1.3发酵工程及其应用导学案 （有解析）2024-2025学年人教版（2019）高中生物学选择性必修3

1.3 发酵工程及其应用 导学案 一、核心素养 1.生命观念：理解发酵工程的原理，认识微生物代谢与发酵过程的内在联系，以及发酵工程在不同领域应用所体现的生命科学价值。 2.科学思维：通过分析发酵工程的流程，培养逻辑推理、批判性思维能力，能够对发酵条件优化等问题进行理性思考和科学分析。 3.科学探究：尝试设计简单的发酵实验，学会控制变量、收集数据和分析结果，提升科学探究能力和实践操作技能。 4.社会责任：关注发酵工程在工业生产、食品加工、环境保护等方面的应用，认识其对社会发展和人类生活的重要影响，增强对生物技术安全性和可持续发展的关注。 二、教学重难点 1.发酵工程的基本原理和流程。 2.发酵工程在食品、医药、农业等领域的应用。 3.发酵过程中菌种选育、培养基配制、发酵条件控制等关键环节。 三、自主预习 （一）发酵工程的基本原理 1.发酵的概念：人们利用_____，在适宜的条件下，将原料通过微生物的_____转化为人类所需要的产物的过程。例如，酿酒利用酵母菌在无氧条件下将_____转化为酒精；制作泡菜利用乳酸菌将_____转化为乳酸。 2.发酵的类型：根据是否需要氧气，发酵可分为_____发酵和_____发酵。 需氧发酵：如醋酸发酵，醋酸菌在氧气充足的条件下，将_____氧化为醋酸。 厌氧发酵：如酒精发酵、乳酸发酵等，相关微生物在_____的条件下进行代谢活动产生相应产物。 3.微生物的代谢特点：微生物具有_____、代谢能力强等特点。它们能利用简单的营养物质快速生长和繁殖，并产生各种代谢产物。不同微生物的代谢类型_____，这决定了它们可以用于生产不同的发酵产品。 参考答案： 1.微生物；代谢活动；葡萄糖；葡萄糖 2.需氧；厌氧；酒精；无氧 3.生长繁殖快；多样 （二）发酵工程的基本流程 1.菌种的选育： 自然选育：从自然界中筛选出具有_____的微生物。例如，从土壤中筛选能产生特定酶的微生物。 诱变育种：通过_____处理微生物，使其发生基因突变，从中筛选出符合要求的突变体。如用紫外线照射青霉菌，选育出高产青霉素的菌株。 基因工程育种：将_____导入微生物细胞中，使其获得新的遗传特性，从而生产出人类所需的产物。如将人胰岛素基因导入大肠杆菌，使其能生产人胰岛素。 2.培养基的配制： 原则：根据微生物的营养需求，配制含有合适的_____、氮源、无机盐、生长因子和水等营养成分的培养基。 实例：培养乳酸菌时，需要在培养基中添加_____，以满足其特殊营养需求；培养霉菌时，需将培养基的 pH 调至_____，因为霉菌适宜在酸性环境中生长。 3.灭菌：对培养基、发酵设备等进行严格的灭菌处理，目的是_____，防止杂菌污染发酵过程，影响发酵产品的质量和产量。常用的灭菌方法有_____灭菌、干热灭菌、_____灭菌等。 4.扩大培养：将选育出的优良菌种进行大量培养，以获得足够数量的微生物细胞，满足发酵生产的需要。扩大培养一般在_____条件下进行，以保证菌种的纯净和活力。 5.接种：在_____条件下，将扩大培养后的菌种接入发酵罐中，开始发酵过程。 6.发酵过程： 条件控制：发酵过程中需要严格控制_____、pH、溶解氧等条件，以满足微生物生长和代谢产物合成的需求。例如，酒精发酵过程中，温度一般控制在_____℃左右，因为此温度是酵母菌发酵的适宜温度。 监测：实时监测发酵过程中的参数，如微生物数量、代谢产物浓度、pH 等，以便及时调整发酵条件，保证发酵过程的顺利进行。 7.产品的分离和提纯： 菌体的分离：如果发酵产品是微生物菌体本身，可采用_____、过滤等方法将菌体从发酵液中分离出来。 代谢产物的分离提纯：若发酵产品是代谢产物，可根据产物的性质采用不同的方法进行分离提纯。如对于挥发性的产物，可采用_____的方法；对于非挥发性的产物，可通过_____、离子交换等方法进行分 ... ...