专题13 发酵工程（2大突破+3大命题）（培优讲义）2026年高考生物二轮复习讲练测

专题13 发酵工程 目录 第一部分 高考考情精析 锁定靶心 高效备考 第二部分 思维建模突破 一问一答 扫清盲区 【突破01】发酵机制深度解析—微生物代谢调控/发酵条件优化/菌种选育原理 【突破02】工业发酵应用（甾体转化/酶制剂生产/废弃物资源化） 第三部分 高考命题深研 典例精析+变式巩固 【命题点01】甾体转化情境分析 【命题点02】酶制剂生产情境分析 【命题点03】废弃物资源化情境分析 核心考向聚焦 主战场转移： 从“传统发酵工艺记忆”转向发酵机制深度解析（微生物代谢调控/发酵条件优化/菌种选育原理）与工业发酵应用（甾体转化/酶制剂生产/废弃物资源化），是尖子生拉开分差的关键。 核心价值： 凸显“生命观念（代谢网络观）”“科学思维（模型构建 + 系统分析）”“社会责任（绿色生物制造）”，对接高考“高阶能力考查”导向。 关键能力与思维瓶颈 关键能力： 精准推导演绎发酵过程的“菌种特性 - 环境因子 - 产物合成”关联、将“工业发酵案例”拆解为“教材机制模型”等。 培优瓶颈： 1. 机制混淆，如混淆“微生物呼吸方式/发酵类型对产物合成的影响”； 2. 逻辑疏漏：分析“发酵条件优化”时，忽略“底物浓度/溶氧/pH 对多代谢途径的协同调控”； 3. 模型迁移不足，难以将“实验室小试机制”适配“工业大生产工艺放大”。 命题前瞻与备考策略 预测：以合成生物学、碳中和目标、生物制造产业为核心情境，辐射考点；非选择题将融入“发酵过程参数曲线”“菌种改造原理图”，考查“机制→数据→工艺改进”的推导；设问增加“发酵故障原因分析类长句应答”，要求写出“3级以上逻辑链”（如“溶氧不足→某酶活性变化→中间代谢物积累→产物合成速率下降”）。 策略：溯源式学习：对每类发酵工艺画“代谢调控逻辑图”（如谷氨酸发酵中“谷氨酸合成与排出”的完整调控路径），拒绝死记；模型化解题：对高频题型（如发酵条件优化设计/产物合成限制因素分析）提炼解题模型；靶向训练：多做“产业情境 + 跨模块（微生物培养/基因工程/细胞工程）”题。 ◇突破01 发酵机制深度解析—微生物代谢调控/发酵条件优化/菌种选育原理 何为微生物代谢调控？ 对于大肠杆菌、酿酒酵母等大多数工业微生物来说，其代谢过程存在初级代谢（如糖酵解、氨基酸合成）与次级代谢（如抗生素、毒素合成）的分化。仅参与单一代谢分支调控的模式可称为基础调控模式，而整合多条代谢通路协同调控的路径，称作复合调控途径。 玉米淀粉乳杆菌等原产在厌氧发酵环境下微生物的代谢研究发现，在厌氧发酵阶段，葡萄糖的分解代谢首先通过糖酵解途径生成丙酮酸，而后依据发酵类型（如乳酸发酵、乙醇发酵）进入不同终产物合成支路。这类代谢流定向分配的机制，称作发酵路径分化。 你如何理解发酵体系中代谢流的调控？ 机制深解 发酵罐内微生物生长曲线（延滞期、对数期、稳定期、衰亡期）对应代谢活跃程度；培养基中底物（碳源、氮源、无机盐）的浓度梯度影响微生物代谢表型；溶氧、pH、温度等发酵条件通过影响酶活性与基因表达，调控代谢流走向（如好氧发酵中溶氧不足导致乙酸积累抑制生长）。 场所与过程 代谢调控类型 酶活性调控：别构调节（如磷酸果糖激酶受ATP反馈抑制）、共价修饰（如糖原合成酶的磷酸化/去磷酸化）； 酶合成调控：诱导（如乳糖操纵子在乳糖存在下启动β - 半乳糖苷酶合成）、阻遏（如色氨酸操纵子在色氨酸过量时阻遏自身合成）； 全局调控：碳代谢阻遏（葡萄糖抑制其他碳源利用相关基因）、氮代谢阻遏等。 · 过程辨析（对应下方对比表格） 对比维度 细菌发酵（如乳酸菌） 酵母菌发酵（如酿酒酵母） 曲霉发酵（如黑曲霉产淀粉酶） 发酵底物 葡萄糖、乳糖等简单糖类 葡萄糖、蔗糖等 淀粉、纤维素等多糖 代谢终产物 乳酸（同型发酵）、乙酸+乙醇（异型发酵） 乙醇+CO₂ 淀粉酶（胞外酶）、葡萄糖（碳源分解产物） 关键酶 乳酸脱氢酶 酒精脱氢酶 α - 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶 发酵条件控制 严格厌氧/耐氧，温度30 - 40℃，pH 5 - 7 前期有氧扩繁，后期厌氧发酵，温度28 - 30℃，pH 4 - 6 好氧发酵，温度25 - 30℃，pH 5 - 7，需补加氮源维持酶合成 ATP生成方式 底物水平磷酸化为主 底物水平磷酸化+氧化磷酸化 底物水平磷酸化+氧化磷酸化（好氧阶段） ◇突破02 工业发酵应用（甾体转化/酶制剂生产/废弃物资源化） 何为甾体转化？ 对于传统的化学合成甾体类药物，存在反应步骤多、污染大等问题；而微生物甾体转化是利用工程菌（如大肠杆菌、酵母菌等）的氧化还原酶系，将甾体底物（如薯蓣皂素衍生物）进行定向羟化、脱氢等修饰，实现甾体药物（如泼尼松、地塞米松）的绿色合成。与化学法相比，微生物转化具有选择性高、环境友好、反应条件温和等优势。 化学合成路径 概念熟知 依赖多步化学转化，以薯蓣皂素为起始原料，经裂解、氧化、还原等十余步反应得到目标甾体； 过程使用大量有机溶剂、强酸碱，产生高盐高COD废水，环保压力大且原子经济性差。 传统路径 创新路径 基于合成生物学理念，构建“甾体底物摄取-酶系表达-产物分泌”的工程菌（如基因编辑的酿酒酵母），利用微生物代谢网络实现甾体羟化、异构化等反应； 这类以生物催化剂（酶/细胞）为核心的甾体合成工艺，称作“微生物转化路径”，其结构修饰在细胞内/发酵体系中完成，称为“生物转化途径”。 你如何理解甾体转化的过程？ 原“叶片结构”（植物光合场景） 工业发酵场景（甾体转化为例） 叶肉细胞、维管束鞘细胞 需氧发酵罐（工程菌增殖）、厌氧发酵罐（产酸/产氢协同转化）等发酵装备； 胞内酶促反应、固定化酶床等转化单元。 以“微生物细胞工厂高效转化甾体”为核心1.场所 甾体转化的工程菌培养中，需氧发酵时工程菌在摇瓶/发酵罐中进行生长繁殖，酶促反应发生于细胞内（胞内酶）或发酵液（胞外酶，经固定化后）；厌氧发酵则侧重产氢产酸协同甾体转化。 2.两次转化 工程菌分泌的氧化还原酶（如CYP450酶系）对甾体底物具有高亲和力，当发酵体系pH/溶氧/底物浓度等参数调控时，工程菌可依次完成甾体的C11α-羟化、C17侧链降解等多步反应，实现复杂结构修饰； 而传统化学法需苛刻条件（高温高压、重金属催化剂）才能完成单一步骤，易导致底物失活。 3.亲和力 工程菌经定向进化后，关键酶对甾体底物的Km值降低，亲和力提升，在低底物浓度下仍能高效催化； 化学法依赖高浓度底物推动反应，易引发副反应。 