43 选择性必修3 专题十七 第2讲 发酵工程及其应用-【名师导航】2025年高考生物一轮总复习讲义（浙科版）

课时分层作业(四十三) 1．D　[参与果酒制作的微生物是酵母菌，属于真核生物，A错误；参与果醋制作的醋酸菌是好氧菌，因此果醋发酵需要有氧条件，B错误；不同的发酵产物需要的温度不同，C错误；果酒、果醋和泡菜发酵后形成的溶液都呈酸性，D正确。] 2．D　[青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌，提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。] 3．A　[酒药的制作是传统发酵，菌种是混合菌种，不是单一菌种，A错误；前发酵过程中酵母菌主要进行需氧呼吸，缸内含氧量降低，而酵母菌的数量增加，B正确；微生物的发酵需要一定的温度，故主发酵阶段开耙降低温度可以防止温度过高影响发酵，C正确；通过煎酒杀死微生物，可防止杂菌污染，故通过煎酒杀死微生物并破坏残存酶的活力可提高黄酒的稳定性，延长保质期，D正确。] 4．C　[由题干信息可知，“浸曲发”是将酒曲浸到活化，在酵母菌活化的过程中酵母菌细胞吸水代谢加快，A正确；“鱼眼汤”是冒出鱼眼大小的气泡，气泡是酵母菌进行呼吸作用产生的CO2释放形成的，B正确；酿酒过程中酵母菌进行厌氧呼吸产生的乙醇会抑制其他微生物的生长，“净淘米”是防止一些杂质影响酒的品质，C错误；“舒令极冷”是将蒸熟的米摊开冷透，其目的是防止蒸熟的米温度过高致使酒曲中的微生物死亡，D正确。] 5．D　[过度饮酒有害健康，主要原因是酒精会损伤肝脏、心脑血管甚至神经系统，A错误；用60 ℃以上高温制曲，主要目的是让曲里的各类菌群快速繁殖，同时也有助于提高谷物淀粉转化成糖的效率，B错误；该白酒的酿造过程中，发酵池内有些微生物的数量会逐渐下降，C错误；该白酒具有的独特香味与发酵微生物的代谢特点和种间关系密切相关，D正确。] 6．A　[根据题意，利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”运用的是植物细胞培养技术，未体现细胞的全能性，A错误；利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”可以不用种植咖啡树便能产生咖啡因，可减少对森林的大面积砍伐，B正确；植物细胞液体培养基可以使细胞在其中悬浮，获得更好的营养和生长环境，所以“人造咖啡”的生产过程中可采用液体悬浮培养，以增加其产量，C正确；植物次生代谢产物是由次生代谢产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需的小分子有机化合物，咖啡因与单宁酸属于植物细胞的次生代谢产物，D正确。] 7．D　[获得纯净的微生物培养物的关键是无菌技术，即防止外来杂菌的污染，A正确；测定微生物数量的常用方法有活菌计数法和显微镜直接计数法，故稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法，B正确；实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法是平板划线法和稀释涂布平板法，C正确；纯培养物是由单一个体繁殖所获得的微生物群体，特定种类微生物的群体不一定是由单一个体繁殖而来，D错误。] 8．C　[分离目的细菌要用PE为唯一碳源的固体培养基，不加葡萄糖，A错误；培养细菌应在中性或碱性环境中培养，B错误；对微生物进行计数，得到图1曲线过程中的计数常用显微镜计数法和稀释涂布平板法，C正确；20天后PE失重率变化曲线可知YP1明显高于YT1，即细菌YP1强于细菌YT1，D错误。] 9．C　[油脂可为微生物提供碳源，除此之外还需要提供水、无机盐和氮源，A错误；变异是不定向的，自然选择是定向的，油脂浓度起到了选择作用，B错误；在菌种分解油脂的过程中，由于分解油脂会产生脂肪酸，从而导致培养基的pH先下降，随着微生物的利用，脂肪酸被消耗，pH会再上升，C正确；计数需在每天相同时间段完成，稀释涂布平板法不能短时间内测定数量，若需要短时间内测定其数量应选用显微镜计数法，D错误。] 10．C　[抑菌圈的直径越大，抗生素对细菌的作用越强，即抗生素的抑菌能力越强，A正确；由图可知，连续培养几代后，抑菌圈的直径逐渐变小，抗生素对细菌起到了选择作用，B正确；由图可知，相同浓度的两种抗生素，庆大霉素的抑菌圈直径大，则抑菌效果好于阿米卡星，但不同浓度下两者的效果无法得知，所以不能得出该结论，C错误；变异先于环境改变之前，所以使用抗生素是进行筛选，因此，为了避免产生耐药菌，服用抗生素时要足量、足药程，及时停用对细菌不敏感的药，D正确。] 11．B　[过程①、②为扩大菌种，③是发酵过程，都使用了液体培养基，有助于目的菌的生长，A正确；对培养基灭菌应采用高压蒸汽灭菌，B错误；过程⑤是获得菌种，即微生物本身，常采用过滤和沉淀将菌体分离和干燥，分离出的菌种可以再使用，C正确；医用微生物工业上的应用包括生产疫苗、菌苗、诊断试剂等产品，D正确。] 12．