酵母细胞的固定化

酵母细胞的固定化一、教学目标1.知识与技能目标说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。2.过程与方法目标通过阅读、分析教材和资料，培养学生自主学习和归纳总结的能力。通过实验操作，培养学生的动手能力和科学探究能力，提高学生解决实际问题的能力。3.情感态度与价值观目标体验科学探究的过程，培养学生严谨的科学态度和创新精神。关注固定化技术在生产生活中的应用，体会科学技术与社会的关系，增强学生的社会责任感。

二、教学重难点1.教学重点固定化酶和固定化细胞的原理。制备固定化酵母细胞的方法。2.教学难点对固定化酶和固定化细胞原理的理解。制备固定化酵母细胞过程中实验操作的细节及注意事项。

三、教学方法1.讲授法：讲解固定化酶和固定化细胞的基本概念、原理等知识，使学生对本节课的核心内容有初步的认识。2.讨论法：组织学生讨论固定化技术的优点、应用等问题，激发学生的思维，培养学生的合作交流能力。3.实验法：学生亲自动手制备固定化酵母细胞并进行酒精发酵实验，通过实践操作加深对知识的理解和掌握，提高学生的实验技能。

四、教学过程

（一）导入新课（5分钟）1.展示面包、葡萄酒等发酵食品的图片，提问学生：这些食品的制作离不开什么微生物？微生物在发酵过程中起到了什么作用？2.学生回答后，教师总结：在食品发酵等生产过程中，常常需要利用微生物的发酵作用。传统的发酵方式中，微生物与发酵产物混合在一起，不易分离，影响产品质量和后续处理。那么，有没有什么方法可以让微生物更好地发挥作用，同时又便于与产物分离呢？由此引出本节课的主题酵母细胞的固定化。

（二）固定化酶和固定化细胞的基础知识讲解（10分钟）1.固定化酶利用多媒体展示固定化酶的概念：固定化酶是指用物理学或化学的方法将酶与固相载体结合在一起形成的仍具有酶活性的酶复合物。讲解固定化酶的优点：与游离酶相比，固定化酶可以反复使用，降低了生产成本；能够连续化生产，提高了生产效率；产物易分离，提高了产品质量等。通过举例说明固定化酶在工业生产中的应用，如用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆等，让学生了解固定化酶技术的实际价值。2.固定化细胞展示固定化细胞的概念：固定化细胞是指通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，并在一定的空间范围内进行生命活动。引导学生分析固定化细胞与固定化酶的区别与联系：固定化细胞技术更简便，成本更低，因为它省去了酶的分离、提纯等步骤；固定化细胞可以催化一系列的化学反应，而固定化酶一般只能催化一种特定的反应；两者都是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在载体上，以实现酶或细胞的重复利用。举例介绍固定化细胞在污水处理、发酵生产等方面的应用，如利用固定化酵母细胞生产酒精、利用固定化大肠杆菌生产胰岛素等，拓宽学生的视野。

（三）固定化酶和固定化细胞的作用原理分析（10分钟）1.物理吸附法讲解物理吸附法的原理：通过物理吸附作用，将酶或细胞吸附在载体表面。常用的载体有活性炭、硅藻土、多孔玻璃等。举例说明物理吸附法的特点：这种方法操作简单，条件温和，对酶或细胞的活性影响较小，但吸附力较弱，容易脱落。2.化学结合法介绍化学结合法的原理：利用共价键、离子键等化学键将酶或细胞与载体结合。例如，通过化学反应使酶分子中的氨基、羧基等基团与载体上的活性基团结合。分析化学结合法的优缺点：优点是结合牢固，不易脱落；缺点是可能会影响酶或细胞的活性，而且操作相对复杂，需要严格控制反应条件。3.包埋法阐述包埋法的原理：将酶或细胞包埋在不溶于水的多孔性载体中。常用的载体有琼脂糖、海藻酸钠等。说明包埋法的适用范围及特点：适用于较大分子的酶或细胞，操作简便；但由于载体的孔径大小有限，可能会影响酶或细胞与底物的接触，从而影响反应速率。

（四）制备固定化酵母细胞实验讲解（15分钟）1.实验原理强调本实验采用包埋法固定酵母细胞，利用海藻酸钠作为载体。海藻酸钠在溶液中溶解后，形成具有一定粘性的溶胶，当与酵母细胞混合并滴入氯化钙溶液中时，海藻酸钠会迅速凝固形成凝胶珠，将酵母细胞包埋在其中。2.实验材料展示实验所需的材料：酵母细胞、海藻酸钠、氯化钙、蒸馏水、无菌水、锥形瓶、注射器、烧杯等，并简要介绍各材料的用途。3.实验步骤酵母细胞的活化讲解活化的目的：让处于休眠状态的酵母细胞恢复正常的生活状态。具体操作：称取1g干酵母，放入50mL小烧杯中，加入蒸馏水10mL，用玻璃棒搅拌均匀，使其混合成糊状，放置1h左右，使其活化。配制海藻酸钠溶液强调配制过程中的注意事项：称取0.7g海藻酸钠，放入50mL小烧杯中，加入10mL蒸馏水，用酒精灯小火加热，边加热边搅拌，将海藻酸钠调成糊状，直至完全溶化，用蒸馏水定容至10mL。注意要小火加热，避免海藻酸钠焦糊。海藻酸钠溶液与酵母细胞混合待海藻酸钠溶液冷却至室温后，加入已活化的酵母细胞，充分搅拌，使其混合均匀。固定化酵母细胞用注射器吸取混合液，缓慢滴加到氯化钙溶液中。注意要控制滴加速度，使凝胶珠形成良好的球形。观察凝胶珠的形成情况：形成的凝胶珠应该是圆形或椭圆形，颜色较浅，具有一定的弹性。冲洗凝胶珠将凝胶珠用无菌水冲洗23次，去除凝胶珠表面的氯化钙等杂质，防止影响后续发酵效果。

