1.3 发酵工程及其应用-【晨读晚练】2024-2025学年高二生物知识速记与提升（人教版2019选择性必修3）

1.3 发酵工程及其应用 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、发酵工程概念：发酵工程是指利用 的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。 二、发酵工程的基本环节 1． 菌种选育：性状优良的菌种可以从 出来，也可以通过 或 育种获得。 2．扩大培养：工业发酵需要 ，要得到大量的菌种需要对菌种进行几次 ，将培养到生长 的菌种分开再进行培养。 3．培养基配制：要 制备培养基，培养基的配方要经过 才能确定。 4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是 菌种。一旦有 污染，可能导致 。因此， 和 都必须经过严格的灭菌。 5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的 加入发酵罐中。 6．发酵罐内发酵——中心环节 (1)发酵过程的监控 ①要随时检测培养液中微生物 、 等，以了解发酵进程。 ②及时添加必需的 ，要严格控制 、pH和 等发酵条件。 ③环境条件不仅影响微生物的 ，还会影响微生物 的形成。 ④实例：谷氨酸的发酵生产，在 条件下会积累 ，在 条件下则容易生成 和 。 (2)发酵过程的影响因素及其控制：现代发酵工程使用大型计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、 、 、罐压、 、搅拌、泡沫和 等进行 ，还可以进行 ，使发酵全过程处于最佳状态。 7．分离提纯——发酵产物不同，分离提纯方法也不同 (1)微生物细胞本身： 等方法将菌体分离干燥。 (2)代谢物：可根据产物的性质采取适当的 等措施来获得产品。 8．实例——啤酒的工业化生产流程 发芽(大麦种子发芽，释放 )→焙烤(加热杀死 但不使淀粉酶失活)→碾磨(将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉)→糖化(淀粉分解，形成糖浆)→蒸煮(产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)→ (酵母菌将糖转化为酒精和CO2)→ (杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期)→终止(过滤、调节、分装啤酒进行出售)。 三、发酵工程的应用 1．发酵工程的特点：发酵工程以其 、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的 和 等特点，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，形成了规模庞大的发酵工业。 2．发酵工程的应用 具体应用 成果 食品工业 生产传统的发酵产品 以 为主要原料，利用蛋白酶的 生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类 生产各种各样的食品添加剂 增加食品的 ，改善食品的 、色泽和品质，有时还可以延长食品的 。利用 发酵生产柠檬酸、利用 发酵生产谷氨酸（味精） 生产酶制剂 利用微生物发酵生产 脂肪酶和 等，于食品的直接生产、改进 、简化生产过程、改善产品的 和口味、延长食品储存期和提高产品 等方面。 医药工业 通过工程菌生产药物 生产抗生素、 、激素和 等。通过诱变的 发酵生产青霉素 通过改造菌种生产药物 利用改造的菌种发酵生产 ；将乙型肝炎病毒的抗原基因转入 ，生产乙型肝炎疫苗。 农牧业 生产微生物肥料 产生的 、 等来增进土壤肥力，改良土壤 ，促进植株生长，利用 和 固氮菌 生产的根瘤菌肥、固氮菌肥。 生产微生物农药 苏云金杆菌 可以用来防治 多种农林虫害；利用 白僵菌 可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种 放线菌 产生的抗生素—— 井冈霉素 可以用于 防治水稻纹枯病 。 生产微生物饲料 单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物 菌体 ；在青贮饲料中添加 乳酸菌 ，可以提高饲料的品质，使饲料 ，动物食用后还能提高 免疫力 。 其他方面 解决资源短缺和环境污染问题 利用纤维废料发酵生产 酒精、乙烯 对极端微生物的利用 利用 嗜热菌、嗜盐菌 生产洗涤剂， 嗜低温菌 有助于提高热敏性产品的产量。 一、发酵工程发酵条件及发酵罐 有些大型发酵罐中的发酵液重达几十吨甚至上百吨，一旦控制不好发酵条件，会造成巨大的浪费。因此，为实现对发酵条件的严格控制，发酵工程所用发酵罐的结构远复杂于传统发酵所用装置。 1．问题引导 (1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程所用的菌种时需要考虑哪些因素？ 提示：需要考虑的因素：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易 控制；菌种不易变异、退化 等。 (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格 控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必 需的营养成分 。 (3)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 提示：不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备，达到国家排放要求后才能排放 到外界环境中。因为发酵过程中产 生的某些气体和废弃培养液可能对人及其他生物或环境有害。 2．发酵罐示意图 3．各结构的主要功能 装置编号 主要用途 A1、A2、A3 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 A4 控制溶解氧(无菌、根据微生物代谢类型调控) B1、B2、B3、B4、B5 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵进程，B2处抽取样本进行进一步监测 C1、C2 通过控制冷水流速调节罐温 C3 调节罐压 D1、D2 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气的溶解以及散热 4．发酵工程的“两看一需” （1）看代谢类型：通过诱变、基因工程等得到的新菌种，其代谢所需最适条件可能发生了变化，因此，培养基配方需经过反复试验才能确定 （2）看最终产物：传统发酵不需对发酵物进行特殊处理，而发酵工程必须进行分离、提纯，所采用方法一定要根据产品的理化性质来确定 （3）需无菌操作：除适宜的外界条件外，必须进行严格的无菌操作，通入的空气也必须进行严格灭菌 二、发酵工程的应用 1．啤酒发酵的过程及内容 (1)与传统的手工发酵相比，在啤酒的工厂化生产中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格 控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必 需的营养成分 。 (2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？ 提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格 控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必 需的营养成分 。 (3)抗生素、氨基酸、酶制剂等产品能通过微生物发酵来生产，这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？ 提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格 控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必 需的营养成分 。 提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格 控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必 需的营养成分 。 2．“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 3．发酵工程与传统发酵技术的比较 项目 发酵工程 传统发酵技术 相同点 均是利用微生物进行发酵 不同点 菌种 通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种 原材料中天然存在的混合菌种 发酵方式 一般以液体发酵为主 可以是液体发酵(如果醋制作)，也可以是固体发酵(如腐乳制作) 发酵条件的控制 ①严格无菌操作，防止杂菌污染。 ②通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态 ①容易受到杂菌污染。②对发酵条件不能严格控制，易受外界条件(如温度、湿度、氧气等)影响 产品 需要根据发酵产品类型进行分离、提纯 一般不进行分离、提纯 生产规模 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高 通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味及品种比较单一，质量不稳定 （限时：15min） 一、单选题 1．（2024·湖南·高考真题）微生物平板划线和培养的具体操作如图所示，下列操作正确的是（　　）    A．①②⑤⑥ B．③④⑥⑦ C．①②⑦⑧ D．①③④⑤ 2．（2007·全国·高考真题）通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸，生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述，正确的是（　　） A．溶氧充足时，发酵液中有乳酸的积累 B．发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响谷氨酸的产量 C．菌体中谷氨酸的排出，有利于谷氨酸的合成和产量的提高 D．发酵液pH呈碱性时，有利于谷氨酸棒状杆菌生成乙酰谷氨酰胺 3．与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。下列叙述正确的是（　　） A．果酒和果醋制作过程中应将温度分别控制在18-30℃、30-35℃ B．配制好的培养基转移到锥形瓶中，再放入干热灭菌箱中进行灭菌 C．