课时作业(3) 发酵工程为人类提供多样的生物产品（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

课时作业(3)　发酵工程为人类提供多样的生物产品 [对应学生用书P118] 一、单项选择题 1．下列关于果酒、果醋的制作的叙述，错误的是(　　 ) A．酵母菌细胞中既有有氧呼吸酶也有无氧呼吸酶 B．果酒发酵装置中，排气口要和一个长而弯曲的胶管连接来防止杂菌污染 C．醋酸菌能在有氧条件下将果酒变成果醋，也可以在无氧条件下将葡萄糖变成果醋 D．果酒发酵时温度应控制在25 ℃左右 C　[参与果酒制作的微生物是酵母菌，其新陈代谢类型为异养兼性厌氧型，酵母菌细胞中既有有氧呼吸酶也有无氧呼吸酶，A项正确；果酒发酵装置的排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，并且胶管口向下放置，这样可以排出二氧化碳，还可以防止杂菌污染，B项正确；参与果醋制作的醋酸菌是嗜氧菌，醋酸菌只能在有氧条件下将果酒变成果醋，或将葡萄糖变成果醋，因此制作果醋时中断通氧可能会引起醋酸菌死亡，C项错误；果酒发酵时温度应控制在25 ℃左右，D项正确。] 2．某研究性学习小组以樱桃番茄为材料进行果酒、果醋发酵实验。下列相关叙述正确的是(　　 ) A．酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的温度高于30 ℃ B．先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵 C．与人工接种的发酵相比，自然发酵获得的产品品质更好 D．适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖 D　[果酒发酵的最适温度是25 ℃左右，因此果酒发酵所需最适温度较低，A项错误；先制酒再制醋，故先隔绝空气进行果酒发酵，再供氧进行果醋发酵，B项错误；自然发酵中，可能带有的杂菌较多，产品品质不一定更好，C项错误；加大接种量，所需菌种数量较多，发酵速率快，也可抑制杂菌生长，D项正确。] 3．下面是利用微生物制作果酒、果醋的流程示意图， 挑选葡萄→冲洗→挤碎→A→醋酸发酵→果醋 请据图判断下列叙述正确的是(　　 ) A．制作果酒时，先用清水冲洗掉葡萄皮表面的白色杂菌 B．挤碎前，所用工具和发酵瓶都需要用质量分数为70%的酒精消毒 C．A过程是酒精发酵，只需要提高一定的温度就能继续进行醋酸发酵 D．导致发酵产物不同的重要因素有温度、发酵时间、菌种等 D　[制作果酒时，利用的是葡萄表面的野生酵母菌，因此不能冲洗掉其表面的白色菌种，A项错误；挤碎前，所用工具需要洗净晾干，发酵瓶需要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒，B项错误；图中A过程是酒精发酵，若要继续进行醋酸发酵，除了需要提高一定的温度外，还需要通入氧气，C项错误；导致发酵产物不同的重要因素有温度、发酵时间、菌种等，D项正确。] 4．为酿制杨梅酒，小明将杨梅榨成汁后分别装入甲、乙、丙三个发酵瓶中，如下图所示。下列有关说法错误的是(　　 ) 注：各发酵瓶的左侧管为充气管，右侧管为排气管 A．应将发酵瓶放在30～35 ℃环境中进行发酵 B．甲瓶未夹住发酵瓶的充气管，会导致没有乙醇生成 C．乙瓶每隔一段时间需打开排气管排气，最终可以得到杨梅酒 D．丙瓶中发酵液过多，会导致发酵液从排气管流出 A　[果酒发酵的最适温度是25 ℃左右，A项错误。] 5．下列关于发酵工程特点的描述，错误的是(　　 ) A．生产条件温和 B．原料来源丰富且价格低廉 C．可同时获得多种产物 D．废弃物对环境影响小且易处理 C　[发酵工程的产物专一，不能同时获得多种产物。] 6．将从种植烟草的土壤里分离得到的尼古丁(C10H14N2)降解菌株SC接种到尼古丁培养基中，30 ℃摇床培养并定时取样，测定并计算发酵液中的尼古丁浓度和菌体浓度，得到的结果如下图所示。下列分析错误的是(　　) A．分离SC菌体时可用稀释涂布平板法或平板划线法 B．培养36 h时SC菌体的数量为该种群的环境容纳量 C．影响SC菌体的种群密度变化的主要因素是O2浓度和pH D．