2023届高考生物二轮复习发酵工程学案

这是一份2023届高考生物二轮复习发酵工程学案，共15页。
(1)泡菜、果酒和果醋的制备原理、过程和条件控制。(3)微生物的选择培养和计数。
(2)微生物培养基的配制和无菌技术。(4)发酵工程及其基本环节。
eq \x(选择性必修3 P5～6“正文信息”)
1.乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃。
eq \x(选择性必修3 P7“正文信息”)
2.当O2、糖源都充足时，醋酸菌可以将糖分解为乙酸；当氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌可将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转变为乙酸。
eq \x(选择性必修3 P10“正文信息”)
3.在培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素；在培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性；在培养细菌时，一般需要将培养基调至中性或弱碱性；在培养厌氧微生物时，需要提供无氧的条件。
eq \x(选择性必修3 P16“思考·讨论”)
4.尿素分解菌之所以能分解尿素，是因为它们能合成脲酶，脲酶催化尿素分解产生NH3，NH3可作为细菌生长的氮源。
eq \x(选择性必修3 P18“正文信息”)
5.为了保证结果准确，选取菌落数在30～300的平板进行计数，在同一稀释度下，至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值，并根据平板所对应的稀释度计算出样品中细菌的数目。
eq \x(选择性必修3 P20“练习与应用，拓展应用2”)
6.在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红与纤维素形成红色复合物；而当纤维素被纤维素
分解菌分解后，复合物就无法形成，培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈(如右图所示)。
1.判断有关微生物培养与应用说法的正误
(1)在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌。(×)
(2)检测土壤中细菌总数实验操作中，确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数。(×)
(3)虽然各种培养基的具体配方不同，但一般都含有水、碳源、氮源和无机盐。(√)
(4)对异养微生物来说，含C、H、O、N的有机化合物既是碳源又是氮源。(√)
(5)观察细菌培养的实验时，最好是在另一块平板上接种无菌水作为对照实验。(√)
(6)平板划线法要求多次划线，稀释涂布平板法中菌液要充分地稀释。(√)
(7)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。(×)
(8)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。(×)
(9)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。(×)
(10)刚果红可以与纤维素形成透明复合物，所以可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。(×)
2.判断有关发酵工程应用说法的正误
(1)腐乳制作利用了毛霉等微生物产生的蛋白酶和脂肪酶。(√)
(2)在制作果醋时，如果条件适宜，醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成乙酸。 (√)
(3)果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度。(×)
(4)制作泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用。(×)
(5)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件。(×)
(6)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及菌体本身。(√)
(7)在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。(√)
1.果酒发酵时，将葡萄汁装入发酵瓶要留有大约1/3的空间，原因是____________
_____________________________________________________________________。
提示 为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，防止发酵时汁液溢出
2.已知金黄色葡萄球菌的最适生长温度为37 ℃，并且有高度的耐盐性，可以在10%～15% NaCl肉汤培养基中生长，某同学想快速培养大量的金黄色葡萄球菌，应该如何操作？_______________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示 挑取金黄色葡萄球菌接种在高盐的肉汤培养基中，置于37 ℃条件下培养
3.对细菌计数时往往会产生实验误差，稀释涂布平板法计数的值比实际值___________，原因是___________________________________________________
_____________________________________________________________________；
显微镜直接计数法计数的结果比实际值___________，原因是_________________
____________________________________________________________________。
提示 偏小 当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落 偏大 显微镜下无法区分细胞的死活，计数时包括了死细胞
4.倒平板操作中，平板冷凝后，要将平板倒置，其主要原因是__________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
提示 防止冷凝后形成的水珠滴落在培养基上(污染培养基和破坏菌落)和防止培养基水分过快蒸发
5.某同学计划统计污水池中目的菌的总数，他选用104、105、106稀释液进行涂布平板，每种稀释液都设置了3个培养皿，从设计实验的角度看，还应设置的一组对照实验是______________________________________，此对照实验的目的是_____________________________________________________________________。
