第五章第三節(jié) 發(fā)酵工程簡介
教學(xué)目標(biāo)
??? 1.知識方面
??? (1)發(fā)酵工程的概念(知道)。
??? (2)發(fā)酵工程中培養(yǎng)基的配制、菌種選育、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離、提純等相關(guān)內(nèi)容(知道)。
????(3)有關(guān)發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)中應(yīng)用的內(nèi)容(知道)。
????2.態(tài)度觀念方面
????(1)通過學(xué)習(xí)發(fā)酵工程的有關(guān)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)態(tài)度。
????(2)通過學(xué)習(xí)有關(guān)發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)中應(yīng)用的知識激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣,提高學(xué)生把所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為技術(shù),并服務(wù)于社會的STS意識。
????3.能力方面
????通過對發(fā)酵過程中菌種選育、發(fā)酵條件控制等相關(guān)內(nèi)容的討論,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識去解決實(shí)際問題的能力。
??? 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
??? 1.教學(xué)重點(diǎn):
??? (1)通過對谷氨酸發(fā)酵實(shí)例的分析、討論,使學(xué)生了解發(fā)酵工程的概念,了解菌種選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離、提純等內(nèi)容是本節(jié)的重點(diǎn)。
??? (2)讓學(xué)生收集有關(guān)發(fā)酵工程應(yīng)用的資料,并相互交流、討論,使學(xué)生了解發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)中的應(yīng)用知識也是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)之一。
????2.教學(xué)難點(diǎn):
??? 有關(guān)發(fā)酵工程的內(nèi)容是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn),因?yàn)檫@些內(nèi)容中涉及了細(xì)胞工程、基因工程、雜菌污染對發(fā)酵工業(yè)造成的危害以及發(fā)酵條件對菌種代謝途徑的影響等多點(diǎn)知識,比較繁雜,學(xué)生較難理解。
??? 教學(xué)模式
??? 啟發(fā)講解與學(xué)生討論相結(jié)合。
??? 教學(xué)手段
??? 谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的代謝途徑及發(fā)酵的的示意圖的投影片,影響谷氨酸代謝途徑的因素表格及谷氨酸發(fā)酵所用培養(yǎng)基的成分的表格。
??? 課時安排??? 二課時。
設(shè)計(jì)思路
??? 1.前期知識準(zhǔn)備:
????(1)復(fù)習(xí)有關(guān)谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑及其人工控制的內(nèi)容。
????(2)復(fù)習(xí)有關(guān)微生物群體生長的規(guī)律及影響微生物生長的環(huán)境因素的內(nèi)容。
??? (3)復(fù)習(xí)有關(guān)微生物的營養(yǎng)、培養(yǎng)基、代謝產(chǎn)物等內(nèi)容。
??? 2.通過討論谷氨酸發(fā)酵過程,使學(xué)生了解從菌種選育、培養(yǎng)基配制到產(chǎn)品生成等簡要的發(fā)酵生產(chǎn)過程,了解發(fā)酵生產(chǎn)的主體設(shè)備發(fā)酵罐及其控制部分,并了解發(fā)酵工程的概念。
??? 3.通過分析、討論有關(guān)發(fā)酵過程的內(nèi)容,使學(xué)生了解培養(yǎng)基的配制、菌種選育、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離、提純等相關(guān)知識。
??? 4.通過學(xué)生討論、交流等活動,總結(jié)出發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)上的應(yīng)用的知識。
第一課時
??? 一、設(shè)疑引出新課題
??? 前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)微生物的代謝的內(nèi)容,我們知道了微生物的代謝是指微生物細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的全部的化學(xué)反應(yīng)。在微生物的代謝過程中,會產(chǎn)生多種多樣的代謝產(chǎn)物,如氨基酸、維生素、抗生素等。而且,這些代謝產(chǎn)物又是我們?nèi)祟愃枰?。那我們能不能通過微生物的培養(yǎng)來大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物呢?這就是我們今天所要討論的“發(fā)酵工程”。
??? 二、進(jìn)行新課
????(一)介紹谷氨酸發(fā)酵的生產(chǎn)實(shí)例
??? 教師活動:出示谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑的投影片,指導(dǎo)學(xué)生觀察并作適當(dāng)講解。
??? 討論后教師小結(jié)如下:從投影片我們可以看出,谷氨酸棒狀桿菌在一定的條件下能夠利用環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)來合成谷氨酸。下面我們就來看看在工廠里是怎樣應(yīng)用谷氨酸棒狀桿菌來生產(chǎn)谷氨酸的。
??? 提出問題:谷氨酸發(fā)酵最重要的無疑就是選擇菌種了,是不是所有的谷氨酸棒狀桿菌都可用于谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)呢?我們應(yīng)該選育什么樣的谷氨酸棒狀桿菌作為菌種呢?
