生物微生物與發(fā)酵工程

本章教學(xué)內(nèi)容安排微生物的類群微生物的營養(yǎng)、代謝與生長發(fā)酵工程簡介酶工程（選學(xué)）

活動學(xué)習(xí)細(xì)菌培養(yǎng)的基本技術(shù)研究性學(xué)習(xí)調(diào)查生物工程制品在社會生活中的應(yīng)用情況本章知識體系微生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)微生物代謝微生物生長微生物營養(yǎng)微生物培養(yǎng)如何獲得更多代謝產(chǎn)物微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵工程高二生物教材

為本章學(xué)習(xí)提供的背景知識第2章原核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)第3章微生物的代謝類型第5章生殖方式第6章遺傳學(xué)經(jīng)典試驗誘變育種第7章生物的分界第8章種群數(shù)量的變化微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的地位與作用第9章土壤、水體污染的凈化本章內(nèi)容與其他章節(jié)的關(guān)系第1章免疫第2章生物固氮第3章基因與基因工程第4章細(xì)胞工程第1節(jié)微生物的類群結(jié)構(gòu)教材知識結(jié)構(gòu)細(xì)胞結(jié)構(gòu)繁殖方式菌落及其特點繁殖方式菌絲體的結(jié)構(gòu)繁殖方式病毒放線菌細(xì)菌微生物的類群

微生物的概念第1節(jié)微生物的類群教學(xué)目標(biāo)說出細(xì)菌的結(jié)構(gòu)特點和繁殖方式、說出放線菌、病毒的結(jié)構(gòu)特點和繁殖方式第1節(jié)微生物的類群教學(xué)建議1.關(guān)于微生物的概念與類群體型微小，結(jié)構(gòu)簡單，通常需要借助光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡才能看清楚的生物。無細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒

原核生物界：細(xì)菌、放線菌、藍(lán)藻有細(xì)胞結(jié)構(gòu)真菌界：酵母菌、霉菌原生生物界：草履蟲、衣藻、變形蟲特征細(xì)菌支原體立克次氏體衣原體病毒直徑(μm）0.5—2.00.2—.250.2—0.50.2—0.3<0.25可見性光鏡光鏡勉強(qiáng)可見光鏡光鏡勉強(qiáng)可見電鏡過濾性不能過濾能過濾不能過濾能過濾能過濾細(xì)胞壁堅韌的細(xì)胞壁缺與細(xì)菌相似與細(xì)菌相似無細(xì)胞結(jié)構(gòu)繁殖方式二分裂二分裂二分裂二分裂復(fù)制核酸種類DNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA或RNA核糖體有有有有無大分子合成可以合成可以合成可部分合成可部分合成需宿主細(xì)胞合成產(chǎn)生ATP系統(tǒng)有有有無無增殖時結(jié)構(gòu)完整性保持保持保持保持失去第1節(jié)微生物的類群2.細(xì)菌結(jié)構(gòu)的幾個問題細(xì)胞壁的成分細(xì)胞膜與細(xì)菌的呼吸細(xì)菌DNA細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)細(xì)菌DNA芽孢的形成與萌發(fā)第1節(jié)微生物的類群3.病毒的結(jié)構(gòu)哪些病毒的結(jié)構(gòu)具有囊膜，哪些病毒不具有囊膜？兩類病毒的化學(xué)成分有什么差異囊膜結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分與來源HIV病毒結(jié)構(gòu)第1節(jié)微生物的類群3.病毒的核酸DNA雙鏈T系大腸桿菌噬菌體單鏈線狀環(huán)狀RNA雙鏈單鏈逆轉(zhuǎn)錄病毒、煙草花葉病毒第1節(jié)微生物的類群5.病毒的繁殖

