2020新课标高考生物二轮教师用书：第1部分专题11　发酵工程


专题十一 　 发酵工程
构建知识体系·串联主干知识

考点1　传统发酵技术及应用
(对应学生用书第95页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．传统食品的发酵技术
食品
菌种
呼吸类型
原理
温度
果酒
酵母菌
兼性厌氧
无氧呼吸产生酒精
18～25 ℃
果醋
醋酸菌
有氧呼吸
糖(酒精)→醋酸
30～35 ℃
腐乳
毛霉等
有氧呼吸
蛋白酶、脂肪酶水解蛋白质、脂肪
15～18 ℃
2.微生物在传统发酵技术中的应用
项目
果酒和果醋的制作
腐乳制作
泡菜制作
原理
①酵母菌在无氧条件下将葡萄糖氧化成乙醇；②醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸
毛霉将蛋白质、脂肪分解成小分子有机物
乳酸菌将糖转化为乳酸
实验流程
→冲洗→去枝梗→榨汁→
让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制

操作注意事项
①材料选择与处理；
②防止发酵液污染，控制好发酵条件
①材料用量；②防止杂菌污染；③控制温度及酒精含量
①泡菜坛的选择；
②腌制条件(无氧)
3.掌握控制杂菌的措施
(1)通过发酵条件控制杂菌
①无氧发酵时的无氧环境可以抑制好氧菌。
②乳酸菌发酵、酒精发酵形成的酸性环境抑制杂菌繁殖。
(2)利用盐控制杂菌：如腐乳的制作
(3)利用酒精控制杂菌：如果酒、腐乳的制作。
(4)利用香辛料控制杂菌：如腐乳、泡菜的制作。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
1．(2019·江苏高考)下列关于传统发酵技术应用的叙述，正确的是(　　)
A．利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵
B．家庭制作果酒、果醋和腐乳通常都不是纯种发酵
C．果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反
D．毛霉主要通过产生脂肪酶、蛋白酶和纤维素酶参与腐乳发酵
B　[乳酸菌是一种严格的厌氧菌，有氧气存在时，其发酵会受到抑制，因此利用乳酸菌制作酸奶的过程中，应一直处于密闭状态，否则会导致发酵失败，A错误。家庭制作果酒、果醋与腐乳过程中所用的菌种均来源于自然环境，有多种微生物参与发酵过程，因此均不是纯种发酵，B正确。果醋制作过程中，醋酸菌有氧呼吸产生二氧化碳和水，二氧化碳溶于水形成碳酸，随着二氧化碳浓度的增加，溶液的pH逐渐降低；果酒制作过程中，酵母菌无氧呼吸产生二氧化碳与酒精，二氧化碳溶于水形成碳酸，随着二氧化碳浓度的增加，溶液的pH逐渐降低，因此果酒、果醋制作过程中溶液的pH都是逐渐降低，C错误。毛霉主要通过产生脂肪酶、蛋白酶参与腐乳发酵，D错误。]
2．(2018·江苏高考)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究，下列叙述错误的是(　　)

A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理
B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大
C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压
D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵
B　[果酒发酵的适宜温度为18 ℃～25 ℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不需要通入空气，B错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D正确。]
3．(2018·海南高考)葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的，酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。回答下列问题：