提示 不接种的空白培养基 检验培养基灭菌是否合格
1.(2022·湖北卷，11)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
答案 C
解析 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，不存在于线粒体中，C错误，D正确。
2.(2022·湖北卷，14)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是( )
A.该生产过程中，一定有气体生成
B.微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C.该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质
D.沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理
答案 A
解析 据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水，B错误；分析图示可知，该技术中有连续搅拌反应器的过程，该操作可以增加微生物与营养物质的接触面积，此外也可增大溶解氧含量，故据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误；沼气生产利用的是厌氧微生物，在连续搅拌反应器中厌氧微生物会被抑制，因此沼气池废料无需灭菌，D错误。
3.(2022·广东卷，21)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)
(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________。
答案 (1)高压蒸汽灭菌 平板划线 纤维素 (2)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) (3)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 (4)耐低温
解析 (1)培养基通常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。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)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。
微专题1 发酵工程的应用
1.微生物在传统发酵技术中的应用
①果酒、果醋、泡菜制作过程中发酵液pH均呈下降趋势，但原因不同。
②传统发酵过程中一般不需严格灭菌，目标菌种的快速建立以及发酵形成的环境条件会抑制杂菌的生长繁殖。
③传统发酵一般为混合菌种发酵，品质不一，现代工业发酵一般为单一菌种发酵，品质较高。
2.泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。
传统发酵技术是我国劳动人民的智慧结晶，泡菜、果酒、果醋是通过传统发酵技术生产的产品。下列关于传统发酵技术的叙述正确的是①③④。
①以乙醇为底物果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时。(2021·江苏卷，14C改编)
②果醋发酵时，用重铬酸钾测定乙酸含量变化时，溶液灰绿色逐日加深。(2021·江苏卷，14D改编)
③酵母菌和醋酸菌发酵过程中控制通气的情况不同。(2021·辽宁卷，8C)
④葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。(2021·山东卷，12C)
⑤利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵。(2019·江苏卷，9A)
⑥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。(2019·江苏卷，9C)
1.(2021·海南卷，17)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；不同的发酵过程需要的温度不同，C错误。
2.(2021·湖北卷，3)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CO2
C.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 在泡菜制作过程中，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸，A错误；在米酒制作过程中，将容器密封的目的是让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精，将容器密封不利于酵母菌生长，C错误；在酸奶制作过程中，后期低温处理的目的是抑制微生物的生长，延长保质期，D错误。
3.(2022·山东青岛调研)果酒、果醋、泡菜是人们喜爱的饮品和食物，如图所示的装置可用于果酒、果醋或泡菜的制作，下列有关叙述错误的是( )
A.用装置a制作果酒，果汁装入发酵瓶时要留出大约1/3的空间
B.与装置a相比，用装置b制作果酒时更容易发生杂菌污染
C.用装置b制作果醋时，应开放充气口且适当升温
D.用装置a制作泡菜时，加入的盐水中清水和食盐的质量百分比为5%～20%
答案 B
解析 用装置a制作果酒，果汁装入发酵瓶时要留出大约1/3的空间，有利于发酵初期酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖后代，还能防止发酵旺盛时发酵液溢出，A正确；装置a为密闭状态，为防止发酵过程中产生的二氧化碳导致装置炸裂，要经常松盖放气，而放气过程中易发生杂菌污染，装置b在发酵过程中产生的二氧化碳通过排气口排出，不需要松盖放气，也就避免了因松盖引起的杂菌污染，B错误；用装置b制作果酒时温度应控制在18～30 ℃，制作果醋时温度为30～35 ℃，且醋酸菌为好氧细菌，制作果醋时应开放充气口并适当升温，C正确。
4.(2022·沈阳市质检)我国是名副其实的发酵大国，发酵工程在食品工业、医药工业及农牧业等许多领域得到了广泛应用。下列相关叙述错误的是( )
A.利用黑曲霉将大豆原料中的蛋白质水解，经淋洗后可调制成酱油
B.利用酵母菌等菌种通过发酵工程生产的单细胞蛋白，可作为食品添加剂
C.将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵可生产乙型肝炎疫苗
D.利用发酵工程生产的微生物农药，作为化学防治的重要手段，可用于防治病虫害
