2024-2025年新教材高中生物第1章發(fā)酵工程3發(fā)酵工程及其應(yīng)用學(xué)案+練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE22-第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用必備學(xué)問·素養(yǎng)奠基一、發(fā)酵工程的概念和基本環(huán)節(jié)1.發(fā)酵工程的概念:(1)過程:利用微生物的特定功能,通過現(xiàn)代工程技術(shù),規(guī)?；a(chǎn)對(duì)人類有用的產(chǎn)品。(2)范圍:它涉及菌種的選育和培育、產(chǎn)物的分別和提純等方面。2.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):(1)基本環(huán)節(jié):(2)選一選:下列關(guān)于發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的描述正確的是②④⑤①用于發(fā)酵工程的菌種應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)良性狀,并且只能從自然界中篩選。②在進(jìn)行發(fā)酵前,須要對(duì)選育的菌種進(jìn)行擴(kuò)大培育。③發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一菌種,所以沒有必要進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌。④發(fā)酵工程所用的培育基是液體培育基。⑤在發(fā)酵過程中要隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè),還須要對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格的限制。⑥發(fā)酵結(jié)束后即可得到發(fā)酵產(chǎn)品?，F(xiàn)代發(fā)酵工程和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)所用菌種的來源有什么差異?提示:傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)用的菌種一般是原材料中自然存在的多種菌種,而現(xiàn)代發(fā)酵工程用的菌種是通過微生物培育技術(shù)獲得的單一菌種。3.發(fā)酵裝置:二、發(fā)酵工程的應(yīng)用1.特點(diǎn):(1)生產(chǎn)條件溫柔。(2)原料來源豐富且價(jià)格低廉。(3)產(chǎn)物專一。(4)廢棄物對(duì)環(huán)境的污染小和簡(jiǎn)單處理。為什么發(fā)酵工程的生產(chǎn)條件比較溫柔?提示:發(fā)酵是利用微生物的代謝將原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化,而微生物細(xì)胞代謝是在常溫常壓條件下進(jìn)行的,因此發(fā)酵工程的生產(chǎn)條件比較溫柔。2.在食品工業(yè)上的應(yīng)用:(1)生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。①優(yōu)點(diǎn):能明顯提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。②實(shí)例:a.大豆中的蛋白質(zhì)肽和氨基酸醬油b.啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程:(2)生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑:酸度調(diào)整劑、增味劑、著色劑、增稠劑、防腐劑等。(3)生產(chǎn)酶制劑:在食品工業(yè)中,常常用到一些酶制劑,如α-淀粉酶、β-淀粉酶、氨基肽酶和脂肪酶等。有人認(rèn)為食品添加劑都是有害的,這種想法對(duì)嗎?為什么?提示:不對(duì)。食品添加劑可以增加食品的養(yǎng)分,改善食物的口味等,只要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生損害。3.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:(1)發(fā)酵工程可以生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素和免疫調(diào)整劑等。(2)基因工程與發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)所須要的產(chǎn)品。4.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用:主要表現(xiàn)在生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等方面。5.在其他方面的應(yīng)用:(1)對(duì)解決資源與環(huán)境污染問題具有重要意義。(2)極端微生物的應(yīng)用。(3)發(fā)酵工程滲透到幾乎全部的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。關(guān)鍵實(shí)力·素養(yǎng)形成學(xué)問點(diǎn)一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1.選育菌種:(1)常用菌種:主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌等。(2)菌種特點(diǎn):①對(duì)四周環(huán)境的溫度、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)實(shí)力。②有極強(qiáng)的消化實(shí)力。③有極強(qiáng)的繁殖實(shí)力。(3)選育方法:①?gòu)淖匀唤缰泻Y選出優(yōu)良菌種。②利用誘變育種篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。③利用基因工程、細(xì)胞工程的方法對(duì)菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造,構(gòu)建出能生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的菌種。2.擴(kuò)大培育:在進(jìn)行接種前,要進(jìn)行擴(kuò)大培育。(1)目的:增加菌種的數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期。(2)方法:將培育到生長(zhǎng)速度最快時(shí)期的菌體分開,再進(jìn)行培育。3.配制培育基:(1)類型:發(fā)酵工程一般運(yùn)用液體培育基。(2)要求:①依據(jù)不同的菌種,選擇不同的材料配制培育基。②培育基應(yīng)滿意微生物在碳源、氮源、生長(zhǎng)因子、水、無機(jī)鹽等方面的養(yǎng)分要求,并為微生物供應(yīng)相宜的pH,以利于產(chǎn)物的合成。③應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本,以得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。4.滅菌和接種:在發(fā)酵前對(duì)培育基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理,接種過程中要留意防止雜菌污染。5.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵——發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié):【特殊提示】通過發(fā)酵罐對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行限制(1)溫度:通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和限制裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整。(2)溶解氧:通過通氣量和攪拌速度加以調(diào)整。(3)pH:通過加料裝置添加酸或堿進(jìn)行調(diào)整,也可以在培育基中添加pH緩沖液。6.分別、提純產(chǎn)物,獲得發(fā)酵產(chǎn)品:發(fā)酵產(chǎn)品分別提純方法微生物細(xì)胞過濾、沉淀將菌體分別和干燥代謝物蒸餾、萃取、離子交換等方法【特殊提示】關(guān)于發(fā)酵罐運(yùn)用的三點(diǎn)提示(1)發(fā)酵罐在運(yùn)用前要進(jìn)行滅菌,培育基和發(fā)酵設(shè)備一般用蒸汽滅菌,空氣采納過濾的方法除菌。(2)對(duì)于需氧發(fā)酵,為了防止雜菌污染,應(yīng)當(dāng)從空氣入口通入無菌空氣。(3)攪拌的作用:a.使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培育液中的溶解氧;b.使菌種與培育液充分接觸,提高原料利用率。如圖所示是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖,據(jù)圖回答下列問題:(1)發(fā)酵工程中,選育優(yōu)良性狀的菌種,至關(guān)重要。高產(chǎn)青霉素菌種是通過__________育種獲得的,啤酒酵母菌是通過__________改造的。

