第1章 发酵工程 章末 核心素养统率下的单元整体教学设计(课件PPT)-【新课程学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 单选）

章末 核心素养统率下的 单元整体教学设计 CONTENTS 目录 1 3 生命观念 科学探究 2 科学思维 4 社会责任 NO.1 生命观念 本章在生命观念方面,主要是运用前几个模块建立的生命观念,如物质与能量观、结构与功能观、信息与系统观等解决和分析问题。 [浸润素养] 1.下列是对四种微生物的能源、碳源、氮源、新陈代谢类型的描述,正确的一组是(　　) 选项 微生物种类 乳酸菌 根瘤菌 硝化细菌 衣藻 A 能源 糖类 光能 NH3 光能 B 碳源 糖类 CO2 CO2 CO2 C 氮源 N N2 NH3 N D 代谢类型 异养 厌氧型 自养 好氧型 自养 好氧型 自养 好氧型 √ 解析:根瘤菌不能利用光能,A错误。根瘤菌能固氮,但不能自己制造有机物,它的碳源不是CO2,B错误。乳酸菌的氮源是N;根瘤菌能固氮,氮源是N2;硝化细菌的氮源是NH3;衣藻的氮源是N,C正确。根瘤菌的代谢类型是异养好氧型,D错误。 2.发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用,在发酵过程中,发酵条件的控制至关重要,下列关于发酵条件的控制的叙述,错误的是 (　　) A.环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢物的形成,因此发酵过程要严格控制发酵条件 B.发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热,会使发酵温度升高,因此要及时调节发酵罐温度 C.培养基中营养物质的利用和代谢物的积累,可能会导致发酵液pH发生改变,如工业酿酒会导致pH上升 D.现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的,有利于使发酵过程处于最佳状态 √ 解析:环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成，因此发酵过程要严格控制发酵条件，A正确；发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热，会使发酵温度升高，因此要及时调节发酵罐温度，B正确；酿酒过程中不仅会产生酒精，还会产生大量的二氧化碳，因此利用酵母菌酿酒的过程中，发酵液的pH会下降，C错误；现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的，有利于使发酵过程处于最佳状态，D正确。 NO.2 科学思维 　　本章思维训练方面的侧重点是培养技术思维和工程思维。 第1节正文结尾指出利用传统发酵技术生产食品存在的不足,“到社会中去”让学生分析少量制作发酵食品与大规模生产发酵食品的不同,即分析手工经验方法与工程技术方法的不同,都是在引导学生尝试建立技术思维和工程思维。第2节的“从社会中来”提出发酵工程需要解决的纯培养问题,让学生分析应该怎样解决这一问题,也需要用到技术思维和工程思维。 第2节、第3节后的拓展应用题,都是较典型的运用技术思维和工程思维解决实践问题的练习题。学生在解决这些问题的过程中,可以感悟到技术、工程与科学的不同——科学以“发现”为核心,技术以“发明”为核心,工程以“建造”和“产品”为核心;科学理论必须通过发明环节才能转化为技术;有了技术之后还要通过设计等环节的转化才能将其应用到工程中。 [浸润素养] 1.研究人员从青藏高原班戈桥地区的土壤中分离到一株以原油为碳源生长的细菌(BGQ⁃6),该菌对原油的总降解率为74.14%,且对直链烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃等60种烃类有较高的降解率。下列说法错误的是(　　) A.利用添加石油的普通培养基能从被石油污染的土壤中筛选BGQ⁃6 B.可采用稀释涂布平板法对BGQ⁃6进行计数 C.