第一章 第四节 发酵工程及其应用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中生物学选择性必修3同步导学案配套PPT课件（苏教版）

发酵工程 第一章　 第四节　发酵工程及其应用 [目标导学]　1.归纳微生物的特定功能。2.掌握发酵工程的一般过程。3.掌握发酵工程在医药业、食品业、农业及其他领域的广泛应用。 内容索引 NEIRONGSUOYIN 学习任务二　发酵工程应用广泛 学习任务一　发酵工程利用了微生物的特定功能和发酵工程 的一般过程 课时作业 素养达标 备选题库 教师独具 发酵工程利用了微生物的特定功能和发酵工程的一般过程 学习任务一 梳理 归纳教材知识 1.发酵工程利用了微生物的特定功能 (1)微生物种类主要包括细菌、 和 等。 (2)微生物的特定功能 ①微生物具有生长旺盛、繁殖快的特定功能。 ②微生物具有吸收多、转化快的特定功能。这为发酵工程产生大量代谢产物提供了保障。 真菌 病毒 ③微生物具有 、 的特定功能。这为通过育种大幅度地提高菌种的生产性能提供了保障。 ④微生物还具有种类多、分布广的特点。微生物种类繁多不仅体现在物种的种类上,还体现在微生物的 上。可根据需要在发酵工程中将这些特定功能加以利用。 适应性强 易变异 生理代谢类型 2.发酵工程的一般过程 (1)发酵工程的概念 采用现代工程技术手段,利用 或动植物细胞的特定功能,在人工控制的环境下生产满足 的特定产品等的工程技术称为发酵工程。 (2)主要步骤 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 培养、发酵生产和产物的 等。 微生物 人类需求 扩大 分离与提纯 (3)大型发酵罐 排气口 pH 无菌 (4)发酵工程的自动调节控制 氧含量的调节可以通过 和搅拌的速度来实现;温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水的 作用来实现;pH的调节可以通过在培养基中添加 等来实现。 通气量 热交换 酸或碱 (5)工业发酵的类型 ①根据发酵过程的操作方式不同,可以将工业发酵分为 发酵和 发酵等。 ②分批发酵:一次投料、一次接种、一次收获的间歇发酵方式。 a.延滞期:微生物在刚接种到一个新的环境之后,需要经历一个短暂的适应时期,此时微生物一般 。 b.对数期:此时细胞分裂增殖旺盛,活微生物数量增长速率 。此时微生物的代谢活性高、生命力强,在生产上常作为“种子”。 分批 连续 不增殖 最高 c.稳定期:微生物的生长速率维持相对稳定,这时如能及时补充_________或分离 ,改善培养条件,可延长稳定期。 d.衰亡期:随着培养基中营养物质的消耗,代谢产物的积累和pH等环境条件的变化,微生物生长受到影响,生长速率 ,死亡速率逐步 ,活的微生物量逐步 。此时微生物代谢活性降低,呈现衰老和自溶现象。 营养物质 代谢产物 降低 增加 减少 ③连续发酵:在一个培养基可流动的装置中,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 ,使发酵过程保持相对稳定。 a.类型:包括单罐连续发酵和多罐连续发酵。 b.优点:简化了发酵罐的多次灭菌、清洗、出料等步骤,缩短了 ,提高了设备的利用率和单位时间产量等。 c.应用:在酒精、丙酮和丁醇等产品的生产中得到了成功的应用。 发酵条件 发酵周期 [正误辨析] (1)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。 ( ) (2)在生产上常选择稳定期的微生物作为“种子”。 ( ) (3)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。 ( ) × × √ 探究 要点合作突破 1.如图为发酵工程的主设备——大型发酵罐的示意图,分析并回答下列问题。 (1)发酵工程中如何实现氧含量、温度和pH的自动调节控制? 提示：氧含量的调节可以通过通气量和搅拌的速度来实现;温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水的热交换作用来实现;pH的调节可以通过在培养基中添加酸或碱等来实现。 (2)从菌种角度分析,与传统发酵技术相比,发酵工程技术的优点是菌种大多为　 　　　　　 。  选育的高产的单一菌种 (3)资料表明,能够发酵乳糖的大肠杆菌在1 h内可分解重达其自重 1 000~10 000倍的乳糖;产朊假丝酵母合成蛋白质的能力要比大豆强100倍。据此说明微生物具有　　　　　　　　的特定功能。该特定功能为　 　　　　　　 　　　　　提供了保障。  吸收多、转化快 发酵工程产生大量代谢产物 2.如图是分批发酵中的细菌生长曲线,请据图回答下列问题。 (1)在延滞期细菌浓度几乎没有变化,其原因是什么? 提示：细菌等微生物在刚接种到一个新的环境之后,需要经历一个短暂的适应时期,在此时期内,微生物一般不增殖。 (2)处于对数期的微生物有什么特点? 提示：此时细胞分裂增殖旺盛,活微生物数量增长速率最高,代谢活性高、生命力强。 (3)在稳定期细菌浓度维持稳定,此时限制细胞数量增加的主要因素是什么?怎样延长稳定期? 提示：此时限制细胞数量增加的因素主要是资源、空间有限,种内竞争加剧。可通过及时补充营养物质或分离代谢产物,改善培养条件来延长稳定期。 (4)在衰亡期，细菌数量下降的原因是什么? 提示：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,导致微生物生长速率降低,死亡速率逐步增加,从而使微生物数量逐步减少。 [核心知识] 1.发酵工程的基本环节 2.分批发酵过程中经历的时期及特征 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,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,死亡速率增加,活的微生物量逐步减少,代谢活性降低,呈现衰老和自溶现象 强化 题点对应训练 1.使用如图的发酵罐进行啤酒的现代化工业发 酵。下列相关叙述错误的是 (　　) A.啤酒酵母在接入发酵罐前需要对其进行 扩大培养 B.通过pH检测装置检测发酵液pH可监测 发酵进程 C.发酵中期需使用叶轮搅拌发酵液以增加发酵液中的溶解氧 D.发酵产品包括微生物的代谢产物或菌体 C 解析：为了提高发酵菌种的数量,常常在接入发酵罐前对其进行扩大培养,A正确;在啤酒的发酵过程中pH会随着发酵时间的延长慢慢降低,因此可通过pH检测装置检测发酵液pH监测发酵进程,B正确;发酵中期需要严格的无氧环境,不需要增加发酵液中的溶解氧,C错误;发酵产品包括微生物的代谢产物或菌体,D正确。 2.如图是利用发酵技术获得产品的过程图,①②都表示这一过程中的步骤或者操作。根据该图以及学过的相关知识回答下列问题。 (1)写出数字标号处的操作:①　 　　　;②　　　。其中②的目的是防止发酵过程中混入　　　　,进而影响生产的效率,甚至导致发酵失败。  (2)配制培养基时,一般要保证培养基中具有几类基本成分,分别是碳源、氮源、　　　　、　　　　。  扩大培养 灭菌 杂菌 水 无机盐 (3)在发酵过程中,我们要不间断地监测发酵罐中的情况,了解发酵进程,必要时要添加营养物质,同时要严格控制发酵条件,如温度、　　　、 　　　　　 　　　等。因为环境条件的改变,不仅影响菌种的生长繁殖,而且可能会影响　　　　　　　　的形成。  (4)为了进一步保持发酵液的无菌环境,我们在培养基中加入了青霉素,则该培养基不能用来培养　　　　(填“细菌”或“真菌”)类微生物。 pH 溶解氧(两空可颠倒) 菌种代谢产物 细菌 解析：(1)图中①为扩大培养,②为灭菌;灭菌是为了防止杂菌污染。 (2)培养基的基本成分是水、无机盐、碳源、氮源等。 (3)在发酵过程中,我们要不间断地监测发酵罐中的情况,了解发酵进程,必要时要添加营养物质,同时要严格控制发酵条件,如温度、pH、溶解氧等。因为环境条件的改变,不仅影响菌种的生长繁殖,而且可能会影响菌种代谢产物的形成。 (4)在培养基中加入了青霉素,则该培养基不能用来培养细菌类微生物。 发酵工程应用广泛 学习任务二 梳理 归纳教材知识 1.发酵工程的主要产品 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____________ 食用菌 各种曲类 产品类型 主要产物 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 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 初级 次级 功能基团 产品类型 主要产物 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;利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等 基因工程 2.发酵工程的应用领域 激素 单细胞蛋白 细菌 真菌 固氮菌 氨基酸 淀粉酶 [正误辨析] (1)氨基酸、核苷酸、蛋白质等属于初级代谢产物。 ( ) (2)单细胞蛋白既可用于食品加工,也可用于微生物饲料。 ( ) (3)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。( ) √ √ √ 1.根据发酵工程在医药业、食品业等方面的应用进行连线。 探究 要点合作突破 2.