第29讲 发酵工程（知识清单）-2026年高考生物一轮复习讲练（上海专用）

这是一份第29讲 发酵工程（知识清单）-2026年高考生物一轮复习讲练（上海专用），共19页。试卷主要包含了培养基为微生物提供所需营养物质，培养基的配制流程，实例等内容，欢迎下载使用。

发酵是指通过微生物有氧或无氧条件下的生命活动，生产和积累人们所需产品的过程。发酵工程是指利用微生物的生命活动大量生产人们所需产品的工程技术体系。
考点1 获得纯种微生物是发酵工程的基础★★★★☆
某些青霉用于发酵生产青霉素或酶抑制剂，某些曲霉和根霉是发酵工业的重要菌种，某些霉菌会引起动植物或人体疾病，如皮肤癣等。
1.培养基为微生物提供所需营养物质
微生物：微生物是对一切肉眼看不到或看不清楚的一群微小生物的统称，包括细菌。
微生物需要的营养物质在我们生活的周围，处处都有微生物在繁衍生息。微生物个体微小，在自然界中常常是多种微生物生活在一起。因此，分离、纯化和培养微生物是研究和利用微生物的前提。微生物的生存和生长依赖于适宜的营养物质和生长环境。
①培养基
（1）概念：一种由人工配制的适合微生物生长、繁殖并产生代谢产物的营养基质。
（2）作用：用于分离、纯化和培养微生物。
（3）微生物所需的营养物质包括：碳源、氮源、生长因子、无机盐和水等。
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 碳源\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 碳源物质在细胞内经过化学变化后，成为微生物自身的结构物质和代谢产物, 分类\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 无机碳源：自养微生物能够利用CO2为唯一或主要碳源, 有机碳源：异养微生物利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉和纤维素等)))), 氮源\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 氮源物质主要用于合成细胞中的蛋白质、核酸等, 分类\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 无机氮源：N2、NH3、尿素、铵盐、硝酸盐等, 有机氮源：蛋白胨（多肽混合物）、氨基酸等)))), 生长因子\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 微生物自身不能合成或合成量不足，但又是生长和代谢所必需的小分子, 种类：某些维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等)), 无机盐：无机盐一般有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含钠、钾、钙、镁等元素的化合物, 水：水是微生物生长和代谢必不可少的营养物质))
（4）特殊要求：选用或设计培养基首先要考虑选择适宜的营养物质。由于微生物具有不同的营养类型，对营养物质的要求也各不相同，且不同微生物生长、繁殖和代谢产物积累所需的pH也不相同。因此，必须根据各种微生物的特点及实验目的选用合适的培养基。
特殊要求eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 乳酸杆菌：添加微生物, 霉菌：pH调至酸性, 细菌：pH调至中性或弱碱性, 厌氧微生物：提供无氧条件))
（5）培养基的类型：根据成分来源、物理状态和基本用途，可对培养基进行不同的分类。
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 成分来源\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 天然培养基：化学组成不确定的成分, 合成培养基：由化学成分完全确定的物质配制而成的培养基)), 物理状态\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 液体培养基：微生物的大量培养, 固体培养基：用于微生物分离、鉴定、计数和菌种保存等, 半固体培养基：用于观察微生物的运动和分类鉴定等)), 基本用途\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 通用培养基：营养物质齐全，可以满足多种微生物的营养需, 选择培养基：有利于目的微生物生长，使其成为优势菌，从而抑制杂菌生长, 鉴别培养基：用于区分和鉴定不同微生物))))
