1.3发酵工程及其应用同步练习-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节　发酵工程及其应用 一、必备知识基础 1.(2025山东德州期中)下列关于发酵工程的说法,正确的是(　　) A.培养基和发酵设备都必须灭菌,因为发酵工程中所用的菌种均是单一菌种 B.选育菌种是发酵工程的前提条件,该环节很大程度上决定了生产发酵产品的成败 C.发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,生产青霉素过程必须关闭空气入口 D.在啤酒生产过程中,主发酵结束后即可过滤、调节、分装进行出售 2.(2025云南保山期末)发酵工程广泛应用于农牧业,下图为通过发酵工程培养放线菌生产井冈霉素作为微生物农药的流程图。下列叙述错误的是(　　) A.①可通过基因工程育种和诱变育种选育高产放线菌菌种 B.③可以用干热灭菌箱对培养基进行灭菌处理,防止杂菌污染 C.④主要用提取、分离和纯化等方法获得井冈霉素 D.可用高通量筛选技术对诱变处理的放线菌菌种进行筛选 3.(2025云南大理二模)随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立以及密封式发酵罐的成功设计,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品,发酵工程正在也将持续影响着人们的生活和生产实践。下列说法正确的是(　　) A.在发酵罐中接种菌种量越高,其K值越大 B.为了防止杂菌污染,发酵工程的中心环节是灭菌 C.在发酵工程中,发酵结束后可采用过滤、沉淀等方法将菌体干燥,并将菌体破碎后提取单细胞蛋白 D.啤酒发酵过程中大部分糖的分解和代谢物的生成在主发酵阶段完成 4.(2025北京西城期末)单细胞蛋白即微生物菌体,是一种新型的蛋白质来源,利用发酵工程能提高其产量和品质。下列工艺流程中不合理的是(　　) A.可通过诱变育种等手段获得优良菌种 B.培养基和发酵设备均需高温消毒 C.发酵过程需控制合适的温度和pH D.采用过滤、沉淀、干燥等方法获得菌体 5.青贮饲料是指将新鲜秸秆、青草等通过乳酸菌等微生物发酵而制成的饲料。它气味酸香、柔软多汁、营养丰富、保存期长,是家畜的优良饲料。下列相关叙述正确的是(　) A.选择纤维素含量较高的植物作为青贮原料,保证乳酸菌生长所需的氮源 B.将青贮的原料适当切碎、搅拌并通入空气,利于乳酸菌充分发酵 C.发酵过程中乳酸菌生成NADH,使pH降低,抑制杂菌的生长 D.青贮饲料有利于植食性动物对饲料的消化吸收,提高能量利用率 6.食品工业是微生物发酵应用最早、最广泛的领域,工业上常用微生物发酵产物生产味精,发酵的部分流程如下图所示,下列叙述正确的是(　　) A.第①步碾磨前需对大米和酿造器具预先进行消毒处理 B.直接对微生物培养液沉淀、过滤来生产②所需的酶制剂 C.第③步发酵生产谷氨酸的过程中,发酵液的pH应维持在中性和弱碱性 D.第③步向发酵罐中补充尿素的主要目的是补充发酵液中的碳源 7.(2025河北石家庄期中)我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,其工业化生产的简要流程如图1所示,图2为啤酒发酵所用的发酵罐结构示意图。回答下列问题。 图1 图2 (1)制麦过程中常利用发芽的大麦种子产生的淀粉酶完成糖化过程,形成糖浆,淀粉糖化后啤酒酵母才能充分发酵的原因是  　。  (2)大麦发芽会消耗部分有机物,影响产量,利用　　　　(填植物激素)处理大麦可省略制麦环节,原因是　  　。  (3)整个过程的中心阶段是　　　　,在该时期要随时取样检测培养基中的　　　　等,同时,要严格控制　　　　等发酵条件。  (4)图2所示的发酵罐常常利用　　　　　　　对发酵过程中的各种指标进行监测和控制;发酵过程中,微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量达到一定的数值时,可以通过　　　　　　感受并控制冷却水从进水口进入。  二、能力素养提升 8.