2023届高考生物二轮复习系统大概念——利用生物技术生产对人类有用的产品学案

系统大概念——利用生物技术生产对人类有用的产品

知识块(一)微生物的培养与应用

1．微生物培养中的无菌操作技术

2．两类培养基的比较

3.两种微生物分离

(1)土壤中分解尿素的细菌的分离

(2)分解纤维素的微生物的分离

知识块(二)传统发酵技术的应用

1．传统发酵技术中四种常用菌种的比较

2．理解乳酸菌、乳酸、亚硝酸盐的数量(含量)随时间变化的曲线

3．把握传统发酵技术中控制杂菌的“四大措施”

(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。

4．微生物发酵过程中灭菌措施的分析

微生物发酵过程应从原料、装置和实验过程三个层次进行无菌操作。

知识块(三)酶的应用与固定化

1．比较果胶酶与纤维素酶

2.图解酶的应用与固定化

知识块(四)生物组织中有效成分的提取

1．血红蛋白的提取和分离

2．DNA的粗提取与鉴定的原理

3．植物有效成分提取的三种常用方法

续表

 (一)原因分析类

1．平板划线法在做第二次以及其后的划线操作时，总是从上一次划线的末端开始划线的原因是_________________________________________________________________________。

提示：划线后，线条末端细菌的数目比线条起始处要少，每次从上一次划线的末端开始，能使微生物的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个微生物繁殖而来的菌落。

2．某同学在纯化土壤中的细菌时，发现培养基上的菌落连成了一片，可能的原因是__________________________________________________________。

提示：菌液浓度过高或划线时在划下一区域前未将接种环灼烧灭菌。

3．平板划线法不能用于测定活菌的数量的原因是_____________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

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只由一个活菌形成的菌落，而其他一些菌落往往由两个活菌或多个活菌繁殖而成，而在计数时一个菌落对应着一个活菌，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。

4．在传统发酵食品的制作过程中，发酵食品的品质往往不稳定的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

提示：没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种，菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。

5．某同学在通过发酵制作果酒时，发现在制作原料中添加一定量的糖，可以提高酒精度，原因是____________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

提示：糖类可以为酵母菌的生长、繁殖提供能量，还可以作为酒精发酵的原料。

(二)科学探究类

1．市场上购买的真空包装酸菜，在没有漏气的状态下发生了“胀袋”现象，同学A怀疑是杂菌污染导致的，同学B怀疑是乳酸菌大量繁殖导致的，你支持谁的观点并说明理由。

提示：支持同学A的观点，乳酸菌代谢过程中不产生气体。

2．泡菜与酸奶均采用乳酸菌进行发酵，因为菌种相同，部分研究人员猜测制作酸奶的过程中可能也会产生亚硝酸盐，进而测出酸奶中的亚硝酸盐含量为1 mg/kg，于是他们认为制作酸奶的过程中会产生亚硝酸盐，但是另一些研究人员认为这个结论不可靠，请给出改进实验的思路，进一步确定此结论的可靠性。并写出预期结果和结论。

提示：增设一组实验，测定鲜奶中的亚硝酸盐的含量。若酸奶中亚硝酸盐的含量高于鲜奶中亚硝酸盐的含量，则说明酸奶发酵过程中会产生亚硝酸盐。

1．判断下列有关微生物培养与应用说法的正误。

①防疫期间用石炭酸喷洒教室和用免洗酒精凝胶擦手都能达到灭菌目的。(2021·天津卷)(×)

②涂布分离法和划线分离法均能得到单菌落，都可用于细胞计数。(2021·浙江卷)(×)

③观察菌落的形态和颜色等可初步判断葡萄球菌。(2021·北京卷)(√)

④对细菌进行计数能采用稀释涂布平板法，也能用平板划线法。(×)

⑤分解尿素的细菌在分解尿素时，可以将尿素转化为氨，使得培养基的酸碱度降低。(×)

2．判断下列有关传统发酵技术的应用说法的正误。

①用白萝卜制作泡菜的过程中，添加已经腌制过的泡菜汁和用沸水短时处理白萝卜块都可缩短腌制时间。(2021·浙江卷)(√)

②葡萄酒制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加。(2021·山东卷)(×)

③酸奶制作过程中，后期低温处理可产生大量乳酸杆菌。(2021·湖北卷)(×)

④果酒、果醋和泡菜制作中利用的微生物都属于原核生物。(2021·海南卷)(×)

⑤醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生乙酸。(×)

⑥泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件。(×)

⑦在制作果酒、果醋时，适当加大接种量可以提高发酵速率、抑制杂菌生长繁殖。(√)