答案 D
解析 利用发酵工程生产的微生物农药来防治病虫害，属于生物防治，D错误。
5.(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)。
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 乙醇和CO2 食盐
解析 (1)大豆的主要营养成分有蛋白质，可为米曲霉的生长提供氮源。淀粉属于多糖，组成元素有C、H、O，可为米曲霉的生长提供碳源。(2)蛋白质和脂肪的分解需要蛋白酶和脂肪酶。蛋白酶可以将蛋白质水解为小分子的肽和氨基酸。依题意可知，米曲霉发酵过程中需要提供营养物质，且需要通入空气并搅拌，故米曲霉的代谢类型为异养好氧型。(3)乳酸菌为原核生物；酵母菌为兼性厌氧微生物，在无氧条件下可以通过无氧呼吸产生酒精和CO2。由题图可知，发酵池中有米曲霉发酵阶段的产物，还有发酵池发酵阶段添加的食盐，食盐可以通过提高发酵液的渗透压来抑制杂菌生长。
微专题2 微生物的培养技术及应用
1.微生物培养中的无菌操作技术
①生物消毒法是指利用生物或其代谢产物除去环境中的部分微生物的方法。
②消毒、灭菌后，要注意避免已处理的材料用具与周围物品接触而造成污染。
2.两种纯化细菌方法的比较
3.微生物分离与计数的两个实例
1.(2022·湖北卷，5)灭菌、消毒、无菌操作是生物学实验中常见的操作。下列叙述正确的是( )
A.动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行
B.微生物、动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染
C.为防止蛋白质变性，不能用湿热灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌
D.可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌
答案 D
解析 动、植物细胞DNA的提取不需要在无菌条件下进行，A错误；动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染，保证无菌环境，而微生物的培养一般不能加入抗生素，B错误；一般用湿热灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌，以防止杂菌污染，C错误；可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌，以防止杂菌污染，D正确。
2.(2022·山东潍坊统考)科研小组欲培养和分离若干种微生物用于对湿垃圾(包括剩菜、剩饭、菜叶、果皮等)的处理。下列有关叙述正确的是( )
A.在微生物培养操作过程中，为防止杂菌污染，需要对培养基和操作者的双手进行灭菌
B.卫生纸类垃圾可采用焚烧的方式处理，能有效减少对环境的污染
C.若从生活垃圾中分离分解尿素的微生物，可在培养基中加入酚酞指示剂，如果有尿素分解菌存在，则培养基中该菌落周围会出现透明圈
D.培养过程中需要向培养基中通入无菌空气并进行搅拌，目的是使菌体充分接触营养物质和溶解氧，促进细菌生长繁殖
答案 D
解析 在微生物培养操作过程中，需对操作者的双手进行消毒，A错误；卫生纸类垃圾采用焚烧的方式处理会增加对环境的污染，B错误；若从生活垃圾中分离分解尿素的微生物，可在培养基中加入酚酞指示剂，如果有尿素分解菌存在，则培养基中该菌落周围会出现红色，C错误。
3.(2022·辽宁大连调研)有机磷农药使用不当有时会造成瓜果蔬菜等食品农药残留超标，危害人类健康。某生物小组成员认为土壤中可能存在能高效降解有机磷农药的微生物，因此制备了培养基并进行纯化培养。下列说法正确的是( )
A.培养基中加入适量的有机磷农药可选择培养目的菌
B.对土壤中的微生物进行分离和计数可以用平板划线法
C.选择培养基中微生物降解能力越强，越晚停止生长
D.用血细胞计数板计算培养基中活菌的数量，数值会偏小
答案 A
解析 平板划线法不能用来进行微生物计数，B错误；微生物降解能力越强，消耗有机磷的速率越大，越早停止生长，C错误；用血细胞计数板计算的数值是活菌数和死菌数的总和，数值会偏大，D错误。
4.(2022·重庆南开中学质检)酸奶由牛奶经过发酵制成，口味酸甜，营养丰富，深受人们喜爱，利用酸奶机可居家自制酸奶。分析并回答下列问题：
(1)制酸奶时配制的培养基中不能加抗生素，原因是抗生素____________________________________________________________________，
从而使牛奶不能发酵成酸奶。
(2)为检测某品牌酸奶中乳酸菌的数量，检验人员进行了如图所示的实验。
①为防止杂菌污染，需要对培养基进行____________________________________
_____________________________________________________________________。
②接种微生物的方法有很多，图中过程③所用的方法为_____________________，用该方法统计样本菌落数时，需要同时涂布A、B、C三个平板，目的是_____________________________________________________________________。
实验检测时，若各取0.1 mL已稀释105倍的酸奶分别接种到图示A、B、C平板上培养，记录的菌落数分别为55、56、57，则每毫升酸奶样品中的乳酸菌数为________个。
(3)酸奶机相当于恒温培养箱，能够将其内容物加热至42℃并保持恒温。有位同学周末用酸奶机按如图所示步骤自制酸奶，从微生物培养角度看，鲜奶相当于培养基，鲜奶中加入酸奶相当于________。该同学能否成功制得酸奶？________，试述理由：____________________________________________________________。
答案 (1)会杀死乳酸菌 (2)①灭菌 ②稀释涂布平板法 取平均值，使结果更加准确 5.6×107 (3)接种 不能 鲜奶煮沸未冷却就接种，使乳酸菌失活
解析 (1)抗生素会杀死乳酸菌，故制酸奶时配制的培养基中不能加抗生素。(2)①常采用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。②图中过程③所用的接种方法为稀释涂布平板法。每毫升酸奶样品中的乳酸菌数为(55＋56＋57)÷3÷0.1×105＝5.6×107(个)。(3)由于鲜奶煮沸后未经冷却就加入酸奶，高温会使乳酸菌失活，故该同学不能制得酸奶。第一步：将约1升鲜奶倒进锅里加热至沸腾，同时将酸奶机的内胆放在开水中煮5分钟。
第二步：将沸腾后的鲜奶立即倒入酸奶机内胆里，然后加入酸奶约100毫升。
第三步：盖上酸奶机盖子，让内部处于密封状态，打开电源开关。
第四步：8小时后打开酸奶机盖子。