2025届高三生物二轮复习课件专题八-①发酵工程

专题八 生物技术与工程 1 壹 贰 发酵工程 细胞工程 目录/ DIRECTORY 叁 基因工程的操作工具和步骤 肆 PCR技术和基因编辑技术及其应用 2 壹 发酵工程 3 考情透视 核心考点 考试频次 考题统计 传统发酵技术的应用 3年10次 （2025 浙江卷）果酒果醋的制作 （2024 江苏卷）泡菜的腌制 （2024 浙江卷）果酒果醋的制作 （2024 湖北卷）果酒果醋的制作 微生物的培养技术及应用 3年22次 （2024 海南卷）培养基成分 （2024 江苏卷）微生物计数 （2024 重庆卷）微生物分离与计数 （2024 山东卷）微生物培养 发酵工程及应用 3年17次 （2024 天津卷）微生物培养综合 （2024 福建卷）发酵工程应用 （2024 江西卷）发酵工程应用 （2024 北京卷）发酵工程应用 （2024 湖南卷）微生物培养技术综合 4 是否含凝固剂 类型 步骤 培 养 基 平板划线法 从传统发酵技术到发酵工程 微生物的基本培养技术 固体培养基 液体培养基 基本配方 水、碳源、氮源、无机盐 无菌 技术 类型 消毒和灭菌 微生物的纯培养 接种 方法 制备培养基(配制培养基→灭菌 →倒平板)→接种→分离→培养 ①___________ 稀释涂布平板法 微生物的选择培养和计数 土壤中分解尿素的细菌的分离和计数 培养基 的特点 以尿素为唯一氮源 计数 方法 稀释涂布平板法 显微镜直接计数法 活菌计数法 不能区分死活菌 选 择 培 养 基 不能计数 5 条件 菌种 从传统发酵技术到发酵工程 传统发酵技术的应用 泡菜的制作 乳酸菌 果酒制作 基本环节 无氧 条件 菌种 ②________ 无氧 果醋制作 条件 菌种 醋酸菌 ③_____ 发酵工程及其应用 分离、提纯产物 → 获得产品 ↑ 发酵罐内发酵 ↑ 扩大 培养 接种 灭菌 配制培养基 选育 菌种 发酵工程的应用 食品工业、医药工业、农牧业 酵母菌 有氧 6 深化点(一)　传统发酵技术与发酵工程 1.厘清四种传统发酵食品的制作技术 种类 果酒 果醋 腐乳 泡菜 菌种 酵母菌 醋酸菌 毛霉(主要) 乳酸菌 原理 酵母菌无氧呼吸产生酒精 醋酸菌将糖或乙醇转化为乙酸 毛霉等微生物通过发酵分解蛋白质 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 控制 条件 前期有氧,后期氧,18~30 ℃ 有氧,30~35 ℃ 有氧,15~18 ℃ 无氧,室温 深化点(一)　传统发酵技术与发酵工程 2.传统发酵技术中控制杂菌的三大措施 (1)通过发酵条件控制杂菌 ①无氧发酵时的无氧环境可以抑制好氧菌。 ②乳酸发酵形成的酸性环境抑制杂菌繁殖。 (2)利用高渗透压控制杂菌,如制作泡菜时加盐。 (3)利用酒精控制杂菌,如果酒的制作。 深化点(一)　传统发酵技术与发酵工程 3.图解发酵工程的基本环节 [例1]　(2024·河北高考,改编)中国传统白酒多以泥窖为发酵基础,素有“千年老窖万年糟”“以窖养糟,以糟养泥”之说。多年反复利用的老窖池内壁窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物。下列叙述错误的是 (　　) A.传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的 B.窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系,使酿造过程不易污染杂菌 C.从窖泥中分离的酿酒酵母扩大培养时,需在CO2或N2环境中进行 D.从谷物原料发酵形成的酒糟中,可分离出产淀粉酶的微生物 C 有氧的条件下 [解析]　白酒的酿造主要依靠酿酒酵母,由于窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物,故传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的,A正确;窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系,且酿造过程产生的酒精也会抑制杂菌的生长与繁殖,使酿造过程不易污染杂菌,B正确;酵母菌是兼性厌氧菌,与无氧呼吸相比,细胞有氧呼吸产生的能量更多,更能满足酵母菌大量繁殖时的需求,因此,对分离的酿酒酵母扩大培养时需要在有氧的条件下进行,C错误;谷物原料如高粱、大米等富含淀粉,因此从谷物原料发酵形成的酒糟中,可分离出产淀粉酶的微生物,D正确。 