1.3 发酵工程及其应用-【新课程能力培养】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步练习（人教版2019）

参考答案与解析 为有可能多个细菌连在一起， 只能观察到一个菌落， Ｄ 正确。 １３. Ｃ 【解析】 一般选择菌落数在 ３０～３００ 之间的平 板进行计数， 密度过大会影响结果的准确性。 提升练习 １. ＡＢＤ 【解析】 培养基可以是天然物质， 也可以是 人工合成的物质， Ａ 错误； 微生物在固体培养基上生长 时， 可以形成肉眼可见的单个菌落， 肉眼不能观察到单 个细菌， Ｂ 错误； Ｃ 正确； 培养基能培养细菌， 也能培 养真菌、 植物细胞和动物细胞， Ｄ 错误。 ２. ＡＤ 【解析】 固体培养基和液体培养基的区别在 于是否加入凝固剂 （如琼脂）， 如表所示的培养基配方 中没有琼脂， 因此属于液体培养基， Ａ 错误， Ｄ 错误； 加入青霉素可分离得到酵母菌和霉菌， 因此该培养基属 于选择培养基， Ｂ 正确； 该培养基中的 （ ＣＨ ２ Ｏ ） 可作为 有机碳源， 因此其培养的微生物的同化作用类型是异养 型， Ｃ 正确。 ３. ＡＢＤ 【解析】 实验结束后应将金黄色葡萄球菌杀 死， 以免使人致病， 接种环应灼烧灭菌， Ａ 正确； 带菌 的培养基要高压蒸汽灭菌后才能倒掉， 以免污染环境， Ｂ 正确； 带菌培养基经煮沸不一定完全能杀灭金黄色葡 萄球菌的孢子和芽孢， 所以需要灭菌， 不能加热后倒 掉， Ｃ 错误； 接种后双手须用肥皂洗净， 再用 ７０％ 的酒 精棉球擦拭， Ｄ 正确。 ４. ＢＤＥ 【解析】 自生固氮菌是以 Ｎ ２ 为氮源、 以土 壤基质中的有机物为碳源和能源的细菌， 所以要将其与 其他细菌分开， 所用的特制培养基中不需另加氮源。 细 菌对抗生素敏感， 所以为了使自生固氮菌正常生活， 不 能加入抗生素。 ５. ＡＢＤ 【解析】 在涂布前， 应将涂布器在火焰上灼 烧， 待酒精燃尽， 涂布器冷却后， 用涂布器将菌液均匀 涂布在培养基的表面， 涂布结束后， 应对涂布器进行灼 烧灭菌， 以防污染环境和感染操作者， Ｃ 错误。 ６. ＢＤ 【解析】 分离土壤中微生物时， 需要对培养 基灭菌， 但不能对土壤样品进行灭菌， Ａ 错误； 由于 土壤中各类微生物的数量不同， 在进行分离和计数时， 就需要按照不同的稀释度分别进行涂布； 测定土壤中 细菌的数量一般选择 １０ ４ 、 １０ ５ 、 １０ ６ 倍的稀释液， Ｂ 正 确； 测定土壤样品中的细菌数目常用稀释涂布平板法， 平板划线法不能用于计数， Ｃ 错误； 统计菌落数目时， 当样品的稀释度足够高时， 一个活菌会形成一个菌落， Ｄ 正确。 ７. （ １ ） 乳糖、 蔗糖、 牛肉膏 主要用于构成微生物 的细胞物质和一些代谢产物 （ ２ ） 蛋白胨 主要用于合成蛋白质、 核酸以及含氮 的代谢产物 （ ３ ） 水、 无机盐 （或 Ｋ ２ ＨＰＯ ４ ） （ ４ ） 异养 （ ５ ） 细菌 【解析】 培养微生物需碳源、 氮源、 水和无机盐等 营养物质。 由该培养基的 ｐＨ 为 ７.２ ， 呈弱碱性， 可判断 该培养基可用来培养细菌。 ８. （ １ ） 目的菌 选择 （ ２ ） 尿素 葡萄糖 为目的菌提供氧气 （ ３ ） 稀释涂布平板 （或平板划线） （ ４ ） ①② ③ 【解析】 （ １ ） 培养基中加入尿素作为唯一氮源能 够筛选出能分解尿素的细菌 ， 此培养基属于选择培 养基 。 （ ２ ） 尿素为目的菌提供氮源， 葡萄糖为目的菌提供 碳源。 振荡培养可为培养的目的菌提供必需的氧气。 第 3节 发酵工程及其应用 学习手册 知识点一 发酵工程的基本环节 知识梳理 1. 