过程辨析（表格对比：传统化学法 vs 微生物细胞工厂） 维度 传统化学法 微生物细胞工厂 转化后产物 泼尼松、倍他米松等甾体药物 羟基化甾体中间体等 转化场所 化学反应釜（釜式反应器） 工程菌胞内 / 发酵液（固定化酶床） 关键酶/菌 无（依赖化学催化剂：强酸碱、重金属） CYP450酶系、ADH等； 基因工程菌（如毕赤酵母） 能量/辅因子作用 需外部供热、强酸碱催化 细胞代谢提供能量（ATP）、NAD(P)H 反应路径特点 多步、高污染、选择性差 少步、环境友好、特异性强 高分点拨（产业热点+案例型表述） 作为产业热点型考点，需重点关注以下易错/深层工艺要点 1.甾体转化方向 菌株构建（CRISPR基因编辑/代谢通路重构）、菌株耐受性强化（平衡底物毒性、产物抑制与菌体生长）； 2.酶制剂生产方向 酶固定化工艺（载体选择：海藻酸钠/硅胶/磁性材料；交联剂优化：戊二醛浓度对酶活的影响）、酶复性效率提升； 3.废弃物资源化方向 厌氧发酵产沼气+好氧发酵产菌体蛋白的协同工艺（底物预处理、厌氧-好氧耦合参数调控）； ◇命题点 01 甾体转化情境分析 典｜例｜精｜析 典例1（2025·贵州·高考真题）肾脏通过肾小球与肾小囊之间的滤过膜形成原尿，科研人员以健康大鼠为实验对象，将非甾体抗炎药和药物A分别溶解于生理盐水进行相关实验，结果如下。下列叙述错误的是（　　） 分组 处理① 尿液中蛋白含量 处理② 尿液中蛋白含量 甲 生理盐水 微量 生理盐水 微量 乙 高浓度非甾体抗炎药 大量 生理盐水 大量 丙 高浓度非甾体抗炎药 大量 适宜浓度药物A 少量 注：处理①、处理②表示灌胃给药（灌胃量相同）先后顺序，且间隔适宜时间 A．设置甲组可以排除生理盐水对实验的干扰 B．乙组大鼠血浆渗透压降低可引起组织液减少 C．滥用非甾体抗炎药可能导致肾脏滤过膜损伤 D．适宜浓度的药物A具有降尿蛋白的作用 【答案】B 【分析】根据实验的目的、单一变量原则和对照性原则，该实验的自变量为有无药物A，因变量为尿液中的蛋白含量，甲组为空白对照组，乙组为模型对照组，丙组为实验组。 【详解】A、甲组两次处理均使用生理盐水，尿液蛋白含量始终微量，说明生理盐水本身不影响实验结果，因此设置甲组可以排除生理盐水对实验的干扰，A正确； B、乙组处理①后尿液蛋白大量，表明肾小球滤过膜受损，血浆蛋白流失导致血浆渗透压下降，此时水分会从血浆进入组织液，导致组织液增多而非减少，B错误； C、乙组使用高浓度非甾体抗炎药后出现大量蛋白尿，说明该药物可能破坏滤过膜结构，滥用会导致肾脏损伤，C正确； D、丙组处理②使用药物A后尿液中蛋白含量减少，与乙组对比可知药物A能缓解滤过膜损伤，降低尿蛋白，D正确。 故选B。 变｜式｜巩｜固 变式1（2025·河北保定·二模）箭毒蛙毒素是一种甾体类生物碱，主要作用于动物心脏和神经系统。它能与乙酰胆碱受体结合，不可逆地迫使钠离子通道持续保持异常“激活”状态，最终导致神经麻痹和心力衰竭。研究发现箭毒蛙体内的乙酰胆碱受体的一个氨基酸被取代后其空间结构会发生改变，从而产生了对甾体类毒素的抗性。下列相关叙述正确的是（　　） A．箭毒蛙只能合成甾体类生物碱，不能合成乙酰胆碱 B．箭毒蛙毒素与心肌细胞受体结合后会产生静息电位 C．乙酰胆碱受体结构改变后其与毒素的结合能力下降 D．毒箭蛙的乙酰胆碱受体结构改变是基因重组的结果 【答案】C 【分析】神经递质：是指神经末梢释放的特殊化学物质，它能作用于支配的神经元或效应器细胞膜上的受体，从而完成信息传递功能。①合成：在细胞质通过一系列酶的催化作用中逐步合成，合成后由小泡摄取并贮存起来。②释放：通过胞吐的方式释放在突触间隙。③结合：神经递质通过与突触后膜或效应器细胞膜上的特异性受体相结合而发挥作用。递质与受体结合后对突触后膜的离子通透性发生影响，引起突触后膜电位的变化，从而完成信息的跨突触传递。 【详解】A、乙酰胆碱是一种常见的神经递质，箭毒蛙体内有乙酰胆碱受体，说明箭毒蛙可以合成乙酰胆碱，A错误； B、箭毒蛙毒素能与乙酰胆碱受体结合后，不可逆地迫使钠离子通道持续保持异常“激活”状态。钠离子通道“激活”会导致动作电位形成，B错误； C、箭毒蛙体内的乙酰胆碱受体的一个氨基酸被取代后其空间结构发生改变，会导致该种受体与箭毒蛙毒素的结合能力下降，从而导致箭毒蛙对甾体类毒素产生抗性，C正确； D、毒箭蛙的乙酰胆碱受体结构改变是基因突变的结果，D错误。 故选C。 变式2（2025·福建宁德·模拟预测）百合科植物重楼具有抗肿瘤、止血、抗菌、抗病毒等作用，被广泛用于云南白药等重要中成药的制作，甾体皂苷是重楼中重要的活性成分之一、研究人员开发了重楼珠心细胞悬浮培养技术获得甾体皂苷，技术流程如下图。下列叙述错误的是（　　） 重楼珠心细胞悬浮细胞细胞培养物甾体皂苷 A．重楼珠心细胞悬浮培养技术的主要原理是植物细胞增殖 B．检测甾体皂苷的抗肿瘤效果，可采用动物细胞培养技术 C．①②过程分别表示脱分化、再分化，所需植物激素的浓度和比例不同 D．细胞悬浮培养技术获得甾体皂苷，可减少植物资源消耗，有利于保护生物多样性 【答案】C 【分析】植物组织培养的过程为：离体的植物组织，器官或细胞经过脱分化（避光）形成愈伤组织；愈伤组织经过再分化（需光）过程形成胚状体，进一步发育形成植株。 【详解】A、重楼珠心细胞悬浮培养技术是通过培养重楼珠心细胞来获得甾体皂苷，其主要原理就是利用植物细胞增殖，使细胞数量增加，从而有可能获得更多的甾体皂苷，A正确； B、检测甾体皂苷的抗肿瘤效果，可采用动物细胞培养技术。将培养的动物细胞分为实验组（加入甾体皂苷）和对照组（不加入甾体皂苷），观察甾体皂苷对动物细胞生长、增殖等方面的影响，以此来判断其抗肿瘤效果，B正确； C、图中①过程是悬浮细胞形成细胞培养物的过程，②过程是由细胞培养物获得甾体皂苷的过程，而不是脱分化和再分化过程。一般来说，植物组织培养中从外植体形成愈伤组织是脱分化，从愈伤组织形成幼苗等器官是再分化。在脱分化和再分化过程中所需植物激素的浓度和比例不同。但本题中①②并非脱分化、再分化，C错误； D、通过细胞悬浮培养技术获得甾体皂苷，不需要过度采集重楼等植物，减少了对植物资源的消耗，有利于保护生物多样性，D正确。 故选C。 变式3（2025·广东惠州·一模）近期随着疫情防控政策的调整，越来越多的人感染奥密克戎病毒，多数患者都出现发烧的症状。非甾体类（NSAIDs）抗炎药主要具有解热、镇痛以及抗炎的作用。其作用是通过抑制环氧化酶（COX）实现的。COX 包括 COX-1和COX-2 两种同工酶异构体：COX-1 是一种固有的看家酶，维持细胞正常的生理功能；COX-2是在机体受到致炎因子刺激后，迅速表达的酶，被称为诱导酶，是引起炎性反应的关键酶之一。下表是一些常用NSAIDs药的IC50值，NSAIDs对COX-1和COX-2的选择性抑制作用强弱用IC50（COX-2/COX-1）的比值来表示。请据表回答下列问题。 