植物乳杆菌属于乳酸菌的一种,在繁殖过程中可分泌一类具有抑菌活性的蛋白质,此种蛋白质称为细菌素,可作为良好的食品防腐剂。现有两种较高产细菌素的菌株,菌株A产细菌素能力强于菌株B,但菌株A细胞中的细菌素合成途径中缺少两个重要的调控基因plnC和plnD,而菌株B细胞中具有这两个基因。研究人员按如图所示流程对菌株A和B进行改良,获得了更高产细菌素的新型菌株C。请回答下列问题。 (1)从细胞结构的角度分析,植物乳杆菌属于什么生物?其合成细菌素等生命活动所需的能量由什么生理过程提供? 提示：原核生物。无氧呼吸。 (2)抗生素是由微生物产生的具有较强抑菌杀菌效果的小分子有机物。请结合所学知识及相关信息,分析将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势有哪些。 提示：无毒、无副作用、无残留、少污染等。 [核心知识] 1.发酵工程生产的部分抗生素 生产菌种 抗生素 主要治疗疾病 产黄青霉 青霉素 脑膜炎、骨髓炎、肺炎 卡拉链霉 卡拉霉素 结核病 红链霉 红霉素 肺炎、败血症 灰色链霉 链霉素 肺结核 2.发酵工程生产的功能酶 生产菌种 功能酶 主要功能 黑曲霉 纤维素酶 畜禽生产上用于提高饲料利用率 曲霉 葡聚糖酶 预防龋齿 芽孢杆菌 及链霉菌 纤溶酶 治疗血栓性疾病 3.发酵工程在食品业中的部分应用 生产菌种或酶 产品类型 主要产品 米曲霉、酵母菌、乳酸菌 调味品 酱油 谷氨酸棒状杆菌 调味品 味精 毛霉、黑根霉 发酵食品 腐乳 酵母菌 含醇饮料 啤酒 生产菌种或酶 产品类型 主要产品 毛霉、根霉、酵母菌 含醇饮料 黄酒 红曲霉 食品添加剂 红曲色素 克拉克须霉 食品添加剂 β⁃胡萝卜素 1.下列对发酵工程应用的描述,不正确的是 (　　) A.从某些微生物中分离出的抗生素,可以作为微生物农药用于防治作物疾病 B.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 C.将血红蛋白基因转入青霉素生产菌株,可提高发酵过程中菌体对氧的吸收和利用率 D.可寻找能提高土壤肥力的微生物作为微生物肥料 强化 题点对应训练 B 解析：微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的,是生物防治的重要手段,因此从某些微生物中分离出的抗生素,可以作为微生物农药用于防治作物疾病,A正确;通过发酵获得的大量微生物菌体就是单细胞蛋白,并不是从其中提取的物质,B错误;血红蛋白可运输氧气,青霉素发酵是高耗氧过程,可以用基因工程的方法,将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率,C正确;利用发酵工程可以生产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正确。 2.(多选)下列有关生产谷氨酸的工业发酵过程的说法,错误的是(　　) A.大规模生产过程中,菌种必须先经过扩大培养,然后再接种以提高生产效率 B.发酵产品主要产生于微生物生长代谢旺盛的对数期 C.生产过程中排出的废弃物可直接作为农用肥料,实现物质循环利用,无废料生产 D.只有代谢产物才是发酵产品 BCD 解析：菌种数量的多少将影响发酵的速率,因此大规模生产过程中,菌种必须先经过扩大培养,然后再接种以提高生产效率,A正确。稳定期的微生物数量最多且生长代谢旺盛,产生的代谢产物多,因此发酵产品主要产生于微生物的稳定期,B错误。生产过程中排出的废弃物不能直接作为农用肥料,还需经过灭菌等处理,C错误。发酵产品包括微生物的代谢产物或菌体,D错误。 备选题库 教师独具 1.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.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压 C.乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量 不宜太大 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 C 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;酵母菌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,B正确;乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物,因此分解过程中不需要通入空气,C错误;葡萄酒发酵的原料是糖类,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。 2.