为防止倒平板时培养基溅到培养皿盖上，须将培养皿盖完全打开 D．若产品是谷氨酸，发酵过程中应控制pH值为酸性 4．下列有关发酵工程及其应用的叙述正确的有几项（　　） ①生产食品酸度调节剂柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉 ②发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶制剂及菌体本身 ③利用发酵工程生产的根瘤菌肥作为微生物农药可以促进植物生长 ④啤酒的工业化生产过程中，酒精的产生积累主要在后发酵阶段 ⑤通过酵母菌发酵，获得大量菌体，从中提取单细胞蛋白作为动物饲料或食品添加剂 A．2项 B．3项 C．4项 D．5项 5．微生物发酵工程常利用谷氨酸棒状杆菌大量生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠（味精）。下图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径。下列叙述错误的是（　　） A．通常使用固体培养基分离获得谷氨酸棒状杆菌单菌落 B．不需要监控发酵过程的营养供给、氧气、温度及pH等变化 C．在中性或弱碱性条件下，谷氨酸棒状杆菌才能通过代谢积累谷氨酸 D．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身 6．如图为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面包霉来大量生产氨基酸b，采取的最佳措施是（　　） A．用CaCl2处理面包霉，改变其细胞膜的通透性 B．在反应物中增加面包霉生长因子的含量，并加大面包霉的接种量 C．人工诱变，选育出能产生抑制酶活性③的面包霉 D．通过人工诱变，选育出不能合成酶②的面包霉 7．某研究小组设计了一个利用秸秆中的纤维素生产乙醇的实验，实验流程如图所示。下列叙述错误的是（　　）    A．菌A能分泌纤维素酶分解秸秆中的纤维素 B．淋洗液主要为酵母菌的生长繁殖提供碳源、能源等 C．常采用干热灭菌法对淋洗液进行灭菌 D．发酵结束后可采取适当的提取、分离和纯化措施来获得乙醇 8．2021年10月，中国农业科学院发布：我国首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成已经形成万吨级的工业生产能力，获得首个饲料和饲料新产品证书。下图是乙醇梭菌利用CO生产蛋白质的过程。下列叙述正确的是（　　） A．单细胞蛋白是通过发酵工程而产生的次级代谢产物 B．此蛋白的加工需要乙醇梭菌的内质网、高尔基体、线粒体参与 C．乙醇梭菌是厌氧型细菌，发酵的过程需要进行搅拌 D．可以采用分离、提纯等方法来获得单细胞蛋白 9．为保障粮食安全，我国科研人员以富含纤维素的农业残渣（秸秆）为原料，利用基因工程改造面包酵母使其表面携带相关酶，可同时高效生产人工淀粉和单细胞蛋白。部分生产工艺如下图，下列叙述正确的是（　　）    注：酵母增殖的适宜温度为28~32℃，适宜pH为4.0~5.0；酵母发酵的适宜温度为24~3℃，适宜pH为5.0~5.8。 A．面包酵母的增殖能促进纤维二糖水解及淀粉合成 B．生产单细胞蛋白时选择26℃、pH5.5的条件为宜 C．本生产过程最宜在不加通气和搅拌的啤酒发酵罐中进行 D．生产前可将培养基进行干热灭菌 10．γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是由枯草芽孢杆菌分泌的一种多肽分子，可广泛用于医药、食品等领域。科学家利用芦苇水解液对枯草芽孢杆菌进行有氧发酵生产γ-PGA，添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量，但会造成发酵液黏度增大，溶氧量降低。下列有关说法中错误的是（　　） A．发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液 B．芦苇水解液加入发酵罐中之前可采用高压蒸汽灭菌 C．添加谷氨酸钠后因菌体生长速率加快而产生更多γ-PGA D．筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养 二、非选择题 11．（2022·全国乙卷·高考真题）枯草芽孢杆菌是畜禽养殖中常用的益生菌之一，能产生多种酶和抑菌物质，常用作饲料添加剂。研究人员欲从高产奶牛瘤胃液中筛选出能够高效产酶及抑菌的菌株，结果如下表。 菌株编号 产酶活性（U/mL） 抑菌圈直径（mm） 纤维素酶 蛋白酶 淀粉酶 大肠杆菌 金黄色葡萄球菌 伤寒沙门氏菌 AX1-3 12.67 11.82 293.55 11.06 / 14.11 BX1-10 5.53 1.34 156.21 / 14.33 22.00 BX1-12 27.33 137.54 1450.53 13.62 23.21 25.97 注：“/”表示无抑菌圈 回答下列问题。 (1)培养基常采用 法进行灭菌，主要含有 等营养物质。 (2)在饲料中添加枯草芽孢杆菌的目的是：一方面 ﹔另一方面能够抑制病原菌生长，提高畜禽的抵抗力。 (3)进行抑菌试验时，制备多个分别涂布了大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、伤寒沙门氏菌的平板，在每个平板上打4个8mm的小孔，并向4个小孔中分别加入等量的去除AX1-3菌株的培养液、 。 (4)据表分析，编号为 的菌株更符合筛选要求，依据是 。 4 学科网（北京）股份有限公司 $$ 1.3 发酵工程及其应用 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、发酵工程概念：发酵工程是指利用 微生物 的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。 二、发酵工程的基本环节 1．菌种选育：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．扩大培养：工业发酵需要 大量的菌种 ，要得到大量的菌种需要对菌种进行几次 扩大培养 ，将培养到生长 最快时期 的菌种分开再进行培养。 3．培养基配制：要 选择原料 制备培养基，培养基的配方要经过 反复试验 才能确定。 4．灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是 单一 菌种。一旦有 杂菌 污染，可能导致 产量大大下降 。因此， 培养基 和 发酵设备 都必须经过严格的灭菌。 5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的 培养基 加入发酵罐中。 6．发酵罐内发酵——中心环节 (1)发酵过程的监控 ①要随时检测培养液中微生物 数量 、 产物浓度 等，以了解发酵进程。 ②及时添加必需的 营养组分 ，要严格控制 温度 、pH和 溶解氧 等发酵条件。 ③环境条件不仅影响微生物的 生长繁殖 ，还会影响微生物 代谢物 的形成。 ④实例：谷氨酸的发酵生产，在 中性和碱性 条件下会积累 谷氨酸 ，在 酸性 条件下则容易生成 谷氨酰胺 和 N­乙酰谷氨酰胺 。 (2)发酵过程的影响因素及其控制：现代发酵工程使用大型计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、 pH 、 溶解氧 、罐压、 通气量 、搅拌、泡沫和 营养 等进行 监测和控制 ，还可以进行 反馈控制 ，使发酵全过程处于最佳状态。 7．分离提纯——发酵产物不同，分离提纯方法也不同 (1)微生物细胞本身： 过滤、沉淀 等方法将菌体分离干燥。 (2)代谢物：可根据产物的性质采取适当的 提取、分离和纯化 等措施来获得产品。 8．实例——啤酒的工业化生产流程 发芽(大麦种子发芽，释放 淀粉酶 )→焙烤(加热杀死 种子胚 但不使淀粉酶失活)→碾磨(将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉)→糖化(淀粉分解，形成糖浆)→蒸煮(产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)→ 发酵 (酵母菌将糖转化为酒精和CO2)→ 消毒 (杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期)→终止(过滤、调节、分装啤酒进行出售)。 三、发酵工程的应用 1．发酵工程的特点：发酵工程以其 生产条件温和 、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的 污染小 和 容易处理 等特点，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，形成了规模庞大的发酵工业。 2．发酵工程的应用 具体应用 成果 食品工业 生产传统的发酵产品 以 大豆 为主要原料，利用蛋白酶的 霉菌发酵 生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类 生产各种各样的食品添加剂 增加食品的 营养 ，改善食品的 口味 、色泽和品质，有时还可以延长食品的 保存期 。利用 黑曲霉 发酵生产柠檬酸、利用 谷氨酸棒状杆菌 发酵生产谷氨酸（味精） 生产酶制剂 利用微生物发酵生产 淀粉酶、果胶酶 、脂肪酶和氨基肽酶等，于食品的直接生产、改进 生产工艺 、简化生产过程、改善产品的 品质 和口味、延长食品储存期和提高产品 产量 等方面。 医药工业 通过工程菌生产药物 生产抗生素、 多种氨基酸 、激素和 免疫调节剂 等。通过诱变的 青霉菌 发酵生产青霉素 通过改造菌种生产药物 利用改造的菌种发酵生产 生长激素释放抑制激素 ；将乙型肝炎病毒的抗原基因转入 酵母菌 ，生产乙型肝炎疫苗。 农牧业 生产微生物肥料 产生的 有机酸 、 生物活性物质 等来增进土壤肥力，改良土壤 结构 ，促进植株生长，利用 根瘤菌 和 固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥。 生产微生物农药 苏云金杆菌 可以用来防治 80 多种农林虫害；利用 白僵菌 可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种 放线菌 产生的抗生素—— 井冈霉素 可以用于 防治水稻纹枯病 。 生产微生物饲料 单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物 菌体 ；在青贮饲料中添加 乳酸菌 ，可以提高饲料的品质，使饲料 保鲜 ，动物食用后还能提高 免疫力 。 其他方面 解决资源短缺和环境污染问题 利用纤维废料发酵生产 酒精、乙烯 对极端微生物的利用 利用 嗜热菌、嗜盐菌 生产洗涤剂， 嗜低温菌 有助于提高热敏性产品的产量。 一、发酵工程发酵条件及发酵罐 有些大型发酵罐中的发酵液重达几十吨甚至上百吨，一旦控制不好发酵条件，会造成巨大的浪费。因此，为实现对发酵条件的严格控制，发酵工程所用发酵罐的结构远复杂于传统发酵所用装置。 1．问题引导 (1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程所用的菌种时需要考虑哪些因素？ 提示：需要考虑的因素：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。 (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养成分。 (3)在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 提示：不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备，达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为发酵过程中产生的某些气体和废弃培养液可能对人及其他生物或环境有害。 2．发酵罐示意图 3．各结构的主要功能 装置编号 主要用途 A1、A2、A3 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 A4 控制溶解氧(无菌、根据微生物代谢类型调控) B1、B2、B3、B4、B5 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵进程，B2处抽取样本进行进一步监测 C1、C2 通过控制冷水流速调节罐温 C3 调节罐压 D1、D2 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气的溶解以及散热 4．发酵工程的“两看一需” （1）看代谢类型：通过诱变、基因工程等得到的新菌种，其代谢所需最适条件可能发生了变化，因此，培养基配方需经过反复试验才能确定 （2）看最终产物：传统发酵不需对发酵物进行特殊处理，而发酵工程必须进行分离、提纯，所采用方法一定要根据产品的理化性质来确定 （3）需无菌操作：除适宜的外界条件外，必须进行严格的无菌操作，通入的空气也必须进行严格灭菌 二、发酵工程的应用 1．啤酒发酵的过程及内容 (1)与传统的手工发酵相比，在啤酒的工厂化生产中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。 (2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？ 提示：醋酸菌是一种好氧细菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为乙酸。 (3)抗生素、氨基酸、酶制剂等产品能通过微生物发酵来生产，这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？ 提示：某些微生物因争夺生存环境或营养物质，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死；微生物会通过合成或分解代谢生产它必需的物质，包括氨基酸、核苷酸等；微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，以便将营养物质水解成可吸收的小分子的肽或氨基酸、葡萄糖。 2．“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 3．发酵工程与传统发酵技术的比较 项目 发酵工程 传统发酵技术 相同点 均是利用微生物进行发酵 不同点 菌种 通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种 原材料中天然存在的混合菌种 发酵方式 一般以液体发酵为主 可以是液体发酵(如果醋制作)，也可以是固体发酵(如腐乳制作) 发酵条件的控制 ①严格无菌操作，防止杂菌污染。 ②通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态 ①容易受到杂菌污染。②对发酵条件不能严格控制，易受外界条件(如温度、湿度、氧气等)影响 产品 需要根据发酵产品类型进行分离、提纯 一般不进行分离、提纯 生产规模 生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高 通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味及品种比较单一，质量不稳定 （限时：15min） 一、单选题 1．（2024·湖南·高考真题）微生物平板划线和培养的具体操作如图所示，下列操作正确的是（　　）    A．①②⑤⑥ B．③④⑥⑦ C．①②⑦⑧ D．①③④⑤ 【答案】D 【分析】微生物平板划线和培养的过程中要保证始终没有杂菌的污染，接种环、培养基、试管等都需要进行灭菌，实验操作过程应该在酒精灯火焰旁进行。 【详解】由图可知，②中拔出棉塞后应握住棉塞上部；⑥中划线时不能将培养皿的皿盖完全拿开，应只打开一条缝隙；⑦中划线时第5次的划线不能与第1次的划线相连；⑧中平板应倒置培养。 ①③④⑤正确，故选D。 2．（2007·全国·高考真题）通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸，生产中常用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌。下面有关谷氨酸发酵过程的叙述，正确的是（　　） A．溶氧充足时，发酵液中有乳酸的积累 B．发酵液中碳源和氮源比例的变化不影响谷氨酸的产量 C．菌体中谷氨酸的排出，有利于谷氨酸的合成和产量的提高 D．发酵液pH呈碱性时，有利于谷氨酸棒状杆菌生成乙酰谷氨酰胺 【答案】C 【详解】A、谷氨酸棒状杆菌是好氧型细菌，在氧气充足时，不会有乳酸的积累，A错误； B、碳源与氮源之比影响谷氨酸的产量，当培养基中碳源与氮源之比为4：1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少，而当培养基中碳源与氮源之比为3：1时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸的合成量增加，B错误； C、谷氨酸合成过多时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而使谷氨酸的合成过程中断，因此需要及时排出谷氨酸，才可以解除抑制作用，C正确； D、当发酵液的pH为酸性时，谷氨酸棒状杆菌会产生乙酰谷氨酰胺，D错误。 故选C。 3．与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。下列叙述正确的是（　　） A．果酒和果醋制作过程中应将温度分别控制在18-30℃、30-35℃ B．配制好的培养基转移到锥形瓶中，再放入干热灭菌箱中进行灭菌 C．为防止倒平板时培养基溅到培养皿盖上，须将培养皿盖完全打开 D．若产品是谷氨酸，发酵过程中应控制pH值为酸性 【答案】A 【分析】发酵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代谢转化为人类所需要的产物的过程。 【详解】A、酵母菌生长繁殖的最适温度为18-30℃，因此果酒发酵的温度宜控制在18-30℃。制作果醋利用的菌种是醋酸菌，多数醋酸菌生长的最适温度为30-35℃，A正确； B、培养基不宜采用干热灭菌法灭菌。应当将配置好的培养基转移到锥形瓶中，再放入高压蒸汽灭菌锅进行湿热灭菌，B错误； C、倒平板时，将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，将培养基倒入培养皿，C错误； D、若产品是谷氨酸，发酵过程中应控制pH值为中性和弱碱性条件，酸性条件容易形成N-乙酰谷氨酰胺，D错误。 故选A。 4．下列有关发酵工程及其应用的叙述正确的有几项（　　） ①生产食品酸度调节剂柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉 ②发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶制剂及菌体本身 ③利用发酵工程生产的根瘤菌肥作为微生物农药可以促进植物生长 ④啤酒的工业化生产过程中，酒精的产生积累主要在后发酵阶段 ⑤通过酵母菌发酵，获得大量菌体，从中提取单细胞蛋白作为动物饲料或食品添加剂 A．2项 B．3项 C．4项 D．5项 【答案】A 【分析】1.发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等。 2.若产品是微生物细胞本身，则采用过滤/沉淀等方法；若产品是代谢物，则根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施。 【详解】①柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得，生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉，①正确； ②发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，②正确； ③利用发酵工程生产的根瘤菌具有固氮作用，能够增加土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，③错误； ④啤酒的工业化生产流程可分为主发酵和后发酵两个阶段，酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶完成，主发酵结束后，发酵液还要在低温密闭的环境下储存一段时间后进行后发酵，④错误； ⑤发酵工程生产的单细胞蛋白是通过发酵获得的微生物菌体本身，不是需要从菌体中提取的，⑤错误。 故选A。 5．微生物发酵工程常利用谷氨酸棒状杆菌大量生产谷氨酸，从而制取谷氨酸钠（味精）。下图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径。下列叙述错误的是（　　） A．通常使用固体培养基分离获得谷氨酸棒状杆菌单菌落 B．不需要监控发酵过程的营养供给、氧气、温度及pH等变化 C．在中性或弱碱性条件下，谷氨酸棒状杆菌才能通过代谢积累谷氨酸 D．发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身 【答案】B 【分析】发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面，其中的发酵是发酵工程的中心环节。 