——行知系列057<div>生物中考必修內(nèi)容。期待幫助到每一個想學習的孩子</div> <p class="ql-block"><b style="font-size:22px; color:rgb(22, 126, 251);"><i>淺話生物技術 </i></b></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px; color:rgb(128, 128, 128);">【武夷山】喬林</span></p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);">發(fā)酵技術</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> １.什么是生物技術？</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 生物技術是人們利用微生物、動植物體對物質(zhì)原料進行加工，以提供產(chǎn)品來為社會服務的技術。它主要包括發(fā)酵技術和現(xiàn)代生物技術。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 生物技術是一門新興的、綜合性的學科?，F(xiàn)代生物技術綜合有基因工程、分子生物學、生物化學、遺傳學、細胞生物學、胚胎學、免疫學、有機化學、無機化學、物理化學、物理學、信息學及計算機科學等多學科技術，它可用于研究生命活動的規(guī)律和提供產(chǎn)品為社會服務等。近些年來，以基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、生物電子工程、蛋白質(zhì)工程等為代表的現(xiàn)代生物技術發(fā)展迅猛，并日益影響和改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。 </b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 2．什么是發(fā)酵技術?</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 是指人們利用微生物（如細菌、酵母菌等）的發(fā)酵作用，運用一些技術手段控制發(fā)酵過程，生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品的技術。發(fā)酵技術的原理是微生物在厭氧或好氧條件下，將底物轉化為產(chǎn)物。 </b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 發(fā)酵技術廣泛應用于食品、飲料、化工、制藥、農(nóng)業(yè)等領域。例如，在食品工業(yè)中，發(fā)酵技術主要用于生產(chǎn)面包、啤酒、酸奶等食品；在飲料工業(yè)中，發(fā)酵技術用于生產(chǎn)酒精飲料和各種非酒精飲料；在化工和制藥領域，發(fā)酵技術用于生產(chǎn)各種化學品和藥物，如氨基酸、抗生素等；在農(nóng)業(yè)領域，發(fā)酵技術可用于生物肥料和生物農(nóng)藥的生產(chǎn)等。</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 3．日常生活中的發(fā)酵技術有哪些？</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （1）酸奶制作：酸奶中含有乳酸菌，它在溫度適宜、沒有氧氣的條件下，可以使牛奶中的營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生出乳酸（乳酸能使液體牛奶轉變?yōu)楣虘B(tài)）。乳酸發(fā)酵廣泛用于制作泡菜、酸奶、奶酪等食品. </b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （2）泡菜制作：在溫度適宜、沒有氧氣的條件下，利用乳酸菌制作泡菜。此發(fā)酵過程關鍵是無氧環(huán)境，乳酸菌生長繁殖需要無氧環(huán)境。 </b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （3）米酒釀制：首先，在30℃左右、有氧氣的條件下（釀酒時須不斷攪拌），曲霉和毛霉把淀粉轉化為葡萄糖。接著，在沒有氧氣的條件下（密封酒壇），酵母菌把葡萄糖轉化為酒精（即在無氧條件下，酵母菌使葡萄糖轉化為酒精和二氧化碳，這一過程稱為酒精發(fā)酵）。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （4）面包制作：酵母菌可用于制作面包、饅頭等食品（其原理是酵母菌發(fā)酵作用產(chǎn)生的二氧化碳使面團變得蓬松而有彈性）。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （５）醋的制作：利用醋酸桿菌，在有氧時進行發(fā)酵生產(chǎn)食醋。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （6）豆豉制作：豆豉主要以黃豆為原料，是用米曲霉、毛霉、黑根霉等進行發(fā)酵來制作。發(fā)酵過程中要加入適量的食鹽水，一方面抑制腐敗微生物的活動，另一方面使產(chǎn)品咸味適口。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （7）沼氣發(fā)酵：是在無氧條件下，利用產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)生甲烷的發(fā)酵技術。