(1)试管中的 X 溶液有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是________、________(答出两点即可)。
(2)葡萄汁装入甲装置时，要留有1/3的空间，这种做法的目的是________、________(答出两点即可)。
(3)某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组(乙 A 和乙 B)，乙 A 装置中保留一定量的氧气，乙 B 装置中没有氧气。在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙 A 和乙 B 中酒精含量的变化趋势及乙 A 中氧气含量的变化趋势如曲线图丙所示。图中曲线 ①、②、③依次表示________、________、________含量的变化趋势。
(4)从细胞呼吸类型看，酵母菌属于________生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于________(填“自养”或“异养”) 生物。
解析：(1)试管中的 X 溶液能够吸收酵母菌酒精发酵产生的CO2，有助于维持甲装置的瓶中气压相对稳定，果酒制作过程中除了能产生酒精，也会释放二氧化碳，因此要每隔12小时左右(一定的时间)将瓶盖拧松一次，将二氧化碳排出。与乙装置相比，甲装置的优点是不需要开盖放气、避免了因开盖引起的杂菌污染。
(2)葡萄汁装入甲装置时，留有约1/3的空间，这样做既可以为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，又可以防止发酵旺盛时汁液溢出。
(3)乙 A 装置中保留一定量的氧气，酵母菌先进行有氧呼吸消耗氧气，氧气减少，然后再进行无氧呼吸产生酒精和CO2，酒精含量增加，乙B装置中没有氧气，只进行无氧呼吸，产生酒精和CO2，酒精含量一开始增加，因此在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A中氧气含量的变化趋势如曲线①，乙A中酒精含量的变化趋势如曲线③，乙B中的酒精含量的变化趋势如曲线②。
(4)酵母菌在有氧和无氧条件下均能生存，需要消耗营养物质，其异化作用类型是兼性厌氧型，其同化类型为异养型。
答案：(1)不需要开盖放气　避免了因开盖引起的杂菌污染　(2)为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气　防止发酵旺盛时汁液溢出　(3)乙A中的氧气　乙B中的酒精　乙A中的酒精　(4)兼性厌氧　异养
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
考向　传统发酵技术的应用
1．杨梅是特色水果之一，某工厂对其深加工，进行了杨梅酒和杨梅醋的研制。请根据所学知识回答：
(1)在制备杨梅酒的过程中，一般需要将发酵温度控制在________。发酵罐顶上弯管中常需要加水，其主要目的是________________________。发酵一定时间后，观察到________________，说明发酵基本完毕。
(2)在制备杨梅醋的过程中，发酵罐内需要先填充经________处理的木材刨花，然后加入含________菌的培养液，加木材刨花的目的是________________________________________________；
再让发酵完毕的杨梅酒流入发酵罐进行杨梅醋发酵，杨梅醋的pH可通过________来调节。
(3)若发酵好的杨梅酒全部制成杨梅醋，则发酵制醋过程中CO2的产生量是(　　)
A．酿酒过程的两倍　 B．与酿酒过程的相等
C．酿酒过程的一半 D．几乎为零
解析：(1)酒精发酵时一般将温度控制在18～25 ℃。发酵罐顶上弯管中常需要加水的目的是防止空气进入(或创造无氧环境)。发酵时会产生二氧化碳和酒精，若发酵罐内液面不再有气泡冒出，则说明发酵基本完毕。
(2)为防止杂菌感染，在制备杨梅醋中用到的刨花事先要进行灭菌处理。加木材刨花的目的是使该菌附着在刨花上，充分接触反应物。杨梅醋的pH可通过控制杨梅酒的流速进行调节。
(3)由果醋制作的原理可知酒精被利用后，产物不产生二氧化碳。
答案：(1)18～25 ℃　防止空气进入(或创造无氧环境)　发酵罐内液面不再有气泡冒出
(2)灭菌　醋酸　使该菌附着在刨花上(或使该菌充分接触反应物)　控制杨梅酒的流速
(3)D
2．我国劳动人民很早就发现了发酵现象，并用于腐乳和泡菜的制作。请回答：
(1)多种微生物参与了腐乳的前期发酵过程，其中起主要作用的微生物是_____________。豆腐富含蛋白质和脂肪，由于微生物的作用，腐乳中甘油、脂肪酸及小分子肽、氨基酸的含量增加，说明这些微生物能产生______________。
(2)腐乳的后期发酵在玻璃瓶中进行，为防止腐乳变质可采取哪些措施？这些措施的作用分别是什么？如加卤汤后，卤汤中的酒精和香辛料抑制杂菌的生长；________________。
(3)密封在坛中的泡菜在发酵初期，多种微生物进行________，产生气泡，并逐步形成无氧环境。发酵中期，主要是________进行发酵，pH明显下降，其他微生物的生长受到抑制。
(4)下表为泡菜中亚硝酸盐含量与食盐浓度、发酵天数的关系，据表分析，你对于腌制和食用泡菜有何建议？
____________________________________________________；
____________________________________________________。