(2)圖中①表示__________,這樣做的目的是__

_____________________。

(3)③表示__________,是整個(gè)過程的中心環(huán)節(jié),在此階段需隨時(shí)取樣、檢測(cè)__________、__________等,以了解發(fā)酵進(jìn)程,還要?jiǎng)偤锰砑觃_____________,同時(shí)嚴(yán)格限制____________等發(fā)酵條件。

(4)④表示__________,發(fā)酵結(jié)束后可采納__________等方法獲得產(chǎn)品。

【解題導(dǎo)引】解答本題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):

(1)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):菌種的選育和擴(kuò)大培育,培育基的配制,滅菌,接種,發(fā)酵,產(chǎn)品的分別提純。

(2)發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié):發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵?！窘馕觥?1)高產(chǎn)青霉素菌種是通過誘變育種獲得的,啤酒酵母菌是通過基因工程改造的。(2)圖中①表示擴(kuò)大培育,目的是增加菌種的數(shù)量,縮短生產(chǎn)周期。(3)③是整個(gè)過程的中心環(huán)節(jié)——發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵,在此階段需隨時(shí)取樣、檢測(cè)微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等,以了解發(fā)酵進(jìn)程。隨著發(fā)酵進(jìn)行,培育基中的養(yǎng)分物質(zhì)削減,還要?jiǎng)偤锰砑颖匦璧酿B(yǎng)分組分,同時(shí)嚴(yán)格限制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。(4)④是發(fā)酵工程產(chǎn)品微生物細(xì)胞(菌體),發(fā)酵結(jié)束后可采納過濾、沉淀等方法將菌體分別和干燥。答案:(1)誘變基因工程(2)擴(kuò)大培育增加菌種的數(shù)量,可以縮短生產(chǎn)周期(3)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵微生物數(shù)量產(chǎn)物濃度必需的養(yǎng)分組分溫度、pH和溶解氧(4)微生物細(xì)胞(菌體)過濾、沉淀【誤區(qū)警示】菌種的選育和培育常見誤區(qū)(1)誤認(rèn)為高產(chǎn)青霉素菌種是通過基因工程獲得的:高產(chǎn)青霉素菌種是通過誘變育種獲得的。(2)易弄錯(cuò)增加菌種數(shù)量的方法:獲得優(yōu)良菌種后,為了縮短生產(chǎn)周期,要進(jìn)行擴(kuò)大培育來增加菌種數(shù)量。