沼氣主要成分甲烷燃燒可用于照明、發(fā)電。沼渣含有豐富的有機質(zhì)、氮、磷、鉀等，是優(yōu)質(zhì)的有機肥和養(yǎng)殖餌料。 </b></p> <p class="ql-block"> 【示例】 泡菜的制作</p><p class="ql-block"> 泡菜制作的微生物——乳酸菌:</p><p class="ql-block"> 1．形態(tài):球型或桿型。</p><p class="ql-block"> 2．代謝類型:異養(yǎng)厭氧型細菌。</p><p class="ql-block"> 3．在無氧條件下，將葡萄糖分解成乳酸。</p><p class="ql-block"> 4．常見類型:乳酸鏈球菌和乳酸桿菌。</p><p class="ql-block"> 5．用途:常用于制作酸奶、泡菜。</p><p class="ql-block"> 6．分布:乳酸菌種類很多，在自然界中分布廣泛，空氣、土壤、植物體表、人或動物的腸道內(nèi)都有乳酸菌的分布。</p><p class="ql-block"> 泡菜制作的材料:</p><p class="ql-block"> 1．泡菜壇子一個。（上邊有沿，可裝水，壇子的上沿口是裝水的，且平常水不能缺，才能起到密封的作用）。</p><p class="ql-block"> 2．各種蔬菜均可，一般用大白菜、黃瓜、胡蘿卜、白蘿卜等。添加的調(diào)味品，如花椒、八角、大蒜、桂皮等。白酒。食糖和鹽。</p><p class="ql-block"> 泡菜制作的具體方法：</p><p class="ql-block"> 1.將白菜、蘿卜、辣椒、生姜洗凈， 放在筐里晾干。然后切成條或者塊， 繼續(xù)晾半天,瀝干水分。</p><p class="ql-block"> 2.泡菜壇子徹底洗凈，晾干后倒入少許高度白酒，晃動瓶子使酒均勻洗刷一遍壇子內(nèi)壁，然后倒掉酒，倒扣壇子備用。</p><p class="ql-block"> 3.將3L（我們的探究活動通常用5L容量的壇子）涼開水倒入潔凈的泡菜缸中，放入花椒1小撮，八角若干，桂皮少量，然后放100g鹽（比炒菜時略咸點即可），和50g高粱酒及白砂糖若干（100g）。最后把晾好的蔬菜放入。蔬菜要全部浸泡在泡菜汁中。以上輔料（調(diào)味品）后續(xù)可以酌情添加。</p><p class="ql-block"> 4.扣上蓋后，往水槽內(nèi)倒入清水把壇子封口。置陰涼通風處，保持水槽內(nèi)水不要干。3天后白菜就可以吃了，5-7天內(nèi)白菜味道最好。5天后蘿卜也入味了，5-7天內(nèi)蘿卜味道最好。10天后蘿卜就很有酸味了。若到了時間里面的泡菜吃不完，可以全部撈出放入密封盒內(nèi)冷藏儲存。但泡菜不能長時間存放，要隨泡隨吃。</p><p class="ql-block"> 秘訣！如果泡菜的味道太酸，可以加點鹽；如果太咸，可以加點糖、加入新食材；如果不脆，可以加點白酒。</p> <p class="ql-block">顯微鏡下的乳酸菌（制作泡菜的微生物）</p> <p class="ql-block"> 【示例】 武夷山紅米酒釀制</p><p class="ql-block"> 發(fā)酵原理：</p><p class="ql-block"> 1．發(fā)酵菌種：曲霉、毛霉和酵母菌等 。曲霉、毛霉主要用來把米飯里的淀粉分解為有甜味的葡萄糖，而酵母菌則利用葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精。</p><p class="ql-block"> 2．發(fā)酵條件：發(fā)酵過程中，先通氧氣，在氧氣充足條件下，葡萄糖被徹底氧化分解為二氧化碳和水，目的是讓曲霉、毛霉和酵母菌大量生長繁殖，同時，通過曲霉、毛霉的作用把米飯中的淀粉轉化為葡萄糖，這是釀酒的第一個環(huán)節(jié)——糖化作用；然后密封，讓酵母菌在無氧條件下把葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，這是釀酒的第二個環(huán)節(jié)——酒精發(fā)酵。</p><p class="ql-block"> 武夷山紅米酒制作的方法與步驟：</p><p class="ql-block"> 1．原料與器具：糯米、酒曲（紅曲）、密封罐子、蒸鍋（籠）。</p><p class="ql-block"> 2.步驟：一泡，二蒸，三拌，四發(fā)酵。</p><p class="ql-block"> （1）泡：把糯米放水里泡8—12小時左右，用手能捏碎就可以了。這樣更有利于支鏈淀粉的水解。</p><p class="ql-block"> (2)蒸：放蒸鍋（籠）里，墊上屜布蒸30-50分鐘。關鍵是要熟透。蒸好的糯米飯倒出來，晾至微溫。</p><p class="ql-block"> (3)拌：拌酒曲（紅米酒通常采用市售的紅色酒曲，當?shù)胤Q為“紅曲”）。紅米酒釀制: 米/水=1/1.6；米/紅酒曲=1/0.1~0.12放入水，放入紅酒曲，放入涼米飯。</p><p class="ql-block"> (4)發(fā)酵：理論上28.5度是最佳溫度， 實際上差不多就行了。夏天室溫即可；在我們當?shù)?，冬天可以用干凈的棉絮包裹釀酒的容器，以適當保溫。</p><p class="ql-block"> 加水發(fā)酵的酒液，發(fā)酵初期（糖化作用階段）每天應當用潔凈的木質(zhì)攪拌器，往酒壇中攪拌數(shù)次，特別是二氧化碳氣體大量生成導致酒液迅速泡沫化即將溢出時，更需要及時攪拌以使二氧化碳氣體逸出，避免酒滿出壇子。攪拌的另一個目的是促進酵母菌等生長繁殖。</p><p class="ql-block"> 夏秋季，發(fā)酵迅速，從發(fā)酵之初的第二天就得開始攪拌；冬春季，發(fā)酵慢些，但也得適時攪拌。