【详解】A、微生物在固体培养基表面或内部生长，可以形成肉眼可见的菌落，因此通常使用固体培养基分离获得谷氨酸棒状杆菌单菌落，A正确； B、在发酵过程中，要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，因此需要监控发酵过程的营养供给、氧气、温度及pH等变化，B 错误； C、谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下，谷氨酸棒状杆菌才能通过代谢积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，C正确； D、发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，D正确。 故选B。 6．如图为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面包霉来大量生产氨基酸b，采取的最佳措施是（　　） A．用CaCl2处理面包霉，改变其细胞膜的通透性 B．在反应物中增加面包霉生长因子的含量，并加大面包霉的接种量 C．人工诱变，选育出能产生抑制酶活性③的面包霉 D．通过人工诱变，选育出不能合成酶②的面包霉 【答案】D 【分析】分析题图：反应物通过酶①、酶②和酶③的催化才能生产氨基酸a和b。但是氨基酸a和b都过量时会抑制中间产物的分解。 【详解】A、用CaCl2处理面包霉，改变其细胞膜的通透性，可以使氨基酸a和b过量，从而抑制中间产物的分解，不能大量生产氨基酸b，A不符合题意； B、氨基酸a和b都过量时会抑制中间产物的分解，因此在反应物中增加面包霉生长因子的含量并加大面包霉的接种量不能大量生产氨基酸b，B不符合题意； C、人工诱变，选育出能产生抑制酶活性②的面包霉可以大量生产氨基酸b，C不符合题意； D、通过人工诱变，选育出不能合成酶②的面包霉，可以使中间产物不能生成氨基酸a，进而大量产生氨基酸b，D符合题意。 故选D。 7．某研究小组设计了一个利用秸秆中的纤维素生产乙醇的实验，实验流程如图所示。下列叙述错误的是（　　）    A．菌A能分泌纤维素酶分解秸秆中的纤维素 B．淋洗液主要为酵母菌的生长繁殖提供碳源、能源等 C．常采用干热灭菌法对淋洗液进行灭菌 D．发酵结束后可采取适当的提取、分离和纯化措施来获得乙醇 【答案】C 【分析】酵母菌是兼性厌氧微生物，在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，把糖类分解成二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵，产生酒精和CO2。发酵结束后，如果发酵产品是微生物细胞本身，可采用过滤、沉淀等方法获得产品；如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 【详解】A、秸秆中有大量的纤维素，接种菌A，能够分泌纤维素酶，纤维素酶能将纤维素最终分解为葡萄糖，A正确； B、采用液体培养基培养酵母菌，可以用淋洗液为原料制备培养基，淋洗液主要为酵母菌的生长繁殖提供碳源、能源等，B正确； C、对淋洗液采用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌法（湿热灭菌法），C错误； D、发酵结束后，乙醇属于代谢产物，可以采用适当的提取、分离和纯化措施来获得乙醇，D正确。 故选C。 8．2021年10月，中国农业科学院发布：我国首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成已经形成万吨级的工业生产能力，获得首个饲料和饲料新产品证书。下图是乙醇梭菌利用CO生产蛋白质的过程。下列叙述正确的是（　　） A．单细胞蛋白是通过发酵工程而产生的次级代谢产物 B．此蛋白的加工需要乙醇梭菌的内质网、高尔基体、线粒体参与 C．乙醇梭菌是厌氧型细菌，发酵的过程需要进行搅拌 D．可以采用分离、提纯等方法来获得单细胞蛋白 【答案】C 【分析】由图可知，乙醇梭菌以CO、CO2、H2等工业尾气为原料，其培养基中也只含有无机盐，合成有机物（蛋白质），说明该菌株为化能合成的自养菌。 【详解】A、单细胞蛋白是微生物菌体本身，不是微生物的次级代谢产物，A错误； B、乙醇梭菌为原核生物，没有内质网、高尔基体与线粒体，B错误； C、乙醇梭菌是厌氧型细菌，发酵的过程需要进行搅拌，以便菌株与培养液充分接触，C正确； D、分离单细胞蛋白时，通常采用萃取沉降、离心等方法，D错误。 故选C。 9．为保障粮食安全，我国科研人员以富含纤维素的农业残渣（秸秆）为原料，利用基因工程改造面包酵母使其表面携带相关酶，可同时高效生产人工淀粉和单细胞蛋白。部分生产工艺如下图，下列叙述正确的是（　　）    注：酵母增殖的适宜温度为28~32℃，适宜pH为4.0~5.0；酵母发酵的适宜温度为24~3℃，适宜pH为5.0~5.8。 A．面包酵母的增殖能促进纤维二糖水解及淀粉合成 B．生产单细胞蛋白时选择26℃、pH5.5的条件为宜 C．本生产过程最宜在不加通气和搅拌的啤酒发酵罐中进行 D．生产前可将培养基进行干热灭菌 【答案】A 【分析】分析图中过程，可知改造的面包酵母表面携带帮助纤维二糖水解和淀粉合成的酶，通过其繁殖可以协助利用纤维素合成人工淀粉。 【详解】A、面包酵母表面携带促进纤维二糖水解的酶和促进淀粉合成的酶，因此其增殖能促进纤维二糖水解及淀粉合成，A正确； B、生产单细胞蛋白需要酵母菌增殖，适宜温度为28~32℃，适宜pH为4.0~5.0，B错误； C、本生产过程要使面包酵母增殖，应当先在有氧环境下进行，C错误； D、培养基常用的灭菌方法为高压蒸汽灭菌，干热灭菌会导致培养基的营养物质被破坏，水分流失，D错误。 故选A。 10．γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是由枯草芽孢杆菌分泌的一种多肽分子，可广泛用于医药、食品等领域。科学家利用芦苇水解液对枯草芽孢杆菌进行有氧发酵生产γ-PGA，添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量，但会造成发酵液黏度增大，溶氧量降低。下列有关说法中错误的是（　　） A．发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液 B．芦苇水解液加入发酵罐中之前可采用高压蒸汽灭菌 C．添加谷氨酸钠后因菌体生长速率加快而产生更多γ-PGA D．筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养 【答案】C 【分析】培养基是人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质；根据物理性质分为固体培养基和液体培养基，培养基中一般含有水、碳源、氮源和无机盐，其中碳源和氮源常采用蛋白胨和牛肉膏，因为它们来源于动物原料，含有糖、维生素和有机氮等营养物质。在提供上述几种主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质和氧气的要求。 【详解】A、根据题意，芦苇水解液作为液体培养基可以为枯草芽孢杆菌进行有氧发酵提高营养物质，因此，发酵过程中可根据发酵进程适时补充芦苇水解液，A正确； B、为了防止杂菌污染，可以在芦苇水解液加入发酵罐中之前，采用高压蒸汽灭菌，B正确； C、根据题意，添加谷氨酸钠会提高γ-PGA的产量，但会造成发酵液黏度增大，溶氧量降低，进而影响枯草芽孢杆菌的繁殖，因此不会因体生长速率加快而产生更多γ-PGA，C错误； D、为了更快获得更多的γ-PGA，因此筛选的性状优良的枯草芽孢杆菌在发酵生产前应进行扩大培养，D正确。 故选C。 二、非选择题 11．（2022·全国乙卷·高考真题）枯草芽孢杆菌是畜禽养殖中常用的益生菌之一，能产生多种酶和抑菌物质，常用作饲料添加剂。研究人员欲从高产奶牛瘤胃液中筛选出能够高效产酶及抑菌的菌株，结果如下表。 菌株编号 产酶活性（U/mL） 抑菌圈直径（mm） 纤维素酶 蛋白酶 淀粉酶 大肠杆菌 金黄色葡萄球菌 伤寒沙门氏菌 AX1-3 12.67 11.82 293.55 11.06 / 14.11 BX1-10 5.53 1.34 156.21 / 14.33 22.00 BX1-12 27.33 137.54 1450.53 13.62 23.21 25.97 注：“/”表示无抑菌圈 回答下列问题。 (1)培养基常采用 法进行灭菌，主要含有 等营养物质。 (2)在饲料中添加枯草芽孢杆菌的目的是：一方面 ﹔另一方面能够抑制病原菌生长，提高畜禽的抵抗力。 (3)进行抑菌试验时，制备多个分别涂布了大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、伤寒沙门氏菌的平板，在每个平板上打4个8mm的小孔，并向4个小孔中分别加入等量的去除AX1-3菌株的培养液、 。 (4)据表分析，编号为 的菌株更符合筛选要求，依据是 。 【答案】 (1)高压蒸汽灭菌 水、碳源、氮源、无机盐 (2)枯草芽孢杆菌能产生纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶，有利于奶牛消化食物 (3)去除BX1-10菌株的培养液、去除BX1-12菌株的培养液、未培养过枯草芽孢杆菌的无菌培养液 (4) BX1-12 与其他菌株相比，BX1-12的产酶活性更高，抑制病原菌的菌种种类更多，抑菌圈直径更大 【分析】培养基一般含有水、碳源、氮源、无机盐等。常用的接种方法：平板划线法和稀释涂布平板法。常用的灭菌方法：干热灭菌法、灼烧灭菌法、高压蒸汽灭菌法。培养基常用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，接种工具应该进行灼烧灭菌，玻璃器皿等耐高温的、需要干燥的物品，常采用干热灭菌。 根据表格可知，不同的菌株产生的纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶的活性有所不同，产对不同微生物产生的抑菌圈大小也有所不同。 【详解】（1）培养基常用高压蒸汽灭菌法进行彻底灭菌处理，培养基中主要含有微生物生长所需的水、碳源、氮源、无机盐等成分。 （2）根据表格数据可知，枯草芽孢杆菌一方面可以产生纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶等有利于奶牛消化食物；另一方面，抑制病原菌生长，提高畜禽的抵抗力，故常在饲料中添加枯草芽孢杆菌。 （3）要从高产奶牛瘤胃液中筛选出能够高效产酶及抑菌的菌株，需要研究不同的菌株的产酶活性以及对不同微生物的抑菌效果，故实验的自变量应该是去除不同菌株的培养液及含不同微生物的平板，故每个平板上的4个小孔中应该分别加入等量的去除AX1-3菌株的培养液、去除BX1-10菌株的培养液、去除BX1-12菌株的培养液、未培养过枯草芽孢杆菌的无菌培养液（空白对照组）。 （4）根据表格数据可知，与其他菌株相比，BX1-12的产酶活性更高，抑制病原菌的菌种种类更多，抑菌圈直径更大，故BX1-12更符合要求。 【点睛】本题主要考查微生物培养的相关知识，本题的难点在于实验设计和对表格数据的分析，意在考查考生分析和解决问题的能力。 4 学科网（北京）股份有限公司 $$