药品名称 IC50（COX-1） IC50（COX-2） IC50（COX-2/COX-1） 吡罗昔康 0.0015 0.906 600 阿司匹林 1.6 277.0 173 吲哚美辛 0.028 1.68 60 布洛芬 4.8 72.8 15.16 注：环氧化酶（COX）是催化花生四烯酸转化为前列腺素的关键酶。IC50表示抑制50%酶活性所需的药物浓度。 (1)奥密克戎病毒侵入人体后，人体通常会出现发热症状，在这个过程中，人体体温升高的直接原因是______，调节中枢位于______。 (2)据上表中数据分析可知：药品_____不良反应最小、疗效最好。判断依据是______。 (3)最新研究发现当机体适度发热（低于38.5℃的低烧）水平时，会极大地促进机体对外来病原体的清除。该发现让人们对发热的作用和退热药的使用有了全新的看法。请据此对退热药使用的较好做法应该是______。 (4)体温调定学说认为正常情况体温调节中枢预设的一个体温调定点为37℃，而病毒感染会导致机体产生前列腺素，而前列腺素的增加会提高体温调定点，体温上升，导致发热出现。若患者服用布洛芬作等非甾体类（NSAIDs）退烧药，体温恢复正常。原理是____。 【答案】(1) 机体产热大于散热（产热量大于散热量） 下丘脑 (2) 布洛芬 布洛芬的 IC50 （COX-2/COX-1）的比值最小 (3)低烧暂时不要立即吃退热药，增强机体的抗病力，体温如果太高再吃退热药 (4)通过选择性抑制环氧合酶（COX-2）活性，减少前列腺素的合成，从而降低下丘脑体温调节中枢体温调定点，从而达到退热（降温）的效果（按逻辑链顺序（先选择性抑制环氧合酶（COX-2）活性，再减少前列腺素的合成，最后降低下丘脑体温调定点）给分，不能简单按点给分。即在逻辑链顺序正确的情况下按点给分，如果））逻辑链混乱一律不给分） 【分析】无论在寒冷状态还是高温条件，只要体温恒定，产热量便等于散热量。例如：在发高烧时，如果病人的体温在继续升高时，人体的产热量大于散热量，如果温度保持不变，则产热量就等于散热量。 【详解】（1）无论在寒冷状态还是高温条件，只要体温恒定，产热量等于散热量，所以如果人的体温在升高，直接原因是机体的产热量大于散热量，体温的调节中枢位于下丘脑。 （2）由题意“NSAIDs对COX-1和COX-2的选择性抑制作用强弱用IC50（COX-2/COX-1）的比值来表示”可知，分析表格可知，布洛芬不良反应最小、疗效最好，判断依据是布洛芬的IC50 （COX-2/COX-1）的比值最小。 （3）由题意可知，机体适度发热会极大地促进机体对外来病原体的清除，所以对退热药使用的较好做法应该是：低烧时，暂时不要立即吃退热药，这样可以极大地促进机体对外来病原体的清除，增强机体的抗病力，体温如果太高再吃退热药。 （4）由题意可知，COX-1 作用是维持细胞正常的生理功能，COX-2是在机体受到致炎因子刺激后，迅速表达的酶，是引起炎性反应的关键酶之一，所以患者服用布洛芬作等非甾体类（NSAIDs）退烧药，体温恢复正常，原理是：布洛芬作等非甾体类（NSAIDs）退烧药通过选择性抑制环氧合酶（COX-2）活性，从而减少前列腺素的合成，前列腺素减少会降低下丘脑体温调节中枢体温调定点，从而达到退热（降温）的效果。 ◇命题点 02 酶制剂生产整合分析 典｜例｜精｜析 典例2（2025·河北·模拟预测）黑曲霉生长迅速，发酵周期短，不产毒素的黑曲霉是优良的发酵菌种，古代人们利用黑曲霉制作酱油、酱料和米酒等。黑曲霉还可产生纤维素酶、脂肪酶和糖化酶等多种酶，也是工业上生产酶制剂和柠檬酸发酵的优良菌种。下列相关说法错误的是（　　） A．制备黑曲霉培养基时，除了添加必要的营养成分外，还需要将pH调至酸性 B．柠檬酸发酵过程中要研究黑曲霉菌的生长规律，通常采用稀释涂布平板法计数 C．利用刚果红染色法测定黑曲霉产纤维素酶的能力时，应测定菌落直径与透明圈直径 D．啤酒生产中可以先利用黑曲霉对富含淀粉的原料进行糖化处理 【答案】D 【分析】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，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。发酵工程生产的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。 【详解】A、制备黑曲霉培养基时，除了添加必要的营养成分外，还需要将pH调至酸性，因为黑曲霉适宜在酸性条件下生长，A正确； B、柠檬酸发酵过程中要研究黑曲霉菌的生长规律，通常采用稀释涂布平板法计数，稀释涂布平板法可用于计数活菌数，B正确； C、利用刚果红染色法测定黑曲霉产纤维素酶的能力时，应测定菌落直径与透明圈直径，获取比值进行分析，该比例可以反应黑曲霉产纤维素的能力，C正确； D、啤酒生产应使用大麦发芽产生的酶进行糖化，而后将黑曲霉接种到糖化处理的培养液中进行发酵，D错误。 故选D。 变｜式｜巩｜固 变式1（2025·河北衡水·二模）发酵工程能生产各种酶制剂，如通过黑曲霉发酵能生产淀粉酶，谷氨酸棒状杆菌发酵可以获得谷氨酸，性状优良的菌种可以有多种来源。下列说法正确的是（　　） A．利用黑曲霉的发酵过程也能生产酱油和柠檬酸 B．深层通气液体发酵可提高淀粉酶的产量 C．平板划线法分离到的单菌落可直接接种到发酵罐发酵 D．谷氨酸发酵生产在氧气充足、酸性条件下积累谷氨酸 【答案】B 【分析】发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。具体包括：菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等环节。 【详解】A、酱油的制作主要利用的是米曲霉等微生物的发酵，而柠檬酸的生产通常利用黑曲霉发酵，但不能说利用黑曲霉的发酵过程也能生产酱油和柠檬酸，A错误； B、深层通气液体发酵可以为微生物提供充足的氧气等条件，有利于微生物的生长和代谢，从而可提高淀粉酶等发酵产物的产量，B正确； C、平板划线法分离到的单菌落需要先进行扩大培养，使其达到一定的数量和活性后，才能接种到发酵罐发酵，而不能直接接种到发酵罐发酵，C错误； D、谷氨酸发酵生产需要在氧气充足、中性或弱碱性条件下积累谷氨酸，而不是酸性条件，D错误。 故选B。 变式2（2025·山东青岛·一模）发酵工程能生产各种酶制剂，如通过黑曲霉发酵能生产淀粉酶。下列说法正确的是（    ） A．深层通气液体发酵可提高淀粉酶的产量 B．利用黑曲霉的发酵过程也能生产酱油和柠檬酸 C．平板划线法分离到的单菌落可直接接种到发酵罐发酵 D．