待酒液冒泡明顯減少，且酒液有明顯甜味時，意味著發(fā)酵第一階段——糖化作用結束。這一階段結束時，酒糟基本下沉。</p><p class="ql-block"> 接著，就應當適時密封酒壇子（或者用蓋子蓋好酒壇壇口），開始發(fā)酵的第二階段——酒精發(fā)酵過程。發(fā)酵數(shù)月后可以品飲到甘冽醇香的紅米酒</p> 毛霉（釀酒微生物） 曲霉（釀酒微生物） <p class="ql-block">酵母菌（釀酒主要微生物）</p> 啤酒發(fā)酵工藝流程 沼氣發(fā)酵過程示意圖 <p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 什么是微生物培養(yǎng)中的“接種”？</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 接種是指按無菌操作要求，把要培養(yǎng)的微生物移接到培養(yǎng)基中的過程。如把含乳酸菌酸奶加入純牛奶中制作酸奶、把做實驗的饅頭塊暴露在空氣中等，都是接種過程。</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 4．常用的食品防腐保鮮法都有哪一些？</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 食品腐敗的原因是微生物大量生長繁殖。食品保鮮的原理是抑制微生物生長繁殖。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 蘑菇——脫水法；臘肉——曬制與煙熏法；果脯——滲透保存法；咸魚——腌制法；袋裝肉腸——真空包裝法、冷藏法；速凍餃子——冷凍法；牛奶、葡萄酒——巴氏消毒法；肉類罐頭——罐藏法；前面這些方法，都是為了抑制微生物生長繁殖。水果、蔬菜保鮮膜保鮮——是降低氧氣的濃度，從而抑制微生物呼吸作用，抑制其生長繁殖；抑制植物呼吸作用，減少有機物消耗。</b></p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;">現(xiàn)代生物技術</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 1.什么是轉基因技術？</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 轉基因技術，是把一個生物體的基因轉移到另一個生物體的DNA中的技術（如下圖）。</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 具體地說，轉基因技術是利用現(xiàn)代生物技術，將人們期望的目標基因，經(jīng)過人工分離、修飾、重組后，導入并整合到生物體的基因組中，由于導入基因的表達，引起生物體的性狀可遺傳的修飾改變，這一技術亦稱之為人工轉基因技術。轉基因技術所應用的科學原理是基因控制生物性狀。</b></p> 轉基因技術示意圖 <p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 2. 轉基因技術有哪些方面的應用？ </b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （1）轉基因藥物：轉基因技術用于生產(chǎn)生長激素、干擾素、凝血因子、血清白蛋白、胰島素、乙肝疫苗等。例如，科學家將人胰島素基因轉入到細菌DNA中，利用細菌繁殖快、代謝旺盛的特點，讓細菌在短時間內(nèi)生產(chǎn)大量人胰島素。</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （2）遺傳病診治：轉基因技術還可應用于遺傳病的診斷與治療，通過轉換病人細胞中損壞的基因或引入正常的基因，使其遺傳病得到根治，但目前，在基因水平上治療遺傳病尚處于試驗研究階段。</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （3）轉基因農(nóng)作物：應用轉基因技術，培育一批抗蟲、抗病、耐除草劑的農(nóng)作物；培育抗寒、抗熱、抗旱、抗鹽堿的植物。例如，將蘇云金桿菌的毒蛋白基因轉移到棉花等作物體內(nèi)，使農(nóng)作物有效抵御害蟲，減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染。</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （4）其他應用：如超級鼠等。</b></p> <p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 3.什么是克?。靠寺∮玫侥男┈F(xiàn)代生物技術？克隆羊?qū)嵗砻骷毎司哂惺裁粗匾饔茫?lt;/b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （1）克?。阂话闶侵咐蒙锛夹g由無性生殖產(chǎn)生與原個體有完全相同基因型后代的過程?？寺儆跓o性生殖。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞系，該細胞系中每個細胞的基因彼此相同，這也屬于克隆范疇。植物組織培養(yǎng)也可以看成克隆?？茖W家通常把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫克隆，這門生物技術叫克隆技術，含義是無性繁殖。克隆技術在現(xiàn)代生物學中被稱為“生物放大技術”。