一般选择菌落数为30~300的平板进行BGQ⁃6菌落计数 D.由单一的BGQ⁃6繁殖所获得的群体称为BGQ⁃6纯培养物 √ 解析:利用以石油为唯一碳源的选择培养基能从被石油污染的土壤中筛选BGQ⁃6,A错误;对微生物进行计数时,可选择稀释涂布平板法,B正确;为了保证结果准确,一般选择菌落数为30~300的平板进行计数,C正确;由单一的BGQ⁃6繁殖所获得的群体称为BGQ⁃6纯培养物,D正确。 2.利用黄粉虫肠道微生物对造成白色污染的PVC塑料膜等污染物进行生物降解,是一种绿色环保的处理工艺。如图是从黄粉虫肠道中分离、纯化微生物的过程。下列叙述错误的是 (　　) A.用稀释涂布平板法进行菌落计数时,稀释涂布后仅最后一组出现单菌落 B.富集培养基含有牛肉膏、蛋白胨等物质,牛肉膏能提供微生物所需的碳源和氮源 C.与传统填埋、焚烧相比,黄粉虫肠道微生物对PVC塑料膜的降解不会造成二次污染 D.选择培养基中需加入PVC塑料膜作为唯一碳源 √ 解析:用稀释涂布平板法进行菌落计数时,当样品的稀释倍数足够高时,平板上形成的一个菌落来自一个活菌,故稀释到一定倍数就能出现单菌落,A错误。富集培养基中含有牛肉膏和蛋白胨等,牛肉膏能提供碳源和氮源,B正确。对PVC塑料膜进行传统填埋、焚烧容易造成二次污染;黄粉虫肠道微生物对PVC塑料膜进行的是生物降解,不会造成二次污染,C正确。选择培养基中需加入PVC塑料膜作为唯一碳源,能降解PVC的微生物可以生长繁殖,同时抑制或阻止其他微生物的生长,D正确。 3.如图甲所示为一发酵装置,据此回答: (1)在发酵过程中,发现放料口所排出的培养基中,微生物细胞形态多样,这时,微生物生长处于下降阶段,添加培养基的速度应该_______。在图乙的坐标系中画出添加培养基后的微生物生长变化曲线。  答案:如图所示(基本呈现增长至稳定) 加快 (2)若该培养装置pH检测及控制装置出现故障,可采取的应急措施是_____________,pH发生变化的原因是__________________________ ______________。  (3)冷却水的进口是____,无菌空气的进口是____。  (4)若此装置用于酒精发酵和谷氨酸发酵,在发酵过程中,技术上的关键区别是__________________。  添加缓冲液 代谢产物的积累或酸碱物质 的消耗不均等 4 3 无菌空气是否输送　 (5)若培养过程中进料和放料速度未变,但有效产物减少。如果是酒精发酵应该检查__________,如果是谷氨酸发酵可能的原因是_____________________。  (6)图甲中5的作用是______________________________________ _______________________。若此装置损坏,对于无氧发酵,产量将_______________。  (7)若进料和放料速度都加快,微生物细胞的变化是_________________,代谢产物的产量将________。  通气量 溶氧量降低和pH降低 使无菌空气形成细小的气泡,增加溶氧量; 使菌种与培养液充分接触 基本不受影响 进入高速繁殖状态　 下降 NO.3 科学探究 1.果酒制作:发酵后取样,可通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外,还可用显微镜观察酵母菌,并用酸性重铬酸钾溶液检验酒精的存在进行鉴定。在用酸性重铬酸钾检测酒精时,为使检测的结果更有说服力,应设置对照实验。方法如表所示: 项目 实验组A 实验组B 对照组C 步骤 分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液(质量分数为95%~97%) 振荡、观察颜色变化 续表 颜色变化 不变色(橙色) 橙色变成 灰绿色 橙色变成 灰绿色 结论 果汁经发酵后产生了酒精 续表 2.果醋制作:可通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定,再通过检测和比较乙酸发酵前后发酵液的pH(可用pH试纸)进一步鉴定。