46发酵工程 高三生物复习系列教案
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增大字体第六部分 生物技术与生命科学新进展
第46讲 发酵工程
一、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。若用大肠杆菌发酵来生产胰岛素，并结合基因工程，写出其生产过程：
(1)构建转入人胰岛素基因的工程菌。
①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。
②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，加入适量的 酶，这样就形成了一个 和 的重组DNA。
③将目的基因导人受体细胞：将大肠杆菌用 处理，以增大 的通透性，让重组DNA进人大肠杆菌体内。
④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，回答：（括号中填数字如[1]）
①配制适合大肠杆菌的培养基，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
②若经检测若发现放料口排出的旧培养基中微生物细胞形态多样，甚至出现畸形，则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
③若该装置阶段发酵的目的是为扩大培养生产酵母菌菌种，则应尽可能延长 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
④影响发酵过程中温度变化的因素是
⑤发酵过程中pH变化的原因是
⑥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]本题考查对基因工程、细胞工程、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”，因而突出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分离提纯技术得到胰岛素产品。
[答案]（1）①人胰岛素基因mRNA；反转录 ②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 ③氯化钙 细胞壁 ④能表达 (2) ①pH；灭菌②衰退；[1]；[4]；无菌空气③对数；加快；有充足的氧；加快④微生物代谢，机械搅拌、罐壁散热、水分蒸发、冷却水循环等⑤营养物质的消耗、代谢产物的积累⑥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
提高发酵产品的品质与产量，降低成本，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，是实现科学发酵的基础。
[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，则繁殖减慢，产谷氨酸增多。回答：
（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，则繁殖减慢，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 （ ）
①对数期培养基碳氮比为4：1，隔绝空气 ②对数期培养基碳氮比为3：1，隔绝空气
③对数期培养基碳氮比为4：1，通气培养 ④稳定期培养基碳氮比为3：1，隔绝空气
⑤稳定期培养基碳氮比为4：1，通气培养 ⑥稳定期培养基碳氮比为3：1，通气培养
A．②③ B．①⑥ C．③④ D．③⑥
[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。
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