2.无菌技术是微生物研究和发酵工程的基础
（1）无菌技术：在微生物发酵培养中，一般使用的是经过分离筛选获得的纯种微生物，全过程不能有杂菌污染，而且所用的微生物也不允许污染环境。这防止纯种微生物被其他微生物污染，且自身也不污染操作环境的技术。
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 消毒\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 煮沸消毒法：耐高温的液体或物品，家庭餐具等, 巴氏消毒法：牛奶、啤酒、果酒和酱油等不耐高温的液体, 化学药物消毒法：伤口、动植物组织表面等表面消毒、空气、手术器械、玻璃器皿等)), 灭菌\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 高温灭菌\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 高压蒸汽灭菌：0.1MPa，121℃，15～30min, 干热灭菌\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 火焰灼烧：涂布棒、接种环或其他金属用具、试管口或瓶口等, 烘箱干燥灭菌：耐高温的，玻璃器皿（培养皿等）和金属用具等)))), 过滤灭菌：含有热敏感物质的培养基以及好氧发酵所需的无菌空气, 辐射灭菌：医疗器械，药品包装等, 紫外辐射：一般用于对物体表面和空气的灭菌))))
（2）其他操作：为了确保微生物实验操作过程中不污染杂菌，还需要人为提供一个无菌区域。
①进行微生物实验操作时，操作者的衣着和手需进行清洁和消毒；
②实验结束时，也一定要洗手，以防止被微生物感染。使用后的培养基丢弃前，一定要进行灭菌处理，以免污染环境。
3.培养基的配制流程
（1）实验原理：培养基一般含有微生物所必需的营养物质。酵母浸粉胨葡萄糖培养基中的葡萄糖主要提供碳源，蛋白胨和酵母浸粉主要提供氮源和生长因子。该培养基常用于酵母的培养。
4.分离和纯化微生物常用平板划线法和稀释涂布平板法
（1）微生物的分离和纯化：从混杂的微生物群体中，获得只含有某一种或某一株微生物（纯种培养物）的过程。常用平板划线法和稀释涂布平板法。
酵母的分离纯化：通过平板划线法和稀释涂布平板法，使微生物在固体培养基上生长，形成由单个细胞繁殖而成的单菌落，从而可以挑取这种单菌落获得纯种培养物。
①微生物的平板划线法
（1）纯培养的相关拓展
1）培养基冷却凝固后需倒置：防止皿盖上的水珠滴入培养基造成污染，还可避免培养基中的水分过快挥发。
2）在灼烧接种环后需冷却后再划线：以免接种环温度太高，杀死菌种。
3）平板划线法三种灼烧的目的
a蘸取菌液前灼烧：杀死接种环上原有微生物
b每次划线之前灼烧：杀死上次划线结束时接种环上残留的菌种，使下一次划线的菌种直接来源于上次划线的末端；
c接种结束后灼烧：杀死接种环上残留的菌种，避免菌种污染环境和感染操作者。
②微生物的稀释涂布
补充：根据菌落特征区分微生物
不同微生物在特定培养基上生长、繁殖所形成的菌落特征有很大差异。而同一种微生物在一定条件下培养，其特征往往有一定的稳定性，由此可以对不同微生物加以鉴别。菌落特征是衡量菌种纯度、辨认和鉴定菌种的重要依据。菌落特征取决于组成菌落的细胞结构和生长行为。
特征描述一般包括：菌落的大小、形态、颜色、透明度、隆起状态、边缘特征等。菌落形态大小也受到邻近菌落的影响。菌落靠得太近，则有限的营养物质、有害代谢物的分泌与积累使菌落生长受到抑制。此外，培养时间的长短也会影响菌落应有特征的表现。
补充：两种纯化方法的比较
5.测定微生物数量可间接了解微生物的生长情况（微生物计数）
（1）微生物的生长与繁殖分别表现为细胞物质的增加和细胞数量的增加。测定微生物细胞数量可以间接了解微生物的生长状况，常用方法是稀释涂布平板法和显微镜计数法。
6.实例：尿素分解菌的分离与计数