此外,还可通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌,并统计其数量进一步鉴定。制作成功的果醋具有特殊的果香,酸味柔和,稍有甜味,不涩。 [浸润素养] 1.某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋,下列相关叙述正确的是(　　) A.果酒发酵时,全程应保持无氧状态 B.果酒发酵时,用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化,砖红色沉淀逐日增多 C.利用果酒进行果醋发酵时,发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时 D.果醋发酵时,用重铬酸钾测定乙酸含量变化时,溶液灰绿色逐日加深 √ 解析:果酒发酵时,前期酵母菌需要氧气进行增殖,A错误;果酒发酵时,发酵液中的葡萄糖不断被消耗,因此用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化,砖红色沉淀逐日减少,B错误;醋酸菌利用乙醇氧化为乙酸的过程中不产生气体,果酒发酵过程中产生二氧化碳,所以利用果酒进行果醋发酵时,发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵,C正确;重铬酸钾用于检测酒精,不能用于测定乙酸含量,D错误。 2.下列关于葡萄汁发酵后检测是否有酒精产生的叙述,错误的是 (　　) A.果汁发酵后,检测是否有酒精产生所用的试剂是重铬酸钾 B.重铬酸钾与酒精的反应是在酸性条件下进行的,反应后颜色呈灰绿色 C.营造反应的酸性环境所用的酸是H2SO4,质量分数为95%~97% D.重铬酸钾可以检测酒精的有无,但不能证明产物浓度的高低、酒精产量的多少 √ 解析:酒精在酸性条件下遇到重铬酸钾变成灰绿色,故果汁发酵后,检测是否有酒精产生所用的试剂是重铬酸钾,A、B正确;营造反应的酸性环境所用的酸是H2SO4,质量分数为95%~97%,C正确;重铬酸钾可以检测酒精的有无,且反应产物中酒精浓度越高,颜色越深,D错误。 NO.4 社会责任 (一)自我保健,关注人体健康 1.某中学为宣传正确佩戴口罩可降低呼吸道传染疾病的风险进行了相关实验。实验中将牛肉膏蛋白胨培养基置于距正确佩戴口罩的实验者口部前方50 cm处,然后对着培养基讲话1 min或咳嗽2次,再进行微生物培养和观察。下列叙述错误的是(　　) A.实验中牛肉膏蛋白胨培养基应为固体培养基,并进行严格灭菌 B.实验者对培养基进行处理后,放入20 ℃恒温培养箱中培养1~2 d C.实验中还应设置不戴口罩直接讲话或咳嗽进行实验对照 D.培养结束后可根据菌落的形状、大小、颜色等特征初步区分不同种的微生物 √ 解析:实验中牛肉膏蛋白胨培养基应为固体培养基,为了防止其他微生物的干扰,应进行严格灭菌处理,A正确;分析题意可知,本实验是为了确定正确佩戴口罩可降低呼吸道传染疾病的风险,而人体的体温约为37 ℃,因此应设置与人体体温基本相同的温度,即在37 ℃恒温培养箱中培养1~2 d,B错误;为宣传正确佩戴口罩可降低呼吸道传染疾病的风险,本实验的实验组为佩戴口罩对着培养基讲话1 min或咳嗽2次,实验中还应该设置不戴口罩直接讲话或咳嗽进行实验对照,C正确;不同微生物的菌落具有其特殊的特征,在实验培养结束后,可根据菌落的形状、大小、色泽等特征初步区分不同种的微生物,D正确。 2.结核病又叫“痨病”,是由结核分枝杆菌引起的一种慢性传染病,临床上常采用利福平(一种抗生素)进行治疗,随着药物利福平不断使用,使得结核病患者对利福平的耐药率不断上升,给结核病的治疗带来较大的困难。为了筛选新的抗结核药物,科研人员进行了下图所示的研究。已知罗氏固体培养基中有抑制杂菌生长的物质,链霉素能作用于结核分枝杆菌的核糖体,通过诱导遗传密码的错读来抑菌。下列说法错误的是 (　　) A.图中步骤①与步骤②目的不同,其中步骤①的目的是扩大培养结核分枝杆菌 B.图中罗氏固体培养基属于鉴别培养基,可通过观察菌落的形态来初步鉴定目的菌株 C.