第1章 第3节 发酵工程及其应用-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步辅导与测试(人教版)

2,D[不含有机物的培养基中能筛选出自养型细菌，如硝化细茵：缺： 糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被 氮培养基可以篇选固氮微生物，如固氮菌：含尿素（不含其他氮源）} 青霉萌缓慢利用而雏持青霉素分泌的有利条件，A正确：青霉菌的 的培养基能筛选能合成脲酶的微生物，如分解尿素的细菌。] 代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B 3.(1)牛肉膏、蛋白胨X(2)下降不能降解X的细菌因缺少碳源 正确：选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发 而不能繁殖，而降解X的细菌能够繁殖(3)能量合成其他物质 酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物 的原料 的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。 随堂·评价演练 答案D 1,A[培养基灭菌通常使用湿热灭菌法，如高压蒸汽灭首法，而千热：跟踪训练 灭菌法通常适用于玻璃器皿、金属用具等耐高温且不适合其他灭首：1，B[发酵工程分为选育首种、扩大培养，配制培养基、灭菌、接种，发 方法的物品，A错误：单个微生物在固体培养基上可以形成单菌落，· 酵等几步，A、C、D三项中的内容皆与发酵生产流程中的要求一致： 所以测定土壤样品中的细菌数目，常采用谊落计致法，B正确；土壤 发酵工业生产中，多采用天然的液体培养基，即用化学成分不明确 中不同的缀生物的数目不同，所以需要采用不同的稀释度，C正确：！ 的天然物质配制而成，如玉米粉、牛肉膏等，B项错误。] 分离能分解尿素的细菌，用的选择培养基里尿素是唯一的氨源，这2.解析 (1)由于微生物的呼吸作用以及搅拌等都能产生大量的热， 样才能分离出分解尿素的细菌，D正确。] 使发酵液温度升高，为防止温度过高降低酶的活性，采取水在发酵 2.B[图甲所用培养基以PP为唯一碳源，属于选择培养基：图乙所用{ 罐表层中流动的措施而达到冷却降温的效采。(2)谷氨酸发酵过程 培养基中加入能与PP结合而显色的染色剂，属于鉴别培养基，A正 中，当培养液呈中性或弱碱性时，会积累谷氯酸：当培养液呈酸性 确：图甲、图乙所用接种方法都是稀释涂布平板法，B错误：为了计 时，易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。(3)如果发酵产品是微生 数结果准确，一般选择荫落数在30300之间的进行计数，因此1g 物细胞本身，可采用过滤、沉淀等方法将菌体分高和干燥，即可得到 土壤样品中含有PP分解茵的估算数目是(58十73十97)÷3÷0.1× 产品。(4)谷氯酸棒状杆菌为好氧细菌，在4处需要通入空气，图中 10“=7.6×101“(个)，由于两个或多个细胞连在一起时，在平板上只 5(搅拌叶轮)的作用是使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气的溶 观察到一个菌落，因此此数值一般偏小，C正确：可选择图乙培养基 解以及散热。 中d/D比值小的PP分解菌作为目的荫种推广使用，D正确。] 答案(1)冷却（或降温）(2)中性或弱碱性酸性谷氨酰胺和 3.D[研究目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜 N-乙酰谷氨酰胺(3)过滤、沉淀(4)使微生物与发酵液混合均 热菌，因此既要耐高温，又要能够高效降解角蛋白，所以在℃点取 匀，加快氧气的溶解以及散热 样，并且用角蛋白氮源培养基进行选择培养，D正确。] !提能点（二） 4.B[结合题图信息分析可知，①②④为完全培养基，③为基本培养情景导引 基，A错误：紫外线可用于诱导突变，提高突变的频率，故A操作的：1，(1)提示 ①②③。生产单细胞蛋白饲料、利用工程菌生产族岛素、 目的是提高突变菌株的浓度，B正确；B操作是先将菌液滴加到培养 工厂化生产青霉素均需要利用发酵工程技术手段。 基的表面，再用涂布器均匀的涂布在②表面，C错误：由图观察可！ (2)提示酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的发酵生产利用的微生 知，D菌落在基本培养基中无法生长、而在完全培养基上能够生长，· 物分别是霉菌（如黑曲霉）、酿酒酵母、黑曲霉和谷氨酸棒状杆菌。 