2022年高考生物专题复习提分发酵工程简介

第24讲发酵工程简介1．菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等，代谢类型均为____________型。

2．培养基：

____________培养基。由豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素等配制而成。

3．培养方式：____________。

4．培养条件控制：温度____________、pH________、搅拌通气培养28～32小时。

5．分离提纯：提取出的谷氨酸用________中和后，过滤、浓缩、离心分离而成第24讲│考点整合考点整合►考点一谷氨酸发酵异养需氧液体、天然连续培养30℃～37℃7～8Na2CO31．发酵工程的概念采用________________手段，利用微生物的某些特定功能，为________________生产有用的产品，或直接把__________应用于工业生产过程的一种新技术。►考点二发酵工程的概念和内容现代工程技术人类微生物第24讲│考点整合2．一般流程

(1)菌种的选育

①自然界中选种。

②诱变育种、细胞工程育种、基因工程育种等方法得到优良菌种。

(2)配制培养基：根据培养基的配制原则配制培养基。

(3)灭菌：对培养基和发酵设备进行严格灭菌。

(4)扩大培养和接种。第24讲│考点整合(5)发酵过程①随时取样检测培养液中的细菌数目、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求。③严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。(6)分离提纯①菌体本身：采用过滤、沉淀等方法。②代谢产物：采用蒸馏、萃取、离子交换等方法。第24讲│考点整合要点探究►探究点一基因操作工具的简述育种类型原理方法优缺点诱变育种基因突变物理化学生物方法诱变能大幅改良某些性状，操作简便，但盲目性大基因工程育种基因重组将目的基因导入受体细胞，构建工程细胞或工程菌定向改变生物的遗传组成，但操作复杂，要求高细胞工程育种细胞膜的流动性植物体细胞杂交、动物细胞融合能克服远缘杂交不亲和的障碍第24讲│要点探究

自然界选种和诱变育种常用于生产微生物自身能直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，基因工程育种和细胞工程育种一般用于微生物自身不能合成的产物，如人的胰岛素、干扰素等易错易混点第24讲│要点探究

例1下列关于菌种选育的各种叙述正确的是(

)

①诱变育种的原理是基因突变，菌种所产生的变异是定向的②通过基因突变处理的菌种所发生的变异是不定向的③基因工程利用的原理是基因重组，它可以定向改变微生物的特性④细胞工程最突出的优点是不仅能定向改变遗传性状，还能克服远源杂交不亲合的障碍⑤利用基因工程和基因突变所选育的菌种又叫“工程菌”

A．①②③

B．②③④

C．③④⑤

D．②③⑤第24讲│要点探究B

[解析]诱变育种是基因突变，变异是不定向的，“工程菌”是指用于发酵工程生产发酵产品的菌种。

[点评]自然界分离得到的菌种很少直接用于发酵工程，往往需要通过“改造”，才能成为“工程菌”，而改造的方法包括诱变育种、基因工程育种、细胞工程育种。掌握这三种育种方式的原理、优缺点是解答本题的关键。第24讲│要点探究

从自然界分离的菌种，产量一般都比较低，要想获得生产用的菌种，下列不可取的方法是(

)A．杂交育种

B．基因工程

C．细胞工程

D．诱变育种变式题第24讲│要点探究A

[解析]从自然界分离的菌种，最初用诱变育种的方法。诱变育种就是用紫外线、激光、化学诱变剂等处理菌种，使菌种发生突变，再从中筛选出符合要求的优良菌种；随着生物技术的发展，人们开始用细胞工程、基因工程等方法，构建工程细胞和工程菌，再用它们进行发酵，就能生产出一般微生物所不能生产的产品。由于微生物的生殖一般为无性生殖，所以杂交育种是不可取的。第24讲│要点探究1．菌种的选育

(1)原因：自然菌种产量一般都比较低，不能满足工业上的需要，因此要获得能在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，必须进行菌种选育。

(2)选育方法：诱变育种、基因工程、细胞工程。

2．培养基的配制

遵循配制原则

①根据不同菌种，选择不同材料配制；

②营养要协调，以利于产物的合成；

③既要满足需要，又要降低成本。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。►探究点二发酵工程的基本内容第24讲│要点探究3．灭菌

(1)原因：一旦被杂菌污染，将导致产量大大下降，甚至得不到产品。(例：青霉素的生产过程中若污染了杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。)(2)方法：高温、高压。