（1）背景：农作物不能直接吸收尿素，尿素只有被土壤中的细菌分解成氨后才能被植物利用。
（2）原理：若培养基中唯一的氮源是尿素，那么只有能合成脲酶的细菌才能分解尿素，以尿素作为氮源。无法合成脲酶的其他微生物则由于缺乏氮源而不能生长、繁殖。所以，用这种选择培养基就能从土壤微生物中分离出分解尿素细菌。
（3）设置对照：eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 不接种的培养基：判断是否被杂菌污染, 接种于胰蛋白胨、酵母浸粉培养基：判断选择培养基是否有筛选作用))
考点2 发酵工程为人类提供多样化生物产品★★★☆☆
发酵工程：利用微生物的生命活动大量生产人们所需产品的工程技术体系。
1．运用传统发酵技术生产多种食品
（1）传统发酵技术：自然发酵工艺为主，生产过程难以精确控制，主要依靠操作者的经验判断。
2.果酒：果酒是以新鲜水果或果汁为原料、经酵母发酵而成的、含有一定酒精的发酵酒。
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 发酵菌种：酵母菌（真核生物）, 菌种分布：新鲜水果或果汁（原料）, 代谢类型：异养兼性厌氧型, 培养条件\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①果汁迅速导入灭菌发酵瓶内，留出1/3的空间,②18~25℃条件下厌氧发酵10~12d,③发酵期间通过打开出气管，间或放气几次,④待发酵结束后，用玻璃酒精计检测酒精含量,⑤将酒液过滤，装入经消毒的玻璃瓶中，完成果酒的制作)), 有氧条件（大量繁殖）：C6H12O6+6O2eq \(――→,\s\up7(酶))6CO2+6H2O+能量, 无氧条件（发酵）：C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C2H5OH+2CO2+少量能量, 对氧的需求：前期需氧，后期不需氧))
3.果醋：果醋是在果酒基础上，进行醋酸发酵酿制而成的饮料醋，兼具水果和醋的香味。
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 发酵菌种：醋酸菌, 菌种分布：空气, 代谢类型：异养需氧型细菌, 培养条件\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①制作好的果酒按照10%的比例加入醋酸菌液，塞好瓶塞,②打开进气管和出气管,③在30~35℃条件下发酵3~4d,④待发酵结束用pH计测定果醋的 pH，果醋一般约为3)), O2充足，缺少糖源：C2H5OH＋O2\(―→,\s\up7(酶))CH3COOH（乙酸/醋酸）+H2O＋能量, O2、糖源充足时：C6H12O6＋2O2eq \(―→,\s\up7(酶))2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量, 对氧的需求：一直需氧))
4.酸奶的制作
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 发酵菌种：乳酸菌, 菌种分布：牛奶, 代谢类型：异养厌氧型细菌, 原理：乳酸菌可将牛奶中的乳糖转化成乳酸，乳酸可使牛奶中蛋白质凝固，产生酸奶风味,培养条件\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①原料配制\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(12.0g全脂奶粉+5.0g蔗糖+96mL蒸馏水/100mL新鲜牛奶中+5.0g蔗糖,摇匀，用封口膜封好三角烧瓶的瓶口)),②消毒\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(三角烧瓶置于85~90℃的恒温水浴锅中消毒15 min,将瓶中液体部分完全浸没在热水中，并不时摇动)),③冷却：将消毒好的三角烧瓶冷却至45℃左右,④接种：按比例将酸奶菌粉接入冷却后的原料中，充分搅匀后封好封口膜,⑤保温\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(将接种后的原料置40~42℃的恒温培养箱中保温4~6 h（视凝乳速度而定）,待凝固后从恒温培养箱中取出，停止发酵)),⑥后熟：已形成凝固态的酸奶在4℃左右的低温下保持12~24h,⑦感官评定：记录酸奶色泽、组织状态、气味和滋味等))))
