第1章 第四节 发酵工程及其应用（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（苏教版2019）

第四节 发酵工程及其应用 学习目标 1.阐述微生物的特定功能及其在发酵工程中的应用。 2.概述发酵工程的一般过程。 3.举例说出发酵工程的主要产品和应用领域。  课时跟踪检测 CONTENTS 目录 1 2 3 知识点(一)　发酵工程利用了微生物的 特定功能及其一般过程 知识点(二)　发酵工程应用广泛 课堂小结与随堂训练 4 NO.1 知识点(一)　发酵工程利用了微生物 的特定功能及其一般过程 (一)发酵工程利用了微生物的特定功能 教材知识梳理 特点或功能 发酵工程中的利用 实例 _________________ 快速获得大量菌种 扩大培养 吸收多、转化快 为发酵工程产生______________提供了保障 产朊假丝酵母合成蛋白质的能力要比大豆强100倍 生长旺盛、繁殖快 大量代谢产物 __________________ 为通过育种大幅度地提高菌种的生产性能提供了保障 1943年时,每毫升青霉素发酵液由仅能生产约20单位青霉素,到目前已能产出超过5万单位的青霉素 种类多(物种多、生理代谢类型多)、分布广 能生产多种多样的产品,且应用范围不断扩大 仅利用大肠杆菌即可生产2 000~3 000种蛋白质；人类发现的抗生素已经超过9 000种 续表 适应性强、易变异 (二)发酵工程的一般过程 1.常用微生物：主要有_______ (如大肠杆菌、醋酸杆菌、乳酸杆菌)、________ (如链霉菌)和真菌(如青霉菌)。 2.发酵工程的概念：采用现代工程技术手段,利用_________________ _______的特定功能,在___________的环境下生产满足人类需求的特定产品等的工程技术。 3.发酵工程的一般过程：包括发酵原料的预处理、发酵培养基的配制、___________和扩大培养、发酵生产和产物的_____________等主要步骤。 细菌 放线菌 微生物或动植物 细胞 人工控制 菌种选育 分离与提纯 (1)发酵原料的预处理：对原料进行粉碎、蒸煮,水解成________等供微生物利用。 (2)发酵培养基的配制：添加水、无机盐等营养物质,调节_______和______等。 (3)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。 (4)扩大培养：______________后再转入大型发酵罐中生产。 葡萄糖 碳氮比 pH 制备大量菌种 (5)发酵生产：发酵分为______发酵和______发酵两种。酒精、啤酒、乳酸等为_________产品,味精、赤霉素等的生产属于__________。 (6)产物的分离与提纯：发酵产品包括微生物的代谢产物或______。通过___________,离心去除固体杂质,采用______法等进一步纯化目标产品。 4.工业发酵类型：根据发酵过程的操作方式不同,可分为______发酵和______发酵等。 厌氧 需氧 厌氧发酵 需氧发酵 菌体 过滤发酵液 蒸馏 分批 连续 (一)分批发酵与连续发酵的比较 核心要点点拨 项目 分批发酵 连续发酵 含义 一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式 在一个培养基可流动的装置(如发酵罐)中,以一定的速率不断地放出老的培养基和代谢产物,同时不断添加新的培养基和调节相关发酵条件(如pH),使发酵过程保持相对稳定 菌种生 长周期 一般经历延滞期、对数期、稳定期和衰亡期等 尽量维持在稳定期 优点 对设备的要求低,工艺操作简单；对营养物质的利用效率较高,产物浓度较高 简化了发酵罐的多次灭菌、清洗、出料等步骤,缩短了发酵周期,提高了设备的利用率和单位时间产量等 续表 缺点 人力、物力等消耗大,生产周期短,设备利用率和生产效率低 对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高；营养成分的利用率和产物浓度较低,杂菌污染的机会较多等 续表 (二)分批发酵过程中微生物经历的时期及特征 时期 特征 延滞期 微生物一般不增殖 对数期 细胞分裂增殖旺盛,活微生物数量增长速率最高,微生物的代谢活性高、生命力强 稳定期 微生物的生长速率维持相对稳定 衰亡期 微生物生长速率降低,死亡速率逐步增加,活的微生物量逐步减少 [微提醒] “衰亡期”细菌数量下降是由于培养基中的营养物质被消耗,代谢产物积累,pH等环境条件的改变,导致其产生速率降低,死亡速率逐步增加。 [典例]　(2024·启东高二月考)某高校采用如图所 示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述 错误的是 (　　) A.夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理 B.酒精为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量不宜太大 C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压 D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵 √ [解析]　果酒发酵的适宜温度为18~25 ℃,因此夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理,A正确；酒精是酵母菌无氧呼吸的产物,因此发酵过程中不需要通入空气,B错误；正常发酵过程中,酵母菌进行无氧呼吸产生了二氧化碳,但是没有消耗氧气,因此发酵罐中的气压不会低于大气压,C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类(葡萄糖),因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵,D正确。 (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。 ( ) (2)发酵工程的中心环节是选育菌种。 ( ) (3)发酵工程中要对培养基进行灭菌,发酵设备不用灭菌。 ( ) (4)谷氨酸发酵罐的监测装置要检测培养液中的细菌数目、产物浓度、代谢产物类型等。 ( ) 层级训练评价 × × × √ (5)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件会影响微生物的生长繁殖,但是不影响微生物的代谢途径。 ( ) (6)微生物适应性强、易变异的特定功能为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。 ( ) (7)酒精、啤酒等为厌氧发酵产品,味精、赤霉素、乳酸等的生产属于需氧发酵。 ( ) (8)在生产上常选择稳定期的微生物作为“种子”。 ( ) × × × × (二)落实知能 2.下列有关发酵过程的做法,符合生产实际的是(　　) A.通过人工诱变、杂交和基因工程选育菌种 B.生产过程中排出的废弃物可直接排入附近农田作肥料 C.分离单细胞蛋白时,通常采用萃取、离子交换等方法 D.在连续培养过程中补充的同种培养液和空气须先灭菌 √ 解析：一般通过从自然界中筛选、人工诱变和基因工程选育菌种,而杂交育种进行的是有性生殖,不适用于发酵工程选育菌种,A不符合生产实际；生产过程中排出的废弃物中,可能含有有毒重金属等有害物质,不能直接排入附近农田,B不符合生产实际；单细胞蛋白是微生物菌体,分离单细胞蛋白时,通常采用过滤、沉淀等方法,C不符合生产实际；由于连续培养是培养的同种生物,因此在培养过程中补充同种培养液,并且为防止杂菌污染,培养液和空气须先灭菌,D符合生产实际。 3.发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵生产和产物的分离提纯等方面。下列关于发酵工程的认识错误的是 (　　) A.发酵分为厌氧发酵和需氧发酵两种 B.发酵工程的产品包括微生物的代谢产物和菌体本身 C.通常所指的发酵条件包括温度、氧含量和pH等 D.可以通过调节搅拌的速度来调节温度 解析：搅拌速度的改变不可以用来调节温度,D错误。 √ 4.下列关于分批发酵和连续发酵的叙述错误的是 (　　) A.分批发酵即一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式 B.处于稳定期的微生物不再增殖 C.对数期的微生物因代谢活性高、生命力强,故常作为“种子” D.连续发酵具有简化发酵罐多次灭菌、清洗、出料等步骤,缩短发酵周期等优点 解析：处于稳定期的微生物仍可以增殖,只是其增殖速率与死亡速率达到平衡。 √ (三)迁移应用 5.(2024·常州高二阶段考)发酵工程在医药上的应用非常广泛,其中青霉素的发现和产业化生产 进一步推动了发酵工程在 医药领域的应用和发展。 青霉素是产黄青霉菌在有 氧条件下产生的一种非常 重要的抗菌药物,生产青霉 素的发酵工程流程如下图所示。 (1)图示生产青霉素的发酵过程中,对产黄青霉菌进行分离纯化采用了_______________法,其可以用来计数的原理为________________ _________________________________________________________________。  解析：图示生产青霉素的发酵过程中,根据平板中菌落的分布可知,对产黄青霉菌进行分离纯化采用了稀释涂布平板法,该方法还可以用来计数,因为该接种方法中当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌,因此可根据菌落数确定菌体的数目。 稀释涂布平板 足够高时,培养基表面生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的一个 当样品的稀释度 活菌 (2)分离得到菌种后“摇瓶”培养的目的是______________________ _________________________________________________ (至少答2点)。  解析：分离得到菌种后,需要进行“摇瓶”培养,这是因为产黄青霉菌是需氧型微生物,而摇瓶能提高培养液中氧含量；使产黄青霉菌充分接触营养物质,提高营养物质利用率,从而达到高产的目的。 提高培养液中氧含量； 使产黄青霉菌充分接触营养物质,提高营养物质利用率　 (3)发酵过程中,为了解某时刻产黄青霉菌的数量,取10 mL菌液加入到90 mL无菌水中,混匀,依次进行一系列梯度稀释,将0.1 mL稀释液接种于培养基上。105倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为68、76和78,则每毫升菌液中产黄青霉菌数量为__________个。待完全发酵结束后,采用______________等方法将菌体分离。  解析：根据题干信息,105倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为68、76和78,则每毫升菌液中产黄青霉菌数量为(68+76+78)÷3÷ 0.1×105=7.4×107(个)。待完全发酵结束后,可采用过滤、沉淀等方法获得微生物菌体。 7.4×107　 过滤、沉淀 (4)若“纯化分离”的平板上混入了一些乳酸菌,请依据其代谢类型设计一个简单实验区分乳酸菌和产黄青霉菌,写出实验思路和预期结果。 