(1)防止原生质体被破坏(维持较高渗透压)　结构和数目　菌落形态　(2)①腐草霉素抗性　②启动子和终止子　③原生质体数量、原生质体生理状态、PEG作用时间　(3)孢子处于休眠状态，不易突变　(4)高　中性偏酸　搅拌　ABCD　(5)离心或过滤　萃取 13．(1)降温至(使温度控制在)30 ℃利于谷氨酸棒状杆菌发酵　谷氨酸棒状杆菌为需氧型微生物，搅拌能增加发酵液中的溶解氧，可使其与营养物质充分接触利于该菌发酵　通透性　(2)3.3×109　低(或小)　(3)平板划线接种　中性偏碱 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第2讲　发酵工程及其应用 一、某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的 1．发酵与传统发酵技术 (1)发酵的概念：是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的____转化为人类所需要的产物的过程。 (2)传统发酵食品：利用有益微生物来酿造自己喜爱的风味食品、饮料和调味品，例如，干酪、泡菜、酱、醋等。最早制成的发酵饮料大概要算在游牧社会出现的____，我国是____生产最早的国家。 (3)发酵食品的不同风味由多种因素造成的 ①微生物的种类：不同微生物或同种微生物在____________下进行的代谢活动，所形成的________不同，制成的发酵食品的风味也就不同。 ②代谢特点：不同的微生物、不同的菌株能够分泌的酶种类不同，分解大分子有机物后形成的产物也就不同。 ③遗传特性：菌株______的差异会造成发酵产品的风味不同。 ④种间关系：________也影响发酵食品的风味。 2．活动：体验传统发酵——利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋 (1)原理和条件 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 生物学分类 单细胞，真核生物 单细胞，原核生物 代谢方式 异养________型 异养____型 菌种来源 附着在葡萄皮上的野生型酵母菌或干酵母 空气中 发酵产物 ______________ 醋酸、水 发酵 条件 温度 一般控制在25 ℃左右 温度比乙醇发酵要高一点(30～35 ℃) 时间 7～10天 24小时 氧气 初期____，后期______ 始终需要氧 发酵原理 有氧条件下，酵母菌通过需氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量； 无氧条件下，酵母菌通过厌氧呼吸产生乙醇：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 O2、糖源充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量； O2充足、缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量 产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝 1．制作果酒时，哪些措施保证了无氧条件？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2．在制作果酒的过程中，为什么发酵装置中放入的葡萄体积不要超过总体积的1/2? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3．在制作果酒的过程中，不需要严格的消毒过程也能完成发酵，原因是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2)果酒和果醋发酵装置的改进及其分析 3．活动：体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜 (1)菌种来源：附生在蔬菜表面的植物______、________和明串珠菌等。 (2)制作原理：乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等一般为____、________或微好氧菌，它们的发酵产物不仅有____，还有______等，因而使泡菜具有特殊的风味。 (3)方法步骤 盐水配制：用______和食盐配制质量分数为____的盐水 　↓ 菜料加工：将新鲜蔬菜洗净，切成____________长的小块 　↓ 洗净泡菜坛：用开水清洗坛子内壁2次，确保无油脂附着 　↓ 装坛：将菜料装入泡菜坛内，放入八角、花椒、白酒及其他香辛料，装坛至八成满 　↓ 密封：将盐水加入坛中，没过____，基本装满泡菜坛，盖好坛盖 　↓ 发酵：用水封住坛口，防止________进入，在腌制过程中须随时加满水 (4)关键操作 4．乳酸菌是厌氧菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 二、发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品 1．