这说明D菌落是氨基酸营养缺陷型菌林，故经C过程影印及培养·2，(1)提示有利于酵母菌的早期繁殖。 后，可从④培养基中挑取D菌落进行纯化培养，D错误。」 (2)提示密闭装置，利用自动化排气：防止发酵液从排气管溢出。 第3节发酵工程及其应用 (3)提示 氧气含量降低。 (4)提示直接由微生物发酵生产的有：酸奶、豆腐乳、泡菜、酸菜 必备知识·自主梳理 等。食品中添加了经发酵生产的食品添加剂的有：方便面、火腿肠、 知识梳理 饼干、果冻、薯片等。 (一)微生物现代工程技术菌种的选育扩大培养分离、提纯 跟踪训练 (二)自然界诱变育种培养基配方发酵设备微生物数量必 !1.C[单细胞蛋白是通过发酵工程获得的微生物谊体，并不是从微生 需的营养组分温度、H和溶解氧过滤、沉淀提取、分离和 物中提取出的。] 纯化 !2.B[生产单细胞蛋白饲料是利用发酵工程生产微生物菌体的过程， (三)1.(2)食品添加剂(3)酶制剂2.基因蛋白质3.有机酸、生 A错误：通过生物技术培育可移植的皮肤利用了动物细胞培杀技 物活性物质微生物或其代谢物单细胞蛋白4.粮食、环境、 术，B正确：利用工程菌生产陵岛素利用了发酵工程，C错误；工厂化 健康和能源 生产青露素利用了微生物的发酵，D错误。] 自查自纠 提升·核心素养 (1)×(2)×(3)× (4)×(5)/(6)×(7)× 应用体验 教材边角 :1.B[赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测若用赤霉素处理大麦， 1.选育菌种灭菌接种 分离、提纯产物 可诱导α-淀粉酶相关基因的表达，促进α-淀粉酶的合成，进而使大 2.(1)①⑥②③⑦④⑤⑧ (2) 麦种子无须发芽就能产生α一淀粉酶，A正确：焙烤可以杀死大麦种 生产环节 作用分析 子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误：糖浆经蒸煮（产 ,杀死啤酒中的大多数微生物，延长保 ①发芽 生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种 存期 酵母菌进行发酵，防止高温杀死萌种，C正确：转基因技术已被用来 ②焙烤 b.产生风味组分，终止酶的进一步作用 减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，属于转基因技 ③蒸煮 并对糯浆灭菌 术在微生物领战的应用，D正确。] ④消毒 c.大麦种子发芽，释放淀粉酶 2.A[糖化采用的温度适宜，淀粉水解速度快，如果温度过高，酶失活 d加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 反应速度下降，A错误；酵母菌无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，故啤 关键能力·合作探究 酒中的酒精是糖类经酵母菌无氧呼吸产生的代谢产物，B正确：在 提能点（一） 酿造啤酒过程中，酵母菌开始进行有氧呼吸繁殖增加数量，后进行 核心归纳 无氧呼吸产生酒精，C正确：酵母菌细胞呼吸的底物为葡萄糖，不能 交流·探讨 直接利用淀粉，需要淀粉酶等将淀粉转化成酵母菌可利用的糖，D (1)提示选择发酵工程用的菌种时需考虑：能够利用廉价的原料， 正确。 简单的培养基，大量高效地合成产物：菌种政造的可操作性要强：遗 ·3.C[生产啤酒用的发酵罐和大麦汁等原料都需要经过灭蓝、消毒， 传性能要相对稳定：生长速度快，不易感染其他微生物或噬菌体等。 防止原料自带的杂菌污染发酵，A正确：多次分批补加葡萄糖可以 (2)提示要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物 减少发酵初期的高渗透压对酵母细胞代谢的影响，B正确：主发酵 浓度等以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分，以满足菌种！ 过程中还原糖主要用于无氧呼吸产生酒精，同时无氧呼吸也会产生 的营养需要。同时，要严格控制温度、♪H、溶解氧等发酵条件。 C),会使pH下降，C错误：发酵过程中要适时往外排气，后发酵时 (3)提示如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采 期由于糖类物质不充足，产生的气体较少，可以延长排气时间间隔， 用过滤、沉淀等方法将菌体从发酵液中分离出来。如果产品是代谢！D正确。] 产物，可采取适当的提取、分离和纯化措施获得产品。 随堂·评价演练 典例解析提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒！1.B[谷氨酸棒状杆菌在扩大培养时，培养基中营养物质的浓度要合 较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二适，若浓度过高，不利于谷氨酸棒状杆菌的大量繁殖，A错误：谷氨 176 酸发酵过程中，当谷氨酸合成量过多时，就会抑制谷氯酸脱氢酶的！2.(I)提示1表示用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞：b表示诱导融 活性，从而使谷氨酸的合成过程中断，因此需要及时地排出谷氯酸，！ 合后得到的杂种细胞：c表示培养后得到的具有耐盐性状的幼芽： 才可以解徐此抑制作用，有利于谷氨酸的合成和产量的提高，C错！ d表示要将植株种在高盐环境中进行选择。 误：谷氨酸发酵过程中，当发酵液的H为酸性时，谷氨酸棒状杆菌 (2)植物组织培养脱分化再分化(3)杂种细胞再生出细胞璧壁 易形成谷氨酰胺和N一乙酰谷氯酰胺，D错误。] 关键能力·合作探究 2B[发酵工程的基本操作过程为菌种的选育、扩大培养、培养基的！提能点（一） 配制、灭萌、接种、发酵、产品的分离与提纯。 ；情景导引 3.解析(1)制造果酒利用的是酵母菌的无氧呼吸，加入的菌种a是 (I)提示形成层细胞由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤 酵母菌。工艺b是消毒，消毒能杀死黄酒中部分微生物，防止杂菌 组织，其他部分如叶、花全能性低，不易培养成小植株。 污染，延长其保存期。(2)由于细菌分解尿素的过程中合成脲酶，脲 (2)提示细胞分裂素和生长素。 酶将尿素分解成氨，会使培养基碱性增强，pH升高，所以可以用检 (3)提示植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实 测pH的变化的方法来判断尿素是否被分解，故在以尿素为唯一氮 现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖。 源的培养基中加入酚红指示剂可以鉴别尿素分解菌。固定化酶的 (4)提示培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物会和外植体 方法包括化学结合法、包埋法、物理吸附法等。(3)对比两坐标曲 争夺培养基中的营养物质，并且产生大昼对外植体有害的物质，导 线，随着培养时间延长，两图形中脲酶活力先增加后保持相对稳定， 致外植体死亡。 两者变化曲线基本一致，所以培养时间不是决定工程菌L高脲酶活！核心归纳 力的关键因素。左图中当pH从6.5左右降为4.5左右时，酶活力！典例解析过程③发生再分化，其实质是基因的选择性表达，A错 逐渐升高至1.6左右并保持相对稳定，右图中当pH稳定在6.5左 误：过程②为脱分化，应根据要求使用适宜的培养基，在避光的环境 右时，脲酶活力可以达到5.0左右并保持不变，故pH是决定工程菌 中进行，否则不能形成愈伤组织，B正确：对过程①获取的根组织块 L高脲酶活力的关键因素。(4)从坐标图形看，利用脲酶消除其前 (外植体)应做消毒处理，C正确：植物组织培养的理论基础是植物 体物质尿素可降低该黄酒中E℃含量。该实验的实验思路为：将分 细胞的全能性，D正确。 解尿素的细菌，扩大培养后经过酸性培养基的初筛后，在添加酚红 答案A 指示剂的培养基上进行复筛，挑选日标菌株接种到发酵环节，使尿！跟踪训练 素被分解，EC不能形成，从而降低EC含量。 11.D[植物细胞表现全能性的条件：①离体的器官、组织或细胞和适 答案(1)酵母菌消毒杀死啤酒中部分微生物，防止杂菌污染， 宜的外界条件：②一定的营养（无机、有机成分）和植物激素。植物 延长其保存期(2)酚红化学结合法、包埋法（或物理吸附法） 细胞经组织培养形成植物体，包括脱分化和再分化两个重要的过 (3)H随着培养时间延长，两图形中脲酶活力变化曲线基本 程，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的。] 致，当pH从6.5左右降为4.5左右时，脲酶活力逐渐升高，达到2.A[外植体一般只消毒，不进行灭蓝处理，以保持外植体的活性，B 1.6左右后保持相对稳定，当pH保持在6.5时，脲酶活力会随培养： 错误：①过程是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照且 时间逐渐升高至5.0左右(4)在发酵环节加入尿素分解菌，使尿 应避光培养，当愈伤组织分化出芽和叶时才需要光照，C错误：菊花 素被分解，EC不能形成，从而降低EC含量 根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选 章末综合提升 择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。] 