发酵天数
3
5
7
9
11
13
盐水浓度为3%时亚硝酸盐含量(mg/kg)
1.5
3.7
3.8
3.7
3.5
3.1
盐水浓度为5%时亚硝酸盐含量(mg/kg)
1.6
5.6
4.0
2.0
1.1
1.1
盐水浓度为7%时亚硝酸盐含量(mg/kg)
0.5
2.1
1.9
1.5
1.4
1.3
解析：(1)腐乳的前期发酵过程起主要作用的微生物是毛霉。分解脂类和蛋白质类的酶分别为脂肪酶和蛋白酶。
(2)为防止腐乳变质，还需加盐腌制，用来抑制杂菌生长。
(3)密封在坛中的泡菜在发酵初期，因为有氧气存在，微生物进行有氧呼吸。泡菜在发酵中期，主要是乳酸发酵。
(4)腌制泡菜必须控制亚硝酸盐的含量，其含量超标诱发癌症的发生。据表分析，腌制泡菜的食盐浓度控制在5%，泡菜在11天之后食用较为适宜。
答案：(1)毛霉　脂肪酶和蛋白酶
(2)加盐腌制，食盐抑制杂菌生长；密封腌制，造成无氧环境，抑制好氧菌的生长
(3)有氧呼吸　乳酸菌
(4)腌制泡菜的食盐浓度控制在5%　泡菜在11天之后食用较为适宜
　
(1)腐乳制作中盐、酒和各种香辛料的作用有共同之处：既具有调味作用，也具有杀菌防腐的作用。
(2)酒精发酵的条件不适合醋酸发酵
①发酵温度不同：酒精发酵18～25 ℃，醋酸发酵30～35 ℃。
②氧气条件不同：酒精发酵需要无氧环境，醋酸发酵需要有氧环境。
考点2　微生物的分离与培养
(对应学生用书第97页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．掌握微生物培养中的无菌操作技术
(1)3种常用的消毒方法：煮沸消毒法、巴氏消毒法及化学药剂消毒法。
(2)3种常用的灭菌方法：灼烧灭菌——接种环、接种针等金属器具；干热灭菌——主要针对玻璃器皿等；高压蒸汽灭菌——主要针对培养基等。
2．理清微生物培养的4种基本操作
(1)培养基的制备：计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。
(2)倒平板操作：待培养基冷却至50_℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。
(3)平板划线操作：通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。注意划线的方法如图所示。

(4)稀释涂布平板法：先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琼脂固体培养基的表面，进行培养。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的菌落。
3．掌握微生物分离与计数的两个实例
(1)土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
①筛选菌株：利用选择培养基筛选菌株。
②过程：土壤取样→样品稀释→微生物的培养与观察→细菌的计数。
③测定微生物数量的常用方法：活菌计数法和显微镜直接计数法。
④鉴定方法：用含酚红指示剂的以尿素为唯一氮源的培养基培养细菌→指示剂变红，则说明该菌能分解尿素。
(2)分解纤维素的微生物的分离
①原理

②流程：土壤取样→选择培养基→梯度稀释→涂布平板→挑选菌落。
a．分离能分解纤维素的微生物时，有时需要进行选择培养，选择培养的目的是增大选择对象在样液中的浓度，以确保用刚果红染色法鉴别时确实能得到所需菌种。
b．培养基：以纤维素为唯一碳源的选择培养基。
c．筛选方法：刚果红染色法，即通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
1．(2018·海南高考)将相等数量的硝化细菌和大肠杆菌分别接种到含铵盐的无机盐培养液中，在适宜温度下振荡培养。若用虚线表示大肠杆菌的生长趋势，实线表示硝化细菌的生长趋势，则下图中能正确表示两种菌体生长趋势的是(　　)