用过滤、沉淀等方法获得产品是发酵工程的中心环节 【答案】AB 【分析】发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。具体包括：菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等环节。 【详解】A、黑曲霉属于好氧菌，深层通气液体发酵通过提供充足的氧气和无菌环境，能够促进其代谢活动，从而显著提高淀粉酶的产量，A正确； B、黑曲霉在发酵过程中可以生产柠檬酸（其代谢产物），而酱油的生产虽以米曲霉为主，但黑曲霉也可能参与部分酱油发酵（如辅助分解原料），B正确； C、平板划线法分离到的单菌落需进行扩大培养，再接种到发酵罐中进行发酵生产，C错误； D、发酵过程是发酵工程的中心环节，发酵过程中需要随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度等，还要及时添加必需的培养基组分，以满足菌种的营养需要。同时还要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件，D错误。 故选AB。 变式3（2024·辽宁·一模）碱性果胶酶是一种生物酶制剂，可用于纺织纤维的脱胶预处理和煮练助剂。芽孢杆菌能分泌大量的碱性果胶酶，但分泌的物质中含有损伤纤维的内源性纤维素酶。毕赤酵母具有高表达的启动子，且不产生对纤维有损伤的酶，常作为碱性果胶酶的表达系统被应用。下列叙述错误的是（    ） A．发酵结束后进行离心，从沉淀物中提取、分离产品 B．改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种 C．发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件 D．发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母 【答案】A 【分析】发酵工程是利用微生物的生长和代谢活动来生产各种生物制品的过程。在发酵工程中,最核心的环节是发酵过程的设计和控制。 【详解】A、发酵产物为碱性果胶酶，发酵结束后进行离心，从上清液中提取、分离产品，A错误； B、B、发酵罐的体积一般为几十立方米到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种，B正确； C、环境因素会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成，所以发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件，C正确； D、由题意可知，毕赤酵母具有高表达的启动子，且不产生对纤维有损伤的酶，常作为碱性果胶酶的表达系统被应用，因此发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母，D正确。 故选A。 ◇命题点 03 废弃物资源化情境分析 典｜例｜精｜析 典例3（2025·湖南·模拟预测）纤维素酶被广泛地应用于生物能源、食品、造纸、纺织洗涤、医药、动物饲料以及农业废弃物处理等领域。但是昂贵的发酵生产成本是目前制约纤维素酶行业快速发展的主要瓶颈。而废纸作为可回收利用的废弃物资源之一，由于其纤维素含量高、价格低廉、来源广泛、易获取及产生量大等特点具有良好的开发应用潜力。因此，利用废纸资源进行纤维素酶的发酵生产，不仅可以有效降低纤维素酶发酵成本，而且还能实现废纸资源的高值化利用。近日，中国科学院近代物理研究所生物物理室研究人员在利用废纸发酵产纤维素酶研究方面取得进展。 (1)纤维素酶包括____________、____________和____________。 (2)从废纸发酵液中提取纤维素酶时会有多种质量不同的杂蛋白，可使用____________法进行分离，其原理是____________，后续可通过____________法进行纯度鉴定。 (3)某科研小组为研究纤维素酶分解废纸的效果，将纤维素酶分别与不同类型废纸混合发酵，测定酶活力结果如下图。 ①该实验的自变量是____________。 ②由图可知纤维素酶对____________的分解效果较佳。 【答案】(1) C1酶 Cx酶 葡萄糖苷酶 (2) 凝胶色谱 相对分子质量大的蛋白质路程较短，速度较快；相对分子质量小的蛋白质路程较长，速度较慢，分子质量不同的蛋白质因此得到分离 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳（电泳） (3) 废纸种类 包装材料 【分析】分离不同种蛋白质可以用凝胶色谱法，根据蛋白质相对分子质量的不同，将纤维素酶与杂蛋白分离；也可用电泳法，根据蛋白质之间电荷、分子大小等差异进行纯化。 【详解】（1）纤维素酶包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶，C1酶、Cx酶把纤维素分解为纤维二糖，葡萄糖苷酶将其进一步分解为葡萄糖。 （2）分离质量不同蛋白质应使用凝胶色谱法；其原理是相对分子质量大的蛋白质路程较短，速度较快；相对分子质量小的蛋白质路程较长，速度较慢。分子质量不同的蛋白质因此得到分离；对蛋白质进行纯度鉴定可使用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。 （3）由图可知，该实验的自变量为废纸的种类；对于包装材料这种废纸测得的酶活力最高。 【点睛】本题注意考查纤维素酶及从生物材料提取某些特定成分和蛋白质提取与分离等知识，考查学生理解所学知识要点的能力，以及运用所学知识对某些生物学现象进行解释的能力。 变｜式｜巩｜固 变式1（2025·湖南·模拟预测）“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。如图是“无废弃物农业”中对有机废弃物进行处理的一种方案。下列有关叙述错误的是（　　） A．从废弃物资源化、无害化角度分析，途径②③优于④ B．图中有机肥料回田为农作物生长补充了无机盐和能量 C．该模式遵循生态工程的循环、整体等基本原理 D．蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效促进物质循环利用 【答案】B 【分析】“无废弃物农业”是生态工程最早和最生动的模式，通过积极种植能够固氮的豆科植物，以及收集一切可能的有机物质，采用堆肥和沤肥等方式，制成有机肥料，改善土壤结构，培育土壤微生物，实现土壤中养分的循环利用。 