(2025河北保定期末)我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,其工业化生产流程如图所示。 下列说法错误的是(　　) A.发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异 B.焙烤的目的是利用高温对大麦种子进行灭菌,防止发酵过程中的杂菌污染 C.用一定浓度的赤霉素处理大麦种子,可使其无需发芽也能满足生产条件 D.发酵过程包括主发酵和后发酵两个阶段,大部分代谢物在主发酵阶段生成 9.发酵工程中常利用产黄青霉来生产青霉素,产黄青霉生长的最适温度和产生青霉素的适宜温度不同。下列叙述错误的是(　　) A.选育菌种时,可以借助诱变育种获取高产青霉素的产黄青霉菌株 B.发酵过程中使用的设备和培养基都要进行严格灭菌处理 C.为了提高青霉素产量,发酵时不同阶段要控制不同温度 D.根据青霉素的化学性质采用过滤、沉淀等方法从发酵液中提取青霉素 10.黑曲霉是一种丝状真菌,其代谢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。下列叙述错误的是(　　) A.优良菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程育种获得 B.据图分析,黑曲霉的代谢类型是需氧型,培养过程1使用平板划线法进行接种 C.α-淀粉酶将红薯中的淀粉水解为葡萄糖,提供碳源,蛋白胨提供氮源和维生素等 D.因为发酵罐内接种的是黑曲霉纯培养物,所以培养基C和发酵罐不需要经过严格的灭菌 11.(2025辽宁开学考)透明质酸(HA)又称玻尿酸,是一种可在外科整形手术中充当皮下填充物的多糖类物质,微生物发酵法是大规模生产HA的主要方法。实验室扩大培养微生物时,常需要将装有培养液的锥形瓶置于摇床上振荡培养。为提高HA的产量,科研人员以HA高产菌株ZV1为研究对象,分别探究了发酵过程中摇床转速(图1)、锥形瓶装液量(图2)等条件对瓶中HA产量和ZV1菌体含量(通过离心收集培养液中的所有菌体来测定)的影响。下列说法错误的是(　　) 图1 图2 A.HA可能存在于某些微生物的荚膜中 B.装液量在60~120 mL时,ZV1菌体含量和HA产量的变化趋势相同 C.摇床转速和装液量都会对培养液中的氧气含量造成影响 D.采用150 r/min的摇床转速和120 mL的装液量是提高HA产量的有效措施 12.(2025江西赣州一模改编)研究发现,给脐橙施用枯草芽孢杆菌液态微生物肥、接种丛枝菌根真菌均可提升土壤供肥能力,实现果实增产提质。下列叙述错误的是(　　) A.获得微生物纯培养物是利用发酵工程大量生产微生物肥料的重要基础 B.培养枯草芽孢杆菌需将培养基调至酸性,培养丛枝菌根真菌需将培养基调至中性或弱碱性 C.微生物在固体培养基上生长时,可以形成肉眼可见的菌落 D.除微生物肥料外,还可利用其代谢物开发微生物农药,作为生物防治的重要手段 13.(2025云南昆明期中)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,在实验室发酵生产聚羟基脂肪酸酯(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。 　　开放式发酵系统 (1)发酵工程一般包括菌种的选育,　　　　,培养基的配制、灭菌,接种,　　　　　　　,产品的分离、提纯等方面,其中的中心环节是　　　　　　　。  (2)为获得对蔗糖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。  (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等条件下发酵,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,并产生了少量的乙醇等物质,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。  参考答案 1.B　解析 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种,为防止杂菌污染,培养基和发酵设备都必须经过严格灭菌,A项错误。