补充：5.腐乳的制作
①原理：蛋白质eq \(――→,\s\up7(蛋白酶))小分子的肽和氨基酸。
②腐乳制作过程中参与的微生物：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
6.泡菜的制作
①菌种的种类和来源
常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌。
②乳酸菌发酵制作泡菜的原理：C6H12O6eq \(――→,\s\up7(酶))2C3H6O3（乳酸）＋能量。
③制作泡菜的方法步骤
2.发酵工程是生产特定产品的现代生物工程技术体系（发酵工程的步骤）
①保藏菌种：发酵工业依靠微生物的生命活动，能在生产设备中把各种原料转化成产品。发酵生产所用的菌种是具有特定功能的微生物。利用这些特定功能可以生产人们所需的各种产品。菌种是发酵工业的灵魂。目前，工业生产应用的优良菌种绝大多数是从自然界中分离得到野生型菌株，再经过筛选、纯化和诱变育种后才选育成功的。而采用基因工程改造或构建工业生产菌种，已成为最新、最有力的育种技术手段。
②逐级扩大培养：因此，发酵前需要准备足够数量且活力旺盛的纯种培养物，即发酵的种子。菌种保藏管中处于休眠状态的菌种需经过斜面培养、三角瓶和种子罐的扩大培养而获得大量的种子，这称为微生物菌种的逐级扩大培养。种子的培养基：要求原料精细、营养丰富完全，菌种能够迅速生长；
③配置培养基：则要求菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得，两者成分区别很大。在实际生产中，种子罐的培养基成分往往更接近于发酵培养基，因此菌种扩大培养过程也是微生物逐渐适应发酵培养基的过程。
④灭菌：现代发酵工业大多数是纯种培养，发酵过程一旦污染杂菌后，杂菌会与生产菌争夺营养，并分泌一些抑制生产菌生长、改变培养液性质或抑制产物合成的有毒副作用的物质，导致产品产量降低、质量下降，造成严重的经济损失。因此，在发酵之前必须采用高压蒸汽对大型发酵罐、培养基和附属设备进行灭菌。
⑤生物反应器： 生物工程中为微生物或动植物细胞的生长代谢提供场所，使其大量积累目的产物的装置称为生物反应器。发酵罐是发酵工业中常用的生物反应器，一般采用计算机自动化控制、自动收集和分析数据，并实现最优条件控制。现代发酵常用的大型发酵罐，规模可以从几十立方米到几百立方米。
发酵过程调控：
控制参数：主要包括温度、pH、溶解氧（学习提示：空气中的分子态氧在水中称为溶解氧。 氧在水中的溶解度很小。在工业生产的好氧发酵中，过低的溶解氧会抑制微生物的有氧呼吸过程，导致副产物增多；过高的溶解氧会影响产物的生成，同时增加生产成本）、搅拌转速、营养物浓度和泡沫等。
⑥分离、提取目的产物：微生物发酵过程可以通过自动控制技术对参数进行实时检测和调控，以满足微生物生长和代谢的要求，发挥其最大生产能力，获得目的产物。在发酵完成后，根据发酵产物性质的不同，人们需要采用不同的方法进行分离并提纯，最终得到商品化的产品。
（1）生产青霉素：
①菌种：点青霉菌
②青霉素培养基：
碳源：工业用葡萄糖或淀粉的酶水解物；
氮源：玉米浆、硫酸铵或氨水；
无机盐：硫酸钠和磷酸二氢钾等。
③培养条件：产黄青霉生长的最适温度为30 ℃，生产青霉素的最适温度是20 ℃；青霉 素合成的适宜pH为6.5左右；发酵过程中还会产生较多泡沫，需要补入消泡剂。
④培养过程：因此在生产中，将发酵前期温度控制在26 ℃左右，发酵后期的温度控制在23 ℃左右。
3．发酵工程产品在多个领域具有重要应用价值
（1）食品工程方面应用：
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 生产具有地方特色的发酵食品\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 山西老陈醋、绍兴黄酒、四川泡菜, 北京豆腐乳、蒙古酸奶等)), 发酵生产多种食品添加剂\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 黄原胶和结冷胶等微生物多糖可作为食品增稠剂, 谷氨酸等可作为食品鲜味剂, β- 胡萝卜素可作为着色剂和营养强化剂, 大规模培养的乳酸菌等可直接食用，改善肠道健康))))