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的多次灭菌、清洗、出料等步骤,缩短发酵周期等优点 B 解析：处于稳定期的微生物仍具有增殖能力,只是其增殖速率与死亡速率达到平衡,B错误。 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。下列相关表述正确的是 (　　) A.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵 B.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物及菌体本身 C.在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖,但不会影响微生物的代谢途径 D.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 B 解析：发酵工程与传统发酵技术都必须利用微生物进行发酵,A错误;微生物的代谢物及菌体本身都属于发酵工程的产品,B正确;营养成分、温度、pH和溶解氧等发酵条件变化均可能影响微生物的生存、繁殖和代谢途径,C错误;通过发酵工程获得的微生物菌体即为单细胞蛋白,D错误。 4.黑曲霉发酵可以产生木聚糖酶,该酶可以将木聚糖(植物细胞壁中的主要成分之一)降解为木糖。木聚糖酶是一种很有应用价值的发酵产品。如图表示生产该酶的连续发酵装置。回答下列问题。 (1)根据物理性质,该发酵过程使用的培养基属于　　　　　。根据工艺流程可知,黑曲霉的新陈代谢类型属于　　　　　型。  (2)从进料口输入的培养基必须经过严格的　　　处理。根据图示可知,发酵过程需要严格控制　 　　　　　与搅拌速度等条件。  液体培养基 异养需氧 灭菌 温度、pH、溶氧量、通气量 (3)在大规模的发酵生产中,需要将选育出的优良菌种经过多次的　　　　　,当达到一定数量后再接种。  (4)此工艺流程(连续发酵)以一定的速度不断添加新的培养基,同时又以同样的速度放出旧的培养基,可大大提高生产效率,道理在于 ________________________________________________________________________ 　 。 扩大培养 保证微生物对营养物质的需求;排出部分代谢产物;使微生物保持 较长时间的快速生长 解析：(1)据图分析可知,黑曲霉发酵产生木聚糖酶在培养液中进行,属于液体发酵,黑曲霉发酵需要通入空气,所以黑曲霉属于异养需氧型微生物。 (2)微生物发酵的培养基必须进行严格的灭菌处理,发酵过程需要严格控制温度、pH、溶氧量、通气量与搅拌速度等无关变量条件。 (3)大规模发酵生产需要大量的菌种,所以优良菌种需经过多次扩大培养才能应用于大规模的发酵生产中。 (4)连续发酵的主要原理是保证微生物对营养物质的需求,排出部分代谢产物,使微生物保持较长时间的快速生长。 课时作业 素养达标 [基础巩固练] 1.下列关于微生物特定功能的叙述,错误的是 (　　) A.微生物具有生长旺盛、繁殖快的特定功能 B.微生物具有吸收多、转化快的特定功能 C.微生物具有适应性强、易变异的特定功能,且只能发生基因突变 D.微生物具有种类多、分布广的特点 C 解析：微生物也包括真菌,真菌属于真核生物,除能发生基因突变外,也能发生染色体变异等,C错误。 2.酵母菌培养过程中的生长曲线如图所示,a、b、c、d分别表示不同的生长时期,其中适于作为生产用菌种的时期是 (　　) A.a　　 B.b C.c D.d B 解析：常作为生产菌种和科研材料的细菌群体,应该是代谢旺盛、个体形态和生理特性比较稳定的时期,b时期菌体代谢最旺盛,生命力强,是作为生产用菌种的最佳时期,B正确。 3.下列有关发酵工程基本环节的说法,错误的是 (　　) A.在啤酒生产中,使用基因工程改造的啤酒酵母,可以加速发酵过程,缩短生产周期 B.在生产实践中,培养基的配方要经过多次实验才能确定 C.培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌 D.灭菌和接种是发酵工程的中心环节 D 解析：啤酒生产需要筛选产酒精量高的酵母菌,因此使用基因工程改造的啤酒酵母,使之产酒精量较高,可以加速发酵过程,缩短生产周期,A正确;在生产实践中,培养基的配方需以满足培养菌种的生存为前提,兼顾成本和原材料获取的方便程度,要经过多次实验才能最终确定,B正确;培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌,防止杂菌污染影响产量,C正确;发酵是发酵工程的中心环节,D错误。 4.如图为啤酒生产过程的简要流程。下列叙述正确的是 (　　) A.利用大麦作原料时,淀粉是酵母菌的主要碳源 B.