1.(2024·江苏高考)关于“利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜”的实验,下列叙述正确的是(　　) A.制作泡菜的菜料不宜完全淹没在煮沸后冷却的盐水中 B.制作酸奶的牛奶须经过高压蒸汽灭菌后再接种乳酸菌 C.发酵装置需加满菜料或牛奶并封装,以抑制乳酸菌的无氧呼吸 D.控制好发酵时间,以避免过量乳酸影响酸奶或泡菜的口味和品质 D 巴氏消毒法 八成满 解析:制作泡菜是利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸进行发酵,所以为制造无氧环境,制作泡菜的菜料要完全淹没在煮沸后冷却的盐水中,A错误;制作酸奶时,将牛奶倒入灭菌后的奶瓶中,倒入的奶液量不要超过奶瓶容积的2/3,再将牛奶加热至90 ℃,保温5 min,或将牛奶置于80 ℃恒温水浴箱中 15 min,如果采用市售未开封的鲜奶,可直接使用,不需要灭菌,B错误;制作泡菜时,将加工好的蔬菜在发酵瓶中装至八成满,制作酸奶时倒入的奶液量不要超过奶瓶容积的2/3,C错误;制作酸奶或泡菜时,控制好发酵时间,以避免过量乳酸影响酸奶或泡菜的口味和品质,D正确。 2.(2024·南宁模拟)脐橙果实颜色鲜艳,口感酸甜适度,且其富含蛋白质、氨基酸、维生素、脂肪、黄酮类等多种营养成分,具有降低胆固醇、抗氧化,以及防癌抗癌等功效,因此深受广大消费者的欢迎和喜爱。科研人员以脐橙为原料酿造高品质脐橙果醋,工艺流程如下：原料剥皮→榨汁→酶解(果胶酶)→调配→酒精发酵→乙酸发酵→澄清、过滤→灭菌→成品果醋 下列叙述错误的是(　　) A.在酒精发酵时需先通气后密封,通气有利于酵母菌大量繁殖 B.乙醇既是脐橙果酒发酵的产物,也是果醋发酵的反应物 C.由酒精发酵转变为乙酸发酵,需要通入无菌空气、提高发酵温度 D.乙酸发酵液中产生的乙酸使pH逐渐降低,可用重铬酸钾测定乙酸含量变化 D 解析:在酒精发酵过程中需先通气,有利于酵母菌大量繁殖,A正确;乙醇既是脐橙果酒发酵的产物,也是果醋发酵的反应物,在缺少糖源时,醋酸菌可将乙醇转化为乙醛,再进一步转变为乙酸,B正确;醋酸菌为需氧菌,乙酸发酵阶段应提供充足的氧气,并将发酵温度控制在30~35 ℃,故由酒精发酵转变为乙酸发酵,需要通入无菌空气或无菌氧气、提高发酵温度,C正确;乙酸发酵液中产生的乙酸使pH逐渐降低,重铬酸钾不可用于测定乙酸的产生,D错误。 3.(2024·衡水模拟)L-甲硫氨酸是人体必需8种氨基酸之一,广泛应用在饲料、医药、食品等领域。现利用基因工程的方法获得产L-甲硫氨酸的大肠杆菌,在pH为7.0、培养温度为30 ℃、通气量为5 L/min的条件下生产L-甲硫氨酸。下列说法错误的是(　　) A.生产L-甲硫氨酸的优良菌种只可能来自基因工程或诱变育种 B.可通过对培养基和发酵设备灭菌来避免杂菌的污染 C.大肠杆菌为需氧型生物,L-甲硫氨酸的产量与温度、pH、溶解氧等条件有关 D.L-甲硫氨酸属于大肠杆菌的代谢物,可采取适当的提取、分离和纯化措施获取 A 自然界 解析:生产L-甲硫氨酸的优良菌种可从自然界中筛选出来,也可来自基因工程或诱变育种,A错误;可通过对培养基和发酵设备灭菌来避免杂菌的污染,B正确;在发酵过程中,要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件,大肠杆菌为需氧型生物,L-甲硫氨酸的产量与温度、pH、溶解氧等条件有关,C正确;L-甲硫氨酸属于大肠杆菌的代谢物,可采取适当的提取、分离和纯化措施获取,D正确。 4.(2024·贵阳模拟)谷氨酸棒状杆菌是一种可以用于发酵生产谷氨酸的微生物。如图表示利用玉米淀粉工业化生产谷氨酸的简易流程示意图,其中维生素B能为谷氨酸棒状杆菌提供特殊的营养物质。下列叙述正确的是 (　　) A.图中发酵液不含谷氨酸棒状杆菌生长繁殖所需的特殊营养物质 B.谷氨酸棒状杆菌是异养需氧型微生物,尿素能为其提供碳源 C.接种前发酵液需进行灭菌 处理,也是生产谷氨酸的中心 环节 D.发酵期间,搅拌利于谷氨酸 棒状杆菌与营养物质充分接触 D 尿素在脲酶的作用下,会分解成氨气和CO2 解析:发酵液中有维生素B,而维生素B能为谷氨酸棒状杆菌提供特殊的营养物质,A错误;尿素在脲酶的作用下,会分解成氨气和CO2,谷氨酸棒状杆菌是异养生物,不能利用CO2,因此尿素能为谷氨酸棒状杆菌提供氮源,不能提供碳源,B错误;发酵工程的中心环节是发酵罐内的发酵,C错误;发酵期间,搅拌利于谷氨酸棒状杆菌与营养物质充分接触,同时也能增加发酵液中的溶解氧,D正确。 