（2）医药方面应用：
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 发酵医药产品：抗生素（包括青霉素、链霉素、红霉素、头孢霉素和万古霉素等, 基因工程药物\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 抗炎、抗肿瘤和抗病毒的干扰素, 增强人体免疫力、提高癌症化疗效果的白介素, 治疗严重烧伤者的表皮生长因子, 创口修复的成纤维细胞生长因子, 治疗糖尿病的胰岛素, 婴幼儿及易感者预防乙型肝炎的蛋白多肽类疫苗))))
（3）能源环境应用：
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1( 燃料乙醇是一种可再生能源, 利用最新的生物技术研究出木糖专用酵母, 利用非粮资源的木质纤维素为原料发酵生产乙醇, 生产生物降解塑料可用于制造生活用塑料制品、农林环保用塑料制品、汽车和建材等领域的复合材料等))
预警类别一 获得纯种微生物是发酵工程的基础
陷阱1 倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖上
正确理解：倒平板时，用拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，将锥形瓶中的培养基(10～20 mL)倒入培养皿，立即盖上培养皿的皿盖，不能打开皿盖。
陷阱2 为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落
正确理解：接种环灼烧灭菌后，应冷却后再挑取菌落，以免高温杀死菌种。
陷阱3 对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和灭菌
正确理解：对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。
陷阱4 利用稀释涂布平板法统计菌落数目时，统计的菌落数就是活菌的实际数
正确理解：当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的是一个菌落，故稀释涂布平板法统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。
陷阱5 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
正确理解：统计菌落数目时为保证结果准确，在同一稀释度下，应至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值。
陷阱6 利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离和计数
正确理解：利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离，但平板划线法不能用于微生物的计数。
预警类别二 发酵工程为人类提供多样化生物产品
陷阱1 豆腐中的蛋白质被蛋白酶全部分解成了氨基酸
正确理解：毛霉分泌的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸。
陷阱2 泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件
正确理解：参与泡菜制作的乳酸菌是厌氧菌，因此泡菜的制作全过程都要保持无氧条件。
陷阱3 当缺乏糖源和氧气时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，进而转化成乙酸
正确理解：醋酸菌是好氧细菌，氧气缺乏时，会引起醋酸菌死亡，当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇转化为乙醛，进而转化成乙酸。
陷阱4 在利用葡萄发酵产生果酒的后期，加入醋酸菌即可产生乙酸
正确理解：在利用葡萄发酵产生果酒的后期，需要打开发酵装置的充气口并适当提高温度，才能进行果醋发酵。