发酵液中的尼古丁为SC菌体提供碳源和氮源 C　[微生物分离可使用稀释涂布平板法或平板划线法，A项正确；曲线中SC菌体的种群数量呈S形曲线增长，培养36 h时SC菌体的数量为该种群的环境容纳量，B项正确；培养过程中“30 ℃摇床培养”，因此氧气浓度不是限制因素，影响SC菌体的种群密度变化的主要因素是尼古丁含量，C项错误；根据尼古丁的分子式可知，发酵液中的尼古丁为SC菌体提供碳源和氮源，D项正确。] 7．抗生素可由微生物产生，具有抑菌作用，能在琼脂培养基中扩散。在筛选产生抗生素的菌种时，先在琼脂培养基平板上划线接种一种从土壤中获得的甲菌，在27 ℃下培养3天，形成菌落。然后接种乙、丙、丁三种致病菌(图a)，继续在同样条件下培养3天，结果如图b。分析结果，得出的结论是(　　) ①甲菌产生了抗生素 ②丙菌的生长被乙菌产生的抗生素抑制 ③乙菌的生长被甲菌产生的抗生素抑制 ④丁菌产生的抗生素抑制了丙菌的生长 A．①④　　 B．①③　　　C．②③　　　D．②④ B　[根据图b可知，乙菌落靠近甲菌落的位置生长受到抑制，说明甲菌产生了抑制乙菌生长的抗生素，①③正确；丙菌、丁菌菌落生长正常，说明丁菌不产生抑制丙菌生长的抗生素，②④错误。] 8．人们将蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液按适当比例混合后，经乳酸菌发酵可生产新型酸奶。下列相关叙述错误的是(　　) A．蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关 B．乳酸菌是一种异养厌氧型的细菌 C．酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染 D．只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源 D　[蔗糖作为乳酸菌的碳源被乳酸菌利用产生乳酸，蔗糖消耗量多，乳酸生成量多，A项正确；乳酸菌以有机物作为碳源，无氧呼吸产生乳酸，属于异养厌氧菌，B项正确；乳酸菌是厌氧菌，呼吸作用不产生二氧化碳，若酸奶出现气泡，说明有需氧菌存在，即有杂菌污染，C项正确；经蛋白酶水解后的玉米胚芽液也可以为乳酸菌提供氮源，D项错误。] 9．发酵酿造苹果醋正成为果醋市场新贵，该产品由苹果汁经“两次发酵”而成。以下关于“两次发酵”的叙述正确的是(　　) A．第一次发酵指乳酸发酵，第二次发酵指醋酸发酵 B．第一次发酵指酒精发酵，第二次发酵指醋酸发酵 C．两次发酵均为真菌所为 D．两次发酵均为细菌所为 B　[苹果醋由苹果汁经“两次发酵”而成，第一次发酵指酒精发酵，即酵母菌无氧呼吸产生酒精，第二次发酵指醋酸发酵，即醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，故A项错误，B项正确；酵母菌是真核生物，属于真菌，醋酸菌是原核生物，属于细菌，故C、D项错误。] 10．利用卷心菜发酵制作泡菜过程中，乳酸菌、酵母菌细胞数量(相对值)和pH的变化如下图所示，下列叙述错误的是(　　 ) A．酵母菌和乳酸菌均有以核膜为界限的细胞核 B．发酵初期乳酸菌具有明显的菌种优势 C．发酵初期pH下降主要由乳酸菌代谢引起 D．发酵中期酵母菌进行厌氧呼吸 A　[乳酸菌是原核生物，细胞内没有以核膜为界限的细胞核，A项错误；根据题图中乳酸菌和酵母菌细胞数量的变化可知，发酵初期乳酸菌远多于酵母菌，具有明显的菌种优势，B项正确；结合题图分析，发酵初期，乳酸菌远多于酵母菌，其产生的乳酸会降低培养液的pH，C项正确；由于泡菜发酵过程是在无氧环境下进行的，在发酵中期，酵母菌只能进行厌氧呼吸，D项正确。] 11．沼气发酵是指人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程。下列有关叙述不正确的是(　　 ) A．有足够数量含优良沼气菌种的接种物有利于启动沼气发酵 B．为防止发酵产热导致池温过高，应定期打开池盖进行散热 C．发酵原料不仅要充足，而且需要适当搭配，保持一定的碳、氮比例 D．沼气发酵的依据主要是物质循环与再生原理 B　[让优良沼气菌种快速成为优势种群，有利于沼气发酵的启动，A项正确；沼气菌属于厌氧微生物，不能通过打开池盖进行散热，B项错误；发酵原料相当于沼气菌的培养基，培养基的成分要搭配适当，保持一定的碳、氮比例，C项正确；沼气是在甲烷菌的作用下，把有机物加以分解产生的，利用了物质循环再生原理，实现了能量的多级利用，D项正确。] 