过程②破碎有利于淀粉与α⁃淀粉酶充分接触,缩短糖化过程的时间 C.过程③的主发酵阶段要始终保持无氧环境,以便完成酒精的生成 D.“精酿”啤酒不进行过滤和消毒,故发酵过程不需要在无菌条件下进行 B 解析：利用大麦作原料时,淀粉需要在淀粉酶作用下水解成麦芽糖才能被酵母菌利用,故麦芽糖是酵母菌的主要碳源,A错误;糖化的目的是将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子物质,故过程②破碎有利于淀粉与α⁃淀粉酶的充分接触,缩短糖化过程所用的时间,B正确;为了提高菌种数量,缩短发酵时间,过程③的主发酵初期应提供氧气,酵母菌在有氧条件下能快速繁殖,C错误;精酿啤酒不进行过滤和消毒,但发酵过程必须在无菌条件下进行,防止杂菌繁殖对发酵过程产生影响,D错误。 5.如图为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的代谢途径,通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。下列说法错误的是 (　　) A.通过发酵工程生产谷氨酸的培养基属于 液体培养基 B.环境条件会影响细菌的生长繁殖和代谢物 的形成 C.谷氨酸棒状杆菌体内不会积累很多谷氨酸与负反馈调节有关 D.通过平板划线法接种培养可以对谷氨酸棒状杆菌进行计数 D 解析：发酵工程培养微生物的培养基都是液体培养基,可使微生物与营养物质等充分混合,提高发酵效率,A正确;微生物生长需要适宜的营养和条件,环境条件会影响细菌的生长繁殖和代谢物的形成,B正确;根据图示过程分析,谷氨酸产生过多可抑制谷氨酸脱氢酶活性,减少谷氨酸生成,故谷氨酸棒状杆菌体内不会积累很多谷氨酸与负反馈调节有关,C正确;平板划线法只能纯化谷氨酸棒状杆菌,不能计数,D错误。 6.黑茶是一种后发酵茶,通常用采摘的鲜茶经过数道工序制作而成,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,而保存时间越长的老茶,其茶香味越浓厚。下列叙述错误的是(　　) A.黑茶制作过程主要利用酵母菌等多种微生物进行发酵 B.新茶发酵完成后要进行灭菌并密封,有利于茶的长期保存 C.黑茶发酵时,茶叶中的蛋白质、纤维素等大分子物质可被转化成小分子有机物 D.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 B 解析：黑茶刚制成时有酒香气,说明黑茶制作过程中有酵母菌(无氧呼吸可以产生酒精)的参与,此外还有其他微生物的参与,A正确;老茶保存过程中仍在发酵,新茶发酵完成后进行灭菌不利于进一步发酵,B错误;黑茶富含多肽、氨基酸、维生素等营养物质,说明黑茶发酵可以将蛋白质、纤维素等大分子转化成小分子有机物,C正确;发酵过程中的温度、pH、氧含量等等发酵条件都会影响到微生物的生长繁殖和代谢途径,D正确。 7.啤酒是以大麦芽、啤酒花、水为主要原料,经酵母发酵作用酿制而成的。啤酒在体内产生大量的热量,被称为“液体面包”。图1是啤酒生产工艺流程简图。 (1)图1中焙烤的目的是降低麦芽水分,并_______________________________ 　　　　　　　　　　　 ,然后去根制成成品麦芽。将粉碎的麦芽等原料用温水分别在糊化罐、糖化罐中混合,调节温度以制造麦汁,加水糊化之前粉碎成品麦芽的目的是　   　。  加热杀死大麦种子胚但不使 淀粉酶失活 破碎有利于淀粉酶与淀粉充分接触 (2)发酵罐内的发酵是发酵工程的中心环节。麦汁冷却后再加入啤酒酵母使其发酵,冷却的目的是　 　　　　　　　。在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程,并及时添加必需的营养物质组分,其目的是_______________________________ 　 ; 还要严格控制______________________________ 　等发酵条件(至少写出2点),以获得所需的发酵产物。  防止接种时酵母菌被杀死 延长菌体生长稳定期的时间, 以得到更多的发酵产物 温度、pH、溶解氧、通气量 与搅拌 (3)图2为大型发酵罐示意简图,酵母菌酒精发酵过程中要“先通气后密封”,通过空气入口　　　(填图中序号)来控制溶解氧。  (4)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　 　　法进行菌落计数,评估菌株增殖状况。 ⑤ 唯一碳源 稀释涂布平板 解析：(1)图1中焙烤的目的是降低麦芽水分,并加热杀死大麦种子胚但不使淀粉酶失活,然后去根制成成品麦芽。加水糊化之前粉碎成品麦芽有利于淀粉酶与淀粉充分接触,进而促进淀粉的分解。 (2)发酵罐内的发酵是发酵工程的中心环节。麦汁冷却后再加入啤酒酵母使其发酵,这样可以防止接种时酵母菌被杀死,保证后续发酵过程的正常进行。