实验思路：________________________________________________ ________。  预期结果：________________________________________________ ______________。  解析：若“分离纯化”的平板上混入了一些乳酸菌,乳酸菌是厌氧微生物,而产黄青霉菌为需氧型微生物,据此可将两者分开,相应的实验思路和预期结果见答案。 将平板置于无氧环境中继续培养,观察菌落形态、大小 的变化　 若菌落继续生长,则为乳酸菌；若菌落不能继续生长,则 为产黄青霉菌 NO.2 知识点(二)　发酵工程应用广泛 教材知识梳理 (一)发酵工程主要产品 产品类型 主要产物 微生物菌体细胞 酵母菌、_________、微生物农药 微生物酶类 各种酶、酶制剂和__________ 微生物 代谢产物 _____代谢产物,如氨基酸、有机酸、有机溶剂、核苷酸、蛋白质、核酸和维生素；______代谢产物,如抗生素、生物碱和植物激素类似物 食用菌 各种曲类 初级 次级 微生物 转化产物 利用微生物代谢过程中的某种酶或酶系,将一种化合物转化成含有特殊___________的产物。例如,将甘油转化为二羟基丙酮,将葡萄糖转化为葡萄糖酸,将甾体转化成甾体激素 工程菌 发酵产物 通过__________和细胞工程创造出许多具有特殊功能的“工程菌”,用发酵技术生产更多更好的产品,发挥更大的经济效益 动植物 细胞的产物 通过大规模培养木瓜细胞,生产木瓜蛋白酶；利用_____________技术生产天然食用色素等 功能基团 基因工程 植物细胞培养 续表 (二)发酵工程的应用领域及成果 1.医药业 具体应用 成果实例 _________ ________、卡拉霉素、红霉素、链霉素等 酶 纤维素酶、葡聚糖酶、纤溶酶 氨基酸 治疗__________的精氨酸 激素 ________激素类的氢化可的松 生物制品 菌体、代谢产物及免疫制剂、酶抑制剂等 基因工程药物 胰岛素、抗肿瘤的干扰素、乙肝疫苗等 抗生素 青霉素 高氨血症 糖皮质 31 2.食品业 具体应用 成果实例 传统发酵产品 酒、醋、酱油、腐乳等 调味品、食品 添加剂 利用________________生产味精、红曲霉生产红曲色素等 食品加工 生产各种_____________ 谷氨酸棒状杆菌 单细胞蛋白 3.农业 具体应用 成果实例 生物农药 ______杀虫剂(如白僵菌杀虫剂) _______杀虫剂(如苏云金杆菌Bt杀虫剂) 生物 增产剂 微生物肥料：接种______菌增加土壤氮肥的肥力 微生物饲料：发酵饲料、青贮饲料和单细胞蛋白 真菌 细菌 固氮 饲料 添加剂 发酵生产的氨基酸、维生素、调味剂等 生物 除草剂 专门寄生于菟丝子的_______制成防治菟丝子的除草剂 续表 真菌 4.其他领域 具体应用 成果实例 造纸、皮革制造 和纺织等 淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶 环境保护 污水处理 能源 沼气发酵 层级训练评价 (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。 ( ) (2)微生物种类多、分布广的特点为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。 ( ) (3)用诱变育种、基因工程等方法选育出性状优良的工程菌并进行扩大培养。 ( ) × × √ (4)氨基酸、核苷酸、蛋白质等属于初级代谢产物。 ( ) (5)单细胞蛋白既可用于食品加工,也可用于微生物饲料。 ( ) (6)发酵工程在纺织、皮革制造和污水处理等方面都发挥着重要作用。 ( ) √ √ √ (二)落实知能 2.发酵工程广泛应用于多个行业,下列有关叙述错误的是(　　) A.酵母菌可以作为酿制酱油、生产啤酒的菌种 B.接种固氮菌可增加土壤氮肥的肥力 C.用纤维废料发酵得到酒精,可减少环境污染、减缓能源短缺问题 D.用液体培养基可大规模生产某种病毒减毒疫苗 解析：病毒减毒疫苗是病毒经过减毒处理得到的,需用特定的动物细胞进行培养,病毒不能在液体培养基中生长繁殖,D错误。 √ 3.下列有关发酵工程应用的说法错误的是 (　　) A.发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品 B.柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产 C.发酵工程可以生产抗生素,但是不能生产免疫制剂 D.发酵工程生产的单细胞蛋白可以制作成微生物饲料 解析：发酵工程可以生产抗生素、免疫制剂等产品,C错误。 √ 4.下列有关发酵工程及其应用的叙述,正确的是 (　　) A.发酵工程生产用的菌种是对自然界分离的菌种进行定向改造后获得的 B.发酵工程生产的单细胞蛋白是从微生物菌体细胞中提取出来的 C.利用发酵工程可以产生微生物肥料来增加土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长,如根瘤菌肥、固氮菌肥等 D.利用发酵工程生产微生物的代谢产物可以用蒸馏、过滤、沉淀等方法提取 √ 解析：发酵工程生产用的菌种可从自然界中筛选分离,或通过诱变育种、基因工程获得,A错误；发酵工程生产的单细胞蛋白是蛋白含量高的微生物菌体,B错误；发酵工程在农业中的应用有生产微生物肥料、微生物农药等,微生物肥料可以增加土壤肥力、改善土壤结构、促进植株生长,C正确；利用发酵工程生产微生物代谢产物,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,D错误。 (三)迁移应用 5.谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸,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,通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题： (1)与酵母菌相比,谷氨酸棒状杆菌在结构上的主要特点是___________________；谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等,从物理状态看,该培养基属于______培养基。  解析：谷氨酸棒状杆菌属于细菌,而酵母菌属于真菌,所以谷氨酸棒状杆菌与酵母菌相比在结构上的主要特点是细胞核无核膜包被；因谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆等,无凝固剂,所以从物理状态看,该培养基属于液体培养基。 细胞核无核膜包被 液体 (2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和__________________,后者计数的结果往往比活菌的实际数目_____ (填“多”或“少”),原因是_________________________________________ ________________。  解析：测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用显微镜直接计数法和稀释涂布平板法；由于当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落,因此稀释涂布平板法计数的结果往往比活菌的实际数目少。 稀释涂布平板法 少 当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到 的只是一个菌落 (3)由图可知,谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸,则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,微生物这种对自身代谢速率的调节方式是_____________。  解析：据图分析,当谷氨酸棒状杆菌体内积累了较多的谷氨酸时,会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,导致合成谷氨酸的速率下降,这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。 负反馈调节 课堂小结与随堂训练 NO.4 一、知识体系构建 二、关键语句必背 1.发酵工程是采用现代工程技术手段,利用微生物或动植物细胞的特定功能,在人工控制的环境下生产满足人类需求的特定产品等的工程技术。 2.发酵工程利用微生物的特定功能包括：①生长旺盛、繁殖快；②吸收多、转化快；③适应性强、易变异；④种类多、分布广等。 3.发酵工程一般包括发酵原料的预处理、发酵培养基的配制、菌种选育和扩大培养、发酵生产和产物的分离与提纯等主要步骤。　 三、素养好题训练 1.某同学搜索“水果酵素”得到下面的信息：①酵素本义是酶的别称。②《酵素产品分类导则》中将酵素定义为以动物、植物、菌类等为原料,经微生物发酵制得的含有特定生物活性的产品。③把水果小块和水按比例放入容器,密封,注意容器内留下20%空间；置于阴凉处6个月后,过滤得到的滤液即为“酵素”。有关叙述合理的是 (　　) A.由于水果酵素富含蛋白酶、脂肪酶,因此酵素被人体吸收后具有减肥功能 B.发酵前需要对蔬果进行煮沸消毒,确保发酵过程无杂菌污染 C.将酵素添加进洗衣粉中配合沸水浸泡,可以帮助分解衣物上的油渍 D.酵素具有降低反应活化能的作用 解析：酵素本义是酶的别称,是大分子物质,不能被人体细胞直接吸收,酵素进入消化道后会被消化酶水解,失去活性,无法起到减肥的作用,A错误；发酵过程中利用的是附着在蔬果表面的天然菌种,若发酵前对蔬果进行煮沸消毒,会杀死菌种,将不能发酵,B错误；沸水可以使酵素和洗衣粉中的活性物质失活,会降低洗涤效果,C错误；酵素本义是酶的别称,酶的作用机理是降低化学反应的活化能,因此酵素具有降低反应活化能的作用,D正确。 √ 2.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 √ 解析：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.(2024·北京海淀期末)嗜盐单胞菌可利用海水合成聚羟基脂肪酸酯(PHA,一种新型生物塑料),在细胞内形成由膜包裹的不溶性颗粒。科研人员从海水中分离得到一株嗜盐单胞菌,在非灭菌、高盐、高pH的发酵液中连续发酵生产PHA,其流程如下图所示。下列相关叙述不正确的是 (　　) A.利用含PHA的选择培养基筛选嗜盐单胞菌 B.高盐、高pH的发酵液抑制了杂菌生长 C.上清液循环利用,有利于节约物质和能量 D.发酵完成后收集沉淀的菌体以得到PHA √ 解析：嗜盐单胞菌可利用海水合成PHA,不能用含PHA的选择培养基筛选嗜盐单胞菌,A错误；高盐、高pH的发酵液使杂菌因失水过多或蛋白质变性而死亡,故可抑制杂菌生长,B正确；上清液可以循环利用,可避免物质和能量的浪费,C正确；嗜盐单胞菌可利用海水合成PHA,在细胞内形成由膜包裹的不溶性颗粒,因此发酵完成后收集沉淀的菌体以得到PHA,D正确。 4.[多选](2023·江苏高考)某醋厂和啤酒厂的工艺流程如图所示。酒曲含有霉菌、酵母菌、乳酸菌；醋醅含有醋酸菌；糖化即淀粉水解过程。