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 克隆技術，已經(jīng)經(jīng)歷了三個發(fā)展時期：第一個時期是微生物克隆，即用一個細菌很快復制出成千上萬個和它一模一樣的細菌，而變成一個細菌群；第二個時期是生物技術克隆，比如用遺傳基因――DNA克??；第三個時期是動物克隆，即由一個細胞克隆成一個動物?？寺【d羊“多利”由一頭母羊的體細胞克隆而來，使用的便是動物克隆技術。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （2）克隆采用的現(xiàn)代生物技術：采用了核移植、細胞培養(yǎng)和胚胎移植等?？寺∈侨祟愒谏锟茖W領域取得的一項重大技術突破，反映了細胞核分化技術、細胞培養(yǎng)和控制技術的進步。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （3）克隆羊表明：細胞核具有控制生物遺傳和發(fā)育的作用。如克隆的子代動物，其性別、毛色等性狀均與提供細胞核的親代動物相一致。由此可以說明細胞核是細胞中最重要的結構，對細胞的生命活動起著控制作用，在生物遺傳中也有重要作用。</b></p> <p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 4.以小綿羊多莉為例，說說克隆技術的一般過程是怎樣的？ </b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> 以多莉羊為例，克隆技術主要分四個步驟進行：</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （1）從一只六歲雌性的芬蘭多塞特白面綿羊（稱之為甲）的乳腺中取出乳腺細胞（體細胞），將其放入低濃度的培養(yǎng)液中，細胞逐漸停止分裂，此細胞稱之為供體細胞。</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （2）從一頭蘇格蘭黑面母綿羊（稱之為乙）的卵巢中取出未受精的卵細胞，并立即將細胞核除去，留下一個無核的卵細胞，此細胞稱之為受體細胞。</b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （3）利用電脈沖方法，使供體細胞核和受體細胞融合，最后形成融合細胞(也稱重組卵細胞）。融合細胞像受精卵一樣進行細胞分裂，從而形成早期胚胎。 </b></p><p class="ql-block"><b style="color:rgb(22, 126, 251); font-size:20px;"> （4）將早期胚胎轉移到另一只蘇格蘭黑面母綿羊（稱之為丙，代孕母羊）的子宮內(nèi)，胚胎細胞進一步分裂、分化和發(fā)育，最后形成小綿羊多莉。</b></p> <p class="ql-block"> 克隆羊“多莉”的培育的一般過程。</p><p class="ql-block"> 克隆羊多莉（Dolly，1996年7月5日-2003年2月14日）是由羅斯林研究所和PPL Therapeutics生物技術公司培育出來的雌性綿羊，也是世界上第一個成功克隆的人工動物，曾被英國廣播公司和科學美國人雜志等媒體稱為世界上最著名的動物</p> <p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 5.克隆技術有何意義？</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 對拯救瀕危動物，防止家禽和家畜良種的退化，以及醫(yī)療上的器官移植都具有重大的意義。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> 6.如何看待生物技術對人類的影響具有兩面性？——生物技術的發(fā)展在為人類帶來有利方面的同時，也帶來了某些潛在的負面影響，如安全性和倫理問題。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （1）生物技術在提高糧食產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增加營養(yǎng)、增強植物耐旱和耐儲運、抗寒、抗病、抗蟲等諸多方面, 都具有廣闊的應用前景。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （2）現(xiàn)代醫(yī)藥生物技術，為探索妨礙人類健康的因素和提高生命質(zhì)量提供了最有效的手段。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （3）生物技術可以用來提高石油的開采率; 通過微生物發(fā)酵或固定化技術, 將農(nóng)業(yè)或工業(yè)的廢棄物變成沼氣或氫氣等新能源，同時減少環(huán)境污染。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> （4）生物技術負面影響： </b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> ① 實驗微生物的擴散與疾病傳播。如遺傳工程生物從實驗室擴散出來，可能會引起不可預料的災難性結果。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> ② 轉基因作物生產(chǎn)與人類的潛在危險并列。人為地利用轉基因技術改變生物性狀, 將給人體健康和環(huán)境帶來危害。</b></p><p class="ql-block"><b style="font-size:20px; color:rgb(22, 126, 251);"> ③克隆技術相對粗糙、克隆人存在倫理問題、克隆人增大疾病傳播的風險等。</b></p>