C　[硝化细菌是自养生物，可以利用培养液中的无机盐、水及大气中的CO2，通过化能合成作用合成有机物以维持生命活动，由于空间、营养等条件是有限的，其种群数量呈“S”型增长；大肠杆菌属于异养生物，必须消耗现成的有机物才能维持正常的生命活动，故在只含无机盐的培养液中不能生存，其数量是逐渐减少的。C表示的大肠杆菌和硝化细菌的生长曲线符合实际情况，A、B、D不符合。 故选C。]
2．(2018·全国卷Ⅱ)在生产、生活和科研实践中，经常通过消毒和灭菌来避免杂菌的污染。回答下列问题：
(1)在实验室中，玻璃和金属材质的实验器具________(填“可以”或“不可以”)放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。
(2)牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是______________________________
____________________________________________________。
(3)密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒，其原因是紫外线能________________。在照射前，适量喷洒________，可强化消毒效果。
(4)水厂供应的自来水通常是经过________(填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”)消毒的。
(5)某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度，最可能的原因是
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)在实验室中，能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿和金属材质的实验器具等可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。(2)巴氏消毒法或高温瞬时消毒法与煮沸消毒法相比，其优点表现为在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。(3)紫外线照射能消毒的原因是其能够破坏微生物细胞中的DNA分子。在利用紫外线照射前，适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可强化消毒效果。(4)自来水通常采用氯气进行消毒。(5)采用高压蒸汽灭菌时，若压力达到设定要求，而温度未达到相应要求，最可能的原因是没有排尽高压蒸汽灭菌锅内的冷空气。
答案：(1)可以　(2)在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少　(3)破坏DNA结构　消毒液　(4)氯气　(5)未将锅内冷空气排尽
3．(2019·全国卷Ⅰ)已知一种有机物X(仅含有C、H两种元素)不易降解，会造成环境污染。某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌(目标菌)。
Ⅰ号培养基：在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X(5 g/L)。
Ⅱ号培养基：氯化钠(5 g/L)，硝酸铵(3 g/L)，其他无机盐(适量)，X(15 g/L)。
Ⅲ号培养基：氯化钠(5 g/L)，硝酸铵(3 g/L)，其他无机盐(适量)，X(45 g/L)。
回答下列问题。
(1)在Ⅰ号培养基中，为微生物提供氮源的是________。Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是________。
(2)若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会____________，其原因是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)Ⅱ号培养基加入琼脂后可以制成固体培养基，若要以该固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数，接种时，应采用的方法是____________。
(4)假设从Ⅲ号培养基中得到了能高效降解X的细菌，且该菌能将X代谢为丙酮酸，则在有氧条件下，丙酮酸可为该菌的生长提供________和________。
解析：(1)牛肉膏蛋白胨培养基中，牛肉膏、蛋白胨为微生物提供了氮源，而Ⅱ号、Ⅲ号培养基中除X外的其他物质均不含碳，所以能为微生物提供碳源的有机物是X。(2)因为Ⅱ号培养基中碳源只有X，相当于是选择培养基，只有能降解X的细菌才能增殖，而不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖。(3)要对菌落进行计数，应采用稀释涂布平板法进行接种。(4)在有氧条件下，丙酮酸参与细菌的有氧呼吸，可以为该菌的生长提供能量和合成其他物质的原料。
答案：(1)牛肉膏、蛋白胨　X　(2)下降　不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖　(3)稀释涂布平板法　(4)能量　合成其他物质的原料
4．(2019·全国卷Ⅲ)回答下列与细菌培养相关的问题。
(1)在细菌培养时，培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是________(填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常，制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH，其原因是____________________________________。硝化细菌在没有碳源的培养基上__________(填“能够”或“不能”)生长，原因是________________________________________。
(2)用平板培养细菌时一般需要将平板________(填“倒置”或“正置”)。
(3)单个细菌在平板上会形成菌落，研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物，原因是_____________。
(4)有些使用后的培养基在丢弃前需要经过________处理，这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。
解析：(1)细菌培养时常用牛肉膏蛋白胨培养基，牛肉膏能提供碳源、氮源、磷酸盐、维生素，蛋白胨能提供碳源、氮源、维生素，而葡萄糖不能提供氮源，NaNO3不能为微生物提供碳源。不同细菌生长繁殖所需要的最适pH是不同的，应该根据培养细菌的不同来调节培养基的pH。硝化细菌是化能自养型细菌，可以空气中的CO2为碳源，因此在没有碳源的培养基上能够生长。(2)在平板培养基上培养细菌时，一般需将平板倒置，这样可以防止皿盖上的水珠落入培养基。(3)不同种类的细菌所形成的菌落，在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定的特征，不同种细菌在一定培养条件下表现出各自稳定的菌落特征，可以作为菌种鉴定的重要依据。(4)使用后的培养基在丢弃前需进行灭菌处理，以免污染环境。
答案：(1)蛋白胨　不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同　能够　硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源　(2)倒置　(3)在一定的培养条件下，不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征　(4)灭菌
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
　综合考查微生物的培养、分离、计数及应用等
1．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列与酵母菌有关的问题：
(1)分离培养酵母菌通常使用________(填“牛肉膏蛋白胨”“MS”或“麦芽汁琼脂”)培养基，该培养基应采用________灭菌法灭菌。若将酵母菌划线接种在平板上，培养一段时间后可观察到菌落，菌落的含义是________________________________。
(2)酵母菌液体培养时，若通入氧气，可促进______________(填“菌体快速增殖”“乙醇产生”或“乳酸产生”)；若进行厌氧培养，可促进________(填“菌体快速增殖”“乙醇产生”或“乳酸产生”)。
(3)制作面包时，为使面包松软通常要在面粉中添加一定量的酵母菌，酵母菌引起面包松软的原因是
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)酵母菌为异养型生物，通常使用麦芽汁琼脂培养基培养；培养基常用高压蒸汽灭菌法灭菌；由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体称为菌落。(2)酵母菌为兼性厌氧型生物，有氧条件利于其繁殖，无氧条件下其进行酒精发酵。(3)酵母菌分解葡萄糖可产生二氧化碳，使面包松软多孔。
答案：(1)麦芽汁琼脂　高压蒸汽　由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体　(2)菌体快速增殖　乙醇产生　(3)酵母菌分解葡萄糖会产生CO2，CO2使面包松软
2．(2018·全国卷Ⅰ)将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。
回答下列问题：
(1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制________的生长，加入了链霉素的培养基属于________培养基。
(2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除氮源外还有____________(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物大分子有____________(答出两点即可)。
(3)若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产淀粉酶的微生物。加入的显色剂是________，该方法能筛选出产淀粉酶微生物的原理是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(4)甲、乙两位同学用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中微生物的数量，在同一稀释倍数下得到以下结果：
甲同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是110、140和149，取平均值133；乙同学涂布了3个平板，统计的菌落数分别是27、169和176，取平均值124。有人认为这两位同学的结果中，乙同学的结果可信度低，其原因是______________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基，称作选择培养基。若M培养基是用于真菌的筛选，则应加入链霉素以抑制细菌的生长，其属于选择培养基。(2)马铃薯浸出液中含有淀粉、蛋白质、脂质、无机盐、水等多种物质，因此，除氮源外其中还有微生物生长所需要的碳源、无机盐等营养要素。进入细胞的氮源可参与合成蛋白质、核酸(DNA、RNA)等含氮的生物大分子。(3)加入显色剂碘液后，淀粉遇碘变蓝，而淀粉的水解产物则不发生这种反应。若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，土壤中能产生淀粉酶的微生物可将淀粉分解，菌落周围就会出现透明圈，这样，我们就可以通过是否产生透明圈来筛选能产淀粉酶的微生物了。(4)乙同学的结果中，1个平板的计数结果与另2个相差太远，说明在操作过程中可能出现了错误，结果的重复性太差，不能简单地将3个平板的计数值用来求平均值。
答案：(1)细菌　选择
(2)碳源、无机盐　蛋白质、核酸
(3)碘液　淀粉遇碘液显蓝色，产淀粉酶的菌落周围淀粉被水解，形成透明圈
(4)乙同学的结果中，1个平板的计数结果与另2个相差悬殊，结果的重复性差
3．(2019·全国卷Ⅱ)物质W是一种含氮有机物，会污染土壤。W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌(目标菌)。回答下列问题。
(1)要从土壤中分离目标菌，所用选择培养基中的氮源应该是________。
(2)在从土壤中分离目标菌的过程中，发现培养基上甲、乙两种细菌都能生长并形成菌落(如图所示)。如果要得到目标菌，应该选择________菌落进一步纯化，选择的依据是_____________。