在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程,并及时添加必需的营养物质组分,这样可以延长菌体生长稳定期的时间,以得到更多的发酵产物;还要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与搅拌等发酵条件,以保证获得所需的发酵产物,因为发酵条件的改变会导致产生不同的发酵产物,进而可能不能达到相应的目的。 (3)图2为大型发酵罐示意简图,酵母菌酒精发酵过程中要“先通气后密封”,通过空气入口⑤来控制溶解氧,其中先通气的目的是促进酵母菌大量繁殖,而后密封的目的是让酵母菌发酵产生酒精。 (4)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唯一碳源,并不断提高其浓度,经多次传代培养,该方法是通过高浓度的蔗糖对耐高糖的菌种进行筛选,进而可以获得目标菌株。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。 [素能培优练] 8.下列关于发酵工程的叙述,错误的是 (　　) A.培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌,发酵过程中适时补充灭菌的培养液和空气 B.发酵过程中的环境条件既会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物代谢物的形成 C.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 D.发酵产品包括微生物菌体本身或代谢物,可通过过滤、离心、蒸馏等方法纯化 C 解析：培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌,防止杂菌污染导致产量大大下降;发酵过程中应适时补充灭菌的培养液和空气,以满足发酵菌种的代谢需求,A正确;发酵过程需要适宜的温度和pH,环境条件既会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物代谢产物的形成,B正确;单细胞蛋白是微生物菌体,所以不需要从获得的菌体中提取,C错误;发酵工程生产的产品有两类:一类是代谢产物,另一类是菌体本身,可通过过滤、离心、蒸馏等方法纯化,D正确。 9.黑曲霉是一种丝状真菌,其代谢产 物广泛应用于食品加工等领域。 食品工业以红薯粉为原料经黑曲 霉发酵获得柠檬酸,如图为生产柠檬 酸的简要流程图。下列叙述正确的是 (　　) A.黑曲霉与生产果醋时所用主要微生物的代谢类型相同 B.将菌种接种至A培养基时,浸泡在酒精中的涂布器使用前需在火焰上灼烧 C.若发酵罐C中的原料为大豆粉,可利用黑曲霉水解大豆中的淀粉制成酱油 D.分离、提纯获得微生物细胞本身或其代谢产物是发酵工程的中心环节 A 解析：由培养时需要通气振荡可知,黑曲霉的代谢类型为异养需氧型,制作果醋利用的是醋酸菌,它的代谢类型也为异养需氧型,A正确;将菌种接种至A培养基上运用的方法为平板划线法,平板划线法的接种工具接种环在使用前需在火焰上灼烧灭菌,B错误;以大豆为主要原料,利用产生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉),将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸,然后经淋洗、调制可以制成酱油产品,C错误;发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程,不是分离、提纯获得微生物细胞本身或其代谢产物,D错误。 10.(多选)如图为酱油的制作流程, 其中米曲霉发酵过程的主要目的 是使米曲霉充分生长繁殖,大量分 泌制作酱油所需的蛋白酶、脂肪 酶等,该过程需要提供营养物质、通入空气。下列说法正确的是 (　　) A.大豆、小麦都要蒸煮的目的是杀死种子胚 B.代谢产物积累和营养物质匮乏导致后期发酵池微生物数量下降 C.发酵罐发酵类型为有氧发酵,而发酵池发酵为无氧发酵 D.发酵过程中的反应均发生在胞内 BC 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错误;由于代谢产物的积累和营养物质匮乏,后期发酵池微生物数量下降,B正确;发酵罐发酵主要是米曲霉起作用,类型为有氧发酵,而发酵池发酵是乳酸菌和酵母菌起作用,为无氧发酵,C正确;发酵罐内发酵的过程中大分子降解的反应发生在胞外,D错误。 11.(多选)将少量的酵母菌提取液加到足量的葡萄汁中进行果酒制作, 16 ℃条件下密封保温一段时间之后,检测到反应体系中含有少量的酒精。