不同抗生素选择的方向不同,多种抗生素同时联合用药能延缓耐药菌株的出现 D.链霉素可通过抑制结核分枝杆菌翻译过程来抑制蛋白质的合成进而来抑制结核分枝杆菌 √ 解析:图中①是将细菌接种在基本培养基上,目的是扩大培养目的菌,②是将扩繁后的菌种接种到选择培养基上,筛选目的菌株,A正确;罗氏固体培养基中有抑制杂菌生长的物质,属于选择培养基,B错误;由于抗生素对细菌定向选择,长期使用单一抗生素会出现抗药性,不同抗生素的选择方向不同,因此多种抗生素同时或先后联合用药能有效延缓耐药菌株的出现,C正确;链霉素能作用于结核分枝杆菌的核糖体,诱导遗传密码的错读,可影响翻译过程,从而抑制蛋白质的合成,以达到抑菌的目的,D正确。 (二)关注生物技术应用,服务生产、生活 3.黄豆酱是人们喜爱的传统美食,早在春秋时期就有制作方法的相关记载。它以黄豆为主要原料,经米曲霉(好氧菌)、酵母菌、乳酸菌等微生物发酵而成。劳动人民在制作黄豆酱的过程中不断改进发酵技术,总结出以下经验。 ①选用具有高蛋白酶活性的米曲霉　②用蒸煮后的大豆与米曲霉混合堆积　③将初步发酵后含米曲霉等微生物的曲料摊薄,并适当通风　④在装坛时,添加适量食盐　⑤发酵过程中,需保持发酵坛密封　⑥发酵过程中,需定期搅拌下列叙述错误的是(　　) A.①和④对黄豆酱风味的形成起重要作用,利于提升品质 B.②和⑥可以促使微生物和物料充分混合,提高发酵效率 C.③有利于米曲霉和酵母菌进行有氧呼吸并快速大量增殖 D.⑤中乳酸菌主要集中于发酵坛上部而米曲霉集中于下部 √ 解析:米曲霉能够分泌蛋白酶将黄豆酱中的蛋白质分解,而食盐一方面可以抑制杂菌生长,另一方面可以调味,故①和④对黄豆酱风味的形成起重要作用,利于提升品质,A正确;蒸煮后的大豆与米曲霉混合堆积以及发酵过程中定期搅拌,都可以促使微生物和物料充分混合,提高发酵效率,B正确;米曲霉是好氧菌,而酵母菌也可以进行有氧呼吸,故③有利于米曲霉和酵母菌进行有氧呼吸并快速大量增殖,C正确;乳酸菌属于厌氧菌,米曲霉是好氧菌,故⑤中米曲霉主要集中于发酵坛上部而乳酸菌集中于下部,D错误。 4.以猕猴桃、百香果为原料,采用混菌发酵工艺,研发猕猴桃百香果复合果酒,使两者在营养、香气及口感上互补。下图为此发酵工艺流程图。下列有关说法错误的是 (　　) A.发酵工艺中没有对果汁进行高压蒸汽灭菌,可防止果汁中营养物质被破坏 B.发酵工艺中所加的糖一般用淀粉 C.发酵过程中发酵液的质量和pH都会降低 D.加酵母混菌发酵时,可采用真空发酵来提高发酵速率 √ 解析:发酵工艺中无需对果汁进行高压蒸汽灭菌,防止果汁中营养物质被破坏,A正确;发酵工艺中所加的糖一般用淀粉,淀粉进一步分解为葡萄糖参与发酵反应,B正确;发酵过程中产生CO2,发酵液的质量和pH都会降低,C正确;提高发酵速率需要适当增加酵母菌的数量,而酵母菌需通过有氧呼吸进行大量繁殖以达到增加数量的目的,故加酵母混菌发酵时,不可采用真空发酵来提高发酵速率,D错误。 5.菜籽粕含有35%~45%的蛋白质,是畜禽饲料的重要原料,但其中的单宁等物质限制了菜籽粕的应用。研究者将不同菌种接种到菜籽粕与麸皮制成的固体培养基中发酵48 h,测定菜籽粕中单宁的含量,结果如图。下列说法正确的是 (　　) A.菜籽粕与麸皮可为微生物的生长提供碳源和氮源,但不提供能量 B.为了避免发酵过程受到杂菌污染,可在培养基中添加适量抗生素 C.在图中四种微生物中,枯草芽孢杆菌对单宁的去除效果最为理想 D.对照组应为不接种微生物的培养基,同时各组还应设置重复实验 √ 解析:菜籽粕含有35%~45%蛋白质,麸皮富含纤维素,菜籽粕与麸皮可为微生物提供碳源和氮源,可以提供能量,A错误;抗生素可以抑制细菌的繁殖,而实验中乳酸菌和枯草芽孢杆菌均属于细菌,故不能在培养基中添加抗生素,B错误;据图可知,与对照组相比,黑曲霉菌发酵菜籽粕中单宁含量最低,说明黑曲霉菌对单宁的去除效果最为理想,C错误;对照组为不接种微生物的固体培养基,目的是作为对照,说明微生物去除单宁的作用,同时各组还应设置重复实验,保证结果的准确性,D正确。 章末质量检测(一)　发酵工程 (单击进入电子文档) 本课结束 $$