12．某实验室用两种方法进行酵母菌发酵葡萄糖生产乙醇。甲发酵罐中保留一定量的氧气，乙发酵罐中没有氧气，其余条件相同且适宜。实验过程中，每小时测定两发酵罐中氧气和乙醇的量，记录数据并绘成如下坐标曲线图。下列有关叙述正确的是(　　 ) A．实验结束时，消耗葡萄糖较多的是甲发酵罐 B．甲、乙两发酵罐分别在第4小时和第0小时开始进行厌氧呼吸 C．甲、乙两发酵罐实验结果表明，酵母菌为异养厌氧型微生物 D．该实验证明向发酵罐中连续通入大量的氧气可以提高乙醇的产量 A　[实验结束时，甲发酵罐的乙醇产量是18 mol，故厌氧呼吸消耗的葡萄糖为9 mol，需氧呼吸消耗的氧气是6 mol，则需氧呼吸消耗的葡萄糖是1 mol，故细胞呼吸共消耗葡萄糖10 mol；乙发酵罐产生的乙醇是15 mol，厌氧呼吸消耗的葡萄糖是7.5 mol，因此实验结束时，消耗葡萄糖较多是甲发酵罐，A项正确。分析题图可知，甲发酵罐从第2小时开始生成乙醇，因此从第2小时开始进行厌氧呼吸，B项错误。分析题图可知，酵母菌既可以进行需氧呼吸也可以进行厌氧呼吸，为兼性厌氧型微生物，C项错误。向发酵罐中连续通入大量的氧气会抑制酵母菌的厌氧呼吸，降低乙醇的产量，D项错误。] 二、非选择题 13．某研究小组以紫葡萄为原料制作葡萄酒的基本流程和装置示意图如下。 请回答： (1)制作葡萄浆前，对葡萄进行________和用高锰酸钾溶液浸泡。制作酵母悬液时，在干酵母中加入少量温水和极少蔗糖，待酵母悬液中出现________即可。 (2)装瓶后开始一段时间，发酵瓶中溶解氧的含量变化是______________。发酵过程中，发酵瓶中酒精的含量变化是________。 (3)装置中有水弯管作用是_________________________和________________________。 (4)实验中，判断发酵完毕的依据是(　　) A．发酵瓶中pH开始下降 B．发酵瓶中停止出现气泡 C．发酵瓶中酒精浓度达到30% D．发酵瓶中酵母菌数量急剧减少 (5)欲利用葡萄酒制作果醋，发酵瓶中应加入的菌种是________，该菌种在________条件下能将乙醇氧化为醋酸。 解析　(1)葡萄先用水洗净后，需用高锰酸钾溶液浸泡。制作酵母悬液时，在干酵母中加入少量温水和极少蔗糖，酵母菌活化后进行细胞呼吸，产生二氧化碳气泡即可。 (2)装瓶后开始一段时间，酵母菌进行有氧呼吸，导致发酵瓶中溶解氧的含量下降，发酵过程中，酵母菌进行无氧呼吸，使发酵瓶中酒精的含量增加。 (3)装置中有水弯管作用是隔绝气体出入，有利于发酵瓶内形成缺氧环境和减少杂菌污染。 (4)实验中，发酵完毕后酵母菌不再进行无氧呼吸，由于无氧呼吸能够产生二氧化碳，因此可以根据发酵瓶中停止出现气泡判断发酵是否完成。 (5)欲利用葡萄酒制作果醋，发酵瓶中应加入的菌种是醋酸菌，该菌种有氧条件下能将乙醇氧化为醋酸。 答案　(1)清洗　气泡　(2)减少　增加　(3)隔绝气体出入，有利于发酵瓶内形成缺氧环境　减少杂菌污染　(4)B　(5)醋酸菌　有氧 14．目前在经济作物栽培中使用的赤霉素(GA3)大多是发酵工业的产品。为提高发酵过程中赤霉素的产量，有关人员对发酵工艺开展了优化研究。请回答下列问题。 (1)下表是在不同发酵温度下，经过190 h发酵后测得的赤霉菌菌丝得率(每消耗1 g还原糖所产菌丝干重)。 温度/℃ 25 28 30 32 35 菌丝得率 (g·g－1) 0.32 0.36 0.42 0.43 0.38 上表中数据显示，发酵温度为________时赤霉菌菌丝得率最高。 (2)图1为不同发酵温度条件下赤霉菌产赤霉素的速率(每小时、每升菌液中的合成产物量)。 图1 图2 综合上表中数据和图1所示结果可知，菌丝得率和GA3合成速率的________温度不同。 (3)依据上述实验结果，采用分阶段变温调控的发酵工艺后，与恒温发酵相比，GA3的产量明显提高。发酵过程中菌丝干重、残糖浓度及GA3浓度的变化如图2。发酵过程中残糖浓度下降的原因是______________________________________。 (4)鉴于菌丝产量、GA3合成速率以及维持高水平GA3产率的时间共同决定了GA3的最终产量，请综合图表中的信息，简述图2所示发酵过程前、中、后期采用3种不同温度的设计思路：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)由表格中数据可知，32 ℃时赤霉菌菌丝得率最高。