如对上述实验的某个因子进行改动,则实验的结果也会发生相应的变化。下列有关叙述错误的是 (　　) A.增加葡萄汁量,初期产生酒精的速率不变 B.增加酵母菌提取液量,初期产生酒精的速率上升 C.间隔通入氧气,若消耗等量有机物,则产生的酒精量增多 D.将温度提高到23 ℃,初期酒精浓度不变 CD 解析：题干所述实验中葡萄汁足量,增加葡萄汁量,初期产生酒精的速率不会改变,A正确;增加酵母菌提取液量,初期氧气消耗较快,酵母菌较早进入无氧呼吸阶段,初期产生酒精的速率会上升,B正确;间隔通入氧气,会抑制酵母菌的无氧呼吸,若消耗等量有机物,则产生的酒精量会减少,C错误;酵母菌发酵的适宜温度为18~30 ℃,将温度提高到23 ℃,酶活性增强,酵母菌代谢加快,初期酒精浓度会上升,D错误。 12.赖氨酸是人体的必需氨基酸。人们利用黄色短杆菌合成赖氨酸的途径如图所示,通常利用发酵工程进行规模化生产。请回答下列问题。 (1)黄色短杆菌中遗传物质主要存在于　　　　中。  (2)用黄色短杆菌生产赖氨酸的培养基按物理性质分属于　 　　　。在培养基中要添加含C、H、O、N等元素的某相应有机化合物,从微生物的营养物质种类看,该化合物可以为黄色短杆菌提供的营养物质是　  　。  (3)根据细菌的繁殖特点,科学家常采用　 　　 　的方法培育新菌种。由图可知,在筛选过程中要增加赖氨酸产量,就必须选育 　　　　　　 　　的菌种。 拟核 液体培养基 碳源、氮源 诱变育种 不能合成高丝氨酸脱氢酶 解析：(1)黄色短杆菌属于原核生物,细胞内没有细胞核,所以遗传物质主要存在于拟核中。 (2)此处为了获得细胞代谢产物赖氨酸,所以应该用液体培养基进行培养,从培养液中可以获得赖氨酸;在培养基中要添加含C、H、O、N等元素的某相应有机化合物,从微生物的营养物质种类看,该化合物可以为黄色短杆菌提供碳源、氮源。 (3)细菌属于原核生物,进行无性生殖,细胞内没有染色体,变异类型只有基因突变,所以科学家常采用诱变育种的方法培育新菌种;由图可知,在筛选过程中要增加赖氨酸产量,就必须选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种,原因是代谢产物甲硫氨酸和苏氨酸会抑制天冬氨酸激酶的活性,进而抑制赖氨酸的合成。 13.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,工艺流程如图所示。 回答下列问题。 (1)为获得对蔗糖的耐受能力和利用效率高的菌株H,可将蔗糖作为液体培养基的　　　　,并不断提高其浓度,多代培养选择。从功能上看,所用培养基为　　　　　。培养过程中定期取样并用　 　　　　法进行菌落计数,评估菌株增殖状况。  (2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统,其培养基盐浓度设为60 g/L、pH为10,菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌,分析原因一是培养基的盐浓度设为60 g/L,其他杂菌因　　　　　而死亡;二是pH为10的条件下,其他杂菌　 　　　　,生长繁殖受抑制。  唯一碳源 选择培养基 稀释涂布平板 失水过多 酶变性失活 (3)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。  (4)若发酵产品是单细胞蛋白,则往往采用　　　、　　　 　　等方法将其分离和干燥,即可获得产品。 氧气(O2或溶解氧) 过滤 离心、蒸馏 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,经多代培养可筛选出目标菌株;能进行筛选的培养基是选择培养基。稀释涂布平板法可以通过系列稀释和涂布平板最终获得由单个细胞繁殖来的菌落,因此培养过程中可定期取样并用稀释涂布平板法将菌液接种到固体培养基上,待形成菌落后进行菌落计数,评估菌株增殖状况。 (2)已知菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,因此当培养基盐浓度为60 g/L、pH为10时,菌株H可正常持续发酵60 d以上,而盐浓度为60 g/L的条件下,其他杂菌因失水过多而死亡;pH为10的条件下,其他杂菌的酶变性失活,生长繁殖受抑制,故该系统不需要灭菌。 (3)分析题意,扩大培养时,在适宜的营养物浓度、温度、pH等条件下,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乙醇,即氧气(O2或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。 (4)发酵结束后发酵产品如果是微生物细胞本身,则可采用过滤、离心、蒸馏获得。 $$