【素養(yǎng)·探究——母題追問】(1)科學(xué)思維——分析與推理發(fā)酵過程中為什么要限制發(fā)酵條件?提示:發(fā)酵條件會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝物的形成。(2)科學(xué)探究——結(jié)果評(píng)價(jià)在谷氨酸發(fā)酵中產(chǎn)物是什么?它屬于代謝物嗎?提示:谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物是谷氨酸棒狀桿菌產(chǎn)生的谷氨酸,是細(xì)胞代謝物?！舅仞B(yǎng)·遷移】(2024·江蘇高考)某高校采納如圖所示的發(fā)酵罐進(jìn)行葡萄酒主發(fā)酵過程的探討,下列敘述錯(cuò)誤的是 ()A.夏季生產(chǎn)果酒時(shí),常需對(duì)罐體進(jìn)行降溫處理B.乙醇為揮發(fā)性物質(zhì),故發(fā)酵過程中空氣的進(jìn)氣量不宜太大C.正常發(fā)酵過程中罐內(nèi)的壓力不會(huì)低于大氣壓D.可以通過監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中殘余糖的濃度來確定何時(shí)終止發(fā)酵【解析】選B。果酒發(fā)酵過程中會(huì)放出熱量使罐體溫度上升,故需對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行降溫處理,A項(xiàng)正確;乙醇雖然為揮發(fā)性物質(zhì),但其能溶于水,而且酒精發(fā)酵為無氧呼吸,發(fā)酵過程中不需進(jìn)氣,B項(xiàng)錯(cuò)誤;發(fā)酵過程中有CO2產(chǎn)生,所以罐內(nèi)壓力不會(huì)低于大氣壓,C項(xiàng)正確;發(fā)酵程度可以通過監(jiān)測(cè)發(fā)酵液中殘余糖的濃度來確定,D項(xiàng)正確。學(xué)問點(diǎn)二發(fā)酵工程的應(yīng)用1.發(fā)酵工程的應(yīng)用:發(fā)酵工程滲透到幾乎全部的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品、食品添加劑和酶制劑。(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)抗生素、氨基酸、激素、免疫調(diào)整劑和疫苗等。(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用:生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等?！咎厥馓崾尽科【频墓I(yè)化生產(chǎn)的五點(diǎn)提示(1)啤酒酵母菌:通過微生物培育技術(shù)篩選出的優(yōu)良菌種,在接種前進(jìn)行擴(kuò)大培育,縮短生產(chǎn)周期。(2)焙烤溫度不能過高,防止淀粉酶失活。(3)蒸煮后的糖漿肯定要冷卻后才能接種,防止高溫殺死酵母菌。(4)發(fā)酵過程中留意限制好溫度、pH、通氣、發(fā)酵時(shí)間等。(5)接種前要對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行滅菌,接種時(shí)要進(jìn)行無菌操作,防止雜菌污染。2.發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的比較:發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過微生物純培育技術(shù)篩選或其他技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種,大多是單一菌種原材料中自然存在的混合菌種發(fā)酵方式液體發(fā)酵為主固體發(fā)酵或半固體發(fā)酵為主對(duì)發(fā)酵條件的限制嚴(yán)格無菌操作,防止雜菌污染。通過現(xiàn)代工程技術(shù)對(duì)發(fā)酵條件精確地限制,使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)不是無菌操作,簡(jiǎn)單受到雜菌污染。對(duì)發(fā)酵條件不能嚴(yán)格限制,易受外界條件影響生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富,成本低,產(chǎn)物多樣,產(chǎn)量高通常是家庭式或作坊式的,產(chǎn)量低,生產(chǎn)往往受季節(jié)和原料限制,產(chǎn)品風(fēng)味品種比較單一,質(zhì)量不穩(wěn)定相同點(diǎn)①都是利用了微生物的作用②發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的啤酒是以糧食作物大麥為主要原料釀造的,如圖是某種啤酒的生產(chǎn)流程,回答下列問題。(1)在釀造過程中須要將大麥種子進(jìn)行發(fā)芽處理,此過程的目的是________________________,麥芽經(jīng)過焙烤、碾磨成__________。

(2)經(jīng)過糖化階段,麥芽中的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物質(zhì)。糖化時(shí)溫度的改變通常是由低溫逐步升至高溫,以防止

_________________________________________________________________。

(3)在蒸煮階段,要將糖漿中加入啤酒花煮沸肯定時(shí)間,不僅可以蒸發(fā)掉多余的水分,還可以起到__________作用。

(4)在主發(fā)酵初期,往往先通入無菌空氣,目的是

______________________________________________________________________________________,

之后進(jìn)行密封發(fā)酵。酒精就是在密封發(fā)酵期間產(chǎn)生的,寫出反應(yīng)簡(jiǎn)式__。

(5)經(jīng)過一段時(shí)間的后發(fā)酵,才能形成澄清、成熟的啤酒。后發(fā)酵期間糖類接著發(fā)酵,促進(jìn)啤酒風(fēng)味的成熟。影響啤酒風(fēng)味的因素有__________、__________等。

【解題導(dǎo)引】解答本題需駕馭以下三個(gè)關(guān)鍵學(xué)問:

(1)大麥種子發(fā)芽的目的:產(chǎn)生淀粉酶等。

(2)糖化的實(shí)質(zhì):大分子物質(zhì)在酶的作用下,被分解成小分子物質(zhì)。

(3)酵母菌發(fā)酵的過程:前期有氧條件酵母菌的數(shù)量增加,后期無氧條件酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵?！窘馕觥?1)大麥種子發(fā)芽的目的是釋放淀粉酶、蛋白酶等多種酶。麥芽經(jīng)過焙烤、碾磨成麥芽粉。(2)糖化時(shí)由低溫逐步升至高溫,以防止麥芽中淀粉酶等因高溫而變性失活。(3)在蒸煮階段,不僅可以蒸發(fā)掉多余的水分,還可以起到滅菌作用。(4)在主發(fā)酵初期,須要通入無菌空氣,目的是增加酵母菌的數(shù)量,有利于密閉時(shí)獲得更多的酒精產(chǎn)物,反應(yīng)簡(jiǎn)式見答案。(5)影響啤酒風(fēng)味的因素有酵母菌菌種、大麥品種、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度等。答案:(1)釋放淀粉酶麥芽粉(2)麥芽中淀粉酶等因高溫而變性失活(3)滅菌(4)有氧條件酵母菌進(jìn)行出芽生殖,數(shù)量增加C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量(5)酵母菌菌種大麥品種發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵溫度(寫兩種即可)