(3)土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源，请简要写出实验思路、预期结果和结论。即_________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(4)该小组将人工合成的一段DNA转入大肠杆菌，使大肠杆菌产生能降解W的酶(酶E)。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异。该小组拟进行如下实验，请完善相关内容。
①在含有一定浓度W的固体培养基上，A处滴加含有酶E的缓冲液，B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液，C处滴加________，三处滴加量相同。
②一段时间后，测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈，说明____________________；若A、B处形成的透明圈直径大小相近，说明_______________________________。
解析：(1)要从土壤中分离出能降解含氮有机物W的目标菌，所用选择培养基应以该特定物质W为氮源。(2)图示信息显示，在乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌能降解W，若要得到目标菌，应该选择乙菌落进一步纯化。(3)若要通过设计实验确定甲、乙两种细菌能否利用空气中的氮气作为氮源，需将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上，若某细菌能生长，则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源。(4)①实验应遵循单一变量原则，故C处应滴加缓冲液。②一段时间后，测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈，说明缓冲液不能降解W；若A、B处形成的透明圈大小相近，说明酶E与天然酶降解W的能力相近。
答案：(1)W　(2)乙　乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌能降解W　(3)将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上，若细菌能生长，则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源　(4)①缓冲液　②缓冲液不能降解W　酶E与天然酶降解W的能力相近
有关选择培养基作用原理的3个易错点
(1)在培养基中加入某种化学物质。例如，加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌；加入高浓度的食盐可以得到金黄色葡萄球菌。这里的“加入”是在主要营养成分完备的基础上进行的。
(2)改变培养基中的营养成分。缺乏氮源时可以分离出固氮微生物；以石油作为唯一碳源时，可以分离出能消除石油污染的微生物。
(3)改变微生物的培养条件。例如，将培养基放在高温环境下培养，可以得到耐高温的微生物。
考点3　DNA的粗提取与PCR技术
(对应学生用书第99页)