下列相关叙述正确的有 (　　) A.糯米“蒸熟”与大米“蒸煮”的目的是利于糖化和灭菌 B.发酵原理是利用真菌的无氧呼吸与细菌的有氧呼吸 C.醋酸发酵过程中经常翻动发酵物,可控制发酵温度和改善通气状况 D.啤酒酿造流程中适当增加溶解氧可缩短发酵时间 √ √ 解析：糯米“蒸熟”与大米“蒸煮”均有利于灭菌和糖化,A正确。固态发酵制醋工艺流程中需要添加酒曲,酒曲中含有霉菌、酵母菌、乳酸菌,其中霉菌属于真菌,其为需氧型生物,乳酸菌(细菌)进行的是无氧呼吸,酵母菌(真菌)主要进行无氧呼吸完成酿酒过程,醋酸发酵主要利用醋酸菌(细菌)的有氧呼吸,B错误。醋酸发酵利用了醋酸菌的有氧呼吸,在发酵过程中经常翻动发酵物,可增加氧气含量,但不能控制发酵温度,C错误。啤酒酿造利用的原理是酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸,产生酒精,啤酒酿造流程中,前期适当增加溶解氧可增加酵母菌的数量,有利于缩短酒精发酵的时间,D正确。 5.微生物肥料是以微生物的生命活动为核心,使农作物获得特定的肥料效应的一类肥料制品。某研究小组利用玉米秸秆发酵制备微生物肥料,并进行了一系列实验。 (1)固氮菌是微生物肥料中常见的菌剂,从植物根系土壤中筛选出高效固氮菌株,需选用的培养基类型为下表中的_____。培养基中加入葡萄糖可为目的菌的生长提供_______。  甲 碳源 类型 组成 甲 葡萄糖、NaCl、MgSO4、CaSO4、CaCO3、KH2PO4,pH7.0 乙 葡萄糖、NaCl、KCl、MgSO4、(NH4)2SO4、植酸钙,pH7.0 丙 葡萄糖、NaCl、KCl、MgSO4、(NH4)2SO4、Ca3(PO4)2,pH7.0 解析：固氮菌可以利用空气中的氮气,因此用于筛选出高效固氮菌株的培养基中不需要氮源,需选用的培养基类型为甲。在培养基中加入葡萄糖可为目的菌的生长提供碳源。 (2)从不同土壤中分离固氮菌时,采用的稀释度不同,原因是_________________________________。  解析：不同土壤条件下目的菌的数量不同,密度有差异,所以从不同土壤中分离固氮菌时要采取不同的稀释度。 不同土壤条件下目的菌的数量不同 (3)将粉碎后的玉米秸秆进行___________灭菌,冷却后接种一定浓度的里氏木霉菌悬液。发酵一定时间后,再接种等量的固氮菌悬液。继续发酵一定时间后,称取10 g固态发酵物,梯度稀释后,用__________法统计有效活菌数。推测加入里氏木霉菌悬液的用途是____________ ____________________________________________。  高压蒸汽　 涂布平板 初步分解 玉米秸秆中的物质,使其容易被目的菌吸收利用 解析：粉碎后的玉米秸秆要进行灭菌处理,防止杂菌污染,一般采用高压蒸汽灭菌法。统计有效活菌数,可用稀释涂布平板法,先对菌液进行梯度稀释后,再用涂布平板法将菌液涂布到平板上。在粉碎的秸秆溶液中先加入里氏木霉菌悬液,后加入目的菌,加入里氏木霉菌悬液的作用可能是该菌初步分解玉米秸秆中的物质,使其容易被目的菌吸收利用。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A级——基础综合练 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、提纯等方面。下列相关说法正确的是(　　) A.工业发酵的菌种都直接从环境筛选而来,使用时需进行扩大培养 B.传统发酵技术与发酵工程相比,前者发酵过程中通常有多种微生物起作用 C.只有发酵工程的中心环节结束时才需要检测培养液中的微生物数量、产品浓度等 D.发酵工程是一种利用微生物代谢活动进行生产的简单工艺 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析：工业发酵的菌种可直接从环境筛选而来,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得,工业发酵罐体积较大,必须接种足量的菌种才能保证其产量,通常在发酵之前需要对菌种进行扩大培养,A错误；传统发酵技术和发酵工程相比,前者利用的是天然的混合菌种,发酵过程中通常有多种微生物起作用,B正确；发酵工程在发酵过程中需要不断检测培养液中的微生物数量、产品浓度等,C错误；发酵工程不是仅仅利用微生物代谢活动进行生产的简单工艺,而是一种多学科综合工程,D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2.下列关于发酵工程的说法,错误的是 (　　) A.发酵过程是发酵工程的中心阶段 B.随时检测影响发酵过程的各种环境条件并予以控制,才能保证发酵的正常进行 C.谷氨酸发酵过程中,在酸性条件下会积累谷氨酸 D.如果发酵产品是微生物细胞本身,可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥　 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面,其中发酵过程是发酵的中心阶段,A正确；谷氨酸发酵过程中,在酸性条件下不容易积累谷氨酸,C错误；如果发酵产品是微生物细胞本身,可在发酵结束之后,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,即可得到产品,D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。下列制作食品的技术属于传统发酵技术的是 (　　) A.用酵母菌生产单细胞蛋白 B.接种优良毛霉菌种制作腐乳 C.利用植物体表面天然的乳酸菌制作泡菜 D.