【素養(yǎng)·探究——母題追問】(1)科學(xué)思維——分析與綜合在糖化階段,溫度低影響啤酒品質(zhì),溫度高會(huì)使麥芽產(chǎn)生的淀粉酶等失活,你能想到什么方法解決?提示:可以在此階段運(yùn)用發(fā)酵工程生產(chǎn)的耐高溫的淀粉酶制劑。(2)科學(xué)思維——分析與推理發(fā)酵后的啤酒須要經(jīng)過消毒才能包裝銷售,請(qǐng)你利用所學(xué)學(xué)問,分析用什么方法對(duì)啤酒進(jìn)行消毒。提示:為了保持啤酒的風(fēng)味,應(yīng)用巴氏(低溫)消毒法進(jìn)行消毒?！舅仞B(yǎng)·遷移】下列有關(guān)發(fā)酵工程應(yīng)用的說法錯(cuò)誤的是 ()A.發(fā)酵工程可以生產(chǎn)醬油、泡菜等傳統(tǒng)發(fā)酵食品B.檸檬酸、乳酸等食品添加劑可以通過發(fā)酵工程生產(chǎn)C.發(fā)酵工程可以生產(chǎn)多種藥物,但是不能生產(chǎn)疫苗D.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以制作成微生物飼料【解析】選C。發(fā)酵工程可以生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品,A正確;檸檬酸、乳酸是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的食品添加劑,B正確;科學(xué)家利用基因工程將病原體基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞,通過發(fā)酵工程可以生產(chǎn)疫苗,C錯(cuò)誤;單細(xì)胞蛋白可以制作成微生物飼料,D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】以下不屬于發(fā)酵的是 ()A.利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素B.缺氧時(shí)人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸C.利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒D.利用乳酸菌制作泡菜【解析】選B。發(fā)酵是指通過微生物的代謝將原料轉(zhuǎn)化為人類所須要的產(chǎn)物的過程。可見,利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素、利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒和利用乳酸菌制作泡菜,都屬于發(fā)酵,而缺氧時(shí)人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸的過程則不屬于發(fā)酵,A、C、D均不符合題意,B符合題意?！菊n堂回眸】課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)【概念·診斷】1.運(yùn)用發(fā)酵工程可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品,請(qǐng)分析下列關(guān)于發(fā)酵工程的敘述,正確的是__________。

①防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培育物是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ)②發(fā)酵工程最重要的環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵③青霉素有抗菌作用,即使生產(chǎn)青霉素的發(fā)酵過程中混入了雜菌,發(fā)酵也不受影響④大型發(fā)酵罐有計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng),能對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行限制⑤發(fā)酵工程不能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品⑥發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥⑦發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)都是利用微生物的作用進(jìn)行的發(fā)酵【解析】選①②④⑥⑦。發(fā)酵工程常用單一菌種發(fā)酵,因此防止雜菌入侵和獲得純凈的微生物培育物是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ),①正確;發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵過程,②正確;青霉素的生產(chǎn)過程中混入了雜菌,雜菌分泌的青霉素酶會(huì)將青霉素分解,③錯(cuò)誤;發(fā)酵罐有計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng),能對(duì)發(fā)酵過程中的各種條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和限制,④正確;發(fā)酵工程能生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品,⑤錯(cuò)誤;發(fā)酵工程可以生產(chǎn)微生物農(nóng)藥、微生物肥料、微生物飼料等,⑥正確;發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的共同點(diǎn)都是利用微生物進(jìn)行的發(fā)酵,⑦正確。2.下列選項(xiàng)中不是發(fā)酵工程特點(diǎn)的是 ()A.原料來源豐富,價(jià)格低B.產(chǎn)物專一,產(chǎn)量高C.廢棄物對(duì)環(huán)境污染小,簡(jiǎn)單處理D.生產(chǎn)條件須要高溫高壓【解析】選D。發(fā)酵工程是運(yùn)用微生物的功能進(jìn)行的生產(chǎn),生產(chǎn)條件溫柔,即在常溫常壓條件下進(jìn)行,D錯(cuò)誤。3.用發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時(shí),對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分別提純時(shí)可采納的方法是 ()A.蒸餾、過濾 B.過濾、沉淀C.萃取、離子交換 D.沉淀、萃取【解析】選B。單細(xì)胞蛋白是微生物菌體,采納過濾、沉淀等方法將菌體進(jìn)行分別和干燥?！舅季S·躍遷】4.下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法,正確的是 ()A.人工誘變、細(xì)胞工程、基因工程等都可對(duì)微生物進(jìn)行定向改造B.環(huán)境條件的改變不僅影響微生物的生長(zhǎng)繁殖,也會(huì)影響微生物的代謝C.發(fā)酵罐中微生物的生長(zhǎng)繁殖、代謝產(chǎn)物的形成都與攪拌速度無關(guān)D.單細(xì)胞蛋白是從微生物細(xì)胞中提取出來的【解析】選B。人工誘變導(dǎo)致基因突變是不定向的,細(xì)胞工程、基因工程是具有目的性的,故人工誘變不能對(duì)微生物進(jìn)行定向改造,A錯(cuò)誤;環(huán)境條件的改變不僅影響微生物的生長(zhǎng)繁殖,也會(huì)影響微生物的代謝,B正確;攪拌可增加溶氧量,發(fā)酵罐中微生物的生長(zhǎng)繁殖、代謝產(chǎn)物的形成速度都與攪拌速度有關(guān),C錯(cuò)誤;單細(xì)胞蛋白是指通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體,D錯(cuò)誤。5.如圖是發(fā)酵工程常用的機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐,是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的發(fā)酵罐?；卮鹣铝袉栴}:(1)1是培育物或養(yǎng)分物質(zhì)的________,2是__________,4是__________,3是__________。