3．判断下列有关酶的应用说法的正误。

①酶活性即为酶促反应速率。(×)

②果胶酶常用于果汁生产中，可提高出汁率和澄清度。(√)

③加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水。(√)

④从酶的固定方式看，物理吸附法比化学结合法对酶活性影响小。(√)

⑤“探讨加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”可先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度。(×)

⑥相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉。(×)

⑦固定化细胞可以催化各种反应底物的一系列反应。(×)

4．判断下列有关生物组织中有效成分的提取说法的正误。

①利用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量小的先洗脱出来。(×)

②色谱柱装填时尽量紧密，减小颗粒间隙，无气泡，洗脱液不能断流。(√)

③在SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中，电泳迁移率完全取决于分子所带电荷的多少。(×)

④在萃取过程中，在瓶口安装回流冷凝装置是为了防止加热时有机溶剂的挥发。(√)

⑤用柑橘皮作为材料提取橘皮精油时不适合用水中蒸馏的方法。(√)

⑥由于胡萝卜素易溶于石油醚等有机溶剂，所以可以采用萃取法进行提取。(√)

⑦提取的胡萝卜素可通过纸层析法进行鉴定，在鉴定过程中不需要对照。(×)

[基础落实·自主评价]

一、选择题

1．(2022·湖北高考)关于白酒、啤酒和果酒的生产，下列叙述错误的是(　 )

A．在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气

B．白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程

C．葡萄糖转化为乙醇所需的酶既存在于细胞质基质，也存在于线粒体

D．生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同，但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌

解析：选C　在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气，让酵母菌大量繁殖，再进行酒精发酵，A正确；白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程，如发酵初期酵母菌大量繁殖，B正确；酒精发酵利用的菌种是酵母菌，葡萄糖转化为乙醇所需的酶存在于细胞质基质中，不存在线粒体中，C错误，D正确。

2．老坛酸菜，古称殖，《周礼》中就有其名。土坑酸菜是将芥菜倒到土坑里，这些芥菜并不清洗，放置好后加水、盐等，用薄膜包上，盖上土直接腌制。下面关于酸菜的制作叙述正确的是(　 )

A．土坑酸菜涉及食品安全问题，因为制作前没有清洗灭菌

B．老坛酸菜制作过程中需要严格密封

C．真空包装的酸菜会因为乳酸菌的大量繁殖而发生胀袋

D．由于酸菜腌制过程中会产生硝酸盐，因此酸菜腌制需要控制好时间

解析：选B　因为卫生不达标等原因，土坑酸菜涉及食品安全问题，A错误；酸菜制作的原理是乳酸菌发酵，故老坛酸菜制作过程中需要严格密封，B正确；乳酸菌的大量繁殖不会产生气体，不会胀袋，C错误；酸菜腌制过程中会产生亚硝酸盐，D错误。

3．日常生活中的泡菜、酸奶、果醋等许多食物和饮品都是由发酵技术获得的。下列有关叙述正确的是(　 )

A．进行泡菜、酸奶、果醋发酵的微生物均通过有丝分裂进行增殖

B．泡菜制作过程中，泡菜坛内增加的液体主要由微生物代谢产生

C．家庭自制瓶装酸奶时，需对鲜奶进行高温灭菌，并定期拧松瓶盖

D．制作果醋时，可利用果酒作为醋酸菌发酵所需要的碳源

解析：选D　有丝分裂是真核生物体细胞的增殖方式，进行泡菜、酸奶发酵的菌种为乳酸菌，进行果醋发酵的菌种为醋酸菌，均为原核生物，进行二分裂，A错误；泡菜制作过程中，泡菜坛内增加的液体主要是植物细胞中的水，B错误；高温灭菌会破坏酸奶中的营养成分，且自制酸奶时利用的是乳酸菌，其代谢不产生气体，无需拧松瓶盖，C错误；果醋发酵的菌种为醋酸菌，可以利用酒精产生乙酸，D正确。

4．研究人员从某地区的土壤中分离到一株能利用原油为碳源生长的细菌(BGQ-6)，该菌对原油的总降解率为74.14%，且对直链烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃等60种烃类有较高的降解率。下列说法错误的是(　 )

A．利用添加石油的普通培养基能从被石油污染的土壤中筛选BGQ-6

B．可采用稀释涂布平板法对BGQ-6进行计数

C．一般选择菌落数为30～300的平板进行BGQ-6菌落计数

D．由单一的BGQ-6繁殖所获得的群体称为BGQ-6纯培养物

解析：选A　利用以石油为唯一碳源的选择培养基能从被石油污染的土壤中筛选BGQ-6，A错误；对微生物进行计数时，可选择的接种方法是稀释涂布平板法，B正确；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，C正确；由单一的BGQ-6繁殖所获得的群体称为BGQ-6纯培养物，D正确。