发酵罐内发酵 2. （ 1 ） 获得性状优良的菌种 （ 2 ） 自然界中筛选 诱变育种 基因工程育种 3. （ 1 ） 获得更多的菌种 （ 2 ） 工业发酵罐的体积 菌种总体积 （ 3 ） 液体培养基 4. 单一菌种 产量大大降低 5. 扩大培养后 发酵罐 6. （ 1 ） ① 随时检测 微生物数量 产物浓度 了解 发酵进程 ② 必需的营养物质 温度 pH 溶氧量 （ 2 ） ① 中性 弱碱性 ② 酸性 5 高中生物选择性必修 3 （人教版） 7. （ 1 ） 获得产品 （ 2 ） 微生物细胞本身 代谢物 （ 3 ） ① 过滤 沉淀 分离 干燥 ② 根据产物的性 质 适当 提取 分离 纯化 教材拓展 1. 提示： ① 在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ② 生产所需代谢物的产量高； ③ 发酵条件易控制； ④ 菌 种不易变异、 退化等。 2. 提示： ① 反复试验确定培养基的配方； ② 对培养 基和发酵设备进行严格的灭菌； ③ 随时检测培养液中微 生物的数量、 产物浓度等； ④ 及时添加必需的营养组 分； ⑤ 严格控制温度、 pH 和溶氧量等发酵条件， 使用 计算机控制系统对各种条件进行监测和控制， 以及反馈 控制 知识点二 发酵工程的应用 知识梳理 1. 食品工业 医药工业 农牧业 2. 食品工业 3. 生产传统的发酵产品 生产各种各样的食品添加 剂 生产酶制剂 4. 酱油 酒 5. ① 食品酸度调节剂 黑曲霉 ② 谷氨酸 谷氨酸 棒状杆菌 6. α- 淀粉酶， β- 淀粉酶， 果胶酶， 氨基肽酶， 脂 肪酶 7. ① 基因工程 ② 菌种进行改造 发酵技术 8. 生产微生物农药 生产微生物肥料 生产微生物 饲料 11. 生物防治 12. ① 微生物菌体 13. 主发酵 后发酵 教材拓展 1. 提示： 将病原体的某个或某几个抗原基因转入 适当的微生物细胞， 获得的表达产物就可以作为疫苗 使用。 2. 提示： 微生物含有丰富的蛋白质， 且繁殖速度快。 3. 提示： “通气” 的目的是使酵母菌进行有氧呼吸 大量繁殖； “密封” 的目的是使酵母菌进行酒精发酵产 生酒精。 4. 提示： 酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛， 最后变为醋酸。 练习手册 基础练习 １. Ｃ 【解析】 发酵工程中使用的性状优良的菌种可 以从自然界中筛选出来， 也可以通过诱变育种或基因工 程育种获得。 ２. Ｃ 【解析】 灭菌是使用强烈的理化方法杀死物体 内外所有的微生物， 包括芽孢和孢子。 ３. Ｄ 【解析】 发酵工程的代谢产品可根据产物的性 质采取适当的提取、 分离和纯化措施来获得产品。 ４. Ｂ 【解析】 结合分析可知， 发酵工程一般步骤包 括菌种的选育， 培养基的配制、 灭菌， 扩大培养， 接种 和发酵， 产品的分离、 提纯等， Ｂ 正确。 ５. Ｄ ６. Ｄ ７. Ｂ ８. Ｃ 【解析】 酶制剂的应用领域遍布食品 （面粉深 加工、 面包烘烤业、 果品加工业等）、 饲料、 纺织、 造 纸、 皮革、 医药、 洗涤剂、 环境保护以及能源开发等 方面， 主要用于催化生产过程中的各类化学反应， 有 催化效率高、 高度专一性、 作用条件温和、 降低能耗 及减少化学污染等特点， 酶制剂来源于生物， 一般来 说较为安全， 可按生产所需适量使用， 但不能提高动物 免疫力， ⑥ 不正确。 本题主要考查酶制剂应用有关知识 点。 Ｃ 正确。 