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微生物与发酵工程高中生物(选修)教材分析与教学建议本章教学内容安排微生物的类群微生物的营养、代谢与生长发酵工程简介酶工程（选学）活动学习细菌培养的基本技术研究性学习调查生物工程制品在社会生活中的应用情况本章知识体系微生物的形态、结构微生物代谢微生物生长微生物营养微生物培养如何获得更多代谢产物微生物代谢产物发酵工程高二生物教材为本章学习提供的背景知识第2章原核细胞的基本结构第3章微生物的代谢类型第5章生殖方式第6章遗传学经典试验诱变育种第7章生物的分界第8章种群数量的变化微生物在生态系统中的地位与作用第9章土壤、水体污染的净化本章内容与其他章节的关系第1章免疫第2章生物固氮第3章基因与基因工程第4章细胞工程第1节微生物的类群结构教材知识结构细胞结构繁殖方式菌落及其特点繁殖方式菌丝体的结构繁殖方式病毒放线菌细菌微生物的类群微生物的概念第1节微生物的类群教学目标说出细菌的结构特点和繁殖方式、说出放线菌、病毒的结构特点和繁殖方式第1节微生物的类群教学建议1.关于微生物的概念与类群体型微小，结构简单，通常需要借助光学显微镜或电子显微镜才能看清楚的生物。无细胞结构：病毒原核生物界：细菌、放线菌、蓝藻有细胞结构真菌界：酵母菌、霉菌原生生物界：草履虫、衣藻、变形虫特征细菌支原体立克次氏体衣原体病毒直径(μm）0.5—2.00.2—.250.2—0.50.2—0.30.25可见性光镜光镜勉强可见光镜光镜勉强可见电镜过滤性不能过滤能过滤不能过滤能过滤能过滤细胞壁坚韧的细胞壁缺与细菌相似与细菌相似无细胞结构繁殖方式二分裂二分裂二分裂二分裂复制核酸种类DNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA和RNADNA或RNA核糖体有有有有无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细胞合成产生ATP系统有有有无无增殖时结构完整性保持保持保持保持失去第1节微生物的类群2.细菌结构的几个问题细胞壁的成分细胞膜与细菌的呼吸细菌DNA细菌的特殊结构细菌DNA芽孢的形成与萌发第1节微生物的类群3.病毒的结构哪些病毒的结构具有囊膜，哪些病毒不具有囊膜？两类病毒的化学成分有什么差异囊膜结构的化学成分与来源HIV病毒结构第1节微生物的类群3.病毒的核酸DNA双链T系大肠杆菌噬菌体单链线状环状RNA双链单链逆转录病毒、烟草花叶病毒第1节微生物的类群5.病毒的繁殖噬菌体的繁殖HIV的繁殖方式：复制第1节微生物的类群6.SARS病毒、禽流感病毒、朊病毒（蛋白质病毒）第1节微生物的类群7.为什么HIV具有2-10年的潜伏期？第2节微生物的营养、代谢和生长微生物需要的营养物质及功能微生物的营养微生物的代谢微生物的生长教材知识结构培养基的配制原则培养基的类型微生物的代谢产物微生物代谢的调节微生物代谢的人工调节影响微生物生长的环境因素微生物群体的生长规律次级代谢产物初级代谢产物第2节微生物的营养、代谢和生长教学目标理解、分析微生物的营养物质的来源和功能掌握培养基的种类和配制原则分析为生物细胞代谢产物的种类和主要功能说出微生物代谢调节方式，说明在生产实践中如何控制微生物代谢解释发酵的概念，说出生产中利用的发酵类型认识微生物群体生长规律以及生产中的应用说明测定微生物群体生长的方法解释温度、酸碱度、氧等因子对微生物生长的影响第2节微生物的营养、代谢和生长教学建议1.从问题开始，介绍微生物营养有关知识。研究微生物，利用微生物，需要培养微生物。我们怎样培养微生物？培养微生物，需要提供哪些物质？各种微生物的代谢类型不同，生长过程所需要的物质是不同的。怎样根据微生物代谢方式的差异选择培养基中的物质？问题讨论若硝化细菌、圆褐固氮菌、不固氮的蓝藻混合在一起，我们配置什么样的培养即可以将三种微生物分离？碳源氮源能源硝化细菌CO2氨氨圆褐固氮菌糖类等含碳有机物N2有机物不固氮的蓝藻CO2铵盐、硝酸盐光选择培养基加入青霉素的培养基分离酵母菌、霉菌等真菌加入高浓度食盐的培养基分离金黄色葡萄球菌不加氮源的无氮培养基分离固氮菌不加含碳有机物的无碳培养基分离自养型微生物加入青霉素等抗生素的培养基分离导入了目的基因的受体细胞加入氨基喋呤、次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培养基分离杂交瘤细胞代谢类型营养类型能源氢的供体基本碳源微生物举例光能无机营养（光能自养型）光无机物二氧化碳蓝细菌绿色硫细菌藻类光能有机营养（光能异养型）光有机物二氧化碳及简单有机物紫色非硫细菌化能无机营养（化能自养型）无机物无机物二氧化碳硝化细菌氢细菌化能有机营养（化能异养型）有机物有机物有机物大多数已知细菌和全部真核微生物第2节微生物的营养、代谢和生长2.关于微生物的代谢产物说明什么是初级或次级代谢产物，初级与次级代谢产物的特点是什么。