高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3节 发酵工程及其应用课堂检测

第3节　发酵工程及其应用

课后·训练提升

基础巩固

1.下列关于发酵工程应用的说法,错误的是(　　)

A.发酵工程产品可以是微生物的代谢产物

B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶

C.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白

D.发酵工程产品可以是微生物的菌体

答案:C

解析:单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得的微生物菌体。

2.利用酵母菌酿酒时,从开始便持续向发酵罐内通入无菌空气,结果是(　　)

A.酵母菌大量死亡,酒精减产

B.酵母菌数量不变,酒精产量不变

C.酵母菌数量增多,酒精减产

D.酵母菌数量增多,不产生酒精

答案:D

解析:酵母菌是兼性厌氧菌,有氧呼吸产生的能量多、繁殖快,无氧呼吸产生酒精。如果从开始便持续通入无菌空气,酵母菌进行有氧呼吸,大量繁殖,不产生酒精。

3.啤酒是发酵工程的主要产品。下列关于啤酒发酵的说法,错误的是(　　)

A.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的

B.酵母菌的大量繁殖在主发酵阶段完成

C.主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸

D.后发酵阶段是在低温、密闭的环境下进行的

答案:C

解析:在啤酒生产的主发酵阶段,酵母菌主要进行无氧呼吸。

4.用发酵工程生产的产品,如果是菌体,则进行分离提纯时可采用的方法是(　　)

A.蒸馏、过滤　　　　　 B.过滤、沉淀

C.萃取、离心  D.沉淀、萃取

答案:B

5.下列产品不属于发酵工程产品的是(　　)

A.味精  B.啤酒

C.豆浆  D.人生长激素

答案:C

6.现代工业生产中往往采用规范的流程进行发酵生产以提高生产效率。下图是发酵工程生产产品的流程图。请据图回答下列问题。

(1)能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的,①是　　　　　　　　　　　;高产青霉素菌种是通过②培育的,②是　　　　　　。 

(2)④表示　　　　　　　　,⑤表示　　　　　　　　　　　　。 

(3)整个过程的中心环节是发酵,在此环节需要随时取样、检测等,以了解发酵进程,还要及时添加　　　　　　　,同时严格控制　　　　　　　　　　　　等发酵条件。 

(4)若发酵所得产品是单细胞蛋白,则往往采用　　　　　　　　　　　　的方法进行提取。 

答案:(1)基因工程育种　诱变育种

(2)接种　灭菌

(3)必需的营养组分　温度、pH和溶解氧

(4)过滤、沉淀

7.某种老醋生产工艺流程如下图所示。请回答下列问题。

(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度,这是因为酶　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)在酒精发酵阶段需添加酵母菌。在操作过程中,发酵罐先通气,后密闭。通气能提高　　　　　　　　的数量,有利于密闭时获得更多的酒精产物。 

(3)在乙酸发酵阶段,该种老醋采用独特的分层固体发酵法,发酵30 d。工艺如下。

①发酵过程中,定期取样测定醋酸菌密度变化,趋势如右图。据图分析,与颠倒前相比,B层醋酸菌在颠倒后密度变化的特点是　　　　　　　　　　　　　,由此推测,影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是　　　　　　　　　　　　　。 

②乳酸含量高是该种老醋风味独特的重要成因。发酵过程中,发酵缸中　　　　　　　　　　　　　　　　层的醋醅有利于乳酸菌繁殖,积累乳酸。 

③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少,主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的改变,加剧了不同种类乳酸菌的　　　　　　　,淘汰了部分乳酸菌种类。 

答案:(1)在最适温度条件下催化能力最强

(2)酵母菌

(3)先快速增长后趋于稳定　氧气、营养物质、pH　颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动,或下)　种间竞争(或竞争)

解析:(1)酶的催化需要适宜的温度,在最适温度条件下酶的催化能力最强,所以在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度。(2)酵母菌是兼性厌氧微生物,发酵初期发酵罐先通气是为了让酵母菌大量繁殖,增加酵母菌的数量。(3)①从题图中可以看出,与颠倒前相比,B层醋酸菌的密度变化是先快速增长后趋于稳定。醋酸菌是好氧细菌,颠倒后B层醋酸菌有充足的氧气、养料(发酵产生的乳酸)及适宜的pH,所以其密度迅速增大。②乳酸菌是厌氧细菌,所以发酵过程中,发酵缸中颠倒前的B层和颠倒后的A 层醋醅有利于乳酸菌繁殖,积累乳酸。③不同的乳酸菌之间竞争养料和空间,所以它们之间是竞争关系。

能力提升

1.下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙述错误的是(　　)

