第1章 发酵工程合作探究题汇总知识清单-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1章 发酵工程探究题汇总 参考答案 【探究一】发酵与传统发酵技术 1.（1）答案：毛霉等微生物通过发酵将豆腐中的蛋白质分解成小分 子的肽和氨基酸，这些小分子物质易于消化吸收。 （2） 提示：细胞质基质和线粒体。 （3） 提示：豆腐是传统豆制品，不是发酵食品；腐乳是豆腐的发 酵食品。 2.（1）提示：来自空气中。 （2）提示：发酵的生产条件不易控制，容易受杂菌污染。 3.（1）提示：①原材料中天然存在的微生物；②前一次发酵保存下 来的面团、卤汁等发酵物中的微生物。 （2） 提示：不属于。使用前一次发酵保存下来的面团进行的发酵 才属于传统发酵技术。 【探究二】泡菜的制作 4.（1）①调味、抑制微生物生长 ②杀灭盐水中的微生物及除去盐 水中氧气 ③是为了不影响乳酸菌等微生物的生命活动 （2）提示：用水封闭坛口使坛内与坛外空气隔绝，这是最简易的 制造无氧环境的方法。这说明泡菜制作过程中乳酸菌进行乳酸发酵需要无氧环境。 （3）提示：发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃进行发酵，发酵产物中会产生较多的二氧化碳，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外；另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。 5.（1）提示：“陈泡菜水”中含有前一次发酵保存下来的乳酸菌，可以为泡菜发酵提供菌种，缩短发酵时间。 （2）提示：不是。在一定时间范围内，泡菜发酵时间长，亚硝酸盐含量逐渐降低，但是发酵时间过长，可能会产生其他有害物质。 （3）提示：盐浓度过高，抑制了乳酸菌等微生物的活动。 【探究三】果酒和果醋的制作 6.（1）提示：酵母菌属于兼性厌氧微生物，在有氧呼吸过程中需要氧气，在无氧呼吸过程中不需要氧气，但都能产生二氧化碳；醋酸菌是好氧细菌，在代谢过程中需要吸收氧气，糖源充足时产生二氧化碳，缺少糖源时不产生二氧化碳。 （2）提示：不能。防止过多地冲洗掉葡萄皮表面的野生酵母菌，影响发酵效果。 （3）提示：先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，消耗完氧气后再进行酒精发酵；同时防止发酵过程中因为产生CO2造成发酵液溢出。 （4）提示：拧松瓶盖的目的是放出CO2，防止发酵瓶爆裂。不能打开瓶盖。因为要避免杂菌污染发酵液。 （5）提示：在果酒的制作过程中，发酵液中会产生气泡，这是因为酵母菌无氧呼吸产生CO2；如果是用紫色葡萄制作果酒，随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌的菌膜。 （6）提示：随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低，很难继续发酵。 （7）提示：打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌种因不适应环境条件而不能繁殖。制作果醋时，可以先买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。 （8）提示：①温度不同。制作果酒和制作果醋所用的微生物不同，制作果酒利用的是酵母菌，温度应控制在18～30 ℃；制作果醋利用的是醋酸菌，温度应控制在30～35 ℃。②气体条件不同。果酒制作时需先通气，后密封；果醋制作时需一直通气。 7.（1）提示：不恰当。因为葡萄汁的量不能超过发酵瓶体积的2/3，而且不能淹没排气口。 （2）提示：醋酸菌是好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌死亡。 （3）提示：防止发酵装置爆裂。 （4）提示：因为醋酸菌可以利用乙醇发酵产生乙酸，而酵母菌不能利用乙酸发酵产生乙醇。 【探究四】微生物的基本培养技术 8.（1）提示：固体培养基；该培养基的配方中含有琼脂。 （2）提示：牛肉膏主要提供的是碳源、氮源、磷酸盐和维生素等；蛋白胨主要提供的是碳源、氮源和维生素等。 （3）提示：异养微生物。该微生物所需的碳源和氮源是有机物。 9.提示：不一定。例如，培养自养型微生物时，一般不需要添加碳源，微生物可以利用空气中的二氧化碳；培养固氮微生物时，一般不需要添加氮源，微生物可以利用空气中的氮气。 【探究五】无菌技术 10.提示：不能。已灭菌的材料用具不能与周围的物品接触，以防止被污染。 11.提示：酒精擦拭属于消毒。酒精消毒时，体积分数为70%的酒精杀菌效果最好。浓度过高，使菌体表面蛋白质凝固成一层保护膜，酒精分子不能渗入其中；浓度过低，杀菌能力减弱。 12.提示：在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。 13.提示：用于生物消毒的微生物能产生杀死其他微生物的代谢产物或是寄生性的微生物。 【探究六】微生物的纯培养 14.（1）提示：通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。 （2）提示：可以防止皿盖上的冷凝水落入培养基，造成杂菌污染。 （3）提示：可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉温度下降到刚刚不烫手即可。 15.