(2)5是__________,此裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),既能使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培育液中的__________,又能使菌種與培育液__________,提高原料利用率。但是在利用乳酸菌生產(chǎn)乳酸時(shí)一般不用此裝置,這是因?yàn)開_

__________________________________________________________________________________。

(3)若此裝置用于酒精發(fā)酵,在發(fā)酵過程中,pH________,罐內(nèi)的壓力會(huì)__________。

(4)發(fā)酵罐在運(yùn)用前要進(jìn)行__________。

【解析】(1)分析此裝置,1是培育物或養(yǎng)分物質(zhì)的加入口,2是排氣管,4是冷卻水進(jìn)入口,3是空氣入口。(2)5是攪拌葉輪,作用是使空氣和發(fā)酵液充分混合,增加培育液中的溶解氧,使菌種與培育液充分接觸,提高原料利用率。乳酸菌是厭氧型微生物,所以進(jìn)行乳酸發(fā)酵不運(yùn)用此裝置。(3)在酒精發(fā)酵過程中,由于有二氧化碳產(chǎn)生,所以會(huì)導(dǎo)致pH下降,罐內(nèi)的壓力會(huì)增加。(4)防止雜菌污染,發(fā)酵罐在運(yùn)用前要進(jìn)行滅菌。答案:(1)加入口排氣管冷卻水進(jìn)入口空氣入口(2)攪拌葉輪溶解氧充分接觸乳酸菌是厭氧型微生物,發(fā)酵過程不須要氧氣(3)下降增加(4)滅菌【拓展·探究】6.植物乳桿菌屬于乳酸菌的一種,在繁殖過程中可分泌一類具有抑菌活性的蛋白質(zhì),此種蛋白質(zhì)稱為細(xì)菌素,作為重要的自然食品防腐劑在食品加工中有著廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有兩種較高產(chǎn)細(xì)菌素的菌株,菌株A產(chǎn)細(xì)菌素實(shí)力強(qiáng)于菌株B,但菌株A細(xì)胞中的細(xì)菌素合成途徑中缺少兩個(gè)重要的調(diào)控基因plnC和plnD,而菌株B細(xì)胞中具有這兩個(gè)基因。探討人員按下圖所示流程對(duì)菌株A和B進(jìn)行改良,獲得了更高產(chǎn)細(xì)菌素的新型菌株C。(1)從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的角度分析,植物乳桿菌屬于____________生物,其進(jìn)行合成細(xì)菌素等生命活動(dòng)所需的能量由______________呼吸供應(yīng)。

(2)試驗(yàn)發(fā)覺,植物乳桿菌對(duì)檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,探討人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn),來比較菌株A、B、C的產(chǎn)細(xì)菌素實(shí)力。試驗(yàn)步驟如下:a.在平板培育基中涂布______________;

b.分別在平板的不同位置接種______________作為試驗(yàn)組;比照組的處理是______________;

c.培育一段時(shí)間后,視察并比較抑菌圈大小。預(yù)期結(jié)果為:_____________________________________。

(3)抗生素是由微生物產(chǎn)生的具有較強(qiáng)抑菌殺菌效果的小分子有機(jī)物。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)學(xué)問及相關(guān)信息,分析將細(xì)菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優(yōu)勢(shì)________________。(答出一點(diǎn)即可)

【解析】(1)植物乳桿菌屬于乳酸菌的一種,屬于細(xì)菌,是原核生物;由于植物乳桿菌是厭氧性細(xì)菌,故進(jìn)行合成細(xì)菌素等生命活動(dòng)所需的能量由無氧呼吸供應(yīng)。(2)植物乳桿菌對(duì)檸檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,探討人員選擇檸檬色葡萄球菌作為指示菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn),來比較菌株A、B、C的產(chǎn)細(xì)菌素實(shí)力,故應(yīng)當(dāng)在平板培育基上涂布檸檬色葡萄球菌菌液,分別在平板的不同位置接種A、B、C菌液的上清液(蘸取A、B、C菌液的濾紙片)作為試驗(yàn)組,接種等量無菌水(蘸取無菌水的濾紙片)作為比照組,視察含有抑菌物質(zhì)的濾紙片四周的抑菌圈大小,預(yù)期結(jié)果為抑菌圈從大到小依次為C、A、B,比照組無抑菌圈。(3)將細(xì)菌素而非抗生素用作食品防腐劑的優(yōu)勢(shì)為:與抗生素不同,細(xì)菌素的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),被人體食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解,不會(huì)被汲取進(jìn)入人體內(nèi),也不會(huì)破壞人體腸道益生菌,排放入環(huán)境中的量少,因此一般狀況下,具有無毒、無副作用、無殘留、少污染的優(yōu)點(diǎn)。答案:(1)原核無氧(2)檸檬色葡萄球菌菌液A、B、C菌液的上清液(蘸取A、B、C菌液的濾紙片)接種等量無菌水(蘸取無菌水的濾紙片)抑菌圈從大到小依次為C、A、B,比照組無抑菌圈(3)無毒、無副作用、無殘留、少污染四發(fā)酵工程及其應(yīng)用(20分鐘·70分)一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)1.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵時(shí),肯定要限制好發(fā)酵條件,下列說法錯(cuò)誤的是 ()A.對(duì)溫度的限制可以通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和限制裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整B.若是谷氨酸發(fā)酵須要將pH調(diào)至酸性C.可以在培育基中添加緩沖液以維持發(fā)酵時(shí)pH的相對(duì)穩(wěn)定D.對(duì)于需氧發(fā)酵通過調(diào)整通氣量和攪拌速度限制溶氧量【解析】選B。發(fā)酵過程對(duì)溫度的限制是通過發(fā)酵罐上的溫度傳感器和限制裝置完成的,A正確;谷氨酸發(fā)酵時(shí),在中性或弱堿性條件會(huì)積累谷氨酸,在酸性條件下簡(jiǎn)單形成其他產(chǎn)物,因此應(yīng)將pH調(diào)至中性或弱堿性,B錯(cuò)誤。維持pH穩(wěn)定的方法是通過加料裝置添加酸或堿進(jìn)行調(diào)整,或者在培育基中添加pH緩沖液,C正確;對(duì)溶解氧的限制是通過調(diào)整通氣量和攪拌速度,D正確。2.發(fā)酵工程與現(xiàn)代生物技術(shù)相結(jié)合,應(yīng)用范圍越來越廣泛。下列關(guān)于發(fā)酵工程應(yīng)用的描述錯(cuò)誤的是 ()A.運(yùn)用發(fā)酵工程生產(chǎn)的傳統(tǒng)發(fā)酵食品,產(chǎn)量和質(zhì)量都得到了明顯的提高B.大多數(shù)酶制劑都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的C.發(fā)酵工程生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白可以用作微生物肥料D.基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合大大降低了某些藥物的生產(chǎn)成本【解析】選C。發(fā)酵工程實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化的生產(chǎn),發(fā)酵過程對(duì)發(fā)酵條件嚴(yán)格限制,提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,A正確;絕大多數(shù)酶制劑都是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的,B正確;單細(xì)胞蛋白可以用作微生物飼料,而不是微生物肥料,C錯(cuò)誤;基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合提高了藥物的產(chǎn)量,降低了藥物的生產(chǎn)成本,D正確。3.漆酶屬于木質(zhì)降解酶類,在環(huán)境修復(fù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域有著廣泛用途。如圖是分別、純化和保存漆酶菌株的過程,相關(guān)敘述正確的是 ()A.生活污水中含有大量微生物,是分別產(chǎn)漆酶菌株的首選樣品B.篩選培育基中須要加入漆酶的底物,通過菌落特征挑出產(chǎn)漆酶的菌落C.在涂布平板上長(zhǎng)出的菌落,再通過劃線進(jìn)一步計(jì)數(shù)D.斜面培育基中含有大量養(yǎng)分物質(zhì),可在常溫下長(zhǎng)期保存菌株【解析】選B。