形成生物大概念 !提能点（二） 1.提示在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少 :情景导引 2.提示未将锅内冷空气排尽 (1)提示细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。植物细胞的全 3.提示防止培养皿盖上凝结的水珠落入培养基造成污染：防止培养： 能性。 基中水分过快挥发 (2)提示3种(AA,BB、AB)。AB。 4.提示每次划线的菌种都来自上一次划线的未端，最后一次划线结 (3)提示杂种细胞再生出细胞壁。培有出杂种植株。 束时更容易获得单菌落 (4)提示有四个染色体组。是四倍体。 5.提示由于在所划的线中，一般只有最后一次划线的末端才会形成 :核心归纳 只由一个细菌形成的菌落，而其他一些菌落往往由两个细菌或多个典例解析(1)由于细胞壁对细胞有支持和保护作用，所以制备原 细菌繁殖而成，而在计数时一个菌落对应着一个细菌，这样在划线} 生质体的过程不能在清水中进行，以防止原生质体吸水涨破。 所得的平板中，菌落数目远低于活菌的实际数值，所以不能用平板！ (2)原生质体融合过程体现了细胞膜具有流动性的结构特点。 划线法测定活菌数目 (3)由于玉米(2N=20)和水稻(2M=24)均为二倍体植物，所以图中 6.提示发酵液中混有乳酸菌，发酵产生乳酸：也可能是发酵容器密！ 融合的杂种细胞中含有4个染色体组，该杂种细胞含有44条染色 闭不严，导致醋酸菌生长繁殖，产生乙酸 体，所以培育形成的植株的精原细胞在减数分裂过程中能产生22个 课题串知融会通 四分体。(4)③过程为杂种细胞再生出细胞壁，不需要在光下进行， ⑤过程中愈伤组织分化的方向与培养基中植物激素的种类和比例 串知设计 (1)氨基酸选择(2)基本防止将特定营养成分从完全培养基 有关。 带入基本培养基(3)菌落A(4)菌落的大小、形状、颜色和表面 答案(1)原生质体吸水涨破(2)具有流动性 情况等 (3)422(4)不需要植物激素的种类和比例 跟踪训练 第2章细胞工程 ·1.D:「植物细胞壁的主要成分是纤雏素和果胶，根据酶的专一性原 第1节植物细胞工程 理，利用纤维素酶和果胶酶可以除去植物细胞壁，获得具有活力的 原生质体，A正确：诱导原生质体融合可用化学诱导剂PEG或高 第1课时植物细胞工程的基本技术 Ca2+一高pH等，B正确：形成的融合细胞经植物组织培养，脱分化 必备知识·自主梳理 形成愈伤组织，再分化之后形成植株，C正确：甲、乙都是二倍体，体 知识梳理 细胞杂交得到的是四倍体，D错误。」 (一)1，细胞器组织细胞、组织、器官、个体2，(1)完整生物体 :2.D[菌种的细胞壁的成分不是纤雏素和果胶，故不能用纤雏素酶和 其他各种细胞(2)时间和空间选择性地表达 果胶酶去除细胞壁，A错误：过程b产生的两两融合的细胞类型有3 (二)1.植物器官、组织或细胞完整植株2.全能性3.已经分化 种，分别为M细胞和M细胞融合、N细胞和N细胞融合、M细胞和 未分化薄壁组织团块芽、根4.无菌水次氯酸钠 N细胞融合，但如果两个以上细胞间的融合会导致多于3种类型，B 0.5~1cm愈伤组织生芽生根生长 错误；：过程℃需要培养基X中不含组氨酸和色氨酸，这样才能筛选 (三)1，原生质体融合细胞壁愈伤组织(1)纤维素酶和果胶酶 出杂种融合菌，C错误：从培养基X中分离出的道种P对两种氯基 (2)电融合离心聚乙二醇(PEG)高Ca+一高pH2.不同i 酸均不依賴，D正确。] 来源杂种细胞新植物体3.远缘杂交 :提升·核心素养 自查自纠 、 应用体验 (1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)× :1.C[利用植物的幼撇的芽或茎进行桩物组织培养技术可以培育脱 教材边角 毒苗，但不能获得抗病毒的新品种，A错误：单倍体育种先利用植物 1.②③④① 组织培养技术（如花药离体培养等）诱导产生单倍体植株，再通过某 177生物学选择性必修3 第3节发酵工程及其应用 【学习目标】 课程内容标准 核心素养对接 1.科学思维一发酵工程基本环节分析。 1.概述发酵工程及其基本环节。 2.社会责任一一认同发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展 2.说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。 