利用黑曲霉借助发酵工程生产酱油产品 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：用酵母菌生产单细胞蛋白属于发酵工程,不属于传统发酵技术；接种优良毛霉菌种制作腐乳,不属于原材料中天然存在的微生物,不属于传统发酵技术；利用植物体表面天然的乳酸菌制作泡菜,属于传统发酵技术；以大豆为主要原料,利用黑曲霉借助发酵工程生产酱油产品,不属于传统发酵技术。 4.(2023·山东高考,改编)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比,共同点有 (　　) A.都利用了酵母菌有氧呼吸产生酒精的原理 B.都需要一定的有氧环境供发酵菌种繁殖 C.发酵前都需要对原料进行灭菌 D.发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 解析：果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产均利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理,A错误；发酵前期,二者均需要一定的有氧环境,使酵母菌大量繁殖,B正确；果酒的家庭制作利用的是附着在原料上的野生酵母菌,发酵前不需要对原料进行灭菌,C错误；果酒的家庭制作发酵结束后不需要对得到的果酒进行消毒,D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5.(2024·徐州高二阶段练)通过发酵工程制作酱油的流程如下图所示。下列有关叙述错误的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.大豆、小麦和麦麸等原料需要经蒸煮和适当配比处理 B.阶段Ⅰ米曲霉产生的胞外蛋白酶分解原料中的蛋白质 C.阶段Ⅱ只能利用稀释涂布平板法来及时监测微生物的数量 D.阶段Ⅲ酱油中的风味物质来自微生物代谢产物及其化学反应产物 解析：大豆、小麦和麦麸等原料中含有蛋白质、糖类和脂肪等营养物质,相当于培养基,在制作酱油时需要经蒸煮和适当配比处理,其目的是灭菌和调整营养配比从而满足微生物对营养物质的需求,A正确； √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 阶段Ⅰ米曲霉发酵过程是为了让米曲霉充分生长繁殖,其产生的胞外蛋白酶可以分解原料中的蛋白质,B正确；阶段Ⅱ可以利用显微镜直接计数法及时监测微生物的数量,稀释涂布平板法也可以进行微生物的计数,但不能达到及时计数的目的,因为还需要对微生物进行培养形成菌落才能计数,C错误；阶段Ⅲ酱油中的风味物质主要是蛋白酶将蛋白质分解为氨基酸和肽产生的,故这些风味物质来自微生物代谢产物及其化学反应产物,D正确。 6.(2024·山东高考)在发酵过程中,多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球体,菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧。菌体内铵离子浓度升高时,可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列说法错误的是 (　　) A.相同菌体密度下,菌球体越大柠檬酸产生速率越慢 B.发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量 C.发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长 D.发酵结束后,将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 解析：黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧,在相同菌体密度下,菌球体越大,越不容易获得氧气,柠檬酸产生速率越慢,A正确。由“菌体内铵离子浓度升高时,可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制”可知,发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量,B正确。大部分细菌适合在中性或弱碱性环境中生存,发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长,C正确。柠檬酸属于代谢物,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,D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.(2023·南京高二期中)黑茶是一种后发酵茶,通常用采摘的鲜茶经过数道工序制成,富含多肽、氨基酸、维生素等营养物质。黑茶刚制成时有酒香气,滑润甘甜,保存时间越久的老茶,茶香味越浓厚。下列叙述错误的是 (　　) A.黑茶制作过程利用了酵母菌等多种微生物进行发酵 B.发酵过程中发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖和代谢途径 C.黑茶发酵可以将蛋白质等大分子转化成小分子有机物 D.新茶发酵完成后要进行灭菌并密封,有利于茶的长期保存 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：老茶保存过程中仍在发酵,因此新茶发酵完成后进行灭菌并密封不利于进一步发酵,D错误。 8.