【详解】A、对有机废弃物进行②、③的处理，既实现了物质和能量的多级利用，又减少了④处理过程中产生的污染问题，所以从资源化、无害化角度分析，途径②、③优于④，A正确； B、施用有机肥能为作物提供更多的营养物质，但不能提供能量，B错误； C、无废弃物农业，通过积极种植能够固氮的豆科植物，以及收集一切可能的有机物质，采用堆肥和沤肥等方式，制成有机肥料，改善土壤结构，培育土壤微生物，实现土壤中养分的循环利用，该模式遵循循环原理、整体原理等基本原理，C正确； D、通过蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效地促进系统中物质循环利用，D正确。 故选B。 变式2（2025·安徽·一模）分离筛选降解纤维素能力强的微生物，对于解决秸秆等废弃物资源的再利用和环境污染问题具有重要意义。研究人员用纤维素、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、KCl、酵母膏以及水解酪素配制的培养基，成功筛选出能产生纤维素酶的微生物。回答下列问题： （1）有些微生物能降解纤维素，有些微生物则不能，原因是前者能产生_____，一般认为它至少包括三种组分，即_________。 （2）配制培养基时，按照培养基配方准确称量各组分，将其溶解、定容后，调节培养基的________，及时对培养基进行分装，并进行___________灭菌法灭菌。 （3）用来筛选降解纤维素的微生物的培养基含有硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、其作用是________、_______。（答出两点即可） （4）为在培养基表面形成单个菌落，若用稀释涂布平板法进行接种，在涂布平板时，滴加到培养基表面的菌悬液量不宜过多，原因是_________。若用平板划线法进行接种，在第二次以及其后的划线操作时，需要从上一次划线的末端开始划线，原因是__________。 【答案】 纤维素酶 C1、CX和葡萄糖苷酶 pH 高压蒸汽 为微生物生长提供无机盐 作为缓冲剂保持生长过程中pH相对稳定 培养基表面的菌液会出现积液，导致菌体堆积，影响分离效果 线条末端菌体数目比起始处少，从末端开始划线能使菌体数目随划线次数增加而逐渐减少，最后得到由单个菌体繁殖形成的菌落 【分析】本题考查土壤中纤维素分解菌分离和培养的有关知识，要求考生能够识记微生物培养过程中灭菌的方法以及微生物分离与纯化的接种方法，能够区分两种接种方法的接种工具的区别，旨在考查考生的理解能力与综合运用能力。 【详解】（1）能否降解纤维素，主要看微生物能否产生纤维素酶，纤维素酶至少包括三种组分，即C1、CX和葡萄糖苷酶； （2）配制培养基的基本程序为：按照培养基配方准确称量各组分，将其溶解、定容后，调节培养基的PH，及时对培养基进行分装，然后进行灭菌处理，培养基的灭菌方法为高压蒸汽灭菌； （3）用来筛选降解纤维素的微生物的培养基含有硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐，因其具有能为微生物生长提供无机盐、作为缓冲剂保持生长过程中pH相对稳定等作用； （4）若用稀释涂布平板进行接种，为避免养基表面的菌液会出现积液，导致菌体堆积，影响分离效果，应注意在涂布平板时，滴加到培养基表面的菌悬液量不宜过多；若用平板划线法进行接种，在第二次以及其后的划线操作时，需要从上一次划线的末端开始划线，原因是线条末端菌体数目比起始处少，从末端开始划线能使菌体数目随划线次数增加而逐渐减少，最后得到由单个菌体繁殖形成的菌落。 【点睛】稀释涂布平板法是将菌液稀释成不同浓度，进行涂平板；平板划线法，是调单个菌落在平板上进行划线。两种方法都可以得到独立的菌株，稀释涂布平板法一般多用于筛选菌株，平板划线法一般多用于纯化菌株。 变式3（2025·宁夏·三模）木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源，中国科学家利用基因工程的方法构建了一株嗜热厌氧杆菌H，以花生壳、玉米芯等为原料发酵生产生物燃料乙醇，以期提高农业废弃物的整体利用价值。回答问题： (1)研究者将取样器放入温泉底部取样，将样本加入到含有无菌水的锥形瓶中稀释，培养过程所用的玻璃器皿需用__________法灭菌。利用厌氧技术将稀释液接种到以纤维素为__________的培养基中初步获得能降解纤维素的嗜热厌氧杆菌。 (2)基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢过程（图 a），研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）的过量表达载体，图b为构建表达载体时所需的关键条件。 ① 为保证双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）能通过双酶切以正确方向插入质粒，需设计引物1和引物2，其中引物1的序列为5’__________ 3’。 ② 将重组表达载体导入嗜热厌氧杆菌，然后置于含有__________的选择培养基中进行筛选，经鉴定及扩大培养得到工程菌。 (3)将构建的工程菌进行发酵，结果发现乙醇产量提高，副产物乙酸产量下降。结合其代谢途径，分析出现这种结果的原因__________。 (4)嗜热厌氧杆菌最适生长温度为55-75℃，产物乙醇在温度超过50℃即可快速蒸馏出。相对于传统的发酵菌株，利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要有优势__________（写两点即可）。 【答案】(1) 干热灭菌 唯一碳源 (2) GGTACCGTACCTTTGT 红霉素 (3)Adh基因过量表达的Adh酶增多，与P酶竞争结合乙酰辅酶A (4)①高温发酵可杀灭杂菌或抑制杂菌的生长，从而减少发酵污染；②高温能够促进乙醇的回收，有利于连续蒸馏；③嗜热厌氧菌在大规模培养时不需要供氧；④高温环境下微生物代谢活性及产物转化率较高。 【分析】引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。用于PCR的引物长度通常为20〜30个核苷酸。引物使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。PCR过程需要两种引物，能分别与目的基因两条链的3'端通过碱基互补配对结合。 【详解】（1）将取样器放入温泉底部取样，加入无菌水的锥形瓶中稀释，振荡培养制成菌悬液，培养过程所用的玻璃器皿可以用干热灭菌（高压蒸汽灭菌）进行灭菌。