提升练习 １. ＡＢＣ 【解析】 培养基需用高压蒸汽灭菌法进行灭 菌， Ａ 正确； 发酵设备也需要灭菌， 防止外来杂菌污 染， Ｂ 正确； 发酵液只提供相应的营养物质， 也需要灭 菌， Ｃ 正确； 菌种不能进行灭菌， 因为灭菌的同时也会 把菌种破坏， Ｄ 错误。 ２. ＢＣＤ ３. Ｂ 【解析】 谷氨酸的发酵生产在中性和弱碱性条 件下会积累谷氨酸， 在酸性条件下会容易形成谷氨酰胺 和 Ｎ- 乙酰谷氨酰胺。 ４. ＢＤＥ 【解析】 酵母菌进行酒精发酵时需要无氧条 件， Ａ 错误； 醋酸菌是好氧菌， Ｂ 正确； 乳酸菌是厌氧 6 参考答案与解析 菌， Ｃ 错误； 毛霉是好氧的真菌， Ｄ 正确； 谷氨酸棒状 杆菌是好氧菌， Ｅ 正确。 ５. ＡＣＤ 【解析】 生产食品添加剂， 既可以改善食品 的口味， 又能增加食品的营养， Ｂ 错误。 ６. （ １ ） 孢子 芽孢 湿热灭菌 （ ２ ） 性质 过滤 沉淀 干燥 （ ３ ） Ｄ ７. （ １ ） 诱变育种 （人工诱变） 异养需氧型 孢子 生殖 （ ２ ） 酸性 扩大培养 前 【解析】 （ １ ） 青霉素高产菌株是通过诱变育种获得 的， 原理是基因突变。 青霉菌是需氧型生物， 不能自己 制造有机物， 故代谢类型为异养需氧型。 由图可知， 青 霉菌的生殖方式为孢子生殖。 （ ２ ） 培养霉菌时需要将 培养基调至酸性。 发酵工程包括菌种的选育、 培养基的 配制、 灭菌、 扩大培养和接种、 发酵、 产品的分离和提 纯等， 种子罐又叫繁殖罐， 推测 ② 属于发酵工程中的扩 大培养阶段。 为了避免杂菌污染， 发酵罐接种前需要进 行灭菌处理。 第 1章 章末测试 １. Ａ 【解析】 在制作白酒的过程中， 酒精发酵和淀 粉糖化是同时进行的， 淀粉充分糖化后再进行酒精发 酵， 会导致酵母菌因溶液渗透压过大， 过度失水而死 亡， 且由于底物量的限制， 边糖化边发酵也不会影响发 酵液中最终的酒精含量， Ａ 错误； 酒曲中含有丰富的酵 母菌以及可以分泌胞外淀粉酶的相关菌种， 能够参与发 酵和淀粉的糖化， Ｂ 正确； 原料经糖化作用后形成的葡 萄糖可为酵母菌提供碳源等营养成分， Ｃ 正确； 若进一 步提高白酒中的酒精浓度， 即可获得较多的发酵产物酒 精， 可增加接种量、 延长发酵时间， Ｄ 正确。 ２. Ｄ 【解析】 醋酸菌在有氧条件下利用酒精产生醋 酸， Ａ 正确； 酵母菌不能直接利用淀粉， 应用酒曲中的 根霉和米曲霉等微生物把淀粉分解成葡萄糖， 再用酵母 菌发酵得到糯米酒， Ｂ 正确； 配制培养基时， 应根据微 生物的种类和实验目的， 明确培养基的特定用途， 同时 根据微生物的种类调整培养基的 ｐＨ ， 例如培养霉菌应 调至酸性， Ｃ 正确； 尿素固体培养基是以尿素为唯一氮 源， 不能杀死其他微生物， 其筛选出尿素分解菌的原因 在于只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素， 获得氮 源， 才能在此培养基中存活， 其余微生物由于无法分解 尿素， 最终死亡， Ｄ 错误。 ３. Ｃ 【解析】 划线时将沾有菌种的接种环涂抹在培 养基表面， 不能插入培养基以避免划破培养基表面， Ａ 错误； 在 ５ 个区域中， 无论哪个区域， 只要有单个活细 菌， 通过培养即可获得所需菌落， Ｂ 错误； 在每次划线 前后都要对接种环进行灭菌， 故整个过程需要对接种环 至少进行 ６ 次灼烧， Ｃ 正确； 根据题干中 “透明圈直径 （ Ｄ ） 与菌落直径 （ ｄ ） 的比值 （ Ｄ/ｄ ） 代表微生物溶解难 溶磷酸盐的能力大小”， 结合表格数据可以确定溶解难 溶性磷酸盐能力最强的菌株是 Ｂ３-５-６ ， Ｄ 错误。 ４. Ｄ 【解析】 从土壤中分离分解尿素的细菌， 培养 基应以尿素为唯一氮源， 尿素分解菌为异养型， 利用的 是有机碳源， 硝化细菌是自养型， 以二氧化碳为碳源， 二氧化碳为无机物， Ａ 错误； 脲酶将尿素分解成氨， 氨 呈碱性， 使培养基的 ｐＨ 上升， 加入酚红指示剂后变红， Ｂ 错误； 计数时通常选择菌落数在 ３０～３００ 之间的实验 组平板进行计数 ， 若对 １０ ｍＬ 土样稀释 １０ ６ 倍后 ， 取 ０.１ ｍＬ 该溶液进行重复的涂布实验， 测得的菌落数分别 为 １８ 、 ２３４ 、 ２７６ ， 则该 １０ ｍＬ 土样中分解尿素的细菌数 为 ［（ ２３４＋２７６ ） ÷２ ］ ÷０.１×１０ ６ ×１０＝２.５５×１０ １０ （个）， Ｃ 错误； 稀释涂布平板法由于不断调整稀释度， 更易获得单菌 落， Ｄ 正确。 ５. Ａ 【解析】 配制牛肉膏蛋白胨培养基时， 先调节 ｐＨ ， 再进行高压蒸汽灭菌， Ａ 错误； 待高温灭菌后的培 养基冷却至 ５０ ℃ 左右后， 再进行倒平板， 此温度下培 养基不烫手， 便于后续操作， 且培养基尚未凝固， 容易 倒出， Ｂ 正确； 超净工作台在使用前经紫外线消毒， 而 酒精灯火焰附近存在一个无菌区， 为了防止杂菌污染， 要在超净工作台上和酒精灯火焰附近进行操作 ， Ｃ 正 确； 牛肉膏蛋白胨培养基虽然营养齐全， 但并非所有微 生物均可在其上生存， 如病毒无法在该培养基上生长繁 殖， Ｄ 正确。 ６. Ｃ 【解析】 ② 培养基是液体培养基， 不需要添加 琼脂， Ａ 错误； 步骤 ③ 筛选分解尿素的细菌， 培养基中 应以尿素为唯一氮源， 不能用牛肉膏蛋白胨 （含有氮 源） 培养基， Ｂ 错误； 步骤 ③ 纯化分解尿素细菌的接种 方法是稀释涂布平板法， 其原理是通过系列稀释操作将 7 练 第 1章 发酵工程 知识点一 发酵工程的基本环节 1. 发酵工程中关于菌种的选育不正确的是 （ ） A. 自然界中筛选菌种 B. 通过诱变育种 C. 通过有性杂交育种 D. 采用基因工程育种 2. 发酵工程灭菌的目的是 （ ） A. 杀死细菌 B. 杀死真菌 C. 杀死所有微生物 D. 加大氮源、 碳源的比例 3. 分离、 提纯产物是制取发酵产品不可缺少 的阶段。 产品不同， 分离、 提纯的方法也 不同， 对产品的代谢物常采用的措施是 （ ） ① 过滤 ② 沉淀 ③ 提取 ④ 分离 ⑤ 纯化 A. ①③④ B. ①②③ C. ②③④ D. ③④⑤ 4. 发酵工程的正确操作过程是 （ ） ① 发酵 ② 培养基的配制 ③ 灭菌 ④ 产 品的分离与提纯 ⑤ 菌种的选育 ⑥ 接 种 ⑦ 扩大培养 A. ①③④⑤⑦②⑥ B. ⑤⑦②③⑥①④ C. ②⑤⑦③①⑥④ D. ⑥⑤⑦②④③① 知识点二 发酵工程的应用 5. 下列不属于发酵工程在应用领域的特点是 （ ） A. 成本低 B. 污染小 C. 产量高 D. 产物多样化 6. 下列不属于发酵工程在农牧业上的应用的 是 （ ） A. 生产微生物肥料 B. 生产微生物农药 C. 生产微生物饲料 D. 生产微生物饮料 7. 单细胞蛋白是指 （ ） A. 单个植物细胞培养得到的高纯度蛋白质 B. 通过发酵获得的大量微生物菌体 C. 单个细菌细胞分泌的蛋白质 D. 单个动物细胞培养得到的高纯度蛋白质 8. 以下属于酶制剂的应用的是 （ ） ① 改进生产工艺 ② 简化生产过程 ③ 改 善产品品质和口味 ④ 延长食品储存期 ⑤ 提高产品产量 ⑥ 增加动物免疫力 A. ②③④⑤⑥ B. ①②③④⑥ C. ①②③④⑤ D. ①②③⑤⑥ 第 3 节 发酵工程及其应用 基 础 练 习 7 练 高中生物选择性必修 3 （人教版） 一、 不定项选择题 1. 