陷阱5 与家庭传统发酵一样，发酵工程所用的菌种绝大多数是混合菌种
正确理解：发酵工程所用的菌种绝大多数是单一菌种。
陷阱6 单细胞蛋白是通过发酵产生的大量微生物分泌蛋白
正确理解：单细胞蛋白是微生物菌体。
一、发酵工程
2025年3月3 - 5日，第 14 届国际生物发酵系列展（济南）在济南黄河国际会展中心 N1 - N4 馆盛大开幕。此次展会规模空前，展示面积达 60000 平方米，吸引了超 800 家参展商齐聚一堂，纷纷亮出前沿技术成果和多样产品，令人目不暇接。展会同期举办了 35 场高品质的同期论坛和活动，特别邀请到中国工程院 4 名院士和 300 位专家、教授，围绕生物发酵产业大会、合成生物学与生物制造、发酵培养基、生物医药等多个主题，紧密结合产业需求和关键核心技术的 “难点”“热点”“趋势” 等问题展开深入研讨，为行业发展提供了极具价值的思路与方向 。
考点预测： 理解传统发酵的特点，掌握不同发酵过程的原理、主要微生物和发酵条件等。微生物的培养技术为高考的高频考点，可结合较复杂的科研情境考香。应重点掌握培养基的成分及类型、无菌技术、微生物的纯培养、选择培养以及微生物数量测定方法。发酵工程是微生物培养技术的工程化应用，讲解发酵工程的基本环节及应用，其中啤酒的工业化生产是近年来的高频考点。
（2024·上海·高考真题）5．苏氨酸的生物合成大肠杆菌可高产苏氨酸，但会混有大肠杆菌自身产生的有毒物质。谷氨酸棒状杆菌也能产生苏氨酸，虽产量低，但不会产生有毒物质。因此科学家想利用通过改良谷氨酸棒状杆菌使其达到高产苏氨酸的目的。如图1显示了谷氨酸棒状杆菌和大肠杆菌合成苏氨酸的部分途径。其中细胞膜上的字母代表的是转运蛋白。

(1)据图1可知，谷氨酸棒状杆菌细胞合成苏氨酸的场所是 。
(2)据图1可知，维持细胞内苏氨酸含量稳定的调节机制是 （正反馈/负反馈）调节。
(3)据图1可知，两种细胞产生的苏氨酸的过程中不同的是______。
A．转运蛋白的种类B．外排的氨基酸种类
C．苏氨酸的碳骨架D．合成的起始底物
科学家从土壤中筛选出了谷氨酸棒状杆菌，得到了一株产苏氨酸的菌株a。通过对菌株a的AK酶改良，得到了苏氨酸高产菌株b。部分操作过程如图2，其中培养基Ⅰ和培养基Ⅱ的配方相同。

(4)培养基Ⅰ属于 （通用/选择/鉴定）培养基；培养基Ⅰ和Ⅱ上获得的细菌种类数 （相同/不同）；在培养基Ⅱ上采用的接种方法是 。
(5)若AK酶结构未知，为迅速获得AK酶突变株，应选用的策略是 （定点突变/随机突变）。
(6)据题意可知，与菌株a相比，菌株b中的AK______。
A．与天冬氨酸结合力增强B．与苏氨酸结合力增强
C．与天冬氨酸结合力下降D．与苏氨酸结合力下降
科学家利用基因工程技术将大肠杆菌H1、H2、H3三种转运蛋白基因分别导入菌株b中，获得了菌株h1、h2、h3，并测定苏氨酸产量和导入基因相对表达量，结果如图3。

(7)分析并阐述h3苏氨酸产量最高的原因 。
【答案】(1)细胞质基质
(2)负反馈
(3)AB
(4) 选择 不同 平板划线法
(5)随机突变
(6)D
(7)要点1：由题意与对比图中b、h1、h2、h3组可知，大肠杆菌的三种H转运蛋白均能在导入后提高谷氨酸棒状杆菌膜上的苏氨酸转运能力，从而提高菌株苏氨酸产量。要点2：对比图中h1、h2、h3组可知，相对于H1而言，H2、H3基因在导入后的表达能力相对更强，得到的可用的转运蛋白数量更多，转运苏氨酸能力就更强。要点3：对比图中h2、h3组可知，尽管H2基因表达量略高于H3，但H3蛋白转运苏氨酸的能力比H2更强，使得h3苏氨酸产量更高。要点4：又由于转运效率高使得膜内苏氨酸浓度降低，对AK酶的抑制作用降低，更多的天冬氨酸顺利转化成苏氨酸前体物质天冬酰胺，进一步提高了h3的苏氨酸产量。综上，从结果上看，h3苏氨酸的产量最高。
【分析】1.原核细胞与真核细胞的根本区别在于有无以核膜为界限的细胞核。
2.在培养基上常用的接种方法有：稀释涂布平板法和平板划线法。
【详解】（1）谷氨酸棒状杆菌为原核生物，没有以核膜为界限的细胞核，只具有唯一的一种细胞器核糖体，据图1可知，合成苏氨酸的场所是细胞质基质。
（2）依据图1可知，当苏氨酸含量过高时，会抑制天冬氨酸转化为天冬酰胺，所以维持细胞内苏氨酸含量稳定的调节机制是负反馈调节。
