理解微生物的发酵，并分析指导生产生活实践。例3在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入 发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降 低，酒精浓度渐渐上升泡沫不断增多。当糖度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输岀有形物质和鲜啤酒。根据上述过程

8、，答复以下问题：(1) 该过程说明啤酒酵母菌异化作用的特点是。(2) 初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是。(3) 酒精主要是啤酒酵母菌期产生的代谢产物。(4) 经测定酵母菌消耗的搪中)98 . 5%形成了酒精和其他发酵产物，其余1.5%那么用于。(5) 请写岀由麦芽糖-葡萄糖-酒精的反响方程式。解析解该题需从如下四步分析：第一步，由题意可知酵母菌接入发酵罐初期代谢和繁殖旺盛，溶解氧渐渐耗尽说明酵母 菌进行旺盛的有氧呼吸，而随后代谢繁殖仍在进行，只是速度减慢，同时糖减少、酒精增加，说明其进行酒精发酵，而酒精发 酵为无氧呼吸的特征。第二步，酵母菌繁殖方式尽管有岀芽生殖、有性生殖等，但条件适宜时，快速

9、繁殖方式应为岀芽生殖。 第三步，酒精应属于次级代谢产物，产生于微生物生长一段时间后的稳定期，必须注意麦芽糖-葡萄糖是一水解过程，需要酶 的催化。第四步，环境中的糖是作为酵母菌繁殖的生命活动的碳源和能源，除了形成酒精和其他代谢产物外，其余局部那么用在 了自身的生长繁殖上。答案(1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸出芽生殖稳定次级酵母菌自身的生长和繁殖酶酶(5)C12H2021+HO 2GH2O6 C HO 2C2HOH+COHO三、根底能力测试:犬冬氨酸激酶罟1.右图为黄色短杆菌合成赖氨酸的途径示意图，以下人工调控不可行的是中间物【()A. 增强黄色短杆菌细胞膜对苏氨酸的通透性沏HB. 增强黄色

10、短杆菌细胞膜对赖氨酸的通透性:拭輕軌打 C. 运用基因工程删除黄色短杆菌高丝氨酸脱氢酶基因'九、礼D. 诱变处理黄色短杆菌使高丝氨酸脱氢酶基因变异2. 血糖快速测试仪上的酶传感器中，使用的是A.混合酶 B .固定化酶C .游离的酶D .一般酶制剂3. 谷氨酸发酵过程中，如果环境条件控制不当，那么可能使代谢产物成为乳酸，那么，乳酸是以下哪种条件下的产物A.pH值过小B . pH值过大C .溶氧过多D .溶氧缺乏4. 应用发酵工程生产的产品不包括A.初级代谢产物B次级代谢产物C单细胞蛋白D 目的基因5. 以下发酵产品中，不属于代谢产物的是A.味精 D .啤酒 C .“人造肉 D .人生长激

11、素6. 基因工程培养的“工程菌通过发酵工程生产的产品有石油人生长激素紫草素聚乙二醇胰岛素重组乙肝疫苗A. B . C . D .7. 谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的培养基中，五大类营养要素物质不可缺少。其中那一种的营养要素要保持在适量状态,假设缺乏，那么菌体生长十分缓慢，假设过量，那么为乳酸发酵。A.碳源 B .氮源C .生长因子D .水和无机盐8. 以下不属于发酵工程应用的是.生产啤酒、果酒和食醋等.生产各种各样的食品和添加剂A.生产抗生素、维生素、药用氨基酸等BC.用于化学检测和水质监测D9. 以下对微生物连续培养优点的表达，不正确的选项是A. 能及时连续补充微生物所需的营养物质，提高产量B.

12、 有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中C. 提高了设备利用率且便于自动控制与管理D. 能及时排除局部有害代谢产物四、潜能挑战测试10. 根据细菌的生长曲线答复以下问题:曲线形成的条件是;和自然生态系统相比，其区别是一2接种一段时间后，菌数迅速增加，此时种群数量变化与曲线相似，其原因是3假设此细菌的初始数目为n,每繁殖一代用20分钟，那么调整期后2小时，发酵罐中的菌数为4AE段与自然生态系统中的种群生长曲线相似，其原因是_5DE段说明此细菌的生长进入了 期，原因是，该期是积累产物的关键时期，可采用方法延长时间到达增产目的6种内斗争最剧烈的时期是段,细菌与无机环境斗争最剧烈的时期曹，是段。卑7

13、在培养过程中，发现放料口所排的培养基中，微生物形态多样，这时，微生物 普生长处于期，添加培养基的速度应该，请在图中画出添加培养基后微生物生长曲线。五、标答与点拨1 . B 赖氨酸不会抑制天冬氨酸激酶活性2 . B 酶传感器主要是由固定化酶膜和变换器组成。固定化酶膜可以选择性地“识别被检测的物质并催化被“识别 出的物质发生化学反响；变换器那么把这一催化反响中底物或产物的变量转换成电信号3 . D微生物发酵受到多种环境因素的影响，当谷氨酸棒状杆菌发酵时，如果pH太低那么产生是乙酰谷氨酰胺，如果溶氧 量缺乏，那么产物就是乳酸3 . D因为目的基因的来源不是通过发酵得到的，它是通过直接从供体细胞中别离和人工合成目的基因4 . D搅拌器的搅拌，作用有啬溶氧量、使菌种和发酵液充分接触，还有产热5 . C所谓的“人造肉，实质是植物蛋白质，所以，它不是代谢产物6 . B石油是地层中的，紫草素是植物组织培养过程中培养到愈伤时形成的，聚乙二醇是化学产品7. C生长因子是微生物生长过程中不可缺少的，但如果量过多，那么会使微生物生长过快，消