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 1.选择培养基四种常见的制备方法 改变培养条件 置于无氧条件下 添加某种化学物质 加入青霉素 高浓度食盐 特殊碳、氮源 石油是唯一碳源 营养缺陷 不加有机碳源 不加氮源 厌氧型和兼性厌氧型微生物（乳酸菌、酵母菌等） 其他菌在高盐环境中易失水而不能生存（金黄色葡萄球菌） 能分解石油的微生物 酵母菌、霉菌等真菌；相应抗性的细菌 自养型微生物 固氮微生物 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 2.辨析统计菌落数的两种方法 比较 项目 间接计数法(稀释涂布平板法) 直接计数法(显微计数法) 原理 当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌 利用特定细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下计算一定体积的样品中微生物的数量 比较 项目 间接计数法 (稀释涂布平板法) 直接计数法 (显微计数法) 公式 每克样品中的菌落数=C/V×M。C:某稀释度下平板上生长的平均菌落数,V:涂布平板时所用的稀释液的体积(mL),M:稀释倍数 每毫升原液所含细菌数:每小格内平均细菌数×400×104×稀释倍数 缺点 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 不能区分细胞死活 结果 比实际活菌数偏小 比实际活菌数偏大 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 2.辨析统计菌落数的两种方法 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 筛选微生物时遇到的各种怪圈 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 情境1：透明圈 纤维素能与刚果红形成红色复合物，但其水解产物纤维二糖和葡萄糖不能与刚果红形成红色复合物。在以纤维素为唯一碳源的培养基中加入刚果红，接种土壤微生物培养，菌落周围出现透明圈，说明这些细菌能分解纤维素。 ①.原理 在固体培养基中掺入可被特定菌利用的营养成分M，造成浑浊、不透明的培养基背景。同时加入能与M形成有色复合物的染色剂，待筛选菌的菌落周围会形成透明圈。 ②.实例 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 情境1：透明圈 ③.关键指标分析 特定菌能否利用M的判断 特定菌利用M能力强弱判断 菌落周围是否会出现透明圈 透明圈直径与菌落直径比值的大小 以M为唯一碳源或氮源的培养基 以M为唯一碳源或氮源的培养基 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 情境2：变色圈 ①.原理 将指示剂直接掺入固体培养基中，进行待筛选菌悬液的单菌落培养时，目的菌株代谢物使指示剂变色，在菌落周围形成变色圈。 (1)分离尿素分解菌 在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂。接种土壤微生物(产生脲酶)培养，菌落周围出现红色，说明该细菌能够分解尿素。 ②.实例 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 情境2：变色圈 (2)分离谷氨酸产生菌 在分离谷氨酸产生菌时，可在培养基中加入溴百里酚蓝，它是一种酸碱指示剂，当pH在6.2以下时为黄色，pH7.6以上为蓝色。若平板上出现产酸菌，其菌落周围会变成黄色，可以从这些产酸菌中筛选谷氨酸产生菌。 ②.实例 情境3：抑菌圈 待筛选的菌株能分泌产生某些能抑制工具菌生长的物质，或能分泌某种酶并将无毒的物质水解成对工具菌有毒的物质，从而在该菌落周围形成工具菌不能生长的抑菌圈。该法常用于抗生素产生菌的筛选，工具菌常是抗生素敏感菌。 ①.实例 ②.关键指标分析 待筛菌株能否产生抗生素 待筛菌株产生抗生素能力强弱判断 菌落周围是否会出现抑菌圈 抑菌圈直径与菌落直径比值的大小 涂布有工具菌的平板 涂布有工具菌的平板 情境4：生长圈 利用一些有特别营养要求的微生物作为工具菌，若待分离的菌在缺乏上述营养物的条件下，能合成该营养物，或能分泌酶将该营养物的前体转化成营养物，那么，在这些菌的周围就会有工具菌生长，形成环绕菌落生长的生长圈。