????教師活動:以前面出示的投影片為依托組織學(xué)生就所提問題進(jìn)行討論。
????討論后教師小結(jié):只有選擇細(xì)胞膜通透較強(qiáng),在細(xì)胞內(nèi)不積累谷氨酸的谷氨酸棒狀桿菌做菌種才有可能獲得大量的谷氨酸。
????提出問題:有了菌種用什么樣的培養(yǎng)基去培養(yǎng)呢?
????教師活動:通過復(fù)習(xí)有關(guān)培養(yǎng)基的知識,使學(xué)生理解培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物生長所需要的碳源、氮源、水、無機(jī)鹽和生長因子等營養(yǎng)需求。
????教師活動:出示谷氨酸發(fā)酵所需培養(yǎng)基的成分表格并指導(dǎo)學(xué)生觀察、思考。
????通過討論使學(xué)生把培養(yǎng)基中的各種成分按照水、無機(jī)鹽、氮源、碳源、生長因子的分類方法進(jìn)行分類,進(jìn)而得出這種培養(yǎng)基能滿足谷氨酸棒狀桿菌所需各種營養(yǎng)的結(jié)論。
????提出問題:這種培養(yǎng)基從組成成分和物理性質(zhì)上看屬于哪種培養(yǎng)基?
????通過討論得出結(jié)論:從物理性質(zhì)上看是液體培養(yǎng)基,從化學(xué)成分上看是天然培養(yǎng)基。
????提出問題并組織學(xué)生討論:在工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用這種天然成分作為營養(yǎng)物質(zhì)的液體培養(yǎng)基,這在發(fā)酵生產(chǎn)中有什么好處呢?
????引導(dǎo)學(xué)生通過討論得出以下結(jié)論:
????(1)液體培養(yǎng)基能使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)在發(fā)酵過程中得到充分的利用,還能為菌體提供更大的生存空間。同時,也有利于生產(chǎn)過程中培養(yǎng)條件的控制以及產(chǎn)物的提取。
????(2)采用天然物質(zhì)作營養(yǎng)物質(zhì)既能滿足菌體的營養(yǎng)需求,又能降低生產(chǎn)成本,還能減少對環(huán)境的污染。
????提出問題:有了菌種和合適的培養(yǎng)基,那發(fā)酵的主體設(shè)備又該是什么樣的呢?
????教師活動:出示發(fā)酵罐的示意圖,并對發(fā)酵罐的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單介紹。通過介紹使學(xué)生了解發(fā)酵的主體設(shè)備由發(fā)酵罐及其控制部分構(gòu)成。
??? 提出問題:設(shè)備中的這些控制部分在生產(chǎn)過程中有什么用呢?
??? 教師啟發(fā)講解使學(xué)生了解:在發(fā)酵過程中,發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、pH、溶氧量都會變化,從而影響微生物的生長。因此,必須有相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)來保持發(fā)酵條件的穩(wěn)定。
????提出問題并指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中有關(guān)內(nèi)容:在發(fā)酵罐中是怎樣進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的?
????師生共同總結(jié)出大致過程
??? 在以上總結(jié)的基礎(chǔ)上使學(xué)生了解發(fā)酵工程的概念,即采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段,利用微生物的某些特定功能,為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品,或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的一種新技術(shù)。
??? (二)深入討論發(fā)酵工程的相關(guān)內(nèi)容
??? 通過剛才的谷氨酸發(fā)酵的實(shí)例我們不難看出,發(fā)酵工程主要包括了菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等內(nèi)容,對于發(fā)酵工程的這些內(nèi)容我們應(yīng)該注意些什么呢?
??? 1.菌種的選育:
發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品,因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品,最重要的是要有優(yōu)良的菌種。
??? 提出問題:人們怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢?
??? 教師活動:啟發(fā)學(xué)生以基因突變、基因工程、細(xì)胞工程的有關(guān)內(nèi)容為依托就所提出的問題進(jìn)行討論。
??? 通過討論得出結(jié)論:如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物,如青霉素、谷氨酸等,則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種,再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變,從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。
??? 如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品,則可用基因工程、細(xì)胞工程的方法對菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造,以構(gòu)建工程細(xì)胞或工程菌,從而達(dá)到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。
??? 例如:可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒結(jié)合,形成重組DNA,再把重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。
??? 2.培養(yǎng)基的配制:
??? 要進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn),有了優(yōu)良的菌種還需要有與菌種相適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢?
??? 教師活動:組織學(xué)生用以前學(xué)過的有關(guān)培養(yǎng)基的知識就所提問題進(jìn)行討論。通過討論引導(dǎo)學(xué)生從以下幾方面去理解:
??? (1)根據(jù)不同的菌種,應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機(jī)鹽等方面的營

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