A.改变通入气体种类,可以研究呼吸作用类型对发酵的影响

B.果酒发酵中期通入氮气,酵母菌的呼吸类型将从有氧呼吸转变为无氧呼吸

C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关

D.气体入口与气体出口可以交换使用

答案:D

解析:由题图可知,若通入氧气,可研究有氧呼吸对发酵的影响;若不通入气体或通入氮气,可研究无氧呼吸对发酵的影响,A项正确。发酵中期装置中的氧气被消耗完,通入氮气,由于酵母菌无法利用氮气,其呼吸类型由有氧呼吸转为无氧呼吸,B项正确。温度会影响相关酶的活性,C项正确。气体入口需通入液面以下,气体出口需在液面以上,故两者不能交换使用,D项错误。

2.在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒。下列说法正确的是(　　)

A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解

B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖

C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境

D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动

答案:B

解析:葡萄糖在酵母菌的细胞质基质中被分解,线粒体不能分解葡萄糖,A项错误。有氧条件下,酵母菌可快速繁殖,故酿酒时需先让酵母菌在有氧条件下大量繁殖,然后再进行无氧发酵产生酒精,B项正确。发酵后期由于CO2和其他代谢物溶解于发酵液中,酵母菌将处于酸性环境,C项错误。发酵产物(如酒精)会抑制酵母菌的生长,D项错误。

3.近年来,微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生产上得到广泛使用。下列关于微生物肥料、微生物农药和微生物饲料的说法,错误的是(　　)

A.微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力的

B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的

C.微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体制成的

D.三者利用的都是微生物的代谢物

答案:D

解析:微生物饲料利用的是微生物菌体,而不是微生物的代谢物。

4.图1为谷氨酸发酵装置示意图,图2为谷氨酸产生机理图。据图分析,下列有关谷氨酸发酵的叙述,正确的是(　　)

图1

图2

A.发酵所用菌种是异养厌氧微生物

B.培养基属于化学成分已知的液体培养基

C.谷氨酸的形成与搅拌速度无关

D.提高产物产量的关键是改变菌体膜的通透性

答案:D

解析:由发酵罐结构示意图可以看出,发酵过程需要搅拌,需要通入无菌空气,说明菌体是异养需氧微生物。该发酵过程用的是液体培养基,但化学成分并非全部已知。搅拌速度影响溶氧量,进而影响谷氨酸的形成。谷氨酸含量在细胞内积累会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,影响产量,因此,改变菌体膜的通透性是提高产物产量的关键。

5.发酵法生产酒精后的废液(pH=4.3)含有大量有机物,可用于培养并获得白地霉菌体,生产高蛋白饲料。下图为培养、制取白地霉菌体的实验过程示意图,请据图回答下列问题。

(1)实验过程中培养白地霉的培养基是　　　　　　。培养基定量分装前应先调节　　　,分装后用棉塞封瓶口,最后　　　　处理。 

(2)图中①过程称为　　　　,从甲到丁的培养过程是为了　　　　　　。白地霉的代谢类型为　　　　　　。 

答案:(1)废液上清液　pH　灭菌

(2)接种　扩大培养　异养需氧型

6.某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。查阅资料后,他们用酶将木薯淀粉降解成单糖,安装的酒精发酵装置以及采用的发酵条件如下图所示。请据图回答下列问题。

(1)向发酵瓶中加入5 g酵母菌开始实验,发酵初期,通气阀①需要偶尔短时间打开,并在A通气口处打气,以利于　　　　　　　　　　　　　　　　　　;实验过程中,通气阀②需要偶尔短时间打开,目的是　　　　　　　　　　　　。 

(2)发酵第3天,取出少量发酵液,滴加含有　　　　的浓硫酸溶液来检测酒精。

(3)检测后发现,尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH适宜,但酒精含量比预期低。为此他们展开了讨论,认为还有其他影响因素,如　　　　　　。请设计实验对此因素进行探究并预测实验结果。(用表格形式呈现;用“+”表示酒精含量,最高含量为“+++++”) 

(4)请对预测的结果进行分析并得出结论。

答案:(1)酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖　排出细胞代谢产生的CO2

(2)重铬酸钾

(3)木薯淀粉酶解物浓度

(4)外界溶液浓度过高时,酵母菌细胞会因失水过多而死亡,酒精含量反而减少。一定范围内,随着木薯淀粉酶解物浓度的增大,酒精含量增多,但超过一定范围后,随着木薯淀粉酶解物浓度的增大,酒精含量逐渐减少。

解析:(1)酵母菌为兼性厌氧微生物,在A通气口处打气可让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖,从而增加酵母菌的数量。通气阀②偶尔短时间打开,是为了排出细胞代谢产生的CO2。

(2)橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应变成灰绿色。

(3)依题意“尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH适宜”,排除了氧气、温度、pH、营养物质含量等因素,可能是培养液的浓度影响酒精的产生量。设计一系列不同浓度梯度的淀粉酶解物培养基进行实验,其他操作、条件等都相同,最后检测酒精的含量。

(4)若培养液的浓度过高,则酵母菌会失水死亡,影响酒精的产生量。