起来的，它实现了发酵食品、药物等的工业化生产，极大地改 善了人们的生活。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 3.在农牧业上的应用 知识梳理 生产微 微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生 一)发酵工程的概念理解 的 等来增进土壤肥力，改良土壤 生物肥料 结构 基本 发酵工程是指利用 的特定功能，通过 生产微 微生物农药是利用 来防治病虫 概念 ,规模化生产对人类有用的产品 生物农药 害的 生产微 通过发酵获得了大量的微生物菌体，即 主要 发酵工程一般包括 ,培养基的配 生物饲料 ,并制作成微生物饲料 内容 制、灭菌，接种，发酵，产品的 等方面 4.在其他方面的应用 (二)发酵工程的基本环节 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助 选育菌种O从 中筛选 力解决 等方面的重大问题上， ②通过 或基因工程育种获得 作出了越来越大的贡献。 扩大培养增加菌种数量 在菌种确定后选择原料，反复试验确定 自查自纠 配制培养基 (1)发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出 灭菌一培养基和 都必须严格灭菌 来的。 ( 接种一无菌操作 (2)发酵工程的中心环节是选育菌种。() ①了解发酵进程：随时检测培养液中的 发酵中 产物浓度等 (3)发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备 心环节 ②及时添加 不用灭菌。 () ③严格控制 等发酵 (4)利用微生物农药防治农林虫害属于化学防 条件 治。 () ①发酵产品是微生物细胞本身：在发酵结束之 (5)微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生 分离、提 后，采用 等方法将菌体分离和干燥 纯产物 物的菌体。 () ②发酵产品是代谢物：根据产物的性质采取适 当的 (6)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量的微生物 措施来获得产品 分泌蛋白。 ( 获得产品 (7)发酵工程一般用半固体培养基。 ( (三)发酵工程的应用 教材边角 1.在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品。如各种酒类。 教材P22“图示” (2)生产各种各样的 。如味精。 1.请完善发酵基本环节的流程图。 (3)生产 0 如α-淀粉酶、β-淀粉酶。 一扩大培养 2.在医药工业上的应用 →发酵罐内发酵 工程、 工程等的广泛应用给发 配制培养基一 酵工程制药领域的发展注人了强劲动力。 获得产品 20 第1章发酵工程 教材P24“思考·讨论”变式训练 ①发芽②碾磨③糖化 ④发酵⑤消毒 2.阅读“啤酒工业化生产流程”内容，完成下列 ⑥焙烤 ⑦蒸煮 ⑧终止 问题： (2)将啤酒的工业化生产流程各环节和对应的作 (1)将下列啤酒的工业化生产流程按照正确的顺 用连线。 序排列 生产环节 作用分析 起嗨喱吧！ a.杀死啤酒中的大多数微生物，延长保 ①发芽 存期 ②焙烤 b.产生风味组分，终止酶的进一步作用， ③蒸煮 并对糖浆灭菌 ④消毒 c.大麦种子发芽，释放淀粉酶 d.加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 关键能力·合作探究 讲练设计探究重，点 提能点（一） 发酵工程的基本操作环节 核心归纳 [交流·探讨] (1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌 1.影响发酵过程的因素 种时需要考虑哪些因素？ ①温度影响酶活性； ②温度影响生物合成的途径： 温度 ③温度影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物 质的分解吸收等 ①pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷 pH 状况： ②pH影响培养基中营养物质的分解等 (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的 氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须 溶解 生长需要？ 