该法常用来选育氨基酸、核苷酸和维生素的生产菌，工具菌往往都是对应的营养缺陷型菌株。 ①.实例 ②.关键指标分析 待筛菌株能否产生工具菌所需物质 待筛菌株产生工具菌所需物质能力强弱判断 待筛菌株菌落周围是否会出现生长圈 生长圈直径与待筛菌株菌落直径比值的大小 涂布有工具菌的平板 涂布有工具菌的平板 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 1.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种聚酯塑料，会造成环境污染。磷脂酶可催化PET降解。为获得高产磷脂酶的微生物，研究人员试验了2种方法。回答下列问题： (1)方法1从土壤等环境样品中筛选高产磷脂酶的微生物。以磷脂酰乙醇胺(一种磷脂类物质)为唯一碳源制备_____培养基，可提高该方法的筛选效率。除碳源外，该培养基中至少还应该有________、____、________等营养物质。 (2)方法2采用_______________________________技术定向改造现有微生物，以获得高产磷脂酶的微生物。除了编码磷脂酶的基因外，该技术还需要________、____________、________等“分子工具”。 转基因(或重组DNA或基因工程) 选择 氮源 水 无机盐 限制酶 DNA连接酶 载体 深化点(二)　微生物的培养、分离与计数 (3)除了上述2种方法之外，还可以通过__________技术非定向改造现有微生物，筛选获得能够高产磷脂酶的微生物。 (4)将以上获得的微生物接种到鉴别培养基(在牛肉膏蛋白胨液体培养基中添加2%的琼脂粉和适量的卵黄磷脂)平板上培养，可以通过观察卵黄磷脂水解圈的大小，初步判断微生物产磷脂酶的能力，但不能以水解圈大小作为判断微生物产磷脂酶能力的唯一依据。从平板制作的角度分析，其原因可能是____________________________________________________________________。 诱变育种 培养基的卵黄磷脂的含量、pH和灭菌是否彻底等都会影响水解圈的大小 2.解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成脂肪酸和甘油并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色。下列说法错误的是(　) A.甲菌属于解脂菌 B.实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源 C.可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比 D.该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力 B 乙周围不变色，说明乙不能分泌脂肪酶分解脂肪，没有脂肪酸的产生，不能利用脂肪，但由于乙能在该培养基上生存，说明该培养基中除了脂肪作为碳源外，还可能存在别的碳源 3.番茄灰霉病菌严重影响番茄生产，枯草芽孢杆菌可以产生对多种病原菌具有抑制作用的蛋白质。为探究枯草芽孢杆菌能否用于番茄灰霉病的生物防治，研究者设计了相关实验。回答下列问题： (1)检测枯草芽孢杆菌对番茄灰霉病菌的抑制作用时，取适量_____________菌液涂布于固体培养基上，将无菌滤纸片(直径5 mm)在______________菌液中浸泡后覆盖于固体培养基中心，数秒后取出滤纸片，培养皿倒置培养后测量________大小以判定抑菌效果。 (2)枯草芽孢杆菌为好氧微生物，液体培养时应采用________(填“静置”或“摇床震荡”)培养。培养过程中抽样检测活菌数量时，应采用_______________(填“稀释涂布平板法”或“显微镜直接计数法”)，其原因是______________________。 番茄灰霉病菌 枯草芽孢杆菌 抑菌圈 摇床震荡 稀释涂布平板法 用稀释涂布平板法在培养基上看到的每一个菌落都来自一个活细胞，而显微镜直接计数法会将死亡的枯草芽孢杆菌也计算在内 4.当某单一营养缺陷型菌株所需的营养大类确定后，就要确定其生长所需的特殊营养物质。