下列物质或设备需要灭菌的是 （ ） A. 培养基 B. 发酵设备 C. 发酵液 D. 菌种 2. 现代发酵工程使用的大型发酵罐具有计算 机控制系统， 能对发酵过程的一些指标进 行监测和控制， 下列指标可监测的是 （ ） A. 菌体大小 B. ｐＨ C. 溶解氧 D. 温度 3. 下列关于发酵工程的说法不正确的是 （ ） A. 发酵产品是微生物细胞本身时， 可采 用过滤、 沉淀等方法将菌体分离和干燥 B. 谷氨酸的发酵生产在中性和弱碱性条 件下容易形成谷氨酰胺 C. 发酵产品是代谢物， 可根据产物的性 质采取适当的提取、 分离和纯化措施 获得产品 D. 生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉 4. 传统发酵技术和现代发酵工程都是利用各 种微生物的代谢来实现相关产品的生产 的， 下列微生物在发酵生产产品过程中需 要提供空气或氧气的是 （ ） A. 酵母菌 B. 醋酸菌 C. 乳酸菌 D. 毛霉 Ｅ. 谷氨酸棒状杆菌 5. 下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙 述， 正确的是 （ ） A. 生产传统发酵产品， 如利用产生蛋白酶 的霉菌酿造酱油 B. 生产各种各样的食品添加剂， 可以改 善食品的口味但不能增加食品的营养 C. 生产食品酸度调节剂， 如柠檬酸可以通 过黑曲霉的发酵制得 D. 生产酶制剂， 少数酶制剂由动植物生 产， 绝大多数通过发酵工程生产 二、 非选择题 6. 回答下列发酵工程的相关问题： （ 1 ） 配制好的培养基必须经过灭菌， 灭菌 是指杀死物体内外所有的微生物， 包 括 和 。 常用的方法 是 。 （ 2 ） 发酵过程的产物有两类， 一类是代谢 物， 另一类是微生物细胞本身。 产品 不同， 分离、 提纯的方法也不同， 对 于前者， 可根据产物的 采取 适当的提取、 分离和纯化措施来获得 产品； 对于后者常用 、 等方法将菌体分离和 。 （ 3 ） 微生物在生命科学研究实践中有着广 泛的用途， 如针对 “人类健康三大杀 手” 之一的糖尿病的治疗往往需要大 量胰岛素， 但是人体胰岛素含量很 低， 所以其生产中， 一般通过基因工 程手段， 将人工合成的胰岛素基因通 过载体导入大肠杆菌细胞中， 然后通 过发酵工程快速生产大量的胰岛素， 下列有关叙述不正确的是 （填字母）。 A. 快速生产的原因可能是大肠杆菌 作为微生物， 体积小， 相对面积 提 升 练 习 8 练 第 1章 发酵工程 大， 物质交换速度快， 代谢速率 快， 生产胰岛素速度也快 B. 快速生产的原因可能是大肠杆菌 作为原核生物可以边转录边翻译 C. 快速生产的原因可能是大肠杆菌 在繁殖时为无性生殖， 繁殖速度 快， 短时间内可以培养出大量有 产生胰岛素能力的菌种 D. 大肠杆菌发酵生产的胰岛素无须 加工， 可以直接应用于临床治疗 糖尿病 7. 青霉素作为治疗细菌感染的药物， 是 20 世纪医学上的重大发现， 是抗生素工业的 首要产品。 ［注： 冷冻干燥孢子： 在极低 温度 （ －70 ℃ 左右）、 真空干燥状态下保 藏的菌种。 米孢子： 生长在小米或大米培 养基上的孢子］ 据图回答下列问题： （ 1 ） 目前发酵生产中常用的高产青霉素菌种 是通过 方法选育的。 据图可 以判断青霉菌的代谢类型是 ， 生殖方式为 。 （ 2 ） 配制培养基时需要将其调节至 （填 “酸性 ” “碱性 ” 或 “中 性”）。 种子罐 2 又叫繁殖罐， 可推测 ② 属于发酵工程中的 阶段。 发酵罐接种 （填 “前 ” 或 “后”）， 必须进行灭菌处理。 9