氧 向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅 拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度 营养 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无 物质 机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代 的浓 谢产物的积累 度 (3)在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发 2.发酵罐内发酵 发酵工程的中心环节 酵技术相比有哪些改进之处？ 计算机控制系统 监测控制 生物最检刘：普解餐并 发酵条件 产物浓度 泡沫和营养 影响 及时添加必需 使发酵过程处 微生物的生长繁 的营养组分 于最佳状态 殖和代谢物的形成 21 生物学选择性必修3 [典例](2022·山东高考)青霉菌处在葡萄糖浓： 度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细 菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实 现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列： 8 说法错误的是 ( ) A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖 B.可用深层通气液体发酵技术提高产量 C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到： 发酵罐中 D.青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌 跟踪训练 (1)图中3、6处是发酵罐夹层中水的进口和出 口，水在发酵罐夹层流动的作用是 1.下列对发酵工程的叙述，错误的是 ( ) A.可用诱变育种、细胞工程、基因工程等方法选 (2)谷氨酸发酵过程中，当培养液呈 时， 育出性状优良的工程菌并进行扩大培养 会积累谷氨酸；当培养液呈 时，易形成 B.根据工程菌所需的营养精确地配制出合成培 养基并进行严格地灭菌处理 0 (3)如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵 C.发酵过程中必须严格地检测并控制发酵条件 结束之后，采用 (填“过滤、沉淀”或“蒸 D.用适当的方法分离提纯产品并严格地进行质： 馏、萃取”)等方法获得产品。 量检查 (4)图中5的作用是 2.如图为通过谷氨酸棒状杆菌（一种好氧细菌）发 酵获得谷氨酸的装置图。 提能点（二） 发酵工程的应用 情景导引 (2)酱油、各种酒类、柠檬酸和谷氨酸的生产分别 1.发酵工程以其生产条件 单细胞蛋白不仅含有丰富 利用了哪种微生物的发酵？ 温和、原料来源丰富且价 的蛋白质，还含有糖类、脂 质和维生素等物质，以后我 格低廉、产物专一、废弃 老牛是不是吃点微生物菌 体就可以健康地活下去呢？ 物对环境的污染小和容 易处理等特点，在食品工 业、医药工业和农牧业等 许多领域得到了广泛的 2.苹果可用于制作苹果酒、苹果醋饮料和提取具有 应用，形成了规模庞大的 抗过敏、抗癌细胞增生、调节脂质代谢等多种生 发酵工业。思考回答下列问题： 理功能的苹果多酚。如图所示为工业化制作苹 (1)分析下列产品需要利用发酵工程技术进行生 果酒和苹果醋的装置。 产的有哪些？ 苹果一苹果汁 ①生产单细胞蛋白饲料②利用工程菌生产胰 中含菌培养液 酵母菌液 双U型管 岛素③工厂化生产青霉素 H 气体 液面 水 喷头 罐 刨花 滤网 注：本阀门 苹果醋 苹果酒 A 22 第1章发酵工程 (1)甲罐中预留近1/3的空间，目的是什么？ 柠檬酸 黑曲霉发酵产生 食品 添加剂 谷氨酸棒状杆菌发酵产 味精 生谷氨酸 α-淀粉酶、3-淀粉 绝大多数通过微生物的 酶制剂 酶、果胶酶、氨基 发酵产生 肽酶、脂肪酶等 (2)甲罐连接的双U型管中一侧注满水的作用是 什么？ :2.基因工程对发酵工程制药的促进 (1)利用基因工程，将植物或动物的基因转移到 微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生 物，如利用基因改造后的微生物生产生长激素释 放抑制激素。 (3)若图中A代表无菌空气，则乙罐排出的气体： (2)利用基因工程，将病原体的抗原基因转人适 当的微生物细胞，通过发酵生产疫苗，如乙型肝 中氧气的含量有什么变化？ 炎疫苗的生产。 3.发酵工程在农牧业上的应用 应用类型 微生物及其作用 微生物肥料 根瘤菌制作根瘤菌肥：固氮菌制作固氮菌肥 苏云金杆菌防治80多种虫害；白僵菌防治 (4)回忆你昨天一天的食物，看看哪些食品是直 微生物农药 玉米螟、松毛虫：放线菌产生井冈霉素防治 接由微生物发酵生产的，哪些食品中添加了经发！ 水稻枯纹病 酵生产的食品添加剂？ 微生物饲料 用酵母菌、乳酸菌等生产单细胞蛋白 跟踪训练 1.下列关于发酵工程应用的说法，错误的是 A.发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物 核心归纳 B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶 C.通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞 1.发酵工程在食品工业上的应用 蛋白 产品类型 产品 相关微生物及其作用 D.发酵工程的产品可以是微生物的菌体 霉菌（如黑曲霉）将蛋白 2.下列不需要利用发酵工程的是 酱油 传统的 质水解成肽和氨基酸 A.生产单细胞蛋白饲料 发酵产品 B.通过生物技术培育可移植的皮肤 酒类 酿酒酵母利用谷物或水 C.利用工程菌生产胰岛素 果发酵产生酒精 D.工厂化生产青霉素 能力提升·核心素养 提升技能素养提高 社会责任——运用发酵工程生产啤酒 2.“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别 1.啤酒发酵的主要过程 类别 “精酿”啤酒 “工业”啤酒 主发酵 酵母菌的繁殖、糖的分解、代谢物的生成 只使用麦芽、啤酒 麦芽、啤酒花、酵母菌、 原料 花、酵母菌和水 水、大米、玉米、淀粉等 后发酵 低温、密闭环境下储存 食品添加剂 不添加 添加 23 生物学选择性必修3 麦芽汁浓度 较高，品味浓郁 较低，口味清淡 20 16 主发酵 90 发酵时间长，可达 发酵时间短，通常7天 发酵时间 多次分 批补加 2个月 左右 60 葡萄糖 后发酵 特点 产量低、价格高 产量高、价格低 30 0 应用体验 -4 0 10 15 20 25 时间/d 1.(2022·山东高考，改编)啤酒的工业化生产中， 大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒 A.生产啤酒用的发酵罐和大麦汁等原料都需要 等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误 经过灭菌、消毒 的是 B.多次分批补加葡萄糖可以减少发酵初期的高 ( A.用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就 渗透压对酵母细胞代谢的影响 能产生α-淀粉酶 C.主发酵过程中还原糖主要用于有氧呼吸，其产 B.焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行 生的CO,会使pH下降 灭菌 D.发酵过程中要适时往外排气，后发酵时期可以 C.糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵 延长排气时间间隔 D.通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生： 课堂小结 成，缩短啤酒的发酵周期 2.我国是世界上啤酒生产和消费大国。啤酒是以 菌种的选育 大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。啤酒生 扩大培养 产需经过制麦、糖化、发酵等主要环节。糖化主 培养基的配制 要是将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子的： 基本 发 环节 灭菌 过程。主要工艺流程如图所示，下列关于啤酒发 接种 思维 酵的叙述，错误的是 ( ) 发酵 导图 酵母菌种 →活化 程及其应 产品的分离、提纯等 在食品工业上的应用 大麦→发芽破碎→糖化→煮沸 →接种→发酵过滤→包装 用 在医药工业上的应用 制麦 糖化 发酵 应用 在农牧业上的应用 A.糖化采用的温度越高，淀粉水解速度越快 在其他方面的应用 B.啤酒中的酒精是糖类经酵母菌无氧呼吸产生 的代谢产物 1.性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通 C.在酿造啤酒过程中，酵母菌进行了有氧呼吸和： 过诱变育种或基因工程育种获得。 无氧呼吸 2.发酵工程所用的菌种大多是单一菌种。 D.酵母菌不能直接利用淀粉，需要淀粉酶等将淀 3.发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵。 晨读4.如果发酵产品是微生物细胞本身，可采用过滤、沉淀 粉转化成酵母菌可利用的糖 必背 等方法将菌体分离和干燥得到产品；如果发酵产品是 3.高酒精度啤酒（酒精浓度≥7.5%vol),由于其高 微生物的代谢物，可根据产物的性质采取适当的提 酒精度、高发酵度、低残糖等特点，受到越来越多 取，分离和纯化措施来获得产品。 消费者的青睐，其酿造工艺如图所示。下列有关 5.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及微 叙述错误的是 生物的菌体。 随堂巩固·评价演练 循纲忆知素养培育 1.通过发酵罐发酵可大规模生产谷氨酸，生产中常： B.常用的谷氨酸棒状杆菌为好氧菌，因此培养基 用的菌种是好氧的谷氨酸棒状杆菌。下面有关： 中需严格控制溶解氧、通气量等发酵条件 谷氨酸发酵过程的叙述，正确的是 ( C.排出发酵罐中的谷氨酸，不利于谷氨酸的合成 和产量的提高 A.配制高浓度营养物质的培养基，会使谷氨酸棒： D.发酵液pH呈碱性时，谷氨酸棒状杆菌易形成 状杆菌大量繁殖 谷氨酰胺 24 第1章发酵工程 2.发酵工程的正确操作过程是 ) 尿素的细菌。尿素分解菌产生的脲酶可用于降 ①发酵②培养基的配制③灭菌④产品的分： 解黄酒中的尿素，脲酶固定化后稳定性和利用效 离与提纯⑤菌种的选育⑥扩大培养⑦接种 率提高，固定化方法有 A.⑤②⑥⑦①③④B.⑤⑥②③⑦①④ (答出两种即可)。 C.②⑤③⑦①⑥④ D.⑦⑥⑤②③①④ (3)研究人员利用脲酶基因构建基因工程菌L, 3.(2022·湖南高考)黄酒源于中国，与啤酒、葡萄 在不同条件下分批发酵生产脲酶，结果如图所 酒并称世界三大发酵酒。发酵酒的酿造过程中 示。推测 是决定工程菌L高脲酶 除了产生乙醇外，也产生不利于人体健康的氨基： 活力的关键因素，理由是 甲酸乙酯(EC)。EC主要由尿素与乙醇反应形 成，各国对酒中的EC含量有严格的限量标准。： o-脲酶活力士培养pH 回答下列问题： 2.0 17.0 56.0 17.0 (1)某黄酒酿制工艺流程如图所示，图中加入的 色1.6 000oo65 5.0446,5 4.0 6.0 菌种a是 ,工艺b是 (填“消 5.5张 5.5 R0 5.0 52.0 5.0 毒”或“灭菌”)，采用工艺b的目的是 45 1.0 00246810 4.0 024681012 培养时间/h 赏 培养时间/h +米浆水 (4)某公司开发了一种新的黄酒产品，发现EC含 原料浸泡蒸煮糖化一灭活发酵压榨 酒糟 量超标。简要写出利用微生物降低该黄酒中EC 成品b灌装勾兑陈贮煎酒过滤 含量的思路 (2)以尿素为唯一氮源的培养基中加入 指示剂，根据颜色变化，可以初步鉴定分解 温馨提示 请做课时分层检测（四） 章末整合提升 种的选育和培养、产物的分离和提纯等环节。 …。形成生物大概念 ：2.获得微生物纯培养物是发酵工程的重要基础，它 一、系统整合·理清大概念知识关联 通过纯培养来实现。进行纯培养时，人们需要按 (一)本章重要概念 照微生物对营养物质的不同需求配制培养基；还 发酵工程利用微生物的特定功能生产对人类有用： 需要防止杂菌污染，无菌技术围绕这一点展开， 的产品 主要包括消毒和灭菌。 1.发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将！3.获得微生物纯培养物的常用方法有平板划线法 原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产： 和稀释涂布平板法。有时，还需要借助选择培养 物的过程。人们可以通过传统发酵技术或发酵： 基才能有目的的分离某种微生物。 工程来进行发酵生产。传统发酵以混合菌种的固：4.发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工 体发酵和半固体发酵为主。发酵工程一般包括菌： 业生产上有重要的应用价值。 (二)本章知识网络 稀释涂布显微镜直 平板法 接计数法 营养 平板划 稀释涂布 土壤中分解尿素的 种类 构成消毒灭菌线法 平板法 方法 细菌的分离与计数 培养基 无菌技术 接种 纯培养 计数 微生物的培养技术及应用 ·选育菌种 毛霉等：制作腐乳 -扩大培养 乳酸菌：制作泡菜 传统发 发酵 发酵工程 基本 配制培养基 酵技术 酵母菌：制作果酒 工程 及其应用 环节 的应用 灭菌 应用 醋酸菌：制作果醋 接种。 食品工业 医药工业 农牧业 其他方面 一发酵 分离、提纯产物 获得产品 25