(3)要求：杀死所有杂菌的菌体、芽孢和孢子。

4．扩大培养和接种

(1)扩大培养：即将对数期的菌体分开，分别培养，促进菌体快速繁殖，短时间得到大量菌体。

(2)接种：要特别注意防止杂菌污染。

5．发酵过程

(1)随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度等，从而了解发酵进程。

(2)及时添加必需的培养基成分，以满足菌体的营养需要。

第24讲│要点探究(3)严格控制发酵条件影响因素影响原因最适条件不适宜因素的结果环境因素温度影响蛋白质和核酸的结构

25℃～37℃低时反应速度降低，高时蛋白质和核酸的结构发生不可逆破坏pH影响酶活性和膜的稳定性细菌6.5～7.5真菌5.0～6.0放线菌7.5～8.5酶或膜的稳定性破坏，代谢受阻氧气影响微生物呼吸或生存随微生物种类不同而不同严格厌氧型微生物，有氧时会死亡；兼性厌氧型微生物有氧时有氧呼吸，无氧时无氧呼吸第24讲│要点探究影响因素影响原因最适条件不适宜因素的结果环境因素营养素(如生长因子、C/N比)影响代谢，如是否能生长、生存，代谢产物的生成随微生物种类不同而不同缺乏生长因子不能生长或生长缓慢；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，则繁殖减慢，产谷氨酸增多遗传因素,从根本上控制酶或蛋白质合成，决定微生物的代谢第24讲│要点探究6.分离提纯(1)菌体本身：采用过滤、沉淀等方法。(2)代谢产物：采用蒸馏、萃取、离子交换等方法。第24讲│要点探究易错易混点(1)灭菌：杀灭所有杂菌的菌体、芽孢和孢子，培养基和发酵装置都要灭菌，通入的空气、加入培养基的所有物质都要灭菌。

(2)单细胞蛋白指菌体本身，而非某种蛋白质，可用做饲料或食品添加剂。

(3)发酵和发酵工程：发酵是个过程，是通过微生物培养，大量生产各种代谢产物的过程。发酵工程是一种生物技术，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。第24讲│要点探究

例2下列关于谷氨酸发酵工程的叙述，错误的是(

)A．发酵时需要不断地通入无菌空气，否则会积累乳酸

B．采用连续培养的方法可以提高谷氨酸的产量

C．从自然界分离的天然菌株可直接用于生产

D．发酵过程中搅拌的目的是增加培养基的溶氧量，还能使菌种与培养液充分接触第24讲│要点探究C

[解析]发酵工程生产谷氨酸，溶氧不足，会产生乳酸或琥珀酸；谷氨酸发酵过程中，添加培养液可以延长稳定期，增加谷氨酸的产量；从自然界分离的野生型菌株，产量一般都比较低，不能满足工业上的需要，通常都要用人工诱变的方法处理，使菌种产生突变，再从中筛选出符合要求的优良菌种，才能用于生产；当菌体生长进入稳定期时，要及时补充营养物以满足菌体的营养需求以提高谷氨酸的产量。故C不正确。

[点评]有关谷氨酸发酵过程中的还有几个常考点是：(1)碳源∶氮源＝4∶1时，菌体大量繁殖，碳源∶氮源＝3∶1时，大量生成谷氨酸；(2)pH呈酸性时，生成乙酰谷氨酰胺；(3)溶氧不足时，产生乳酸或琥珀酸。第24讲│要点探究►探究点三基因分离定律的实质及细胞学基础主要技术基本原理应用基因工程①基因拼接②DNA重组技术应用分子遗传学原理在分子水平上定向改造生物遗传特性①工程菌——生产高质量、低成本的药品(如胰岛素、干扰素)；②转基因动物：如超级小鼠、超级鱼等；③转基因植物：如抗虫棉；④超级细菌——分解石油，净化环境细胞工程①细胞培养②细胞融合③细胞重组④单克隆抗体制备(杂交瘤技术)在细胞或细胞器水平上改造细胞遗传结构，从而改变生物遗传特性①人工种子(植物组织培养方法获得)；②番茄—马铃薯(植物体细胞杂交培育形成)；③试管牛(胚胎移植技术)；④单克隆抗体(杂交瘤细胞技术获得)；⑤克隆动物(核移植技术获得)，如克隆牛、克隆羊等第24讲│要点探究主要技术基本原理应用基因工程①基因拼接②DNA重组技术应用分子遗传学原理在分子水平上定向改造生物遗传特性①工程菌——生产高质量、低成本的药品(如胰岛素、干扰素)；②转基因动物：如超级小鼠、超级鱼等；③转基因植物：如抗虫棉；④超级细菌——分解石油，净化环境细胞工程①细胞培养②细胞融合③细胞重组④单克隆抗体制备(杂交瘤技术)在细胞或细胞器水平上改造细胞遗传结构，从而改变生物遗传特性①人工种子(植物组织培养方法获得)；②番茄—马铃薯(植物体细胞杂交培育形成)；③试管牛(胚胎移植技术)；④单克隆抗体(杂交瘤细胞技术获得)；⑤克隆动物(核移植技术获得)，如克隆牛、克隆羊等第24讲│要点探究主要技术基本原理应用发酵工程①菌种选育②细胞大规模培养③生产有活性的诱导菌体及产物的收获利用活细胞(微生物)特别是用经DNA重组技术改造过的微生物,完成生化反应,使其生产出更多的产物(需氧发酵或厌氧发酵)①生产药品，如抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸(肌苷)等；②生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；③生产食品添加剂，如果味剂、鲜味剂(谷氨酸)、色素、甜味剂；④单细胞蛋白——通过发酵获得的大量微生物菌体相互联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，得到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来实现产业化第24讲│要点探究

例3下列有关生物工程知识的叙述，正确的是(

)

①研究大肠杆菌群体生长规律的实验过程中，不需要随时添加缓冲液调节pH②若想通过植物细胞培养的方法来生产紫草素，需由愈伤组织分化为植物体③用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子作为探针可进行基因诊断④在动物细胞培养中，50代以后的细胞称为细胞株⑤质粒的复制既能在自身细胞