纤维素中富含碳元素，可以将稀释液接种到以纤维素为唯一碳源的培养基中初步获得能降解纤维素的嗜热厌氧杆菌。 （2）①EcoRⅠ会破坏标记基因（红霉素抗性基因），应该选用XbaⅠ、KpnⅠ对目的基因和质粒进行切割，若目的基因正确方向插入质粒，引物1应携带KpnⅠ的碱基序列GGTACC。PCR过程需要两种引物，能分别与目的基因两条链的3'端通过碱基互补配对结合，故引物1的碱基序列为5’GGTACCGTACCTTTGT3’。 ②在含有红霉素的选择培养基上，不能合成红霉素抗性基因的嗜热厌氧杆菌不能生存，导入重组质粒的嗜热厌氧杆菌因为能合成红霉素抗性基因而可以正常生存，从而起到筛选作用。 （3）乙酰辅酶A在Adh酶的作用下能转化为乙醇，在P酶的作用下能转化为乙酸，Adh基因过量表达的Adh酶增多，与P酶竞争结合乙酰辅酶A，从而导致乙醇产量提高，副产物乙酸产量下降。 （4）由题干信息可知，相对于传统的发酵菌株，利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要有优势有①高温发酵可杀灭杂菌或抑制杂菌的生长，从而减少发酵污染；②高温能够促进乙醇的回收，有利于连续蒸馏；③嗜热厌氧菌在大规模培养时不需要供氧；④高温环境下微生物代谢活性及产物转化率较高。 17 / 18 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题13 发酵工程 目录 第一部分 高考考情精析 锁定靶心 高效备考 第二部分 思维建模突破 一问一答 扫清盲区 【突破01】发酵机制深度解析—微生物代谢调控/发酵条件优化/菌种选育原理 【突破02】工业发酵应用（甾体转化/酶制剂生产/废弃物资源化） 第三部分 高考命题深研 典例精析+变式巩固 【命题点01】甾体转化情境分析 【命题点02】酶制剂生产情境分析 【命题点03】废弃物资源化情境分析 核心考向聚焦 主战场转移： 从“传统发酵工艺记忆”转向发酵机制深度解析（微生物代谢调控/发酵条件优化/菌种选育原理）与工业发酵应用（甾体转化/酶制剂生产/废弃物资源化），是尖子生拉开分差的关键。 核心价值： 凸显“生命观念（代谢网络观）”“科学思维（模型构建 + 系统分析）”“社会责任（绿色生物制造）”，对接高考“高阶能力考查”导向。 关键能力与思维瓶颈 关键能力： 精准推导演绎发酵过程的“菌种特性 - 环境因子 - 产物合成”关联、将“工业发酵案例”拆解为“教材机制模型”等。 培优瓶颈： 1. 机制混淆，如混淆“微生物呼吸方式/发酵类型对产物合成的影响”； 2. 逻辑疏漏：分析“发酵条件优化”时，忽略“底物浓度/溶氧/pH 对多代谢途径的协同调控”； 3. 模型迁移不足，难以将“实验室小试机制”适配“工业大生产工艺放大”。 命题前瞻与备考策略 预测：以合成生物学、碳中和目标、生物制造产业为核心情境，辐射考点；非选择题将融入“发酵过程参数曲线”“菌种改造原理图”，考查“机制→数据→工艺改进”的推导；设问增加“发酵故障原因分析类长句应答”，要求写出“3级以上逻辑链”（如“溶氧不足→某酶活性变化→中间代谢物积累→产物合成速率下降”）。 策略：溯源式学习：对每类发酵工艺画“代谢调控逻辑图”（如谷氨酸发酵中“谷氨酸合成与排出”的完整调控路径），拒绝死记；模型化解题：对高频题型（如发酵条件优化设计/产物合成限制因素分析）提炼解题模型；靶向训练：多做“产业情境 + 跨模块（微生物培养/基因工程/细胞工程）”题。 ◇突破01 发酵机制深度解析—微生物代谢调控/发酵条件优化/菌种选育原理 何为微生物代谢调控？ 对于大肠杆菌、酿酒酵母等大多数工业微生物来说，其代谢过程存在初级代谢（如糖酵解、氨基酸合成）与次级代谢（如抗生素、毒素合成）的分化。仅参与单一代谢分支调控的模式可称为基础调控模式，而整合多条代谢通路协同调控的路径，称作复合调控途径。 玉米淀粉乳杆菌等原产在厌氧发酵环境下微生物的代谢研究发现，在厌氧发酵阶段，葡萄糖的分解代谢首先通过糖酵解途径生成丙酮酸，而后依据发酵类型（如乳酸发酵、乙醇发酵）进入不同终产物合成支路。这类代谢流定向分配的机制，称作发酵路径分化。 你如何理解发酵体系中代谢流的调控？ 机制深解 发酵罐内微生物生长曲线（延滞期、对数期、稳定期、衰亡期）对应代谢活跃程度；培养基中底物（碳源、氮源、无机盐）的浓度梯度影响微生物代谢表型；溶氧、pH、温度等发酵条件通过影响酶活性与基因表达，调控代谢流走向（如好氧发酵中溶氧不足导致乙酸积累抑制生长）。 场所与过程 代谢调控类型 酶活性调控：别构调节（如磷酸果糖激酶受ATP反馈抑制）、共价修饰（如糖原合成酶的磷酸化/去磷酸化）； 酶合成调控：诱导（如乳糖操纵子在乳糖存在下启动β - 半乳糖苷酶合成）、阻遏（如色氨酸操纵子在色氨酸过量时阻遏自身合成）； 全局调控：碳代谢阻遏（葡萄糖抑制其他碳源利用相关基因）、氮代谢阻遏等。 · 过程辨析（对应下方对比表格） 对比维度 细菌发酵（如乳酸菌） 酵母菌发酵（如酿酒酵母） 曲霉发酵（如黑曲霉产淀粉酶） 发酵底物 葡萄糖、乳糖等简单糖类 葡萄糖、蔗糖等 淀粉、纤维素等多糖 代谢终产物 乳酸（同型发酵）、乙酸+乙醇（异型发酵） 乙醇+CO₂ 淀粉酶（胞外酶）、葡萄糖（碳源分解产物） 关键酶 乳酸脱氢酶 酒精脱氢酶 α - 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶 发酵条件控制 严格厌氧/耐氧，温度30 - 40℃，pH 5 - 7 前期有氧扩繁，后期厌氧发酵，温度28 - 30℃，pH 4 - 6 好氧发酵，温度25 - 30℃，pH 5 - 7，需补加氮源维持酶合成 ATP生成方式 底物水平磷酸化为主 底物水平磷酸化+氧化磷酸化 底物水平磷酸化+氧化磷酸化（好氧阶段） ◇突破02 工业发酵应用（甾体转化/酶制剂生产/废弃物资源化） 何为甾体转化？ 对于传统的化学合成甾体类药物，存在反应步骤多、污染大等问题；而微生物甾体转化是利用工程菌（如大肠杆菌、酵母菌等）的氧化还原酶系，将甾体底物（如薯蓣皂素衍生物）进行定向羟化、脱氢等修饰，实现甾体药物（如泼尼松、地塞米松）的绿色合成。与化学法相比，微生物转化具有选择性高、环境友好、反应条件温和等优势。 化学合成路径 概念熟知 依赖多步化学转化，以薯蓣皂素为起始原料，经裂解、氧化、还原等十余步反应得到目标甾体； 过程使用大量有机溶剂、强酸碱，产生高盐高COD废水，环保压力大且原子经济性差。 传统路径 创新路径 基于合成生物学理念，构建“甾体底物摄取-酶系表达-产物分泌”的工程菌（如基因编辑的酿酒酵母），利用微生物代谢网络实现甾体羟化、异构化等反应； 这类以生物催化剂（酶/细胞）为核心的甾体合成工艺，称作“微生物转化路径”，其结构修饰在细胞内/发酵体系中完成，称为“生物转化途径”。 你如何理解甾体转化的过程？ 原“叶片结构”（植物光合场景） 工业发酵场景（甾体转化为例） 叶肉细胞、维管束鞘细胞 需氧发酵罐（工程菌增殖）、厌氧发酵罐（产酸/产氢协同转化）等发酵装备； 胞内酶促反应、固定化酶床等转化单元。 以“微生物细胞工厂高效转化甾体”为核心1.场所 甾体转化的工程菌培养中，需氧发酵时工程菌在摇瓶/发酵罐中进行生长繁殖，酶促反应发生于细胞内（胞内酶）或发酵液（胞外酶，经固定化后）；厌氧发酵则侧重产氢产酸协同甾体转化。 2.两次转化 工程菌分泌的氧化还原酶（如CYP450酶系）对甾体底物具有高亲和力，当发酵体系pH/溶氧/底物浓度等参数调控时，工程菌可依次完成甾体的C11α-羟化、C17侧链降解等多步反应，实现复杂结构修饰； 而传统化学法需苛刻条件（高温高压、重金属催化剂）才能完成单一步骤，易导致底物失活。 3.亲和力 工程菌经定向进化后，关键酶对甾体底物的Km值降低，亲和力提升，在低底物浓度下仍能高效催化； 化学法依赖高浓度底物推动反应，易引发副反应。 过程辨析（表格对比：传统化学法 vs 微生物细胞工厂） 维度 传统化学法 微生物细胞工厂 转化后产物 泼尼松、倍他米松等甾体药物 羟基化甾体中间体等 转化场所 化学反应釜（釜式反应器） 工程菌胞内 / 发酵液（固定化酶床） 关键酶/菌 无（依赖化学催化剂：强酸碱、重金属） CYP450酶系、ADH等； 基因工程菌（如毕赤酵母） 能量/辅因子作用 需外部供热、强酸碱催化 细胞代谢提供能量（ATP）、NAD(P)H 反应路径特点 多步、高污染、选择性差 少步、环境友好、特异性强 高分点拨（产业热点+案例型表述） 作为产业热点型考点，需重点关注以下易错/深层工艺要点 1.甾体转化方向 菌株构建（CRISPR基因编辑/代谢通路重构）、菌株耐受性强化（平衡底物毒性、产物抑制与菌体生长）； 2.酶制剂生产方向 酶固定化工艺（载体选择：海藻酸钠/硅胶/磁性材料；交联剂优化：戊二醛浓度对酶活的影响）、酶复性效率提升； 3.废弃物资源化方向 厌氧发酵产沼气+好氧发酵产菌体蛋白的协同工艺（底物预处理、厌氧-好氧耦合参数调控）； ◇命题点 01 甾体转化情境分析 典｜例｜精｜析 典例1（2025·贵州·高考真题）肾脏通过肾小球与肾小囊之间的滤过膜形成原尿，科研人员以健康大鼠为实验对象，将非甾体抗炎药和药物A分别溶解于生理盐水进行相关实验，结果如下。下列叙述错误的是（　　） 分组 处理① 尿液中蛋白含量 处理② 尿液中蛋白含量 甲 生理盐水 微量 生理盐水 微量 乙 高浓度非甾体抗炎药 大量 生理盐水 大量 丙 高浓度非甾体抗炎药 大量 适宜浓度药物A 少量 注：处理①、处理②表示灌胃给药（灌胃量相同）先后顺序，且间隔适宜时间 A．设置甲组可以排除生理盐水对实验的干扰 B．乙组大鼠血浆渗透压降低可引起组织液减少 C．滥用非甾体抗炎药可能导致肾脏滤过膜损伤 D．适宜浓度的药物A具有降尿蛋白的作用 变｜式｜巩｜固 变式1（2025·河北保定·二模）箭毒蛙毒素是一种甾体类生物碱，主要作用于动物心脏和神经系统。它能与乙酰胆碱受体结合，不可逆地迫使钠离子通道持续保持异常“激活”状态，最终导致神经麻痹和心力衰竭。研究发现箭毒蛙体内的乙酰胆碱受体的一个氨基酸被取代后其空间结构会发生改变，从而产生了对甾体类毒素的抗性。下列相关叙述正确的是（　　） A．箭毒蛙只能合成甾体类生物碱，不能合成乙酰胆碱 B．箭毒蛙毒素与心肌细胞受体结合后会产生静息电位 C．乙酰胆碱受体结构改变后其与毒素的结合能力下降 D．毒箭蛙的乙酰胆碱受体结构改变是基因重组的结果 变式2（2025·福建宁德·模拟预测）百合科植物重楼具有抗肿瘤、止血、抗菌、抗病毒等作用，被广泛用于云南白药等重要中成药的制作，甾体皂苷是重楼中重要的活性成分之一、研究人员开发了重楼珠心细胞悬浮培养技术获得甾体皂苷，技术流程如下图。下列叙述错误的是（　　） 重楼珠心细胞悬浮细胞细胞培养物甾体皂苷 A．重楼珠心细胞悬浮培养技术的主要原理是植物细胞增殖 B．检测甾体皂苷的抗肿瘤效果，可采用动物细胞培养技术 C．①②过程分别表示脱分化、再分化，所需植物激素的浓度和比例不同 D．细胞悬浮培养技术获得甾体皂苷，可减少植物资源消耗，有利于保护生物多样性 变式3（2025·广东惠州·一模）近期随着疫情防控政策的调整，越来越多的人感染奥密克戎病毒，多数患者都出现发烧的症状。非甾体类（NSAIDs）抗炎药主要具有解热、镇痛以及抗炎的作用。其作用是通过抑制环氧化酶（COX）实现的。COX 包括 COX-1和COX-2 两种同工酶异构体：COX-1 是一种固有的看家酶，维持细胞正常的生理功能；COX-2是在机体受到致炎因子刺激后，迅速表达的酶，被称为诱导酶，是引起炎性反应的关键酶之一。下表是一些常用NSAIDs药的IC50值，NSAIDs对COX-1和COX-2的选择性抑制作用强弱用IC50（COX-2/COX-1）的比值来表示。请据表回答下列问题。 药品名称 IC50（COX-1） IC50（COX-2） IC50（COX-2/COX-1） 吡罗昔康 0.0015 0.906 600 阿司匹林 1.6 277.0 173 吲哚美辛 0.028 1.68 60 布洛芬 4.8 72.8 15.16 注：环氧化酶（COX）是催化花生四烯酸转化为前列腺素的关键酶。IC50表示抑制50%酶活性所需的药物浓度。 (1)奥密克戎病毒侵入人体后，人体通常会出现发热症状，在这个过程中，人体体温升高的直接原因是______，调节中枢位于______。 (2)据上表中数据分析可知：药品_____不良反应最小、疗效最好。判断依据是______。 (3)最新研究发现当机体适度发热（低于38.5℃的低烧）水平时，会极大地促进机体对外来病原体的清除。该发现让人们对发热的作用和退热药的使用有了全新的看法。请据此对退热药使用的较好做法应该是______。 (4)体温调定学说认为正常情况体温调节中枢预设的一个体温调定点为37℃，而病毒感染会导致机体产生前列腺素，而前列腺素的增加会提高体温调定点，体温上升，导致发热出现。若患者服用布洛芬作等非甾体类（NSAIDs）退烧药，体温恢复正常。原理是____。 ◇命题点 02 酶制剂生产整合分析 典｜例｜精｜析 典例2（2025·河北·模拟预测）黑曲霉生长迅速，发酵周期短，不产毒素的黑曲霉是优良的发酵菌种，古代人们利用黑曲霉制作酱油、酱料和米酒等。黑曲霉还可产生纤维素酶、脂肪酶和糖化酶等多种酶，也是工业上生产酶制剂和柠檬酸发酵的优良菌种。下列相关说法错误的是（　　） A．制备黑曲霉培养基时，除了添加必要的营养成分外，还需要将pH调至酸性 B．