5．解磷菌可以使土壤中难以利用的磷转化为植物易吸收的磷。某工厂生产解磷菌的企业标准是当发酵液中菌体的浓度为2×1011个/L时发酵结束，经处理后分装、质检、上市。下列说法错误的是(　 )

A．在农业生产中可将解磷菌作为微生物肥料

B．为保证活菌数量符合产品要求不宜采用显微镜直接计数

C．发酵结束前取0.2 mL发酵液涂布平板计数时，稀释度为10－7最合适

D．发酵结束后可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥

解析：选C　解磷菌可以使土壤中难以利用的磷转化为植物易吸收的磷，因此在农业生产中可将解磷菌作为微生物肥料，A正确；显微镜直接计数时死菌和活菌均包含在内，且无法区分，保证活菌数量时不宜采用此方法计数，B正确；符合生产标准的发酵液中菌体的浓度为2×1011个/L，发酵结束前取0.2 mL发酵液涂布平板计数稀释度为10－7时，平板上的菌落数约为2×1011个/L×0.2 mL×10－7×10－3＝4(个)，不在30～300范围内，影响结果的准确性，因此稀释度为10－7不合适，C错误；发酵产品不同，分离提纯的方法一般不同，如果产品是菌体，可采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离和干燥，D正确。

6．兴趣小组为检测某品牌冰淇淋中大肠杆菌的数量是否超标，用培养细菌的基本培养基进行检测，在培养基上涂布适量的冰淇淋原液设为甲组，不涂布冰淇淋原液的培养基设为乙组，经过37 ℃、12 h培养，发现乙组生长有少量菌落。下列相关叙述错误的是(　 )

A．需增设一组涂布大肠杆菌的培养基作为对照组

B．初步判断乙组培养基上菌种的类型，可用肉眼观察菌落特征

C．计数时，应将甲组的菌落数减去乙组的菌落数以消除误差

D．以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，统计结果往往比实际值偏小

解析：选C　需增设一组涂布大肠杆菌的对照组，目的是检测该基本培养基能否培养大肠杆菌，A正确；由于菌落肉眼可见，故初步判断培养基上菌种的类型，可用肉眼观察菌落特征，B正确；若乙组生长有少量菌落，则培养基不合格，需重新配制，不能用于计算，C错误；当两个或多个细胞连在一起时在平板上观察到的是一个菌落，因此统计结果往往比实际值偏小，D正确。

二、非选择题

7．(2020·全国卷Ⅲ)水果可以用来加工制作果汁、果酒和果醋等。回答下列问题：

(1)制作果汁时，可以使用果胶酶、纤维素酶等提高水果的出汁率和澄清度。果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、______________________(答出2种即可)。纤维素酶可以分解植物__________(填“细胞膜”或“细胞壁”)中的纤维素。

(2)用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，原因是________________________________________________________________________。

(3)现有甲乙丙三种不同来源的果胶酶，某同学拟在果泥用量、温度、pH等所有条件都相同的前提下比较这三种酶的活性。通常，酶活性的高低可用________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________来表示。

(4)获得的果汁(如苹果汁)可以用来制作果酒或者果醋，制作果酒需要________菌，这一过程中也需要O2，O2的作用是__________________________________。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌属于________(填“好氧”或“厌氧”)细菌。

解析：(1)果胶酶并不特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分之一，纤维素酶可以将其分解。(2)用果胶酶处理果泥时，为了提高出汁率，需要控制反应的温度，这是因为温度对果胶酶活性有影响，在最适温度下酶活性最高，出汁率最高。(3)酶活性的高低可以用在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量来表示。(4)利用获得的果汁制作果酒时需要用酵母菌，果酒发酵前期需要O2，O2可促进酵母菌的有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖。制作果醋需要醋酸菌，醋酸菌是一种好氧细菌，其对O2的含量特别敏感，当进行深层发酵时，即使只是短时间中断通入O2，也会引起醋酸菌死亡。

答案：(1)果胶分解酶、果胶酯酶　细胞壁　(2)温度对果胶酶活性有影响，在最适温度下酶活性最高，出汁率最高　(3)在一定条件下，单位时间内、单位体积中反应物的消耗量或者产物的增加量　(4)酵母　促进有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖　好氧