(2)由图1可知，温度为30 ℃、发酵时间为70 h左右的时候赤霉菌产赤霉素(GA3)的速率最高，而赤霉菌菌丝得率最高时的温度是32 ℃，所以菌丝得率和GA3合成速率的最适温度不同。(3)由于菌丝生长、各种代谢产物(或赤霉素合成)所需的碳源及能量都主要由糖类提供，所以发酵过程中残糖浓度会下降。(4)菌丝产量、GA3合成速率以及维持高水平GA3产率的时间共同决定了GA3的最终产量。所以，在发酵过程的前期，采用32 ℃适合菌丝快速生长，以便产生更多的菌丝，在中期采用30 ℃有利于快速提高GA3的合成速率，而后期采用28 ℃则有利于延长赤霉菌高水平合成GA3的时间。 答案　(1)32 ℃　(2)最适　(3)糖类被用于菌丝生长和各种代谢产物合成的碳源及能量供给　(4)由于菌丝得率和GA3合成速率的最适温度不同，而菌丝总量、GA3合成速率以及维持高水平GA3产率的时间共同影响GA3的最终产量。所以，在发酵过程的前期，采用32 ℃适合菌丝快速生长，以便产生更多的菌丝，在中期采用30 ℃有利于快速提高GA3的合成速率，而后期采用28 ℃则有利于延长赤霉菌高水平合成GA3的时间。 15.某种老醋历史悠久，独具风味，其生产工艺流程如下图： (1)在糖化阶段，添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶_______________________。 (2)在酒精发酵阶段，需添加的菌种是________。发酵过程中通常需要采取________________的措施。 (3)在醋酸发酵阶段，该种老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下： ①发酵过程中，定期取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如下图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸杆菌在颠倒后密度变化的特点是______________________________，由此推测，影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素是______________________________。 ②乳酸含量高是该种老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中______________________层醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。 ③若发酵过程中始终未添加淀粉类原料，预测发酵后期发酵缸中三种微生物在数量变化上的共同特点是：____________。 解析　(1)酶的活性受温度影响，在最适温度条件下酶的活性最高、催化能力最强，因此在糖化阶段，添加酶制剂需要控制反应温度。 (2)在酒精发酵阶段，需添加的菌种是酵母菌。在发酵过程中通常先通气，让酵母菌早期进行有氧呼吸，快速繁殖，以增加酵母菌的数量；然后密闭，以便氧气消耗完后让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。 (3)①曲线图显示：B层醋酸杆菌在颠倒后，其密度先快速增长后趋于稳定。醋酸菌是一种好氧菌，A、B层颠倒后，B层醋酸杆菌获得的氧气较为充足，进行旺盛的生命活动，使其密度快速增长；随着营养物质不断被消耗，溶液的pH降低，醋酸杆菌密度的增长变缓最后趋于稳定，因此氧气、营养物质、pH都是影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素。 ②乳酸菌为厌氧菌，颠倒前的B层和颠倒后的A层含氧量均很低，有利于乳酸菌的繁殖。 ③随着发酵时间的推移，营养物质不断被消耗，代谢产物的积累等环境因素的变化，加剧了微生物间的竞争，因此发酵后期发酵缸中三种微生物在数量上都会逐渐减少。 答案　(1)在最适温度条件下催化能力最强　(2)酵母菌　先通气，后密闭　(3)①先快速增长后趋于稳定　氧气、营养物质、pH　②颠倒前的B层和颠倒后的A　③(逐渐)减少 学科网（北京）股份有限公司 $$