微生物工业发酵 (1)基本过程 (2)发酵工程中心环节 (3)发酵过程中的注意事项 ①发酵工业菌种需满足条件：a.应选择高产的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少；b.培养基来源充足且廉价，被____的效率高；c.菌种发酵产物易于____；d.菌种对环境没有__________的危害；e.菌种的遗传特性和生产能力____。 ②选育__________的菌种是发酵工业的前提条件：要得到符合要求的菌种，需要筛选并不断地__________菌种，以保持菌种健壮旺盛的生命力。减少菌种的________能减小菌种发生自发突变的概率。对于已出现衰退迹象的菌种要进行________，保留高产的菌株。 ③菌种的扩大培养：将菌种____扩大培养，达到一定数量再接种，才能满足大规模生产的需要，可以____菌种在发酵罐中发酵的时间。 ④控制发酵过程：控制发酵过程是保证发酵生产高效顺利进行的重要措施，监控发酵过程的营养供给、____、____、____等变化。 [注意点]　培养基中营养物质的浓度及比例都会影响微生物的生长 (1)过高的蔗糖浓度会抑制微生物的生长，过低的蔗糖浓度又不能满足微生物生长的需要。 (2)在利用微生物发酵生产谷氨酸时，培养基中的C/N为4∶1时菌体大量繁殖，当比值降为3∶1时，菌体繁殖减缓。 (3)培养基中不同的N/P也会影响微生物的生长繁殖。 (4)菌种在不同的发酵阶段要求的环境条件是不同的 ①初生代谢产物：当菌种进入新鲜的培养基后，细胞吸收各种营养物质，代谢产生____________的氨基酸、核苷酸、多糖、脂类等各种物质。这些物质的积累与转化使微生物细胞具备________的能力，使微生物群体进入一段____生长和繁殖的阶段。 ②次生代谢产物：在微生物生长到一定的阶段后，会在细胞代谢的基础上进一步合成一些结构比较复杂的______、______、____等化合物。这些物质对微生物自身的生命活动________的功能，却正是人类需要的微生物________。 (5)分离或提纯发酵产品是工业发酵制取产品必经的步骤 ①如果发酵的产品是菌体本身，可采用__________等方法将菌体从培养液中分离出来。 ②如果发酵产品是微生物的代谢产物，则可采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等方法进行提取。 提取方法 具体操作 实例 真空发酵 对发酵灌减压，使易挥发的发酵产物从发酵液中分离出来的技术 在发酵罐上施以负压，使____从发酵液中挥发出来 吸附发酵 在发酵过程中加入对发酵产物具有特异性或非特异性吸附作用的吸附剂，从而使产物从发酵液中分离出来的技术 利用离子交换树脂分离____ 萃取发酵 当两种水溶性高分子聚合物在同一水溶液中各自达到一定浓度后，会互不相溶形成两相系统，不同的生物产物会分配在不同的相中，通过相的分离就可以实现对发酵产物的分离 采用双水相萃取发酵产物__________ 2．发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值 应用 产品类型 具体实例 食品工业 上的应用 食品、____ 面包、乳酪、味精等 酿造工业 上的应用 各种酒类、调味品 酱油、食用醋、啤酒、黄酒等 医药工业 上的应用 ________、免疫调节剂、______、抗氧化剂、生物表面活性剂和抗辐射药物 各类抗生素、环孢菌素A、青蒿素等 工业化生 产的应用 多种酶制剂 耐高温的Taq酶制剂等 一、泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 少(有O2，乳酸菌活动受抑制) 少 增加(硝酸盐还原菌的作用) 发酵中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 积累、增多、pH下降 下降(硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解) 发酵后期 减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制其活动) 继续增多，pH继续下降 下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制) 变化曲线 注意 亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的 　(2023·山东等级考)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是(　　) A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死 B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌 C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入 D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低 [解析]　盐水煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A错误；②盐水需要浸没全部菜料，造成无氧环境，有利于乳酸菌厌氧呼吸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，能排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。 [答案]　C 二、工业发酵罐在发酵工程中的作用 1．结构与控制装置示意图 2．发酵过程的影响因素及控制 影响因素 具体影响 控制过程 温度 发酵温度会影响微生物的代谢途径和方向，从而对发酵产物的生成产生影响。例如，灰色链霉菌的一种嗜冷突变菌株在其他条件相同，发酵温度不同时，会产生完全不同的抗生素：在12 ℃条件下发酵产物为冷霉素，在28 ℃条件下发酵产物为抗生素M-81 发酵过程中可以通过温度监测器、控制装置进行检测和由冷却水进、出口水流来调整 pH pH发生变化的主要原因是培养液中营养成分的利用和代谢物的积累。例如，啤酒酵母在中性和酸性发酵条件下，可将葡萄糖发酵产生乙醇和二氧化碳，而在碱性条件下的发酵产物则是甘油 可以通过pH检测及控制装置，并由加料装置添加酸和碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液等 溶解氧 通气状况会影响生成的发酵产物种类。例如，在谷氨酸发酵中，适量通气条件下菌种发酵生成谷氨酸，通气不足则发酵生成乳酸或琥珀酸 由发酵罐的溶解氧探测器和通气口来控制通气量；高压空气分布器将无菌空气分散成极小的气泡，使氧从气泡中进入发酵液，增加溶氧；叶轮的搅拌使气泡与发酵液混合 3．叶轮在发酵过程中的作用 (1)通过叶轮的搅拌作用，使培养基在发酵罐内得到充分地混合，尽可能使微生物在发酵罐里的每一处均能得到充足的氧气和培养基中的营养物质。 (2)良好的搅拌有利于微生物发酵过程中产生的热量传递给冷却介质。 (3)搅拌能使发酵液充分混合，使发酵液中的固型物质保持悬浮状态。 4．与传统的容器相比，工业发酵罐发酵具有最明显的优势，发酵罐能实现大规模连续生产，最大限度地利用原料和设备，获得高产量和高效率。具体体现在以下几点： (1)进行严格灭菌，能使空气按需要流通，从而提供良好的发酵环境。 (2)实施搅拌、振荡以促进微生物生长。 (3)对温度、压力、空气流量实行自动控制。 (4)通过各种生物传感器测定发酵罐内菌体浓度、营养成分、产品浓度等，并用电脑随时调节发酵进程。 　(2024·宁波模拟)谷氨酸棒状杆菌是异养需氧型微生物，常用于基因工程。乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)广泛用于抗氧化衰老、骨关节炎治疗等领域。科研人员利用基因重组技术将氨基葡萄糖合成酶(glms)基因、氨基葡萄糖乙酰转移酶(Scgnal)基因导入谷氨酸棒状杆菌，获得了GlcNAc工程菌。GlcNAc工程菌部分代谢途径如图1，ldhA基因和pta-ackA基因编码的蛋白质分别催化乳酸和乙酸的生成。请回答下列问题： (1)科研人员利用目的基因、链霉素抗性基因以及_______________________等序列构建重组表达载体，导入________态谷氨酸棒状杆菌，构建GlcNAc发酵工程菌。配制谷氨酸棒状杆菌培养基时，按照培养基配方准确称量各组分，将其溶解、定容、调节pH至________后再进行高压蒸汽灭菌。灭菌锅开始加热时，要打开排气阀，使水沸腾一段时间后再关闭排气阀，这样操作的目的是________。 (2)筛选含目的基因的细菌时，首先利用含________的培养基进行初筛，然后根据___________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 设计引物，利用PCR技术进行扩增，完成后再采用________技术鉴定PCR产物。 (3)筛选出合格菌种进行大规模生产需要利用的发酵罐如图2，搅拌器可以加快谷氨酸棒状杆菌的代谢速率，其原理是____________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 发酵过程中需定期从发酵罐________采样，采用________法检测活菌密度，以确定发酵进程。 (4)为了提高产物GlcNAc产量，科研人员提出来几个进一步改造GlcNAc工程菌的方案：方案一，利用____________技术使ldhA基因和pta-ackA基因失活，从而抑制6-磷酸果糖生成丙酮酸的过程；方案二，利用________工程提高glms、Scgnal这两种酶的催化效率，促进生成GlcNAc；方案三，提高细胞膜的________，促进代谢产物的运输。 [答案]　(1)启动子、终止子、复制原点、限制酶识别序列　感受　中性偏碱　排尽锅内冷空气 (2)链霉素　目的基因两端已知的特定核苷酸序列　凝胶电泳　(3)谷氨酸棒状杆菌为需氧型微生物，搅拌能增加发酵液中的溶解氧，同时使其与营养物质充分接触，利于该菌代谢　放料口　稀释涂布平板　(4)基因敲除　蛋白质　通透性 　围绕传统发酵技术，考查生命观念与科学思维素养 1．