（3）据图可知，为重两种细胞的细胞膜上的字母不同，说明位于细胞膜上的转运蛋白不同，转运蛋白对物质的运输具有特异性，所以外排的氨基酸种类也不同，AB正确，CD错误。
故选AB。
（4）实验的目的是筛选谷氨酸棒状杆菌，所以培养基Ⅰ为选择培养基；通过选择培养后，在培养基Ⅰ和Ⅱ上获得的细菌种类数会出现差异；据图可知，在培养基Ⅱ上采用的接种方法是平板划线法。
（5）由于AK酶结构未知，所以为迅速获得AK酶突变株，应进行随机突变。
（6）菌株b与菌株a相比较，苏氨酸更高产，所以可推知，菌株b中AK与苏氨酸的结合力下降，D正确，ABC错误。
故选D。
（7）据图可知，①由题意，对比图中b、h1、h2、h3组可知，大肠杆菌的三种H转运蛋白均能在导入后提高谷氨酸棒状杆菌膜上的苏氨酸转运能力，从而提高菌株苏氨酸产量；②对比图中h1、h2、h3组可知，相对于H1而言，H2、H3基因在导入后的表达能力相对更强，得到的可用的转运蛋白数量也更多，转运苏氨酸能力就更强；③对比图中h2、h3组可知，尽管H2基因表达量略高于H3，但H3蛋白转运苏氨酸的能力比H2更强，使得h3苏氨酸产量更高；④由于转运效率高，使得膜内苏氨酸浓度降低，而对AK酶的抑制作用降低，更多的天冬氨酸顺利转化成苏氨酸前体物质天冬酰胺，进一步提高了h3的苏氨酸产量。综上，从结果上看，h3苏氨酸的产量最高。
学习导航站
知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 获得纯种微生物是发酵工程的基础★★★★☆
考点2 发酵工程为人类提供多样化生物产品★★★☆☆
（星级越高，重要程度越高）
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2大陷阱预警）
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析、聚焦考点预测
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
称量
参照右表称量配制500mLYPD培养基所需的酵母浸粉5g、蛋白胨10g、琼脂10g。单独配制20%葡萄糖溶液5mL，备用。
溶解
在烧杯中加入酵母浸粉和蛋白胨，并加入约250mL蒸馏水，搅拌均匀，在磁力搅拌器上加热溶解后，再加入琼脂并使之熔化。加热过程中需控制温度，并用玻璃棒不断搅拌。待琼脂充分熔化后，停止加热，补蒸馏水至450mL。
调整pH
用1ml/LNaOH溶液或1ml/LHCl溶液将pH调至6.5
分装
将烧杯中的培养基趁热倒入250mL三角烧瓶中，每瓶加量约90mL，注意不要把培养基沾到瓶口。用瓶塞和牛皮纸包扎封口。
灭菌
将上述培养基与洗净、干燥并包扎好的培养皿一起放入灭菌锅于121℃灭菌20～30min。
倒平板
在超净工作台中，将葡萄糖溶液用无菌过滤器除菌后，加入冷却至50℃左右的培养基中（每90mL培养基加入10mL）。
①右手持三角烧瓶，左手将瓶塞拔出并用小拇指夹住，瓶口保持对着酒精灯火焰。
②左手拿培养皿，将皿盖在火焰附近打开一缝，用酒精灯火焰迅速烧瓶口后，往培养皿中倒入约15mL培养基。
③加盖后小心晃动培养皿，使培养基均匀分布在培养皿底部。最后，将培养皿平置于台面上，待凝固后即为平板。
平板划线法
通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的微生物细胞逐步稀释分散到培养基的表面的方法。在数次划线后培养，可以分离到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体，即菌落。
稀释涂布平板法
将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到固体培养基表面的方法。在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个菌落。
所需器材
接种环）、酒精灯超净工作台、试管等
过程：三区划线法
1.点燃酒精灯，将接种环在火焰上灼烧灭菌；
2.瓶口迅速通过火焰后，将冷却的接种环伸入酵母液中蘸取一环酵母液；
3.小心揭开培养皿盖，将接种环上的酵母液在平板边缘的一块区域连续划”之"字线；待冷却后，从第1区域划线的末端开始往第2区域内划线，继续在第3区域内重复以上操作。划线时一定要轻，不要划破培养基。