■核心整合——知识内化　融会贯通··································
1．DNA的粗提取与鉴定
基本原理
方法
目的
DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，如下图所示：

溶于NaCl溶液中并稀释
①NaCl溶液浓度为2_mol/L时，DNA溶解，而部分蛋白质发生盐析生成沉淀，通过过滤可除去部分蛋白质及不溶于NaCl溶液的杂质
②将NaCl溶液稀释至0.14_mol/L时，DNA析出，过滤可除去溶于NaCl溶液中的部分蛋白质和其他杂质
DNA不被蛋白酶所水解
加入嫩肉粉
嫩肉粉中含的木瓜蛋白酶可水解蛋白质
DNA不溶于酒精
加入冷却的体积分数为95%的酒精
DNA析出，除去溶于酒精的蛋白质
DNA可被二苯胺染成蓝色
加入二苯胺试剂，并沸水浴
鉴定DNA
2.PCR技术

(2)PCR反应过程
过程
说明
图解
变性
当温度上升到90－95_℃以上时，双链DNA解旋为单链

复性
温度下降到55－60_℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合

延伸
72 ℃左右时，Taq酶有最大活性，可使DNA新链由5′端向3′端延伸

(3)结果：上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了2个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。

■真题再做——思悟方法　体验感悟·································
(2017·全国卷Ⅲ)绿色植物甲含有物质W，该物质为无色针状晶体，易溶于极性有机溶剂，难溶于水，且受热、受潮易分解。其提取流程为植物甲→粉碎→加溶剂→振荡→收集提取液→活性炭处理→过滤去除活性炭→蒸馏(含回收溶剂)→重结晶→成品。回答下列问题：
(1)在提取物质W时，最好应选用的一种原料是__________(填“高温烘干”“晾干”或“新鲜”)的植物甲，不宜选用其他两种的原因是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)提取物质W时，振荡的作用是________________________。
(3)活性炭具有很强的吸附能力，在提取过程中，用活性炭处理提取液的目的是________________。
(4)现有丙酮(沸点56 ℃)、乙醇(沸点约78 ℃)两种溶剂，在提取物质W时，应选用丙酮作为提取剂，理由是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(5)该实验操作过程中应注意的事项是____________________(答出两点即可)。
解析：(1)高温烘干过程中，植物甲中的物质W易被破坏；新鲜的植物甲含水量高，用于提取的极性有机溶剂会被水稀释，进而降低对物质W的提取效果，因此，原料应选用晾干的植物甲。
(2)提取物质W时，振荡的作用是使粉碎的颗粒与有机溶剂充分混匀，从而使物质W充分溶解于极性有机溶剂中。
(3)绿色植物甲中含有色素，色素也能溶于有机溶剂，用活性炭处理提取液的目的是去除提取液中的色素，以增加成品的纯度。
(4)与乙醇相比，丙酮的沸点较低，而物质W受热易分解，故应选用丙酮作为提取剂，蒸馏时物质W分解较少。
(5)在该实验操作过程中应注意的事项是在温度较低的情况下操作，防火，控制处理的时间等。
答案：(1)晾干　高温烘干过程中，植物甲中的物质W易被破坏；新鲜的植物甲含水量高，用于提取的极性有机溶剂会被水稀释，进而降低对物质W的提取效果　(2)使原料和溶剂充分混匀　(3)去除提取液中的色素　(4)丙酮沸点低于乙醇，蒸馏时物质W分解较少　(5)在温度较低的情况下操作，防火
■考向专练——题点研练　触类旁通·································
　DNA的粗提取与鉴定
下图是南通某中学生物兴趣小组进行的DNA粗提取实验，其中SDS(一种表面活性剂)除了能瓦解细胞膜和核膜，还能与脂质和蛋白质结合。当SDS遇到钾离子时，钾离子可以置换SDS中的钠离子，产生不溶于水的PDS沉淀。请回答下列问题：