(2021·浙江1月选考)用白萝卜制作泡菜的过程中，采用适当方法可缩短腌制时间。下列方法中错误的是(　　) A．将白萝卜切成小块 B．向容器中通入无菌空气 C．添加已经腌制过的泡菜汁 D．用沸水短时处理白萝卜块 2．(2021·山东等级考)葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是(　　) A．无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖 B．自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌 C．葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的 D．制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加 3．(2024·诸暨高三诊断性考试)关于果酒、果醋和泡菜等传统发酵食品的制作，下列叙述正确的是(　　) A．果酒制作过程中，随着发酵的进行，发酵液中糖含量增加 B．果醋制作过程中，用重铬酸钾测定醋酸含量变化，溶液灰绿色逐日加深 C．泡菜制作时，盐水要没过菜料2/3体积 D．果酒、果醋和泡菜发酵后形成的溶液都呈酸性 　围绕发酵工程的应用，考查科学思维和社会责任素养 4．(2023·杭州高三教学测试)在工业发酵中广泛应用补料分批发酵。补料分批发酵是指在微生物发酵时向发酵罐补加新鲜培养基的发酵方式。下列叙述正确的是(　　) A．与分批发酵相比，补料分批发酵过程中微生物体内的酶种类变化较小 B．与分批发酵相比，补料分批发酵杂菌污染的概率更小 C．若采用补料分批发酵生产抗生素，补料量和补料频率越大，则产量越高 D．由于发酵罐中可以补料，发酵初期只需加入不经扩大培养的菌种 5．(2024·杭州学军中学生物测试)青霉素具有高效、低毒的特点，是人类发现的第一种抗生素，可利用现代生物发酵技术进行规模化生产。下列叙述错误的是(　　) A．青霉素的发酵生产多采用好氧、液体深层培养的方式进行 B．培养基的原料选择时，来源充足且廉价即可用于大规模发酵生产 C．可通过诱变、转基因、原生质体融合等方法培育高产菌种 D．可通过吸附、萃取等方法分离目标产物青霉素 6．(2024·杭州模拟)为了探究微生物在不同条件下的繁殖速度，微生物的计数是发酵工程中不可或缺的环节。回答下列问题： (1)测定微生物细胞数量的方法很多，通常采用的有稀释涂布平板法和显微镜计数法，前者往往无法进行动物细胞数量的测定，原因是____________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________； 显微镜计数法计数结果一般比稀释涂布平板法大，可能的原因是____________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (2)在用显微镜进行酵母菌细胞计数时，必须将菌液________，然后应________(①盖专用盖玻片；②滴加酵母菌悬液。按操作的先后顺序填写序号)，已知血细胞计数板规格为1 mm×1 mm×0.1 mm，在培养后期对培养液稀释100倍后，用显微镜观察到其中某方格中酵母菌的分布情况如图，若最终几个样方中平均数与其相同，则培养液中酵母菌的密度为________个/毫升。 (3)稀释涂布平板时，若平板中菌落数过少，随机误差增大。要解决这个问题可以从两方面入手：一是保证能准确计数的前提下降低稀释度；二是将相同稀释度下的多组数值取平均值后再进行计算。除用于计数，稀释涂布平板还能实现对目标微生物的________________。 【精读课本】 自主诊断 一、1.(1)代谢　(2)奶酒　酱油　(3)不同环境条件　代谢产物　遗传上　混菌发酵　2.(1)兼性厌氧　需氧　乙醇、二氧化碳　需氧　不需氧　(2)关闭　CO2　防止空气中微生物的污染　3.(1)乳杆菌　短乳杆菌　(2)厌氧　兼性厌氧　乳酸　醇、酯　(3)冷开水　6%　3～4 cm　蔬菜　外界空气　(4)6%　杂菌 二、1.(1)灭菌　接种　离心　萃取　(3)转化　分离　明显或潜在　稳定　高产、优质　选育或改良　传代次数　分离筛选　多次　缩短　氧气　温度　pH　(4)维持生命活动　细胞分裂　快速　生物碱　抗生素　毒素　没有明确　发酵产物　(5)过滤、沉淀　酒精　乳酸　α-淀粉酶　2.饮料　酶抑制剂　类激素 第2讲　发酵工程及其应用 精读课本·盘点基础知识 问题与思考 1．提示：在矿泉水瓶盖上戳一个小洞，将可弯折吸管的短臂插入小洞，再用凡士林密封吸管与小洞的连接处。待装入葡萄、盖好盖子后，再将吸管长臂插入水中阻止氧气进入。 2．提示：一是提供部分氧气促进酵母菌的需氧呼吸，进而促进酵母菌的大量繁殖，提供更多的菌种；二是保证发酵过程中不会有葡萄汁溢出。 3．提示：在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。 4．