在发酵工程中,菌种的性能直接决定了最终产品的质量和产量,故选育菌种是发酵工程的前提条件,B项正确。青霉素是由青霉产生的,而青霉是需氧菌,其生长和代谢需要氧气。因此,在生产青霉素的过程中,应该保持发酵罐内的空气流通,而不是关闭空气入口,C项错误。在啤酒生产过程中,主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。因此,主发酵结束后并不能直接过滤、调节、分装出售,D项错误。 2.B　解析 在发酵工程中,为了提高产物的产量,常常需要对菌种进行改良。基因工程育种和诱变育种是两种常用的育种方法。基因工程育种可以通过定向改造菌种的遗传物质,使其具有高产、抗逆等优良性状。诱变育种则是利用物理、化学等因素诱导菌种发生基因突变,从中筛选出高产突变体,A项正确。常用湿热灭菌法(高压蒸汽灭菌法)对培养基进行灭菌,B项错误。井冈霉素为代谢物,主要通过提取、分离、纯化等方法获得,C项正确。高通量筛选技术是一种高效的筛选方法,可以在短时间内对大量的样品进行筛选。在发酵工程中,高通量筛选技术可以用于对诱变处理的放线菌菌种进行筛选,从中快速筛选出高产井冈霉素的突变体,D项正确。 3.D　解析 K值表示环境容纳量,发酵罐的K值与空间大小、营养物质多少有关,与接种量无关,A项错误。发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,B项错误。单细胞蛋白是微生物菌体,并不是通过发酵工程从微生物细胞中提取获得的,C项错误。啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段,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,D项正确。 4.B　解析 诱变育种可以通过物理、化学等因素诱导微生物发生基因突变,从而可能获得优良菌种,提高单细胞蛋白的产量和品质,A项合理。培养基和发酵设备应该进行灭菌处理,而不是高温消毒,B项不合理。不同的微生物发酵需要适宜的温度和pH环境,控制合适的温度和pH有利于微生物的生长和代谢,从而提高单细胞蛋白的产量和品质,C项合理。采用过滤、沉淀等方法可以将发酵后的微生物菌体从发酵液等体系中分离出来并进行干燥处理,从而获得单细胞蛋白,D项合理。 5.D　解析 纤维素的元素组成为C、H、O,不能为乳酸菌生长提供氮源,A项错误。乳酸菌是厌氧微生物,在培养的过程中不能通入空气,否则会影响乳酸菌的发酵,B项错误。发酵过程中乳酸菌发酵生成的产物是乳酸,使培养液的pH降低,会抑制其他微生物的生长,C项错误。青贮饲料是指将新鲜秸秆、青草等通过乳酸菌等微生物发酵而制成的饲料,由此可知,青贮饲料有利于植食性动物对饲料的消化吸收,提高能量利用率,D项正确。 6.C　解析 第①步碾磨前需要对酿造器具进行灭菌处理,A项错误。酶制剂属于细胞代谢物,需要分离、提纯培养液来获取酶制剂,B项错误。谷氨酸棒状杆菌在中性和弱碱性条件下才能产生谷氨酸,C项正确。发酵液中已有大量糖,补充尿素的主要目的是补充氮源,D项错误。 7.答案 (1)酵母菌不能直接利用淀粉,淀粉糖化后才能被酵母菌吸收利用 (2)赤霉素　赤霉素可促进淀粉酶合成,使大麦无需发芽就能产生淀粉酶 (3)发酵　酒精含量　糖分、pH (4)生物传感器装置　温度传感器 解析 (1)酵母菌不能直接利用淀粉,淀粉糖化后才能被酵母菌吸收利用,因此在利用酵母菌制作啤酒的过程中,需要首先利用发芽的大麦种子产生的淀粉酶完成糖化过程,形成糖浆,而后再进行发酵。(2)大麦发芽会消耗部分有机物,影响产量,利用赤霉素处理大麦可省略制麦环节,因为赤霉素能促进种子萌发,且种子萌发过程中会产生淀粉酶,淀粉酶会催化淀粉分解成麦芽糖用于制作啤酒,即赤霉素可促进淀粉酶合成,使大麦无需发芽就能产生淀粉酶,进而催化淀粉的分解。(3)发酵罐内发酵是整个过程的中心环节,在该时期要随时取样检测培养液中的酒精含量,以了解发酵的进程,还要及时添加必需的营养成分,同时,要严格控制糖分、pH等发酵条件。