所需器材
涂布棒、移液器、酒精灯、超净工作台、试管等
1.酵母菌的稀释
（1）对菌液进行适当倍数的稀释，取6支试管，分别加入9mL生理盐水后封口，按101-106的顺序编号，灭菌；
（2）用移液器吸取1mL酵母液，注入101倍稀释的试管中，混合均匀；
（3）从101倍稀释的试管中吸取1 mL稀释液，注入102倍稀释的试管中，混合均匀。依此类推，直到完成最后一支试管106倍的稀释。
2.涂布方法
（1）将涂布棒浸在盛有75%酒精的烧杯中；
（2）用移液器吸取0.1mL稀释倍数为104倍的酵母液，滴加到培养基平板表面的中央；
（3）取出沾有少量酒精的涂布棒快速穿过火焰，待酒精燃尽后，冷却几秒钟；
（4）用涂布棒将酵母液均匀地涂布在整个平板的表面，确保整个平板的表面都被覆盖；
（5）另取培养基平板，重复上述操作，分别涂布105和106两个稀释倍数的酵母液。
3.微生物的培养和菌落的观察
将划线和涂布后的平板以及一个未涂布的平板都置于30 ℃恒温培养箱中，倒置培养24h和48 h后，分别观察并记录结果
金黄色葡萄球菌
枯草芽孢杆菌
阿维丁链霉菌
酿酒酵母
项目
平板划线法
稀释涂布平板法
目的
在培养基上形成由单个菌体繁殖而来的子细胞群体—（单菌落）
分离结果
原理
在数次划线后培养，可以分离到由一个细菌细胞繁殖而来的肉眼可见的细胞群体，即菌落
在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细菌细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落
关键操作
接种环在固体培养基表面连续划线
①外面进行一系列的梯度稀释；
②在进行涂布平板操作
用具
接种环
移液器、涂布棒
优点
可以观察菌落特征，对混合菌进行分离；操作简单
可以计数（计数结果可能会偏低，需多次试验），可以观察菌落特征
能否用于计数
不能计数（连成一片）
可以计数，操作复杂，需要涂布多个平板
共同点
都要用到固体培养基；都需进行无菌操作；都会在培养基表面形成单个的菌落；都可用于观察菌落特征
方法
稀释涂布平板法活菌计数法
显微镜计数法
原理
稀释涂布平板法也可以用来进行活菌计数。
利用血细胞计数板在显微镜下直接观察微生物细胞并进行计数的方法。
计数过程
①梯度稀释：将待测菌液经适当稀释；
②涂布平板：涂布在平板上，经培养形成菌落后，统计菌落数；
③由于一个单菌落是由原样品中一个活的菌体细胞生长繁殖而成，因此，通过统计菌落数并根据其稀释倍数和取样量，可换算出单位样品中的活菌数；
④计数原则：为了保证结果准确，一般选择菌落数在30~300的平板进行计数。
①计数时，将菌液充满计数室，通过对微生物数量的读取，计算原菌液中的微生物数量。
③计算公式：原样品中某菌密度=（计数室中该菌数目/计数室体积）×稀释倍数
优点
能进行活细胞计数
具有直观、简便和快速的优点，适用于个体相对较大的酵母细胞和霉菌孢子等微生物的计数
缺点
统计的菌落数往往比活菌的实际数目低
①测得的是所有细胞的总数，不能区别死细胞或活细胞；（选必二）但可以用少量亚甲基蓝溶液滴入菌液并静置3 min，死亡的细胞将变成蓝色，而活体细胞不会被染色。
②对运动能力强的活细胞也难以计数
一、配置培养基
参照表，配制500 mL LB琼脂培养基，灭菌，制作平板。
参照表，配制500 mL尿素琼脂培养基，灭菌后待冷却至60 ℃时，加入过滤除菌后的10 mL尿素溶液（内含0.5 g尿素），摇动，混合均匀后，制作平板。
二、制备细胞悬液
在无菌条件下，将10g土样加到有90mL无菌水的三角烧瓶中，振荡10 min，即成101倍土壤稀释液。依次用试管稀释制备102、103、104、105稀释倍数的土壤稀释液。取样时，尽量只取悬液。
三．微生物的涂布
取103、104和105倍土壤稀释液各0.1 mL，分别加到LB琼脂培养基平板和尿素琼脂培养基平板上，用涂布棒将菌液涂布到整个培养基平板上。
四、微生物的培养、观察和计数
将平板倒置于37 ℃恒温培养箱中培养24~48 h。观察和统计两种培养基平板上的菌落数。
根据平均菌落数推算样品中分解尿素细菌的数量：
每克样品中的菌株数=（C÷V）×M
其中：C表示某一稀释倍数下平板上生长的平均菌落数；V表示涂布平板上所用的稀释液的体积；M表示稀释倍数。