提示：(1)选择气密性好的泡菜坛。(2)盐水煮沸后冷却待用。(3)装坛时压实，盐水没过全部菜料。(4)盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。 延伸迁移·实现融会贯通 1．B　[将白萝卜切成小块可以扩大白萝卜与腌料的接触面积，缩短腌制时间，A正确；泡菜制作所需菌种为乳酸菌，制作过程中应保持无氧环境，向容器中通入无菌空气不利于腌制，B错误；泡菜汁中含有一定量的发酵菌种，所以在腌制过程中，加入一些已经腌制过的泡菜汁可缩短腌制时间，C正确；用沸水短时处理，可抑制某些微生物的繁殖，提高泡菜品质，也可缩短腌制时间，D正确。] 2．D　[酵母菌进行需氧呼吸获得能量大量繁殖，无氧条件下，发酵产生乙醇，故无氧条件下酵母菌能进行厌氧呼吸存活但不能大量繁殖，A正确；自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌，B正确；葡萄皮中的色素进入发酵液使葡萄酒呈现颜色，C正确；制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量减少，D错误。] 3．D　[果酒制作时，利用的是酵母菌，酵母菌是异养微生物，发酵过程中需要消耗糖，将糖分解为二氧化碳和酒精，故随着发酵的进行，发酵液中糖含量减少，A错误；重铬酸钾可用于检测酒精，果醋发酵时，由于乙醇(酒精)逐渐转变为醋酸，因此溶液灰绿色逐渐变浅，B错误；腌制泡菜时盐水没过全部菜料，基本装满泡菜坛，盖上坛盖再用水密封泡菜坛，可利用水隔绝空气，从而创造无氧条件，C错误；果酒制作过程中会产生二氧化碳，导致溶液呈酸性，果醋制作过程中产生的醋酸和泡菜制作过程中产生的乳酸都会使溶液呈酸性，D正确。] 4．A　[补料分批发酵过程中微生物可以处于某一代谢阶段，而不是像分批发酵细胞会完成一个完整的周期，因此微生物体内的酶种类变化较小，A正确。补料分批发酵存在一定的非生产时间，和分批发酵比，中途要补加新鲜培养基，杂菌污染的概率更大，B错误。若采用补料分批发酵生产抗生素，补料量和补料频率越大，其产量并不一定越高，还需考虑微生物的繁殖和代谢情况，C错误。补料使发酵系统中维持很低的基质浓度，和连续发酵相比，不需要严格的无菌环境，不产生菌种老化、变异等问题，但是在发酵初期仍需加入经扩大培养的菌种，D错误。] 5．B　[青霉菌属于好氧型真菌，进行青霉素发酵生产多采用好氧、液体深层培养的方式进行，可充分利用培养基中的原料，A正确；培养基的原料选择时应考虑是否适合微生物的生长、来源是否充足等，B错误；可通过诱变、转基因、原生质体融合等方法培育高产菌种，以提高青霉素的产量，C正确；分离青霉素的方法有多种，包括吸附、萃取、离子交换、沉淀等，D正确。] 6．(1)动物细胞无法在固体平板培养基中正常生长　显微镜的计数中包含有死亡菌体、稀释涂布平板时当两个或多个菌体连在一起时平板上观察到的只是一个菌落、涂布操作可能会造成死亡、涂布器可能带走小部分菌体　(2)摇匀　①②　6×108　(3)分离和纯化 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课时分层作业(四十三)　发酵工程及其应用 1．(2021·海南等级考)关于果酒、果醋和泡菜这三种传统发酵产物的制作，下列叙述正确的是(　　) A．发酵所利用的微生物都属于原核生物 B．发酵过程都在无氧条件下进行 C．发酵过程都在同一温度下进行 D．发酵后形成的溶液都呈酸性 2．(2022·山东等级考)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(　　) A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖 B．可用深层通气液体发酵技术提高产量 C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中 D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌 3．(2023·山东济宁三模)黄酒是世界上最古老的酒类之一，传统淋饭法生产绍兴黄酒的工艺如图所示。加酒药的10～12 h为前发酵，随后进行6 d左右的主发酵，然后将醪液分装到坛中进行30 d左右的后发酵。下列叙述错误的是(　　) A．酒药中只含有酵母菌一种微生物 B．前发酵过程中缸内含氧量降低而酵母菌数量增加 C．主发酵阶段开耙降低温度可以防止温度过高影响发酵 D．通过煎酒杀死微生物并破坏残存酶的活力可提高黄酒的稳定性 4．(2020·山东等级考)我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。《齐民要术》记载：将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。下列说法错误的是(　　) A．“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快 B．“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的 C．