首先对特殊营养物质进行编组，如表是对15种特殊营养物质进行的编组，编组完成后，将沾有组合特殊营养物质的滤纸片放在涂有试验菌甲、乙、丙的培养基上，培养并观察其生长情况，三种试验菌的生长谱如图所示。据图分析，下列叙述错误的是(　) A.实验中所用的培养基应为不含特殊营养物质的基本培养基 B.试验菌甲、乙自身分别不能合成特殊营养物质13、2 C.若单缺的特殊营养物质为10、11中的一种，则在培养基上均会出现两个生长圈 D.试验菌丙的生长谱结果可能是由于所加营养物质浓度过高，产生了抑菌圈 组别 组合特殊营养物质 A 1 2 3 4 5 B 2 6 7 8 9 C 3 7 10 11 12 D 4 8 11 13 14 E 5 9 12 14 15 C 5个生长圈 与其他组相比，组A含有特殊营养物质1，据此推测试验菌丙不能合成特殊营养物质1，这三种菌都能合成10和11，因此无论培养基中是否缺乏该营养，试验菌都能生存，因此若单缺的特殊营养物质为10、11中的一种，则在培养基上均会出现5个生长圈 [例2]　自生固氮菌是土壤中能独立进行固氮的细菌。科研人员进行了土壤中自生固氮菌的分离和固氮能力测定的研究,部分实验流程如图。已知步骤④获得的三个平板的菌落数分别为90、95、100,对照组平板菌落数为0。下列相关叙述正确的是 (　　) A.步骤②振荡20 min的目的是扩大菌种数量,属于选择培养 B.步骤④使用接种环划线接种,使用前需要灼烧灭菌 C.1 g土壤中平均自生固氮菌数约为9.5×106个 D.所用培养基应加入 碳源、氮源、无机盐 、水和琼脂 C 充分释放 (90+95+100)÷3÷0.1×104=9.5×106(个) [解析]　观察题图可知,步骤②振荡20 min的目的是让样品中的微生物充分释放到无菌水中,A错误;根据步骤④培养基中菌落的分布可知,利用的是稀释涂布平板法,使用的接种工具是涂布器,使用前需要灼烧灭菌,B错误;1 g土壤中平均自生固氮菌数约为(90+95+100)÷3÷0.1×104 =9.5×106(个),C正确;由题干信息可知,该实验的目的是分离土壤中自生固氮菌和固氮能力的测定,自生固氮菌能够利用空气中的氮作为氮源,故培养基中不需要加入氮源,D错误。 5.(2024·湘潭模拟)亚硒酸钠对细菌的生长有明显的毒害作用,土壤中的富硒细菌可将其还原为红色单质硒,如图为土壤中富硒细菌的筛选和纯化过程,①~④为相应步骤。下列相关叙述错误的是(　　) A.培养富硒细菌时,培养基应调至酸性并添加维生素 B.步骤①中的培养基可进行高压蒸汽灭菌,对吸管、培养皿等可采用干热灭菌 C.步骤②→③采用的是稀释涂布平板法,该方法可用于微生物分离和活菌计数 D.步骤④中可以根据菌落周围是否出现红色区域对目的菌株进行筛选 A 中性或弱碱性,且培养某些细菌时(如乳酸杆菌)才需要在培养基中添加维生素 解析:培养细菌时,培养基一般需调至中性或弱碱性,且培养某些细菌时(如乳酸杆菌)才需要在培养基中添加维生素,A错误;获得纯净培养物的关键是没有杂菌污染,培养基需要灭菌但又需保持其中水分,因此可用高压蒸汽灭菌,吸管、培养皿等需要保持干燥,可用干热灭菌,B正确;③中菌落分散分布于培养基上,步骤②→③采用的是稀释涂布平板法,可用于微生物分离和活菌计数,C正确;步骤④中,如果菌落周围出现红色区域,则说明含有富硒细菌,为了筛选出高效菌株,可比较单菌落周围红色区域的大小,从平板中挑取实验效果明显的目的菌株,接种于新的培养基平板,对菌株进行进一步的纯化,D正确。 6.(2024·武汉模拟)某细菌的野生株能在基本培养基上生长,该细菌的亮氨酸缺陷型突变株因无法合成亮氨酸,只能在完全培养基上生长。如图是运用影印培养法(一种类似“盖章”的接种方法,使一系列培养皿的相同位置上能出现相应菌落)纯化亮氨酸缺陷型突变株的部分流程,数字1~5表示菌落。下列叙述正确的是 (　) A.培养基A是基本培养基,培养基B是完全培养基 B.培养基A、B均为固体培养基,倒平板操作后,进行高压蒸汽灭菌 C.培养基B“盖章”接种后,需要用涂布器将菌种在培养基表面涂布均匀 D.可从培养基A中挑取菌落 3、4进行纯化培养以获得 亮氨酸缺陷型突变株 D 解析:由题干可知,亮氨酸缺陷型突变株无法合成亮氨酸,无法在基本培养基上生长,只能在完全培养基上生长,与A相比,B中缺少了3、4两个菌落,说明3、4菌落即是亮氨酸缺陷型突变株繁殖而来的,A为完全培养基,B为基本培养基,A错误,D正确;对培养基进行高压蒸汽灭菌后再进行倒平板操作,B错误;培养基B“盖章”接种后,不能用涂布器涂布均匀,防止菌落位置不一致,C错误。 $$