（1）提示：d→b→f→a→e→c→g （2）提示：操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物。每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单个菌落。需要。划线结束后灼烧接种环，能及时杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者。 （3）提示：以免接种环温度太高，杀死菌种。 （4）提示：划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。 【探究七】选择培养基 16.提示：设计一种选择培养基，以尿素作为唯一氮源，可以将能分 解尿素的细菌分离出来。 17.提示：在培养基中添加酚红指示剂，若培养基变红则可以将变红区域内的细菌初步鉴定为分解尿素的细菌。 18.提示：不一定。原则上选择培养基只能允许特定种类的微生物生长，但实际上，微生物的培养是一个非常复杂的过程，有些微生物可以利用其他微生物的代谢物生长繁殖，因此能在选择培养基上生长的微生物不一定都是目的菌，还需进一步鉴定。 19.（1）提示：筛选能利用苯磺隆的微生物 （2）提示：液体　 增加目的菌的菌落浓度 （3）提示：目的菌株能分泌降解苯磺隆的蛋白质　不合理　缺少空白对照　 【探究八】微生物的选择培养 20.（1）提示：取1mL样品上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中，依次等比稀释。 （2）提示：杀死涂布器上的杂菌，防止杂菌污染。 （3）提示：a→b→c→d。 （4）提示：出现杂菌污染的可能原因：培养基制备过程中被杂菌污染；接种过程中，无菌操作不符合要求；系列稀释时，无菌操作不符合要求等。 【探究九】微生物的数量测定 21.提示：稀释涂布平板法会进行等比稀释，在合适的稀释倍数下，均匀涂布得到的菌落互不接触，可以确定菌类的密度，再通过计算可以得知原液的菌落数。 22.（1）提示：稀释涂布平板法　稀释涂布平板法能用于微生物计数，而平板划线法不能用于微生物计数 （2）提示：当样品稀释倍数足够高时，培养基上的一个单菌落来源于一个活菌　小　大 （3）提示：尽量缩小统计的菌落数与实际活菌数的差值，因为繁殖慢的菌体开始看不出明显的菌落。 23.（1）提示：不相同。因为土壤中能分解尿素的细菌的数量比细菌的总量要少。 （2）①提示：不可靠　为增加实验的说服力与准确性，应设置重复实验，在同一稀释度下至少涂布3个平板，统计结果后计算平均值。 ②提示：不合理　分析实验过程中可能的影响因素，从操作是否规范、培养基配制是否合理等方面查找原因 【探究十】发酵工程的基本环节 24.（1）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）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）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。 （4）提示：传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的法较多，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。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。 【探究十一】发酵工程的应用 25.（1）提示：①②③。 （2）提示：酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的发酵生产利用的微生物分别是霉菌(如黑曲霉)、酿酒酵母、黑曲霉和谷氨酸棒状杆菌。 （3）提示：乙醇可通过粮食发酵制得，是可再生能源，推广使用乙醇汽油可以节省石油资源；乙醇燃烧生成二氧化碳和水，能减少汽车尾气的污染等。 26.（1）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）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）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。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一章 发酵工程探究题汇总 【探究一】发酵与传统发酵技术 1．思考并回答下列关于腐乳的相关问题。 (1)腐乳具有味道鲜美，易于消化吸收的特点，试分析易于消化吸收的原因。 (2)毛霉进行有氧呼吸的场所在哪里？ (3)我们平时吃的豆腐与腐乳最大的区别在哪里？ 2．下面是一种豆瓣酱的制作过程，请回答下列问题。 煮黄豆→冷却后在黄豆表面抹上一层面粉→发酵→加盐、加水→在烈日下暴晒、搅动，进一步发酵。 (1)参与豆瓣酱发酵的微生物来自哪里？ (2)每年进行同样的操作，但是每年制作的豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？ 3．回答下列关于传统发酵技术的问题。 (1)传统发酵技术所使用的微生物，其来源有哪些？ (2)使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？为什么？ 【探究二】泡菜的制作 4．泡菜制作过程中，应选择无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛；而且向坛盖边沿的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。回答下列问题。 (1)制作泡菜过程中，要配制质量分数为5%～20%的盐水，请写出配制盐水时以下物质或操作的作用或目的。 ①盐的作用：调味、抑制微生物生长，所以盐含量过低会造成杂菌污染。 ②煮沸的目的：杀灭盐水中的微生物及除去盐水中氧气。 ③冷却：是为了不影响乳酸菌等微生物的生命活动。 (2)用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？ (3)为什么泡菜坛只能装八成满？ 5．某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”；在用质量分数为5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果如图，分析下列问题。 (1)腌制泡菜时加入适量“陈泡菜水”，其中“陈泡菜水”所起的作用是什么？ (2)据图分析，泡菜发酵时间是不是越长越好？为什么？ (3)该同学第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？ 【探究三】果酒和果醋的制作 6．如图表示果酒和果醋制作的相关流程，请回答下列问题。 挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→乙酸发酵 　　　　　　　　　 　↓　　　　↓ 　　　　　　　　　　果酒　　　果醋 (1)根据酵母菌和醋酸菌的代谢特点，分析它们在代谢过程中吸收和释放的气体。 (2)在冲洗环节中能否反复冲洗？为什么？ (3)为什么将葡萄汁装入发酵瓶时要留1/3的空间？ (4)制作葡萄酒的过程中，每隔12 h左右拧松瓶盖，目的是什么？能否打开瓶盖？为什么？ (5)在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？引起变化的原因是什么？ (6)在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？ (7)醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？ (8)在果酒和果醋的制作过程中，需要控制的条件有哪些不同？ 7．如图为果酒和果醋制作的实验装置图，据图分析回答下列相关问题。 (1)图中发酵瓶中葡萄汁的量是否恰当？为什么？ (2)醋酸菌进行发酵时，无论是利用糖源还是酒精，甲都需要打开，请说明原因。 (3)果酒发酵时甲、乙两管应处于关闭状态，但要适时排气，为什么？ (4)利用该装置制备果酒和果醋时，为什么只能先制备果酒再制备果醋，而不能先制备果醋再制备果酒？ 【探究四】微生物的基本培养技术 8．下表是牛肉膏蛋白胨培养基的配方，分析回答下列问题。 材料 牛肉膏 蛋白胨 NaCl 琼脂 水 用量 5 g 10 g 5 g 20 g 定容至1 000 mL (1)根据培养基的物理性质，该培养基属于哪类培养基，理由是什么？ (2)牛肉膏、蛋白胨提供的主要营养分别是什么？ (3)该培养基培养的微生物同化作用类型是什么？理由是什么？ 9．培养微生物时，培养基中是否必须有碳源和氮源？ 【探究五】无菌技术 10．某同学在实验过程中不小心将灭菌的培养皿和未灭菌的培养皿混合了，那么这些培养皿还能用于实验吗？为什么？ 11．常用酒精擦拭双手是消毒还是灭菌？体积分数为70%和95%的酒精，哪种效果更好？为什么？ 12．牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是什么？ 13．(教材P10“相关信息”改编)用于生物消毒的微生物具有什么特点？ 【探究六】微生物的纯培养 14．结合倒平板的操作程序，请探究下列问题。 (1)如图1所示，为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？ (2)如图2所示，从防止杂菌污染的角度思考，为什么培养基冷却凝固后将平板倒置？ (3)培养基灭菌后，需要冷却到50 ℃左右时才能用来倒平板。可用什么办法来估计培养基的温度？ 15．如图是平板划线操作的示意图，据图回答下列问题。 (1)用字母和箭头表示平板划线操作的正确步骤：________________________。 (2)为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？ (3)在灼烧接种环之后，为什么要等其冷却后再进行划线？ (4)在第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从上一次划线的末端开始划线？ 【探究七】选择培养基 16．通常1 g土壤中有几亿到几百亿个土壤微生物，其中，细菌的数量最多，能分解尿素的细菌是其中的一部分。如何设计培养基的配方，从而将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来？ 17．如何进一步鉴定选择培养基上的菌落是分解尿素的细菌？ 18．选择培养基上生长的微生物一定是目的菌吗？试解释原因。 19．有机农药苯磺隆是一种强效除草剂，长期使用会严重污染环境。研究发现，苯磺隆能被土壤中某种微生物降解。分离降解苯磺隆的菌株和探索其降解机制的实验过程如图甲、乙所示。 (1)该实验所用的选择培养基只能以苯磺隆作为唯一氮源的原因是____________________________________________________________ (2)图甲中选择培养使用的是________(填“固体”或“液体”)培养基，选择培养的目的是__________________________________________________________。 (3)为探究苯磺隆的降解机制，将该菌种的培养液过滤离心，取上清液作图乙所示实验。该实验的假设是____________________________________________________________， 该实验设计________(填“合理”或“不合理”)，因为____________________________________________________________。 【探究八】微生物的选择培养 20.菌落总数可作为判定食品被污染程度的标志，也可以用于观察细菌在食品中繁殖的动态，以便对送检样品进行卫生学评估提供证据。如图是某样品培养简化流程图，请分析回答下列问题。 (1)对样品悬液怎样进行梯度稀释？ (2)涂布器一般是在酒精中浸泡，然后放在酒精灯火焰上灼烧灭菌，该操作的目的是什么？ (3)如图是涂布平板操作的示意图，用字母和箭头表示涂布平板操作的正确步骤。 (4)利用稀释涂布平板法纯化能分解尿素的细菌时，经培养后发现培养基上出现多种菌落，可能的原因有哪些？ 【探究九】微生物的数量测定 21.当菌液稀释倍数足够高时，培养基表面生长的一个单菌落来源于一个活菌。用稀释涂布平板法接种培养结果的如图所示。与平板划线法相比，为什么稀释涂布平板法可以用于细菌的计数？ 22．如图是土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验流程示意图，请分析下列问题。 (1)实验中所用接种方法是________________，选择上述方法的理由是____________________________________________________________。 (2)实验中能以菌落数表示活菌数的原因是____________________________________________________________。 该实验所用计数方法的统计结果比实际值________(填“大”或“小”)。若用显微镜进行直接计数，统计结果比实际值________(填“大”或“小”)。 (3)为什么要选取菌落数目稳定时的记录作为结果？ 23．土壤中分解尿素的细菌的分离、计数与鉴定。 (1)测定土壤中细菌的总量和能分解尿素的细菌的数量，选用的稀释范围相同吗？为什么？ (2)甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下两种统计结果。 ①甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230，该同学的统计结果____________(填“可靠”或“不可靠”)。若不可靠，应如何改进？ ②乙同学在该浓度下涂布了3个平板，统计的菌落数分别为21、212、256，该同学将21舍去，然后取平均值。该同学对实验结果的处理____________(填“合理”或“不合理”)。微生物计数时，如果实验中出现重复实验的结果差别很大的情况，应____________________________________________________________。 【探究十】发酵工程的基本环节 24.发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产产品。常用谷氨酸棒状杆菌(好氧细菌)在如图所示的发酵罐中发酵来大量生产味精。回答下列问题。 (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？ (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ (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？ (4)在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比，有哪些改进之处？ 【探究十一】发酵工程的应用 25．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。思考并回答下列问题。 (1)分析下列产品需要利用发酵工程技术进行生产的有哪些？ ①生产单细胞蛋白饲料②利用工程菌生产胰岛素③工厂化生产青霉素 (2)酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的生产分别利用了哪种微生物的发酵？ (3)利用微生物进行纤维素发酵生产乙醇，然后和汽油按一定比例混合，可形成乙醇汽油。请结合乙醇的性质，分析乙醇汽油有哪些优点。 26．阅读教材“发酵工程的应用”相关内容，结合“思考·讨论”啤酒的工业化生产流程，探究下列问题。 (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？ (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？ (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？ 学科网（北京）股份有限公司 $$