“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施 D．“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡 阅读下列材料，回答第5、6题。 最近，某咖啡和某白酒联合推出的“酱香拿铁”火爆出圈。经检测，这款咖啡的酒精含量约为0.02%。近年来，以大面积砍伐森林用于种植咖啡树为代价，换取了全球咖啡产量的持续上升。芬兰国家技术研究中心近期利用“细胞农业”技术(即通过细胞扩大培养形成产物)，成功培育出第一杯“人造咖啡”。 5．(2024·温州第一次适应性考试)据了解，该白酒酿造过程中使用60 ℃以上高温制曲，检测发现酿造环境中有1946种微生物，其中细菌1063种、酵母菌与丝状真菌883种。下列叙述正确的是(　　) A．过度饮酒有害健康，主要原因是酿酒环境中的微生物大多数对人体有害 B．用60 ℃以上高温制曲，主要目的是筛选菌种并对发酵原料进行灭菌处理 C．该白酒的酿造过程中，发酵池内各种微生物的数量均呈“S”形增长 D．该白酒具有的独特香味与发酵微生物的代谢特点和种间关系密切相关 6．(2024·温州第一次适应性考试)已知“人造咖啡”中含有咖啡因、单宁酸等植物基本生命活动的非必需物质，与普通咖啡几乎没有区别。下列关于利用“细胞农业”技术培育出“人造咖啡”的叙述，错误的是(　　) A．利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”的原理是植物细胞具有全能性 B．利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”，可减少对森林的大面积砍伐 C．“人造咖啡”的生产过程中可采用液体悬浮培养，以增加其产量 D．“人造咖啡”中的咖啡因与单宁酸属于植物细胞的次生代谢产物 7．(2023·宁波选考模拟考)获取纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。下列叙述错误的是(　　) A．获取纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染 B．稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法 C．平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法 D．接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为纯培养物 8．(2023·山东潍坊模拟预测)某研究团队从食塑料蜡虫肠道中分离能降解聚乙烯(PE)的细菌，以解决塑料污染问题。将分离得到的两种细菌(YT1和YP1)在PE薄膜培养液中培养，培养液中细菌数量变化以及PE失重率(降解PE能力的高低)变化如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．用经湿热灭菌后的含PE、葡萄糖和无机盐等成分的液体培养基分离目的细菌 B．分离得到目的细菌的纯培养可用平板划线法在酸性的选择培养基上进行 C．在得到图1曲线过程中的计数常用显微镜计数法和稀释涂布平板法 D．在第20天后两种细菌群体降解PE的能力差异增大，且细菌YT1强于细菌YP1 9．图中的已驯化菌群是从某肉制品加工厂污水处理池中初步筛选的可水解油脂并利用的菌群，为进一步筛选高效水解油脂的菌群进行了如图所示的操作。下列相关叙述正确的是(　　) A．培养基中除了油脂提供的成分外还需加入氮源和碳源 B．随着培养基中油脂浓度变大导致菌群朝着高效水解油脂的变异方向发展 C．在菌种分解油脂的过程中培养基的pH会呈现先下降再上升的变化趋势 D．若要研究优秀菌的生长规律，可在液体培养的不同时间段采用稀释涂布平板法短时间内测定其数量 10．(2023·宁波选考模拟考)某兴趣小组探究庆大霉素和阿米卡星两种抗生素对大肠杆菌的选择作用，获得如下实验结果。兴趣小组还设置含不同浓度抗生素的液体培养基培养大肠杆菌，结果显示抗生素浓度越低，液体越浑浊。下列叙述错误的是(　　) A．抑菌圈的直径越大，说明抗生素的抑菌能力越强 B．抑菌圈随大肠杆菌代数增加而变小，说明抗生素对大肠杆菌有选择作用 C．阿米卡星的抑菌效果比庆大霉素小，所以药用效果相对不够理想 D．为了避免产生耐药菌，服用抗生素时要足量、足药程，及时停用对细菌不敏感的药 11．(2023·浙南名校联盟考)青霉素是一种常用的抗生素，是青霉菌发酵的产物，其工业化生产流程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．过程①、②和③都使用了液体培养基 B．过程④可以用青霉素进行灭菌处理，防止杂菌污染 C．过程⑤常用的方法是过滤和沉淀，分离出的菌种可以再使用 D．微生物工业还可以生产疫苗、菌苗、诊断试剂等产品 12．(2023·台州教学质量评估)产黄青霉是青霉素工业生产的常用菌，利用诱变育种和基因工程育种方法获得高产菌并进行发酵生产。回答下列问题： (一)菌种的选育及保存。 (二)发酵过程及产物分离纯化。发酵流程：活化培养→一级种子罐→二级种子罐→发酵罐(发酵)→放罐。 (1)诱变育种。在山梨醇溶液中用酶水解产黄青霉细胞壁，得到原生质体，推测山梨醇溶液的作用是_____________________________________________________ ____________________________________________________________________。 用15 W的紫外线在距离培养瓶20 cm处照射产黄青霉原生质体，诱发其发生变异。为检测是否发生变异，可利用显微镜观察其细胞核中染色体__________________________________________的变化，也可以接种到固体培养基上，经培养后观察____________变化。 (2)基因工程育种。 ①将产黄青霉涂布于三种抗生素的一系列不同浓度的平板上，在26 ℃培养箱中培养12小时，研究菌落生长情况。结果发现，四环素浓度达250 μL/mL，菌落数开始减少，氯霉素浓度高达500 μL/mL，菌落仍然能正常生长，10 μL/mL腐草霉素足以抑制菌落生长。据此推测，应该选用______________基因作为筛选标记基因。 ②获得促进产黄青霉大量合成青霉素的目的基因，经PCR扩增后，连接到真菌表达载体上构建重组DNA分子，重组DNA分子除了有目的基因、标记基因、复制起点还有_________________________________________________________ _________________________________________________________________等。 ③利用PEG介导的原生质体转化法将重组DNA导入产黄青霉原生质体。影响转化效率的因素除重组DNA分子的大小和数量、PEG浓度及外界因素外，还有____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ________________________________________________________(写出2点)等。 (3)菌种保存。以上两种方法筛选得到的高产菌，一般通过制备繁殖体孢子，利用真空干燥，低温长期保存。采用孢子保存而不直接保存菌丝的原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)发酵条件的控制。产黄青霉菌丝生长温度为27 ℃ 左右，分泌青霉素温度为20 ℃左右。所以种子罐的温度一般要比发酵罐的________________________。 产黄青霉培养基的pH应控制为____________________，增加培养基中溶氧量的方法有控制通入无菌空气的速度和控制____________速度。发酵过程会产生泡沫，需要用消沫剂除去泡沫，以提高发酵效率。下列哪些因素会使发酵液产生的泡沫增多？____________(A．发酵菌细胞呼吸产气增多　B．加速搅拌发酵液　C．通气增多　D．培养基黏度高)。 (5)产物的分离纯化。发酵过程结束后，可通过____________________得到发酵液，加少量絮凝剂沉淀蛋白后，根据青霉素易溶于有机溶剂的特性，可采用______________________的方法进一步分离纯化。 13．(2023·杭州选考调研卷)图1是谷氨酸发酵装置示意图，谷氨酸工业上常用谷氨酸棒状杆菌在30 ℃下发酵获得；图2是谷氨酸生产的机理，谷氨酸棒状杆菌以葡萄糖为底物进行了如下过程。据图分析，回答下列问题： 图1 图2 (1)图中1、2处是发酵罐夹层中冷凝水的进出口，水在发酵罐夹层流动的作用是__________________________________。图中3为搅拌器，可以加快谷氨酸形成的速率，其原理是____________________________________________________。发酵过程中，若谷氨酸积累过量，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致该合成途径中断，因此提高产物产量的关键是改变菌体细胞膜的______________。 (2)谷氨酸棒状杆菌进行以硫酸二乙酯和紫外线相结合的复合诱变，经选育得到高产突变株LG-01，将其接种在含葡萄糖液体培养基中，于30 ℃下培养48 h。摇匀并取培养液稀释107倍后，向四个培养基分别涂布0.1 mL该培养液，四个培养基生长的菌落依次为31个、2个、35个、33个，则稀释前菌液的菌体为____________________________________________________________个/mL， 计算得到的值比实际值偏________。 (3)发酵结束后可用接种环蘸取发酵液进行____________，从而纯化谷氨酸棒状杆菌得到单菌落。此外，此过程需确保培养基的pH环境为_____________。 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $$