新教材2023版高中生物第1章发酵工程单元素能提升课件新人教版选择性必修3

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单元素能提升 一单元知识构建单元提升交汇点提升点一　发酵工程与其他相关知识的综合交汇点1　酵母菌、醋酸菌和乳酸菌的细胞结构，联系必修课程模块1中原核细胞与真核细胞的主要区别(1)相同点：都有细胞膜、细胞质、DNA分子、核糖体。(2)不同点：醋酸菌和乳酸菌属于原核生物，其细胞无核膜、染色体，无线粒体等众多的细胞器，只有核糖体一种细胞器，而酵母菌属于真核生物。交汇点2　发酵条件的控制，联系必修课程模块1中有氧呼吸和无氧呼吸的影响因素(1)果酒的制作前期需要氧气，有利于酵母菌的大量繁殖，然后控制为无氧条件，进行酒精发酵。控制发酵温度约为18～30 ℃。(2)果醋的制作一直需要充足的氧气，控制发酵温度为30～35 ℃。但泡菜的制作一直需要密封。提升点二　微生物的培养技术与其他相关知识的交汇点交汇点1　酶的分解作用，联系必修课程模块1中酶的特性(1)酶具有专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应，如脲酶只能催化分解尿素。(2)需要温和条件：酶起催化作用需要适宜的温度和pH，因此培养微生物需要控制温度，调节培养基的pH。交汇点2　培养基中葡萄糖的作用，联系选择性必修模块1中血糖的来源和去路(1)葡萄糖的氧化分解：葡萄糖通过氧化分解释放能量，一部分以热能形式散失，另一部分储存在ATP中，为生命活动提供能量。(2)三大类物质的相互转化：糖类、脂质和蛋白质三大类物质之间可以相互转化。交汇点3　培养基中无机盐的作用，联系必修课程模块1、选择性必修模块1有关细胞和内环境中无机盐的作用(1)无机盐的作用：①无机盐是某些化合物的组成成分；②调节生物体的生命活动；③维持渗透压和酸碱平衡。(2)调节pH的缓冲对：H2CO3/NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等。疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材复习与提高1．(1)筛选出能降解化合物A的细菌　选择(2)低　增多(3)稀释涂布平板　呈“S”形增长。(4)提示：目的菌是否会产生对环境有害的代谢物；当使用大量目的菌时会不会使目的菌成为优势菌群，对其他微生物的生存构成威胁，从而打破微生物菌群的平衡等。(5)提示：可行。可以利用基因工程的方法，将能降解化合物A的基因导入受体菌中来实现。但在使用之前要检验其安全性。2．(1)①不同意。对一个冰激凌进行检测，没有遵循实验的平行重复原则，实验误差可能会很大。②有必要。若不进行梯度稀释，可能会由于菌体数量过多，两个或多个细菌连在一起当作一个菌落计数，从而使计数结果偏低。③需要设计对照组，需要设计未接种的培养基作为空白对照，来检测培养基灭菌是否彻底。(2)B(3)说明冰激凌中除了大肠杆菌外，还有其他细菌等微生物的污染。。若以深紫色菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值偏小，因为当两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。(4)如果大肠杆菌含量超标，应该向卫生检疫部门反映，停止售卖该种冰激凌，同时检测是冰激凌生产过程中大肠杆菌污染超标，还是水源中大肠杆菌污染超标。若是前者，冰激凌生产厂家应停止生产，进行设备灭菌等，直到达标；若是后者，应找到水源所在处，进行水源污染治理。基础排查过三关第1关：测基础　判正误一、传统发酵技术的应用1．酒精发酵时一般将温度控制在 18～30 ℃。(　　)2．葡萄酒酿造过程中需加入红色素，使葡萄酒呈深红色。(　　)3．在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。(　　)4．当缺少糖源，但氧气充足时，醋酸菌将乙醛变为乙醇，再将乙醇变为乙酸。(　　)5．醋酸菌是一种好氧细菌，只有当氧气充足时，才能进行旺盛的生理活动，但短时间的缺氧，不会导致其死亡。(　　)√×√××6．在用带盖的瓶子制葡萄酒过程中，每隔12h左右，将瓶盖打开一次， 以放出CO2。(　　)7．葡萄酒发酵时，将葡萄汁装入发酵瓶要留有1/3的空间。(　　)8．在碱性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。(　　)9．膳食中的亚硝酸盐不会危害人体健康。(　　)10．在泡菜的腌制过程中，要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。(　　)11．参与腐乳制作的微生物只有毛霉，毛霉是一种丝状真菌。 (　　)12．制作泡菜时清水和食盐配制质量分数为5%～ 20%盐水，煮沸后立即使用。(　　)×√××√××13．在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程育种获得菌种。(　　)14．分离、提纯酵母菌发酵生产的单细胞蛋白，可采用过滤、沉淀等方法。(　　)15．在连续培养过程中补充的同种培养液和空气应先灭菌。(　　)16．乳酸菌可以代替酵母菌用于乙醇的生产。(　　)17．发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成速度都与搅拌速度有关。(　　)18．单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。(　　)√√√×√×二、微生物的培养技术及应用1．获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。(　　)2．培养乳酸杆菌时需要在培养基中添加维生素，培养霉菌时需将培养基的pH调至中性或微碱性。(　　)3．倒平板操作需要在酒精灯火焰旁。(　　)4．平板划线时，接种环放在火焰上灼烧冷却后再蘸取菌液，操作要在火焰旁进行。(　　)5．在稀释度足够高的菌液里，微生物可以被分散成单个细胞，从而能在液体培养基中形成单个的菌落。(　　)√×√√×6．稀释涂布平板法统计的菌落数往往比实际数目高。(　　)7．测定土壤中细菌、真菌的数量选用的稀释范围相同。(　　)8．在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，培养某种细菌后，如果pH升高，指示剂将变红。(　　)9．测定饮用水中大肠杆菌的数目可以用滤膜法，即将已知体积的水过滤后，将滤膜放在伊红­亚甲蓝培养基上培养，通过计算深紫色菌落的数目，计算出水样中大肠杆菌的数目。(　　)10．某研究小组从有机废水中分离微生物用于废水处理。接种后的培养皿需放在光照培养箱中培养。(　　)××√√×11．在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌。(　　)12．培养微生物的培养基分装到培养皿后进行灭菌。(　　)13．统计菌落数目时为保证结果准确，一般选择菌落数目最多的平板进行统计。(　　)14．消毒的原则是既杀死部分的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害。(　　)15．平板划线法中每次划线后要将接种环灼烧。(　　)×××√√第2关：练规范　强素养1．(教材P6“探究·实践”)为什么泡菜坛只能装八成满？   2．(教材P6“探究·实践”)乳酸菌是厌氧菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。    答案：泡菜坛装得太满时，会使盐水不容易完全淹没菜料，从而导致菜料变质腐烂；同时发酵液可能会溢出坛外。泡菜坛留出一定空间，也方便拿取泡菜。答案：①选择气密性好的泡菜坛。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，盐水没过全部菜料。④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。3．(教材P6“探究·实践”拓展)为什么含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶？   4．(教材P7“探究·实践”)在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？答案：酸奶的制作依靠的是乳酸菌的发酵作用。抗生素能够杀死或抑制乳酸菌的生长，因此含有抗生素的牛奶不能发酵成酸奶。答案：制作果酒的过程中，除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长，它们会在酒精发酵中污染发酵液，而避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁后，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。5．(教材P8拓展应用T2改编)随泡菜的发酵时间的延长，亚硝酸盐的含量就会降低。是不是泡菜的发酵时间越长，越适合食用？     6．(教材P10“旁栏思考题”)为什么培养基需要氮源？   答案：不是，发酵时间过长会产生其他有害物质，同时乳酸含量过多，口味不佳。答案：微生物细胞内有蛋白质、核酸、磷脂等多种含氮的营养物质或代谢产物，培养基中的氮源可以作为合成这些营养物质及代谢产物的原料。7．(教材P10“旁栏思考题”)无菌技术除用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么作用？   8．(教材P10“相关信息”)牛肉膏和蛋白胨来源于动物原料，含有什么营养物质？答案：无菌技术还能有效避免操作者自身被微生物感染。答案：含有糖、维生素和有机氮等营养物质，作为碳源、氮源及特殊营养物质。9．(教材P12～13“探究·实践”)(1)在未接种的培养基表面应该没有菌落生长，如果有，说明什么？   (2)在接种酵母菌的培养基上，如果观察到了不同形态的菌落，可能是什么原因引起的？  答案：培养基被杂菌污染。答案：接种的菌种不纯或者无菌操作不规范。10．(教材P12“探究·实践”改编)为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？平板冷凝后，为什么要将平板倒置？  答案：通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面湿度也比较高，将平板倒置，既可以防止培养基表面的水分过快地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。11．(教材P16“思考·讨论”)(1)如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计？    (2)该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？ 答案：设计一种选择培养基，用尿素作为唯一氮源，可以将分解尿素的细菌分离出来。答案：这种培养基与普通培养基相比，只是用尿素作为唯一氮源，培养基的其他营养成分基本相同。12．(教材P18正文)为什么测定活菌的数量不能用平板划线法？    13．(教材P20拓展应用T2)在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌的原因是什么？答案：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，所以不能用平板划线法测定活菌数量。答案：由于生物与环境的相互依存关系，在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对较高，从这种土样中获得目的微生物的概率高于普通环境。14．(教材P23“思考·讨论”节选)(1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素有哪些？    (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？答案：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高，发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。答案：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。15．(教材P22～23图1－9)某生产谷氨酸的发酵装置，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，但在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N­乙酰谷氨酰胺，由此说明什么？答案：环境条件不仅影响微生物的生长繁殖，而且也会影响微生物的代谢物的形成。第3关：做高考　攀顶峰1．[2022·山东卷]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答案：D解析：青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，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，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；青霉菌的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污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。2．[2022·山东卷](不定项选择)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法正确的是(　　)A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α­淀粉酶B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期答案：ACD解析：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，可诱导α－淀粉酶相关基因的表达，促进α－淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α－淀粉酶，A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错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，属于转基因技术在微生物领域的应用，D正确。3．[2021·辽宁卷]利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是(　　)A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度答案：B解析：当缺少糖源时，醋酸杆菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，同时乙醇还可以抑制杂菌繁殖，A正确；酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸杆菌以二分裂的方式进行增殖，B错误；酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭发酵产乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确；酵母菌适宜温度是18～25 ℃，醋酸杆菌最适温度为30～35 ℃，D正确。4．[2021·江苏卷]某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋，下列相关叙述正确的是(　　)A．果酒发酵时，每日放气需迅速，避免空气回流入发酵容器B．果酒发酵时，用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日增多C．果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时D．果醋发酵时，用重铬酸钾测定醋酸含量变化时，溶液灰绿色逐日加深答案：C解析：酒精发酵是利用酵母菌的无氧呼吸，随着果酒发酵的进行，装置内会产生气体(二氧化碳)，容器内压强大于外界，所以空气不会回流，A错误；果酒发酵时，发酵液中的葡萄糖不断被消耗，因此用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日减少，B错误；以酒精为底物进行醋酸发酵，酒精与氧气发生反应产生醋酸和水，几乎没有气泡产生，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时，C正确；重铬酸钾用于检测酒精，不能用于测定醋酸含量，D错误。5．[2021·湖北卷]中国的许多传统美食制作过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是(　　)A．泡菜制作过程中，酵母菌将葡萄糖分解成乳酸B．馒头制作过程中，酵母菌进行呼吸作用产生CO2C．米酒制作过程中，将容器密封可以促进酵母菌生长D．酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸杆菌答案：B解析：泡菜制作过程中，主要是乳酸菌将葡萄糖分解形成乳酸，A错误；做馒头或面包时，经常要用到酵母菌，酵母菌可以进行有氧呼吸分解面粉中的葡萄糖，产生二氧化碳和水，二氧化碳是气体，遇热膨胀而形成小孔，使得馒头或面包暄软多孔，B正确；酵母菌在有氧条件下可以大量繁殖，在密封也就是无氧条件下产生酒精，C错误；酸奶制作过程中，后期低温处理时大部分乳酸杆菌已死亡，不会大量繁殖，D错误。6．[2021·海南卷]关于果酒、果醋和泡菜这三种传统发酵产物的制作，下列叙述正确的是(　　)A．发酵所利用的微生物都属于原核生物B．发酵过程都在无氧条件下进行C．发酵过程都在同一温度下进行D．发酵后形成的溶液都呈酸性答案：D解析：参与果酒制作的微生物是酵母菌，属于真核生物，A错误；参与果醋制作的醋酸菌是好氧菌，因此果醋发酵需要有氧条件，B错误；不同的发酵产物需要的温度不同，C错误；果酒、果醋和泡菜发酵后形成的溶液都呈酸性，D正确。7．[2021·北京卷]人体皮肤表面存在着多种微生物，某同学拟从中分离出葡萄球菌。下述操作不正确的是(　　)A．对配制的培养基进行高压蒸汽灭菌B．使用无菌棉拭子从皮肤表面取样C．用取样后的棉拭子在固体培养基上涂布D．观察菌落的形态和颜色等进行初步判断答案：C解析：为避免杂菌污染干扰，需对配制的培养基进行高压蒸汽灭菌，A正确；葡萄球菌需从人体皮肤的微生物中分离，为避免杂菌污染，故需要使用无菌棉拭子从皮肤表面取样，B正确；用取样后的棉拭子浸出液在固体培养基上涂布，C错误；根据微生物在固体平板培养基表面形成的菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等特征进行鉴别，D正确。8．[2022·广东卷]研究深海独特的生态环境对于开发海洋资源具有重要意义。近期在“科学号”考察船对中国南海科考中，中国科学家采集了某海域1 146米深海冷泉附近沉积物样品，分离、鉴定得到新的微生物菌株并进一步研究了其生物学特性。回答下列问题：(1)研究者先制备富集培养基，然后采用__________法灭菌，冷却后再接入沉积物样品，28℃厌氧培养一段时间后，获得了含拟杆菌的混合培养物，为了获得纯种培养物，除了稀释涂布平板法，还可采用__________法。据图分析，拟杆菌新菌株在以_________为碳源时生长状况最好。(2)研究发现，将采集的样品置于各种培养基中培养，仍有很多微生物不能被分离筛选出来，推测其原因可能是________________________________________________________________________。(答一点即可)湿热灭菌平板划线纤维素某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)解析：(1)培养基通常采用湿热灭菌法进行灭菌。可以采用稀释涂布平板法或平板划线法，将单个微生物分散在固体培养基上，经过培养得到单菌落，从而获得纯净培养物。分析题图可知，在以纤维素为碳源的培养基中，细胞数量最多，可推知拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好。(2)深海冷泉中可能存在某些微生物，只有利用冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)，故将采集的样品置于各种培养基中培养，仍可能有很多微生物不能被分离筛选出来。(3)藻类细胞解体后的难降解多糖物质，通常会聚集形成碎屑沉降到深海底部。从生态系统组成成分的角度考虑，拟杆菌对深海生态系统碳循环的作用可能是___________________________________________________________________________________________。(4)深海冷泉环境特殊，推测此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能还有________。解析：(3)拟杆菌为异养生物，作为该生态系统的分解者，能将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物，归还到无机环境中，有利于碳循环的顺利进行。(4)深海冷泉温度较低，故生活在其中的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶，应具有耐低温的特性，才能高效降解多糖，保证拟杆菌的正常生命活动所需。 拟杆菌作为分解者，将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物，归还到无机环境中，有利于碳循环的顺利进行耐低温