由于发酵工程生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉等,在食品业、医药业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用,下列有关发酵工程在食品业上应用的叙述,正确的是 (　　) A.日常生活中食用的酱油的制作以大麦为主要原料,利用产蛋白酶的霉菌的作用,将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸 B.啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段,其中,酵母菌的繁殖在主发酵阶段完成,大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 C.味精是谷氨酸棒状杆菌在无氧条件下发酵产生谷氨酸,谷氨酸经过一系列处理而获得的 D.由于酶制剂催化效率高、专一性强、作用条件温和,因此在使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类以及适宜的温度和pH √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：制作酱油的主要原料是大豆,A错误；啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段,但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成,主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵阶段,B错误；味精是谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下发酵产生谷氨酸,谷氨酸经过一系列处理而获得的,C错误；酶制剂是从生物体内提取出来的具有酶特性的一类化学物质,因此使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类、适宜的温度和pH等,D正确。 9.与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更丰富,产量和质量明显提高。下列叙述错误的是 (　　) A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者可利用微生物发酵来生产 B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物或菌体 C.发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖和代谢途径,而发酵工程能有效控制发酵条件 D.通过发酵工程可大量获得单细胞蛋白(微生物菌体) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵,只是两者菌种来源不同,A错误；发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物或菌体,B正确；在发酵工程的发酵环节中,发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖,也会通过影响酶的活性影响微生物的代谢途径,发酵工程能有效控制发酵条件以降低发酵条件对微生物的影响,C正确；单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体,D正确。 10.[多选]苹果是我国北方地区常见的水果,为对其进行深加工,某厂进行了苹果酒和苹果醋的研制,其基本工艺流程如图所示。下列说法正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.甲罐中的微生物发酵所需的最适温度高于乙罐中微生物发酵的最适温度 B.甲罐顶上管道弯曲及加水的目的是防止空气、杂菌进入,以及排气减压等 C.乙罐中刨木花既有利于发酵菌的附着,又能为其提供一定的碳源 D.甲、乙罐的发酵开始时间不同,甲罐的发酵时间早于乙罐 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：甲罐是果酒发酵,果酒发酵的适宜温度是18~25 ℃；乙罐是果醋发酵,果醋发酵的适宜温度是30~35 ℃,故乙罐微生物发酵所需的最适温度高于甲罐,A错误。甲罐是果酒发酵,需要在无氧环境中进行,因此甲罐顶上弯管中加水的主要目的是防止空气、杂菌进入；果酒发酵过程中除了产生酒精,还产生二氧化碳,故还需要排气减压,B正确。乙罐中的刨木花有利于发酵菌的附着,但不能为其提供碳源,提供碳源的是酒精,C错误。该装置中,果醋发酵是在果酒发酵的基础上进行的,故甲、乙罐的发酵开始时间不同,甲罐的发酵时间早于乙罐,D正确。 B级——应用创新练 11.[多选](2024·南通高二阶段练)聚羟基脂肪酸脂(PHA)是某些细菌以蔗糖为原料合成的一种胞内聚脂,具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性。PHA进入海洋后,可以被动物食用,约1~3年完全自然降解。下图为PHA的生产工艺流程,有关分析正确的是(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.培养基A需添加蔗糖,为选择培养基 B.菌株M用血细胞计数板进行直接计数 C.发酵罐内应严格控制温度、pH等条件 D.采用过滤、沉淀的方法得到PHA产品 解析：由题干信息“聚羟基脂肪酸脂(PHA)是某些细菌以蔗糖为原料合成的一种胞内聚脂”可知,生产聚羟基脂肪酸脂需要以蔗糖为原料,故培养基中需添加蔗糖,在盐浓度60 g/L、pH为10的培养基中,只有耐盐碱的微生物才能生存,其他微生物因无法适应这一环境而被淘汰,所以该培养基是选择培养基,A正确； √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 血细胞计数板比细菌计数板厚,常用于相对大的真菌等的计数,菌株M属于细菌个体较小,应用细菌计数板进行直接计数,B错误；在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度,以了解发酵进程,还要及时添加必需的营养组分,严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,因为环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢产物的形成,C正确；结合题意和分析可知,PHA是细菌的代谢产物,应采用提取、分离、纯化措施来获取产品,D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.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品的过程。发酵工程则是通过现代工程技术,利用微生物的特定功能,规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。请据此回答与发酵及发酵工程相关的问题。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)在传统发酵生产葡萄酒和腐乳的过程中,所利用的主要的微生物分别来自葡萄皮上的_______和空气中的_______。酿酒时,会因操作不当使酒变酸,此时在酒的表面会观察到一层膜,产生膜的原因是　　　　 ___________________________。  解析：在传统发酵生产葡萄酒和腐乳的过程中,所利用的主要的微生物分别来自葡萄皮上附着的野生酵母菌和空气中的毛霉。酿酒时,若因操作不当使酒变酸,应该是醋酸菌活动的结果,此时在酒的表面会观察到一层膜,该膜是醋酸菌在酒的表面大量繁殖形成的。 酵母菌 毛霉 醋酸菌在酒的表面大量繁殖 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)现代发酵工程中所利用的微生物需要使用选择培养基进行严格筛选,在微生物学中,能将_______________________________________ ___________的培养基称为选择培养基。在筛选微生物时,可使用接种环在选择培养基上进行接种,这种接种方法称为______________。  解析：现代发酵工程中所利用的微生物需要使用选择培养基进行严格筛选,选择培养基是指能将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。在筛选微生物时,可使用平板划线法在选择培养基上进行接种,这样通过逐步划线可获得单菌落,该接种方法用到的接种工具是接种环。 某种或某类微生物从混杂的微生物群体中 分离出来 平板划线法 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (3)利用发酵工程可以大量生产产品,在发酵过程中,需要随时检测培养液中微生物的数量以及____________等,以了解发酵进程。  解析：利用发酵工程可以大量生产产品,在发酵过程中,需要随时检测培养液中微生物的数量以及产物浓度等,以了解发酵进程,同时也可对发酵的条件进行适当的调整。 产物浓度 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (4)产黄青霉在一定条件下可产生青霉素,青霉素具有杀菌的作用,有同学认为利用产黄青霉发酵生产青霉素的过程中不必担心杂菌的污染,你是否认同这样的观点,为什么? ______________________________ ___________________________________________________________。  解析：有同学认为利用产黄青霉发酵生产青霉素的过程中不必担心杂菌的污染,这种观点是错误的,产黄青霉产生的青霉素只能抑制某些细菌和放线菌的生长和繁殖,杂菌污染可能会影响青霉素的产量,因此用产黄青霉发酵生产青霉素的过程中依然需要防止杂菌的污染。 不认同,因为青霉素只能杀灭部分 杂菌,在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,可能会影响青霉素产量 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (5)为了研究某土壤的微生物组成,某同学测得每克土壤样品中有纤维素分解菌1.7×106个,在4个培养基上分别接种的土壤样液0.1 mL,培养后菌落数分别为170、155、176、179个,则土壤样品的稀释倍数为______,测定的活菌数比实际活菌数____ (填“低”“高”或“基本一致”)。  103 低 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：为了研究某土壤的微生物组成,某同学测得每克土壤样品中有纤维素分解菌1.7×106个,在4个培养基上分别接种的土壤样液0.1 mL,培养后菌落数分别为170、155、176、179个,设稀释倍数是x,则(170+155 +176+179)÷4÷0.1×x=1.7×106,解得x=103,即土壤样品的稀释倍数为103,该方法测定的活菌数比实际活菌数低,这是因为当两个或两个以上的菌体聚集在一起时,我们通常记作一个菌落。 $$