噬菌體的繁殖

HIV的繁殖方式：復(fù)制第1節(jié)微生物的類群6.SARS病毒、禽流感病毒、朊病毒（蛋白質(zhì)病毒）第1節(jié)微生物的類群7.為什么HIV具有2-10年的潛伏期？第2節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)及功能微生物的營養(yǎng)微生物的代謝微生物的生長教材知識結(jié)構(gòu)培養(yǎng)基的配制原則培養(yǎng)基的類型微生物的代謝產(chǎn)物微生物代謝的調(diào)節(jié)微生物代謝的人工調(diào)節(jié)影響微生物生長的環(huán)境因素微生物群體的生長規(guī)律次級代謝產(chǎn)物初級代謝產(chǎn)物第2節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長教學(xué)目標(biāo)理解、分析微生物的營養(yǎng)物質(zhì)的來源和功能掌握培養(yǎng)基的種類和配制原則分析為生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的種類和主要功能說出微生物代謝調(diào)節(jié)方式，說明在生產(chǎn)實踐中如何控制微生物代謝解釋發(fā)酵的概念，說出生產(chǎn)中利用的發(fā)酵類型認(rèn)識微生物群體生長規(guī)律以及生產(chǎn)中的應(yīng)用說明測定微生物群體生長的方法解釋溫度、酸堿度、氧等因子對微生物生長的影響第2節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長教學(xué)建議1.從問題開始，介紹微生物營養(yǎng)有關(guān)知識。研究微生物，利用微生物，需要培養(yǎng)微生物。我們怎樣培養(yǎng)微生物？培養(yǎng)微生物，需要提供哪些物質(zhì)？各種微生物的代謝類型不同，生長過程所需要的物質(zhì)是不同的。怎樣根據(jù)微生物代謝方式的差異選擇培養(yǎng)基中的物質(zhì)？問題討論若硝化細(xì)菌、圓褐固氮菌、不固氮的藍(lán)藻混合在一起，我們配置什么樣的培養(yǎng)即可以將三種微生物分離？碳源氮源能源硝化細(xì)菌CO2氨氨圓褐固氮菌糖類等含碳有機(jī)物N2有機(jī)物不固氮的藍(lán)藻CO2銨鹽、硝酸鹽光選擇培養(yǎng)基加入青霉素的培養(yǎng)基分離酵母菌、霉菌等真菌加入高濃度食鹽的培養(yǎng)基分離金黃色葡萄球菌不加氮源的無氮培養(yǎng)基分離固氮菌不加含碳有機(jī)物的無碳培養(yǎng)基分離自養(yǎng)型微生物加入青霉素等抗生素的培養(yǎng)基分離導(dǎo)入了目的基因的受體細(xì)胞加入氨基喋呤、次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)基分離雜交瘤細(xì)胞代謝類型營養(yǎng)類型能源氫的供體基本碳源微生物舉例光能無機(jī)營養(yǎng)（光能自養(yǎng)型）光無機(jī)物二氧化碳藍(lán)細(xì)菌綠色硫細(xì)菌藻類光能有機(jī)營養(yǎng)（光能異養(yǎng)型）光有機(jī)物二氧化碳及簡單有機(jī)物紫色非硫細(xì)菌化能無機(jī)營養(yǎng)（化能自養(yǎng)型）無機(jī)物無機(jī)物二氧化碳硝化細(xì)菌氫細(xì)菌化能有機(jī)營養(yǎng)（化能異養(yǎng)型）有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物大多數(shù)已知細(xì)菌和全部真核微生物第2節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長2.關(guān)于微生物的代謝產(chǎn)物說明什么是初級或次級代謝產(chǎn)物，初級與次級代謝產(chǎn)物的特點是什么。初級、次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生時期與產(chǎn)生方式（既有同化作用產(chǎn)物，也有異化作用產(chǎn)物）初級、次級代謝產(chǎn)物對微生物自身具有什么作用初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的比較初級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)繁殖是否必需是否產(chǎn)生階段一直產(chǎn)生生長到一定階段后產(chǎn)生是否有菌種特異性否是分布細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外種類氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等激素、毒素、色素、抗生素第2節(jié)微生物的營養(yǎng)、代謝和生長3.微生物代謝的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)主要方式微生物細(xì)胞內(nèi)的酶（根據(jù)合成特點分類）以實例說明不同的調(diào)節(jié)方式的特點微生物代謝的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)的主要方式酶合成調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)微生物代謝的調(diào)節(jié)微生物中的酶組成酶細(xì)胞中始終存在的酶（遺傳物質(zhì)決定合成）誘導(dǎo)酶環(huán)境中某種物質(zhì)誘導(dǎo)下產(chǎn)生的酶（誘導(dǎo)物：該酶的底物）酶合成的調(diào)節(jié)

——調(diào)節(jié)誘導(dǎo)酶的合成

實例大腸桿菌細(xì)胞半乳糖苷酶的合成

乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控

（環(huán)境中沒有乳糖時的基因狀態(tài)）乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控

（環(huán)境中具有乳糖時的基因狀態(tài)）酶活性調(diào)節(jié)實例谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸途徑酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)

比較酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)對象誘導(dǎo)酶的合成酶的活性調(diào)節(jié)機(jī)制對基因表達(dá)的調(diào)控反饋性調(diào)節(jié)特點間接、緩慢快速、精細(xì)意義避免物質(zhì)和能量的浪費(fèi)避免代謝產(chǎn)物的積累微生物代謝的調(diào)節(jié)4.微生物調(diào)節(jié)人工控制與代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)分析如何使黃色短桿菌高產(chǎn)賴氨酸？黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑5.發(fā)酵概念微生物的生長6.微生物群體生長規(guī)律與應(yīng)用分析生長曲線個階段的特點細(xì)胞分裂細(xì)胞數(shù)量細(xì)胞代謝特點細(xì)胞形態(tài)特點調(diào)整期不分裂不增加代謝活躍、大量合成與細(xì)胞分裂有關(guān)的物質(zhì)對數(shù)期快速分裂細(xì)胞呈指數(shù)增長生理特征穩(wěn)定，代謝旺盛個體形態(tài)穩(wěn)定穩(wěn)定期細(xì)胞增加數(shù)等于死亡數(shù)活菌數(shù)達(dá)到最高峰大量積累代謝產(chǎn)物，特別是次級產(chǎn)物，營養(yǎng)物質(zhì)減少（細(xì)菌）形成芽孢衰亡期細(xì)胞死亡數(shù)大于增加數(shù)活菌數(shù)下降菌體釋放代謝產(chǎn)物細(xì)胞多種形態(tài)，甚至畸形，開始解體微生物的生長7.測定微生物群體生長的方法稱干重（離心法）一般干重為濕重的10～20%