（五）学生分组实验：制备固定化酵母细胞（20分钟）1.将学生分成若干小组，每组45人。2.各小组按照上述实验步骤进行操作，教师巡回指导，及时纠正学生的错误操作，解答学生的疑问。3.提醒学生注意实验安全，如使用酒精灯时要遵守操作规程，避免烫伤；接触氯化钙等化学试剂时要小心，防止腐蚀皮肤等。

（六）利用固定化酵母细胞进行酒精发酵实验（15分钟）1.实验原理讲解酒精发酵的原理：在无氧条件下，酵母细胞能够将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳。固定化酵母细胞中的酵母细胞仍具有发酵能力，在适宜的条件下可以进行酒精发酵。2.实验步骤取2个500mL的锥形瓶，分别标记为1、2。向锥形瓶1中加入100mL质量分数为10%的葡萄糖溶液，再加入适量的固定化酵母细胞凝胶珠。向锥形瓶2中加入100mL质量分数为10%的葡萄糖溶液，再加入等量的未固定化的酵母细胞悬液（作为对照）。将两个锥形瓶放在适宜温度（如25℃30℃）的环境中，密封发酵23天。3.实验现象观察让学生每天观察两个锥形瓶中气泡产生的情况、溶液的气味等，并记录实验现象。引导学生分析实验结果：比较两个锥形瓶中酒精发酵的速率和效果，思考固定化酵母细胞在酒精发酵中的优势和不足。

（七）课堂讨论与总结（10分钟）1.组织学生讨论以下问题在制备固定化酵母细胞的过程中，哪些操作可能会影响凝胶珠的质量？如何改进？比较固定化酵母细胞和未固定化酵母细胞在酒精发酵实验中的表现，分析固定化细胞技术的优点和局限性。除了酒精发酵，固定化细胞技术还可以应用于哪些领域？2.学生分组讨论后，每组选派代表发言，分享讨论结果。教师对学生的发言进行点评和总结，进一步强调固定化酶和固定化细胞的原理、制备方法及应用等重点知识。

（八）课堂练习与作业布置（5分钟）1.课堂练习布置几道与本节课内容相关的选择题、填空题或简答题，让学生在课堂上完成，及时巩固所学知识。例如：固定化酶常用的方法不包括（）A.吸附法B.包埋法C.化学结合法D.物理结合法制备固定化酵母细胞时，海藻酸钠溶液的浓度对凝胶珠的质量有重要影响，浓度过高会导致______，浓度过低会导致______。简述固定化细胞技术的优点。2.作业布置让学生完成教材课后的练习题，加深对本节课知识的理解和掌握。拓展作业：查阅资料，了解固定化技术在其他领域的新进展，并撰写一篇简短的报告，下节课进行交流分享。

五、教学反思通过本节课的教学，学生对固定化酶和固定化细胞的知识有了较为系统的了解，并通过实验操作亲身体验了制备固定化酵母细胞和进行酒精发酵的过程。在教学过程中，采用多种教学方法相结合，充分调动了学生的学习积极性和主动性，培养了学生的自主学习能力、实验操作能力和科学探究能力。但在实验教学中，部分学生在操作技能方面还存在一些不足，需要在今后的实验课中加强指导和训练。同时，对于学生在课堂讨论中提出的一些创新性问题和想法，应给予更多的鼓励和引导，进一步培养学生的创新思维和实践能力。

六、相关知识拓展1.新型固定化载体的研究进展随着生物技术的不断发展，新型固定化载体不断涌现。例如，纳米材料作为固定化载体具有比表面积大、吸附性能好等优点，被广泛应用于固定化酶和固定化细胞的研究。一些磁性纳米粒子可以通过物理吸附或化学结合的方式固定酶或细胞，在外加磁场的作用下，便于分离和回收，提高了固定化生物催化剂的重复使用效率。此外，智能高分子材料也逐渐成为固定化载体的研究热点。这些材料可以根据环境因素（如温度、pH值、离子强度等）的变化发生体积相变或化学结构变化，从而实现对酶或细胞活性的调控，为固定化技术的发展提供了新的思路。2.固定化技术在生物传感器中的应用生物传感器是一种利用生物活性物质与被测物质之间的特异性相互作用进行检测的分析仪器。固定化技术在生物传感器中发挥着重要作用。将酶或生物细胞固定在传感器的敏感元件上，可以提高传感器的灵敏度、稳定性和选择性。例如，葡萄糖氧化酶固定在电极表面可以制成葡萄糖生物传感器，用于检测血液或其他样品中的葡萄糖含量。这种传感器具有快速、准确、便携等优点，在医疗诊断、食品检测等领域具有广泛的应用前景。此外，固定化抗体或抗原也可以用于免疫传感器的制备，用于检测病原体、药物残留等物质。3.固定化技术在环境保护中的应用在环境保护领域，固定化技术也有重要应用。例如，利用固定化微生物处理污水可以提高微