(4)图2所示的发酵罐常常利用生物传感器装置对发酵过程中的各种指标进行随时监测和控制;发酵过程中,微生物代谢产生的热量和搅拌叶轮搅拌产生的热量达到一定的数值时,可以通过温度传感器感受并控制冷却水从进水口进入,进而保证发酵罐内的温度,避免对发酵过程造成影响。 8.B　解析 发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异,A项正确。焙烤可以杀死大麦种子的胚,但不使淀粉酶失活,没有进行灭菌,B项错误。利用大麦芽实际上是利用其产生的淀粉酶,用适宜浓度的赤霉素处理大麦,可使其无需发芽就能产生淀粉酶,C项正确。啤酒发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段,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,D项正确。 9.D　解析 青霉素是一种小分子有机物,通常采用蒸馏、萃取、离子交换等方法从发酵液中提取,D项错误。 10.D　解析 发酵工程中的优良菌种可以从自然界中筛选出来,也可通过诱变育种或基因工程育种获得,A项正确。培养过程2是振荡培养,且柠檬酸发酵时需搅拌,故黑曲霉的代谢类型为需氧型,培养过程1使用平板划线法接种,B项正确。α-淀粉酶可将红薯中的淀粉水解为葡萄糖,为黑曲霉的发酵提供碳源,蛋白胨可以提供氮源和维生素等,C项正确。虽然发酵罐内接种的是黑曲霉纯培养物,但是在发酵工程中一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降,所以培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌,D项错误。 11.B　解析 HA是一种多糖,荚膜中含有多糖,因此HA可能参与构成了某些微生物的荚膜,A项正确。图2显示,装液量在60~120 mL内,HA产量持续上升,而菌体含量先上升后下降,二者趋势不同,B项错误。过多的装液量会导致培养液与空气接触面积过小,不利于氧气充分溶解,造成培养液中氧气不足,加快摇床转速可以加快氧气溶解,二者都影响培养液中的氧气含量,C项正确。图1中150 r/ min的转速下HA产量最高,图2中装液量为120 mL时HA产量最高,因此采用150 r/min的摇床转速和120 mL的装液量是提高HA产量的有效措施,D项正确。 12.B　解析 要利用发酵工程大量生产微生物肥料,首先需要获得微生物纯培养物,这样才能保证生产过程中微生物的纯度和特性,进而稳定地大量生产目标微生物肥料,A项正确。细菌通常在中性偏碱的环境中生长,真菌一般在中性偏酸的环境中生长,因此培养枯草芽孢杆菌需将培养基调至中性或弱碱性,培养丛枝菌根真菌需将培养基调至酸性,B项错误。微生物在固体培养基上生长时,可以形成肉眼可见的菌落,C项正确。利用微生物的代谢物开发微生物农药,作为生物防治的重要手段,D项正确。 13.答案 (1)扩大培养　发酵罐内发酵　发酵罐内发酵 (2)唯一碳源　选择培养基　稀释涂布平板 (3)氧气 (4)过滤　沉淀 解析 (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,发酵罐内发酵,产品的分离、提纯等方面,其中的中心环节是发酵罐内发酵。(2)由题意可知,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;选择培养基是指允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他微生物生长的培养基,从功能上看,能进行筛选的培养基是选择培养基;稀释涂布平板法常用来统计样品中活菌的数目,评估菌株增殖状况。(3)由题意可知,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,并产生了少量的乙醇等物质,说明发酵过程中氧气不足,菌种进行无氧呼吸产生了乙醇,即发酵条件中氧气可能是限制高密度培养的重要因素。(4)单细胞蛋白是微生物菌体,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、沉淀等方法将其分离和干燥,即可获得产品。 8 学科网（北京）股份有限公司 $$