將待測培養(yǎng)也放入離心管中，清水離心洗滌1～5次后，干燥處理，然后稱干重。一個細(xì)胞（細(xì)菌）一般重約10－12～10－13g。比例計數(shù)法

將已知顆粒（如霉菌孢子或紅細(xì)胞等）濃度的液體于一般待測細(xì)胞的菌液按一定比例均勻混合，在顯微鏡下數(shù)出各自的數(shù)目，然后求未知菌液中的細(xì)胞濃度。平板菌落計數(shù)法取一定體積的稀釋菌液與合適的固體培養(yǎng)基在其凝固前均勻混合，或涂布于固體培養(yǎng)基平板上，經(jīng)培養(yǎng)在培養(yǎng)基上（內(nèi)）出現(xiàn)的菌落乘上菌液稀釋度，計算出原菌液含菌數(shù)。第3節(jié)發(fā)酵工程簡介教材知識結(jié)構(gòu)菌種的選育應(yīng)用發(fā)酵工程的生產(chǎn)實例發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容發(fā)酵工程的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用在食品工業(yè)上的應(yīng)用培養(yǎng)基的配制滅菌擴(kuò)大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過程和分離提純生物工程個分子領(lǐng)域之間的關(guān)系？第3節(jié)發(fā)酵工程簡介教學(xué)目標(biāo)通過實例說出發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容說出發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)與食品工業(yè)中的應(yīng)用說出基因工程、細(xì)胞工程于發(fā)酵工程之間的關(guān)系第3節(jié)發(fā)酵工程簡介教學(xué)建議1.通過比較傳統(tǒng)與現(xiàn)代生產(chǎn)谷氨酸鈉方式，說明發(fā)酵工業(yè)的特點，以及什么是發(fā)酵工業(yè)，并引出本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)。第3節(jié)發(fā)酵工程簡介

傳統(tǒng)生產(chǎn)方式現(xiàn)代生產(chǎn)方式蛋白質(zhì)水解微生物發(fā)酵植物蛋白—→氨基酸

？

酸兩種生產(chǎn)方式有什么不同？利用發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸菌種：谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌培養(yǎng)基成分：豆餅（馬鈴薯）水解液、玉米漿、尿素、K2HPO4、K2O、Mg2SO4、生物素（生長因子）培養(yǎng)方式：液體培養(yǎng)培養(yǎng)過程：配制培養(yǎng)基→滅菌→接種→培養(yǎng)培養(yǎng)條件：溫度30~37℃；pH7~8；通氣、無雜菌培養(yǎng)時間：28~32h產(chǎn)品獲得方式：分離提取→中和→過濾濃縮→離心分離產(chǎn)品：谷氨酸鈉（味精）利用發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸

優(yōu)點：生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富，價格低廉產(chǎn)物專一廢棄物易處理，對環(huán)境污染少生長激素釋放抑制因子生產(chǎn)成份：14肽合成器官：下丘腦作用：抑制生長激素的分泌應(yīng)用：治療肢端肥大癥傳統(tǒng)生產(chǎn)方式：哺乳動物的腦中提?。?mg需要50萬個羊腦）現(xiàn)代生產(chǎn)方式：利用工程菌生產(chǎn)（5mg需要7.5L培養(yǎng)液）第3節(jié)發(fā)酵工程簡介2.發(fā)酵工程的主要內(nèi)容

發(fā)酵工程主要內(nèi)容選育菌種：獲得工程菌

（自然界中尋找、人工誘變育種、基因工程、細(xì)胞工程）滅菌：培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵設(shè)備滅菌擴(kuò)大培養(yǎng)菌種（利用什么時期的菌體接種速度最快？）發(fā)酵過程（如何調(diào)控發(fā)酵過程，獲得更多的產(chǎn)品？）分離提純方法：蒸餾、萃取、離子交換過濾、沉淀產(chǎn)品：初級、次級代謝產(chǎn)物微生物菌體——單細(xì)胞蛋白第3節(jié)發(fā)酵工程簡介3.發(fā)酵工程的應(yīng)用可以采取學(xué)生自學(xué)的學(xué)習(xí)方式，通過教科書提供的大量資料，思考我們生活中與發(fā)酵工程有關(guān)的實例，認(rèn)識發(fā)酵工程與我們生活的關(guān)