生活污水中含有大量微生物,但不肯定含有產(chǎn)漆酶的菌株,可能分別不出產(chǎn)漆酶菌株,A錯(cuò)誤;生活污水中含有大量微生物,將篩選培育基中加入漆酶的底物,通過菌落特征就能挑出產(chǎn)漆酶的菌落,B正確;在涂布平板上長(zhǎng)出的菌落,再通過劃線進(jìn)一步純化,不是計(jì)數(shù),C錯(cuò)誤;斜面培育基中含有大量養(yǎng)分物質(zhì),不能在常溫下保存,可在低溫下長(zhǎng)期保存菌株,D錯(cuò)誤。4.下列關(guān)于發(fā)酵過程的描述,錯(cuò)誤的是 ()A.發(fā)酵過程中,微生物的生命活動(dòng)會(huì)引起發(fā)酵溫度上升B.發(fā)酵過程中要隨時(shí)檢測(cè)微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度C.發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄培育液等能干脆排放到環(huán)境中D.啤酒的發(fā)酵過程中,酵母菌將糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳【解析】選C。發(fā)酵過程中微生物分解有機(jī)物釋放能量,一部分用于合成ATP,另一部分散發(fā)到培育基中時(shí),會(huì)引起發(fā)酵溫度上升,A正確;發(fā)酵過程中要隨時(shí)檢測(cè)微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度,以了解發(fā)酵進(jìn)程,B正確;發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄培育液等會(huì)污染環(huán)境,不能干脆排放到環(huán)境中,C錯(cuò)誤;啤酒的發(fā)酵過程中,酵母菌進(jìn)行厭氧發(fā)酵,將糖類轉(zhuǎn)化為酒精和二氧化碳,D正確?！净?dòng)探究】(1)除了微生物代謝,還有哪些因素可以使發(fā)酵溫度上升?提示:攪拌葉輪的機(jī)械攪拌,也會(huì)產(chǎn)生一部分熱量引起溫度上升。(2)怎樣降低發(fā)酵罐的溫度?提示:可以通過增加冷卻水的進(jìn)水量,降低發(fā)酵罐的溫度。5.“通州老窖”是以優(yōu)質(zhì)高粱、麩曲、產(chǎn)脂酵母菌為原材料釀制出的一種白酒。以下相關(guān)敘述正確的是 ()A.水質(zhì)、菌種和發(fā)酵時(shí)間會(huì)影響酒的品質(zhì)B.所用的菌種屬于生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者C.可用平板劃線法測(cè)定發(fā)酵液中的菌種濃度D.釀制過程必需進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌操作【解析】選A。影響酒品質(zhì)的因素有許多,如水質(zhì)、菌種和發(fā)酵時(shí)間等,A正確;釀酒所用的菌種屬于生態(tài)系統(tǒng)中的分解者,B錯(cuò)誤;可用稀釋涂布平板法測(cè)定發(fā)酵液中的菌種濃度,C錯(cuò)誤;釀制過程不能進(jìn)行滅菌,防止把酵母菌殺死而影響酒的產(chǎn)量,D錯(cuò)誤。6.發(fā)酵工程最重要的工作是選擇優(yōu)良的單一純種,殲滅雜菌。獲得純種的方法不包括 ()A.依據(jù)微生物對(duì)碳源需求的差別,運(yùn)用含有不同碳源的培育基B.依據(jù)微生物須要生長(zhǎng)因子的種類,在培育基中增減不同的生長(zhǎng)因子C.依據(jù)微生物遺傳組成的差異,在培育基中加入不同比例的核酸D.依據(jù)微生物對(duì)抗生素敏感性的差異,在培育基中加入不同的抗生素【解析】選C。依據(jù)微生物對(duì)碳源需求的差別,運(yùn)用含有不同碳源的培育基可以選擇微生物種類,能獲得純種,A不符合題意;在培育基中增減不同的生長(zhǎng)因子的作用也是選擇微生物,B不符合題意;依據(jù)微生物遺傳組成的差異,在培育基中加入不同比例的核酸(DNA和RNA),它不會(huì)干脆影響到微生物自身的遺傳組成,即使被微生物利用,也是被分解為核苷酸后利用,所以培育基中加入不同比例的核酸,不會(huì)對(duì)微生物起選擇作用,C符合題意;抗生素也可對(duì)生物起選擇作用,D不符合題意。7.發(fā)酵工程的一項(xiàng)關(guān)鍵措施是滅菌,關(guān)于滅菌的敘述正確的是 ()A.培育基和發(fā)酵設(shè)備均須要嚴(yán)格滅菌B.滅菌是殺死培育基中的一切細(xì)菌和真菌C.通入無菌空氣可以達(dá)到滅菌的目的D.pH調(diào)到7左右滅菌效果最好【解析】選A。滅菌就是殺滅微生物,以解除對(duì)生產(chǎn)、試驗(yàn)的干擾,關(guān)鍵是要對(duì)培育基和發(fā)酵設(shè)備滅菌,故A正確;培育基的滅菌是殺死培育基中的一切微生物,故B錯(cuò)誤;為防止雜菌污染,通入的空氣也要是無菌的,但不是通入無菌空氣就可以達(dá)到滅菌的目的,故C錯(cuò)誤;滅菌效果與pH無干脆關(guān)系,故D錯(cuò)誤。二、非選擇題(共2小題,共35分)8.(15分)谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)谷氨酸,從而制取谷氨酸鈉(味精)。如圖為谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑,通過發(fā)酵工程可以大量生產(chǎn)谷氨酸?；卮鹣铝袉栴}:(1)與酵母菌相比,谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是__________________;谷氨酸發(fā)酵的培育基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等,從物理性質(zhì)看,該培育基屬于__________培育基。