柠檬酸发酵过程中要研究黑曲霉菌的生长规律，通常采用稀释涂布平板法计数 C．利用刚果红染色法测定黑曲霉产纤维素酶的能力时，应测定菌落直径与透明圈直径 D．啤酒生产中可以先利用黑曲霉对富含淀粉的原料进行糖化处理 变｜式｜巩｜固 变式1（2025·河北衡水·二模）发酵工程能生产各种酶制剂，如通过黑曲霉发酵能生产淀粉酶，谷氨酸棒状杆菌发酵可以获得谷氨酸，性状优良的菌种可以有多种来源。下列说法正确的是（　　） A．利用黑曲霉的发酵过程也能生产酱油和柠檬酸 B．深层通气液体发酵可提高淀粉酶的产量 C．平板划线法分离到的单菌落可直接接种到发酵罐发酵 D．谷氨酸发酵生产在氧气充足、酸性条件下积累谷氨酸 变式2（2025·山东青岛·一模）发酵工程能生产各种酶制剂，如通过黑曲霉发酵能生产淀粉酶。下列说法正确的是（    ） A．深层通气液体发酵可提高淀粉酶的产量 B．利用黑曲霉的发酵过程也能生产酱油和柠檬酸 C．平板划线法分离到的单菌落可直接接种到发酵罐发酵 D．用过滤、沉淀等方法获得产品是发酵工程的中心环节 变式3（2024·辽宁·一模）碱性果胶酶是一种生物酶制剂，可用于纺织纤维的脱胶预处理和煮练助剂。芽孢杆菌能分泌大量的碱性果胶酶，但分泌的物质中含有损伤纤维的内源性纤维素酶。毕赤酵母具有高表达的启动子，且不产生对纤维有损伤的酶，常作为碱性果胶酶的表达系统被应用。下列叙述错误的是（    ） A．发酵结束后进行离心，从沉淀物中提取、分离产品 B．改造的菌种必须经过扩大培养才能向发酵罐中接种 C．发酵时要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件 D．发酵用的菌种可为导入碱性果胶酶基因的毕赤酵母 ◇命题点 03 废弃物资源化情境分析 典｜例｜精｜析 典例3（2025·湖南·模拟预测）纤维素酶被广泛地应用于生物能源、食品、造纸、纺织洗涤、医药、动物饲料以及农业废弃物处理等领域。但是昂贵的发酵生产成本是目前制约纤维素酶行业快速发展的主要瓶颈。而废纸作为可回收利用的废弃物资源之一，由于其纤维素含量高、价格低廉、来源广泛、易获取及产生量大等特点具有良好的开发应用潜力。因此，利用废纸资源进行纤维素酶的发酵生产，不仅可以有效降低纤维素酶发酵成本，而且还能实现废纸资源的高值化利用。近日，中国科学院近代物理研究所生物物理室研究人员在利用废纸发酵产纤维素酶研究方面取得进展。 (1)纤维素酶包括____________、____________和____________。 (2)从废纸发酵液中提取纤维素酶时会有多种质量不同的杂蛋白，可使用____________法进行分离，其原理是____________，后续可通过____________法进行纯度鉴定。 (3)某科研小组为研究纤维素酶分解废纸的效果，将纤维素酶分别与不同类型废纸混合发酵，测定酶活力结果如下图。 ①该实验的自变量是____________。 ②由图可知纤维素酶对____________的分解效果较佳。 变｜式｜巩｜固 变式1（2025·湖南·模拟预测）“无废弃物农业”是生态工程最早的模式之一。如图是“无废弃物农业”中对有机废弃物进行处理的一种方案。下列有关叙述错误的是（　　） A．从废弃物资源化、无害化角度分析，途径②③优于④ B．图中有机肥料回田为农作物生长补充了无机盐和能量 C．该模式遵循生态工程的循环、整体等基本原理 D．蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效促进物质循环利用 变式2（2025·安徽·一模）分离筛选降解纤维素能力强的微生物，对于解决秸秆等废弃物资源的再利用和环境污染问题具有重要意义。研究人员用纤维素、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、KCl、酵母膏以及水解酪素配制的培养基，成功筛选出能产生纤维素酶的微生物。回答下列问题： （1）有些微生物能降解纤维素，有些微生物则不能，原因是前者能产生_____，一般认为它至少包括三种组分，即_________。 （2）配制培养基时，按照培养基配方准确称量各组分，将其溶解、定容后，调节培养基的________，及时对培养基进行分装，并进行___________灭菌法灭菌。 （3）用来筛选降解纤维素的微生物的培养基含有硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、其作用是________、_______。（答出两点即可） （4）为在培养基表面形成单个菌落，若用稀释涂布平板法进行接种，在涂布平板时，滴加到培养基表面的菌悬液量不宜过多，原因是_________。若用平板划线法进行接种，在第二次以及其后的划线操作时，需要从上一次划线的末端开始划线，原因是__________。 变式3（2025·宁夏·三模）木质纤维素是地球上最为丰富的可再生资源，中国科学家利用基因工程的方法构建了一株嗜热厌氧杆菌H，以花生壳、玉米芯等为原料发酵生产生物燃料乙醇，以期提高农业废弃物的整体利用价值。回答问题： (1)研究者将取样器放入温泉底部取样，将样本加入到含有无菌水的锥形瓶中稀释，培养过程所用的玻璃器皿需用__________法灭菌。利用厌氧技术将稀释液接种到以纤维素为__________的培养基中初步获得能降解纤维素的嗜热厌氧杆菌。 (2)基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢过程（图 a），研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）的过量表达载体，图b为构建表达载体时所需的关键条件。 ① 为保证双功能醇醛脱氢酶基因（Adh）能通过双酶切以正确方向插入质粒，需设计引物1和引物2，其中引物1的序列为5’__________ 3’。 ② 将重组表达载体导入嗜热厌氧杆菌，然后置于含有__________的选择培养基中进行筛选，经鉴定及扩大培养得到工程菌。 (3)将构建的工程菌进行发酵，结果发现乙醇产量提高，副产物乙酸产量下降。结合其代谢途径，分析出现这种结果的原因__________。 (4)嗜热厌氧杆菌最适生长温度为55-75℃，产物乙醇在温度超过50℃即可快速蒸馏出。相对于传统的发酵菌株，利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要有优势__________（写两点即可）。 17 / 18 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $