课堂小练4 发酵工程及其应用(课件PPT)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版，多选）

高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 课堂小练(四)　发酵工程及其应用 第 ‹#› 页 赢在字里行间 轻松课堂 高中生物学 选择性必修3 一、单项选择题 1.发酵工程的第一个重要工作是从混杂的微生物群体中选择优良的单一纯种,获得纯种的方法不包括 (　　) A.根据微生物对碳源需要的差别,使用含不同碳源的培养基 B.根据微生物缺乏营养物质的种类,可在培养基中增减不同的营养物质 C.利用高温高压消灭不需要的杂菌 D.根据微生物对抗生素敏感的差异,在培养基中加入不同的抗生素 答案与解析 解析　高温高压会将所有细菌(包括需要的菌类)一起杀死。 答案　C 2.下面对发酵工程中灭菌的理解不正确的是 (　　) A.防止杂菌污染 B.消灭杂菌 C.培养基和发酵设备都必须灭菌 D.灭菌必须在接种前 答案与解析 解析　灭菌是微生物发酵过程的一个重要环节。A项说的是灭菌的目的,因为发酵所用的菌种大多是单一纯种,整个发酵过程不能混入其他微生物(杂菌),所以A项正确;因为灭菌的目的是防止杂菌污染,但实验操作中不可能只消灭杂菌,而是消灭全部微生物,B项错误;与发酵有关的所有设备和培养基都要灭菌,C项正确;发酵所用的微生物是灭菌后专门接种的,灭菌必须在接种前,如果接种后再灭菌就会把所接菌种也杀死,D项正确。 答案　B 3.常用的酸味添加剂是 (　　) A.谷氨酸钠 B.柠檬酸 C.红曲黄色素 D.乳酸链球菌素 答案与解析 解析　谷氨酸钠是增味剂,A项不符合题意;柠檬酸属于酸度调节剂,B项符合题意;红曲黄色素属于着色剂,C项不符合题意;乳酸链球菌素属于防腐剂,D项不符合题意。 答案　B 4.下列有关发酵工程的叙述错误的是 (　　) A.发酵工程的产品包括微生物的代谢物、菌体本身 B.发酵工程能使酱油和各种酒类的产量和质量明显提高 C.可将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当微生物细胞,获得的表达产物可以做疫苗使用 D.微生物发酵工程具有条件温和、产物多样、废弃物对环境污染小和难处理等特点 答案与解析 解析　微生物发酵工程具有条件温和、产物专一、废弃物对环境污染小和易处理等特点,D项错误,A、B、C三项均正确。 答案　D 5.下列不属于发酵工程应用的是 (　　) A.生产氨基酸、激素和免疫物质等 B.生产啤酒、果酒和食醋等 C.用于化学检测和水质监制 D.生产各种各样的食品添加剂 答案与解析 解析　发酵工程可以应用于医药工业上,例如氨基酸、激素和免疫调节物质等的生产领域,A项正确;发酵工程可以应用于食品工业上,例如啤酒、果酒、食醋等的生产方面,B项正确;发酵工程不能用于化学检测和水质监制,C项错误;发酵工程可以应用于食品工业中生产各种各样的食品添加剂,D项正确。 答案　C 6.下列关于发酵工程的叙述错误的是 (　　) A.发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等多领域得到广泛应用 B.酶制剂除少数由动植物生产外,绝大多数是通过发酵工程生产的 C.利用纤维素废料发酵产生酒精、多种氨基酸、激素和免疫调节剂 D.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害 答案与解析 解析　在发酵工程中利用纤维素废料可以生产酒精、乙烯等能源物质,但是不能生产多种氨基酸、激素和免疫调节剂,C项错误。 答案　C 7.谷氨酸发酵生产中,必须不断地调整pH,原因是 (　　) ①谷氨酸发酵的最适pH为7.0~8.0　②在发酵过程中,溶液的pH会发生变化　③当pH呈酸性时,谷氨酸的产量会下降　④不调整pH,培养液中生成的谷氨酸会转变成其他物质 A.①②③ B.①②③④ C.①② D.①④ 答案与解析 解析　谷氨酸发酵的最适pH为7.0~8.0。接种前培养液的pH虽调节到这一范围,但在发酵过程中溶液的pH会因谷氨酸代谢的进行而发生改变,当pH高于或低于此范围值时,谷氨酸的产量均会下降。不调整pH,谷氨酸会转变成其他物质,如缬氨酸等。 答案　B 二、多项选择题 8.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,不正确的是 (　　) A.溶氧充足时,发酵液中有乳酸的累积 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N⁃乙酰谷氨酰胺 答案与解析 解析　该过程是有氧发酵,所以必须保证足够的氧气,O2充足时,发酵液中无乳酸积累,A项错误;发酵中的C/N变化会影响谷氨酸产量,B项错误;降低微生物体内产物的浓度,解除抑制,可加快其合成速度,C项正确;发酵液pH为酸性时,会产生N⁃乙酰谷氨酰胺和谷氨酰胺,D项错误。 答案　ABD 9.如图表示发酵罐中各种因素对谷氨酸棒状杆菌发酵产生谷氨酸的影响,其中正确的是 (　　) 答案与解析 解析　温度可以通过影响酶的活性来改变谷氨酸的产生速率,在最适温度时产生速率最大,高于或低于该点都会使酶活性降低(甚至丧失)。谷氨酸棒状杆菌在pH呈酸性时生成N⁃乙酰谷氨酰胺和谷氨酰胺。谷氨酸棒状杆菌是好氧细菌,随着溶氧量的增加(一定范围内),谷氨酸产生速率会随着该菌生长繁殖速率的加快而增加,但当溶氧量增大到一定值时,由于受其他条件(酶的数量与活性等)的限制不可能继续增加而达到最大产生速率。谷氨酸产生速率随时间的变化在最初阶段可能不断加快,当活菌数目达到最多(稳定期)时,其产生总量会继续增加,而产生速率则不再有明显加快的现象。 答案　AB 10.下表是在一固定容积的发酵罐内培养酵母菌,并定时取样测定培养基的pH及菌体数量(万个/毫升)的结果,a~h是样品代号。下面对该表的叙述中,错误的是 (　　) 样品 a b c d e f g h 活菌数 32 56 127 234 762 819 821 824 培养液pH 6.0 4.7 5.9 4.9 5.7 5.3 5.1 5.6 A.取样先后次序为a→c→b→g→f→h→d→e B.g样时次级代谢物已有相当的积累 C.如果要扩大培养,可在d样时期选取菌种 D.d样时培养基中的养分几乎被耗尽 答案与解析 解析　酵母菌在培养过程中会产生CO2,使培养液的pH下降,故取样越晚,培养液的pH越小,取样的先后顺序为a→c→e→h→f→g→d→b,A项错误;h→f→g段活菌数目最多,且相对稳定,故g样时期属于稳定期,该期次级代谢物大量积累,B项正确;由a→c→e期菌体数目迅速增加,故c样时期属于对数期,可进行扩大培养,C项错误;g→d→b显示活菌数目急剧下降,故d样时期属于衰亡期,原因是营养物质大量消耗、有害代谢产物积累、pH发生变化等,D项正确。 答案　AC 三、简答题 11.如图所示为发酵工程生产产品的流程图,据图回答下列问题: 鉴别 碳源、氮源、水、无机盐 湿热灭菌法 发酵罐内发酵 微生物数量、产物浓度 (1)若能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的,①应该是__________;若高产青霉素菌种是通过②培育的,②应该是__________。  (2)根据培养基的用途,可以将它们分为__________培养基和__________培养基。各种培养基的具体配方不同,但一般都含有_________________________等营养成分。培养基在使用之前要用____________进行灭菌。  (3)整个过程的中心环节是_____________,在该时期要随时取样检测培养基中的_______________________等。同时,要严格控制____________________等发酵条件,因为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__________的形成。  溶解氧、pH和温度　 代谢物 基因工程　 诱变育种 选择　 产物的性质 解析　(1)发酵工程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。能生产人生长激素的工程菌是通过①基因工程获得的;高产青霉素菌种是通过②诱变育种培育的。(2)根据培养基的用途,可以将它们分为选择培养基和鉴别培养基。各种培养基的具体配方不同,但一般都含有碳源、氮源、水、无机盐等营养成分。培养基通常 (4)在发酵过程中要不断搅拌的目的是①______________; ②______________________________________________________。  (5)发酵产物分离、提纯时要根据产品的类型选择合适的方法。如果发酵产品是菌体本身,常常采用____________等方法分离、提纯;如果发酵产品是微生物的代谢物,还要根据____________采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品。  增加溶氧量 使菌种与培养液充分接触,提高原料的利用率 过滤、沉淀　 用湿热灭菌法进行灭菌。(3)发酵罐内发酵是图示整个过程的中心环节,在该时期要随时取样检测培养基中的微生物数量、产物浓度等,以便随时调整发酵罐中营养基质的加入速度。同时,要严格控制溶解氧、pH和温度等发酵条件,从而保证所需产品的获得,因为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。(4)在发酵过程中通过搅拌不仅能增加溶氧量,还能使菌种与培养液充分接触,提高原料的利用率,从而使发酵过程更好的进行。(5)发酵产物分离、提纯时要根据产品的类型不同选择合适的方法。如果要获得菌体本身,常常采用过滤、沉淀等方法分离、提纯; 如果发酵产品是微生物的代谢物,还要根据产物的性质采取适当的方法分离、提纯,从而得到所需的代谢产品。 12.中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H,以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液,含较多蔗糖)为原料,在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料,期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图: O2(或溶解氧) 回答下列问题: (1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液体培养基中将蔗糖作为________,并不断提高其浓度,经多次传代培养(指培养一段时间后,将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用_______________(填方法)进行菌落计数,评估菌株增殖状况。此外,选育优良菌株的方法还有______________________(答出两种方法即可)等。  (2)研究人员在工厂进行扩大培养,在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵,结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期,并产生了少量乙醇等物质,说明发酵条件中______________可能是高密度培养的限制因素。 唯一碳源 稀释涂布平板法 诱变育种、基因工程育种 (3)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA,说明其能分泌____________________________。 解析　(1)根据题意分析,该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,结合微生物的代谢需求,其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源,并不断提高其浓度,经多次传代培养(指培养一段时间后,将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用稀释涂布平板法进行菌落计数,评估菌株增殖状况。此外,选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。(2)分析题意可知,扩大培养时,营养物浓度、温度、pH等条件适宜,而发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期,并产生了少量乙醇等物质,说明发酵条件中氧气不足,使菌种进行无氧呼吸产生了乙醇,即O2 (或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。(3)根据酶的专一性可知,菌株H之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA,是因为其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。 蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等 13.如图为某啤酒厂的生产工艺流程,回答下列问题: (1)过程①的目的有两个,一是破坏细胞结构释放出__________,从而增加可溶性糖的含量;二是杀死胚,从而减少可溶性糖的消耗。 淀粉酶 酵母菌种群数量、酒精 含量等 熟啤　 生啤 未经过滤、消毒的生啤中含 (2)过程②的目的是________________________。 (3)酒花可使啤酒具有独特的苦味和香气,并具有防腐和澄清麦芽汁的作用。过程③的作用有_______________________________(至少答出2点)。  (4)过程④控制的气体条件是__________。该过程可通过检测______________________ ________来了解发酵进程。  (5)未经过程⑤分装的啤酒称为“生啤”或“鲜啤”,经过程⑤并且过滤、消毒、调制后的啤酒为“熟啤”。你认为保质期较长的是__________(填“生啤”或“熟啤”),更容易引起部分人发生肠道过敏反应的是__________(填“生啤”或“熟啤”),原因是________________________ ________________________________________________________________。 有较多的微生物和固体物,这些物质中可能含有引起过敏反应的过敏原 分解淀粉、形成糖浆 使淀粉酶失去活性、对糖浆灭菌 隔绝空气 解析　(1)过程①的目的有两个,一是破坏细胞结构释放出淀粉酶,从而增加可溶性糖的含量;二是杀死胚,从而减少可溶性糖的消耗。(2)过程②的目的是分解淀粉、形成糖浆。(3)酒花可使啤酒具有独特的苦味和香气,并具有防腐和澄清麦芽汁的作用。过程③的作用有使淀粉酶失去活性、对糖浆灭菌等。(4)过程④控制的气体条件是隔绝空气。该过程可通过检测酵母菌种群数量、酒精含量等来了解发酵进程。(5)未经过程⑤分装的啤酒称为生啤,经过程⑤分装并且过滤、消毒、调制后的啤酒为熟啤。保质期较长的是熟啤,更容易引起部分人发生肠道过敏反应的是生啤,原因是未经过滤、消毒的生啤中含有较多的微生物和固体物,这些物质中可能含有引起过敏反应的过敏原。 四、探究题 14.有一种能生产食品香料的细菌,其生长速率、代谢产物的产量与培养液中的温度、pH、溶氧量等关系如图1所示: 图1 在生产实践中,人们设计了高效、自控、产品质量较稳定的两级连续培养装置(图2),回答下列问题: 图2 稳定 (1)根据曲线图与甲装置的用途可知,甲装置内的温度、pH应分别调节为__________(填选项字母)。  A.33 ℃和4.3 B.33 ℃和5.5 C.37 ℃和5.5 D.37 ℃和4.3 (2)发酵过程中,通气装置控制阀应__________。  (3)在生产实践中,当甲装置内的细菌处于__________期时,可让甲装置中的培养基大量流入乙装置,这样有利于乙装置中细菌较快进入__________期,达到缩短生产周期的目的。  B　 关闭 对数　 (4)(多选)从培养液中提取食品香料的方法有__________(填选项字母)。  A.过滤 B.蒸馏 C.萃取 D.沉淀 (5)图3为生产该食品香料的代谢途径,若要大量合成食品香料,可采取的措施是 _________________________________________________________________________。 图3 BC 对该菌进行诱变处理,选育出不能合成酶③的菌种或改变细胞膜通透性, 使代谢物迅速排出细胞外 解析　(1)要分清楚甲装置和乙装置的作用,这是一个两级连续培养装置,甲装置的作用是进行微生物的培养过程,所有的条件应该适应菌种的生长和繁殖,所以坐标曲线中应该分析实线(增长速率曲线)的变化情况。从温度与增长速率的关系上可以看出,生长的最适温度为33 ℃左右;从pH与增长速率的关系上可以看出,生长的最适pH为5.5左右。(2)从溶氧量与生长速率的关系上可以看出,溶氧量越多,该细菌的增长速率越慢,所以该细菌为厌氧微生物,在发酵过程中应该关闭通气装置控制阀,禁止氧气的通入。(3)在生产实践中,处于对数期的细菌,代谢旺盛,个体的形态和生理特征比较稳定,常作为生产用菌种和科研材料。所以,当甲装置内的细菌处于对数期时可让甲装置中的培养基大量流入乙装置,这样有利于乙装置中细菌较快进入稳定期,达到缩短生产周期的目的。(4)食品香料是该菌的代谢物,提取方法有蒸馏、萃取等。(5)题图3表示某种菌生产食品香料的代谢途径,图中反映 出当食品香料物质和物质G同时积累过量时,会抑制酶①的作用,这是微生物代谢过程中酶活性的调节过程,若要大量合成食品香料,必须保证让食品香料物质和物质G不能同时积累过量。所以常用的措施是选育不能形成酶③的菌种,或者是对发酵过程进行人工控制,改变生物膜的通透性,让代谢产物及时排出细胞外。 $$