(1)实验中，向剪碎的猪肝中加入食盐的主要作用是________。将猪肝匀浆放入65 ℃水浴锅中水浴10 min以除去部分杂质的主要实验原理是
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)方法一的步骤①中加入洗涤剂的作用是________。方法三的步骤③中，离心后应取________。
(3)方法一、二获得的絮状物均带黄色，从DNA在细胞中的存在形式分析，杂质分子最可能是________，可用________试剂鉴定。
(4)要比较三种方法获得的絮状物中DNA含量，请写出实验思路：
____________________________________________________
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)DNA粗提取的原理主要有DNA分子在0.14 mol/L NaCl溶液中溶解度最低，而蛋白质等杂质在此浓度中溶解度比较大；蛋白质在高于60 ℃溶液中容易变性、沉淀。
(2)根据题意，SDS与K＋发生置换反应，产生PDS沉淀，因此可以通过沉淀、离心，去除实验中加入的SDS，在离心后取含有DNA的上清液。
(3)DNA在真核细胞中主要存在细胞核内，与蛋白质结合形成染色体，因此，与DNA分子结合较牢的杂质最主要的是蛋白质。蛋白质可用双缩脲试剂进行鉴定。
(4)由于DNA遇二苯胺在水浴加热条件下发生反应，出现蓝色，并且蓝色深浅与DNA含量呈正相关，因此实验中可以通过将等量的三种絮状物溶解、加二苯胺试剂并水浴加热、比较蓝色深浅，实现三种絮状物中DNA含量的比较。
答案：(1)溶解DNA　蛋白质在65 ℃高温下会变性，而DNA能耐受这一温度　(2)瓦解细胞膜和核膜　上清液
(3)蛋白质　双缩脲
(4)分别取等量的三种絮状物，并用等量的2 mol/L NaCl溶液溶解；再向各试管中加入等量的二苯胺试剂并水浴加热；比较三支试管中蓝色的深浅
　PCR技术
(2019·山东高考模拟)下图是研究人员利用PCR技术检测受检人是否携带HIV的示意图。请回答下列问题：

(1)设计图中所示引物时，应满足的要求：
①引物自身不能存在互补配对序列，以避免____________________________________________________；
②引物之间不能存在互补配对序列，以避免____________________________________________________；
③引物只能和HIV逆转录形成的DNA序列互补配对。
(2)在PCR反应体系中，除具备缓冲液和引物外，还应有________。
(3)利用基因工程技术构建基因表达载体时，所用T4DNA连接酶能连接的末端是________。完整的基因表达载体必须含有标记基因，其作用是________，这类基因通常是________________________。
(4)HIV携带者T细胞中的核DNA能指导合成HIV的蛋白质，原因是
____________________________________________________
____________________________________________________。
解析：(1)①引物自身不能存在互补配对序列，避免引物自身通过折叠形成双链区；②引物之间不能存在互补配对序列，避免两引物结合成双链。
(2)在PCR反应体系中，需要热稳定DNA聚合酶(Taq酶)、四种脱氧核苷酸、模板DNA分子、缓冲液和引物等。
(3) DNA连接酶是连接DNA链3′­OH末端和另一DNA链的5′­P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。所用T4DNA连接酶能连接的末端是黏性末端和平末端。完整的基因表达载体必须含有标记基因，其作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，这类基因通常是抗生素抗性基因。
(4)HIV携带者T细胞中的核DNA能指导合成HIV的蛋白质，是因为HIV的RNA通过逆转录形成DNA，然后整合到T细胞的核DNA中，经过正常转录和翻译，从而合成蛋白质。
答案：(1)①引物自身通过折叠形成双链区　②两引物结合成双链　(2)Taq酶、模板DNA分子和四种脱氧核糖核苷酸　(3)黏性末端和平末端　鉴别受体细胞中是否含有目的基因　抗生素抗性基因　(4)HIV的RNA逆转录出的DNA能整合到HIV携带者T细胞的核DNA中，且能被正常转录、翻译