8．玫瑰精油是制作高级香水的主要成分，能使人产生愉悦感。回答关于玫瑰精油提取的问题：

(1)玫瑰精油具有化学性质稳定、难溶于水、__________________________的特点，一般采用水蒸气蒸馏法进行提取，该方法有水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏等方式，其中简单易行的是________________________________________________________________________。

(2)提取玫瑰精油的实验流程：鲜玫瑰花＋清水→水蒸气蒸馏→油水混合物→加入A→加入B→过滤，得到玫瑰油。其中玫瑰花瓣与清水的质量比是__________，A是________，其作用是________________________________________________________________________，

加入B的作用是________________________________________________________。

(3)题图是蒸馏装置，该装置的安装顺序是__________________，如果冷水从图中的出水口进入，从进水口流出，则__________________________________________。

解析：(1)玫瑰精油化学性质稳定、难溶于水、易溶于有机溶剂，一般采用水蒸气蒸馏法对其进行提取。水蒸气蒸馏法有水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏三种方式，其中，水中蒸馏简单易行。(2)在“鲜玫瑰花＋清水→水蒸气蒸馏→油水混合物→加入A→加入B→过滤，得到玫瑰油”实验流程中，玫瑰花瓣与清水的质量比是1∶4；A是NaCl，能增大盐水密度，促进玫瑰油与水分层；B是无水Na2SO4，能吸收精油中残留的水分。(3)蒸馏实验装置的安装原则是从下到上，从左到右。冷凝管从下端进水，上端出水是为了确保冷凝充分并保护冷凝管，防止其因温差过大而损坏(上端进水时，冷凝管上端温差会增大)。如果冷水从图中装置的出水口进入，从进水口流出，会导致冷凝不充分，使部分玫瑰精油随蒸汽丢失，还可能会导致冷凝管因局部温差过大而损坏。

答案：(1)易溶于有机溶剂　水中蒸馏　(2)1∶4　NaCl　增大盐水密度，促进玫瑰油与水分层　吸收精油中残留的水分　(3)从下到上，从左到右　导致冷凝不充分(使部分玫瑰精油随蒸汽丢失，还可能会导致冷凝管因局部温差过大而损坏)

9．(2021·全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。

回答下列问题：

(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的____________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供____________。

(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于____________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。

(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是______________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是____________(答出1点即可)。

解析：(1)大豆中含有丰富的蛋白质，可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物和氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型微生物，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长，同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。

答案：(1)蛋白质　碳源　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　异养好氧　(3)原核生物　酒精和二氧化碳　酒精、乳酸、食盐(答出1点即可)

10．(2021·湖南高考)大熊猫是我国特有的珍稀野生动物，每只成年大熊猫每日进食竹子量可达12～38 kg。大熊猫可利用竹子中8%的纤维素和27%的半纤维素。研究人员从大熊猫粪便和土壤中筛选纤维素分解菌。回答下列问题：

(1)纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即________________。为筛选纤维素分解菌，将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以________为唯一碳源的固体培养基上进行培养，该培养基从功能上分类属于________培养基。

(2)配制的培养基必须进行灭菌处理，目的是____________________________。检测固体培养基灭菌效果的常用方法是________________。

(3)简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)为高效降解农业秸秆废弃物，研究人员利用从土壤中筛选获得的3株纤维素分解菌，在37 ℃条件下进行玉米秸秆降解实验，结果如表所示。在该条件下纤维素酶活力最高的是菌株________，理由是________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。为筛选纤维素分解菌，将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以纤维素为唯一碳源的固体培养基上进行培养；从功能上分类该培养基属于选择培养基。(2)配制的培养基常进行高压蒸汽灭菌处理，即将培养基置于压力100 kPa、温度121 ℃条件下维持15～30分钟，目的是为了杀死培养基中的所有微生物(包括芽孢和孢子)。为检测灭菌效果可对培养基进行空白培养，若在适宜条件下培养一段时间后培养基中无菌落出现，说明培养基灭菌彻底，反之，说明培养基灭菌不彻底。(3)为测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数，常采用稀释涂布平板法，在适宜的条件下对大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌进行纯化并计数时，对照组应该涂布等量的无菌水。将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取0.1 mL 涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数。(4)由表格数据分析可知，在适宜的条件下，在相同的温度和时间下，接种C菌株秸秆失重最多，纤维素降解率最大，说明该菌株的纤维素分解菌产生的纤维素酶活力最高。

答案：(1)C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶　纤维素　选择　(2)为了杀死培养基中的所有微生物(微生物和芽孢、孢子)　不接种培养(或空白培养 )　(3)将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取0.1 mL涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数　(4)C　接种C菌株后秸秆失重最多，纤维素降解率最大