初级、次级代谢产物的产生时期与产生方式（既有同化作用产物，也有异化作用产物）初级、次级代谢产物对微生物自身具有什么作用初级代谢产物和次级代谢产物的比较初级代谢产物次级代谢产物生产繁殖是否必需是否产生阶段一直产生生长到一定阶段后产生是否有菌种特异性否是分布细胞内细胞内或细胞外种类氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等激素、毒素、色素、抗生素第2节微生物的营养、代谢和生长3.微生物代谢的调节调节主要方式微生物细胞内的酶（根据合成特点分类）以实例说明不同的调节方式的特点微生物代谢的调节调节的主要方式•酶合成调节•酶活性的调节微生物代谢的调节微生物中的酶组成酶细胞中始终存在的酶（遗传物质决定合成）诱导酶环境中某种物质诱导下产生的酶（诱导物：该酶的底物）酶合成的调节——调节诱导酶的合成实例大肠杆菌细胞半乳糖苷酶的合成乳糖代谢基因表达调控（环境中没有乳糖时的基因状态）乳糖代谢基因表达调控（环境中具有乳糖时的基因状态）酶活性调节实例谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸途径酶合成的调节和酶活性的调节比较酶合成的调节酶活性的调节调节对象诱导酶的合成酶的活性调节机制对基因表达的调控反馈性调节特点间接、缓慢快速、精细意义避免物质和能量的浪费避免代谢产物的积累微生物代谢的调节4.微生物调节人工控制与代谢产物的生产分析如何使黄色短杆菌高产赖氨酸？黄色短杆菌合成赖氨酸的途径5.发酵概念微生物的生长6.微生物群体生长规律与应用分析生长曲线个阶段的特点细胞分裂细胞数量细胞代谢特点细胞形态特点调整期不分裂不增加代谢活跃、大量合成与细胞分裂有关的物质对数期快速分裂细胞呈指数增长生理特征稳定，代谢旺盛个体形态稳定稳定期细胞增加数等于死亡数活菌数达到最高峰大量积累代谢产物，特别是次级产物，营养物质减少（细菌）形成芽孢衰亡期细胞死亡数大于增加数活菌数下降菌体释放代谢产物细胞多种形态，甚至畸形，开始解体微生物的生长7.测定微生物群体生长的方法称干重（离心法）一般干重为湿重的10～20%将待测培养也放入离心管中，清水离心洗涤1～5次后，干燥处理，然后称干重。一个细胞（细菌）一般重约10－12～10－13g。比例计数法将已知颗粒（如霉菌孢子或红细胞等）浓度的液体于一般待测细胞的菌液按一定比例均匀混合，在显微镜下数出各自的数目，然后求未知菌液中的细胞浓度。平板菌落计数法取一定体积的稀释菌液与合适的固体培养基在其凝固前均匀混合，或涂布于固体培养基平板上，经培养在培养基上（内）出现的菌落乘上菌液稀释度，计算出原菌液含菌数。第3节发酵工程简介教材知识结构菌种的选育应用发酵工程的生产实例发酵工程的概念和内容发酵工程的应用在医药工业上的应用在食品工业上的应用培养基的配制灭菌扩大培养和接种发酵过程和分离提纯生物工程个分子领域之间的关系？第3节发酵工程简介教学目标通过实例说出发酵工程的概念和内容说出发酵工程在医药工业与食品工业中的应用说出基因工程、细胞工程于发酵工程之间的关系第3节发酵工程简介教学建议1.通过比较传统与现代生产谷氨酸钠方式，说明发酵工业的特点，以及什么是发酵工业，并引出本节内容的教学。第3节发酵工程简介传统生产方式现代生产方式蛋白质水解微生物发酵植物蛋白—→氨基酸？酸两种生产方式有什么不同？利用发酵工程生产谷氨酸菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌培养基成分：豆饼（马铃薯）水解液、玉米浆、尿素、K2HPO4、K2O、Mg2SO4、生物素（生长因子）培养方式：液体培养培养过程：配制培养基→灭菌→接种→培养培养条件：温度30~37℃；pH7~8；通气、无杂菌培养时间：28~32h产品获得方式：分离提取→中和→过滤浓缩→离心分离产品：谷氨酸钠（味精）利用发酵工程生产谷氨酸优点：生产条件温和原料来源丰富，价格低廉产物专一废弃物易处理，对环境污染少生长激素释放抑制因子生产成份：14肽合成器官：下丘脑作用：抑制生长激素的分泌应用：治疗肢端肥大症传统生产方式：哺乳动物的脑中提取（5mg需要50万个羊脑）现代生产方式：利用工程菌生产（5mg需要7.5L培养液）第3节发酵工程简介2.发酵工程的主要内容发酵工程主要内容选育菌种：获得工程菌（自然界中寻找、人工诱变育种、基因工程、细胞工程）灭菌：培养基灭菌、发酵设备灭菌扩大培养菌种（利用什么时期的菌体接种速度最快？）发酵过程（如何调控发酵过程，获得更多的产品？）分离提纯方法：蒸馏、萃取、离子交换过滤、沉淀产品：初级、次级代谢产物微生物菌体——单细胞蛋白第3节发酵工程简介3.发酵工程的应用可以采取学生自学的学习方式，通过教科书提供的大量资料，思考我们生活中与发酵工程有关的实例，认识发酵工程与我们生活的关系。如果时间允许，除了食品工业、医药工业外，教师还可以提供发酵工程在其他领域的应用实例，使学生对发酵工程的应用有更多地了解。生物工程各分支领域的关系生物工程的上游工程：基因工程、细胞工程按照人的要求改造物种，获得工程均获工程细胞生物工程的下游工程：发酵工程、酶工程基因工程、细胞工程产业化基因工程、细胞工程、发酵工程中需要的酶多通过酶工程获得；酶工程中酶的生产一般通过微生物发酵的方法获得。实验、研究性学习课题的处理实验：研究性学习课题：