(2)發(fā)酵過程中要測(cè)定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量,可采納的計(jì)數(shù)方法有顯微鏡干脆計(jì)數(shù)法和__________,前者計(jì)數(shù)的結(jié)果比后者計(jì)數(shù)的結(jié)果值偏__________(填“大”或“小”),緣由是__

______________________________________。

(3)由圖可知,谷氨酸棒狀桿菌體內(nèi)若積累了較多的谷氨酸,則會(huì)抑制谷氨酸脫氫酶的活性,微生物這種對(duì)自身代謝速率的調(diào)整方式是__________。

(4)谷氨酸棒狀桿菌在發(fā)酵過程中要不斷地通入無菌空氣,并通過攪拌使空氣形成細(xì)小的氣泡,快速溶解在培育液中,當(dāng)培育基中碳氮比為4∶1時(shí),菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少;當(dāng)碳氮比為3∶1時(shí),菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下,谷氨酸棒狀桿菌代謝產(chǎn)物是乳酸或琥珀酸。由此說明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是__________,由上述探究可知,通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵思路__

________________________

______________________

________________________

________________________

___________。

【解析】(1)谷氨酸棒狀桿菌屬于細(xì)菌,酵母菌屬于真菌,谷氨酸棒狀桿菌在結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是無核膜包被的細(xì)胞核。谷氨酸發(fā)酵的培育基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等,從物理性質(zhì)看,該培育基屬于液體培育基。(2)測(cè)定谷氨酸棒狀桿菌的數(shù)量可采納的計(jì)數(shù)方法有顯微鏡干脆計(jì)數(shù)法和稀釋涂布平板法。由于顯微鏡干脆計(jì)數(shù)法中死活菌體一起計(jì)數(shù),而稀釋涂布平板法只計(jì)數(shù)活菌數(shù),且可能有多個(gè)菌體形成同一個(gè)菌落,因此顯微鏡干脆計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)的結(jié)果比稀釋涂布平板法計(jì)數(shù)的結(jié)果值更大。(3)據(jù)題圖分析,當(dāng)谷氨酸過量時(shí),會(huì)抑制谷氨酸脫氫酶的活性,導(dǎo)致谷氨酸脫氫酶的活性下降,從而使谷氨酸含量下降,這種對(duì)自身代謝速率的調(diào)整方式是負(fù)反饋調(diào)整。(4)分析可知,谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是異養(yǎng)兼性厭氧型,當(dāng)培育基中碳氮比為4∶1時(shí),菌體大量繁殖而產(chǎn)生的谷氨酸少;當(dāng)碳氮比為3∶1時(shí),菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增,因此通過發(fā)酵得到大量谷氨酸的發(fā)酵條件是不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣,在發(fā)酵液C/N=4∶1中培育一段時(shí)間,使菌種大量繁殖,后將培育液的C/N改為3∶1,即可通過發(fā)酵得到大量谷氨酸。答案:(1)無核膜包被的細(xì)胞核液體(2)稀釋涂布平板法大前者死活菌體一起計(jì)數(shù),后者只計(jì)數(shù)活菌數(shù),且可能有多個(gè)菌體形成同一個(gè)菌落(3)負(fù)反饋調(diào)整(4)異養(yǎng)兼性厭氧型不斷向發(fā)酵液中通入無菌空氣,發(fā)酵液中碳氮比為4∶1,培育一段時(shí)間使菌種大量繁殖,后將培育液的碳氮比改為3∶1,使菌種合成大量谷氨酸9.(20分)隨著對(duì)纖維素水解探討的不斷深化,利用纖維素廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精等能源物質(zhì)已取得勝利。發(fā)酵工程中可利用纖維素分解菌將纖維素分解,隨后將其轉(zhuǎn)化成新的能源物質(zhì)——乙醇,進(jìn)一步利用乙醇生產(chǎn)醋酸。工業(yè)生產(chǎn)這兩種成分的基本工藝流程如圖所示。請(qǐng)回答:(1)在發(fā)酵罐Ⅰ內(nèi),纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶將纖維素分解為__________。

(2)在過程②篩選纖維素分解菌時(shí),常常采納平板劃線法和________________________________法進(jìn)行純化。兩種方法的共同點(diǎn)是_________。

用來篩選纖維素分解菌的培育基是__________培育基(從功能上分類),培育基中含有Na2HPO4和KH2PO4,其作用有__

___________________________________________________________________________________。(答出兩點(diǎn))

(3)微生物X應(yīng)為__________,發(fā)酵肯定時(shí)間后,視察到發(fā)酵罐內(nèi)液體不再有__________,說明發(fā)酵基本完畢。

(4)微生物Y應(yīng)是__________。發(fā)酵罐Ⅱ內(nèi)和發(fā)酵罐Ⅲ內(nèi)除了嚴(yán)格限制溫度、pH外,發(fā)酵罐Ⅲ內(nèi)還須要通入__________。

(5)若發(fā)酵罐Ⅱ中的酒全部流經(jīng)發(fā)酵罐Ⅲ制成醋,發(fā)酵罐Ⅲ中CO2的產(chǎn)生量是__________。

A.發(fā)酵罐Ⅱ的兩倍 B.與發(fā)酵罐Ⅱ的相等C.發(fā)酵罐Ⅱ的一半 D.幾乎為零【解析】(1)在發(fā)酵罐Ⅰ內(nèi),纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶,該酶可將纖維素分解為葡萄糖。(2)在過程②篩選纖維素分解菌時(shí),常常采納平板劃線法和稀釋涂布平板法進(jìn)行純化。兩種方法的共同點(diǎn)是把聚集在一起的細(xì)菌分散成單個(gè),培育后得到單個(gè)菌落。用來篩選纖維素分解菌的培育基中含有Na2HPO4和KH2PO4(這些都是無機(jī)鹽,又是磷酸一氫鹽和磷酸二氫鹽),其作用有為細(xì)菌生長(zhǎng)供應(yīng)無機(jī)養(yǎng)分,作為緩沖劑維持細(xì)胞生長(zhǎng)過程中的pH穩(wěn)定。(3)發(fā)酵罐Ⅱ是通過酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,發(fā)酵肯定時(shí)間后,視察到發(fā)酵罐內(nèi)液體不再有氣泡產(chǎn)生,說明發(fā)酵基本完畢。(4)發(fā)酵罐Ⅲ是通過醋酸(桿)菌發(fā)酵生產(chǎn)醋酸。發(fā)酵罐Ⅱ內(nèi)和發(fā)酵罐Ⅲ內(nèi)除了嚴(yán)格限制溫度、pH外,發(fā)酵罐Ⅲ是需氧發(fā)酵,還須要通入無菌空氣。(5)若發(fā)酵罐Ⅱ中的酒全部流經(jīng)發(fā)酵罐Ⅲ制成醋,酒精氧化成醋酸是利用醋酸(桿)菌有氧呼吸得到的,但這一過程不產(chǎn)生CO2,因此發(fā)酵罐Ⅲ中CO2的產(chǎn)生量幾乎為零。答案:(1)葡萄糖(2)稀釋涂布平板把聚集在一起的細(xì)菌分散成單個(gè),培育后得到單個(gè)菌落選擇