1、2020-2021學年高中生物 第1章 發酵工程 3 發酵工程及其應用作業新人教版選擇性必修32020-2021學年高中生物 第1章 發酵工程 3 發酵工程及其應用作業新人教版選擇性必修3年級：姓名：- 9 -發酵工程及其應用 (20分鐘70分)一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)1.發酵罐內發酵時,一定要控制好發酵條件,下列說法錯誤的是()a.對溫度的控制可以通過發酵罐上的溫度傳感器和控制裝置進行監測和調整b.若是谷氨酸發酵需要將ph調至酸性c.可以在培養基中添加緩沖液以維持發酵時ph的相對穩定d.對于需氧發酵通過調節通氣量和攪拌速度控制溶氧量【解析】選b。發酵過程對溫度的控制是通過

2、發酵罐上的溫度傳感器和控制裝置完成的,a正確;谷氨酸發酵時,在中性或弱堿性條件會積累谷氨酸,在酸性條件下容易形成其他產物,因此應將ph調至中性或弱堿性,b錯誤。維持ph穩定的方法是通過加料裝置添加酸或堿進行調節,或者在培養基中添加ph緩沖液,c正確;對溶解氧的控制是通過調節通氣量和攪拌速度,d正確。2.發酵工程與現代生物技術相結合,應用范圍越來越廣泛。下列關于發酵工程應用的描述錯誤的是()a.運用發酵工程生產的傳統發酵食品,產量和質量都得到了明顯的提高b.大多數酶制劑都是通過發酵工程生產的c.發酵工程生產的單細胞蛋白可以用作微生物肥料d.基因工程、蛋白質工程與發酵工程相結合大大降低了某些藥物的

3、生產成本【解析】選c。發酵工程實現了規模化的生產,發酵過程對發酵條件嚴格控制,提高了產品的產量和質量,a正確;絕大多數酶制劑都是通過發酵工程生產的,b正確;單細胞蛋白可以用作微生物飼料,而不是微生物肥料,c錯誤;基因工程、蛋白質工程與發酵工程相結合提高了藥物的產量,降低了藥物的生產成本,d正確。3.漆酶屬于木質降解酶類,在環境修復、農業生產等領域有著廣泛用途。如圖是分離、純化和保存漆酶菌株的過程,相關敘述正確的是() a.生活污水中含有大量微生物,是分離產漆酶菌株的首選樣品b.篩選培養基中需要加入漆酶的底物,通過菌落特征挑出產漆酶的菌落c.在涂布平板上長出的菌落,再通過劃線進一步計數d.斜面培

4、養基中含有大量營養物質,可在常溫下長期保存菌株【解析】選b。生活污水中含有大量微生物,但不一定含有產漆酶的菌株,可能分離不出產漆酶菌株,a錯誤;生活污水中含有大量微生物,將篩選培養基中加入漆酶的底物,通過菌落特征就能挑出產漆酶的菌落,b正確;在涂布平板上長出的菌落,再通過劃線進一步純化,不是計數,c錯誤;斜面培養基中含有大量營養物質,不能在常溫下保存,可在低溫下長期保存菌株,d錯誤。4.下列關于發酵過程的描述,錯誤的是()a.發酵過程中,微生物的生命活動會引起發酵溫度升高b.發酵過程中要隨時檢測微生物數量和產物濃度c.發酵過程中產生的廢棄培養液等能直接排放到環境中d.啤酒的發酵過程中,酵母菌將

5、糖類轉化為酒精和二氧化碳【解析】選c。發酵過程中微生物分解有機物釋放能量,一部分用于合成atp,另一部分散發到培養基中時,會引起發酵溫度升高,a正確;發酵過程中要隨時檢測微生物數量和產物濃度,以了解發酵進程,b正確;發酵過程中產生的廢棄培養液等會污染環境,不能直接排放到環境中,c錯誤;啤酒的發酵過程中,酵母菌進行厭氧發酵,將糖類轉化為酒精和二氧化碳,d正確。【互動探究】(1)除了微生物代謝,還有哪些因素可以使發酵溫度升高?提示:攪拌葉輪的機械攪拌,也會產生一部分熱量引起溫度升高。(2)怎樣降低發酵罐的溫度?提示:可以通過增加冷卻水的進水量,降低發酵罐的溫度。5.“通州老窖”是以優質高粱、麩曲、

6、產脂酵母菌為原材料釀制出的一種白酒。以下相關敘述正確的是()a.水質、菌種和發酵時間會影響酒的品質b.所用的菌種屬于生態系統中的消費者c.可用平板劃線法測定發酵液中的菌種濃度d.釀制過程必須進行嚴格的滅菌操作【解析】選a。影響酒品質的因素有很多,如水質、菌種和發酵時間等,a正確;釀酒所用的菌種屬于生態系統中的分解者,b錯誤;可用稀釋涂布平板法測定發酵液中的菌種濃度,c錯誤;釀制過程不能進行滅菌,防止把酵母菌殺死而影響酒的產量,d錯誤。6.發酵工程最重要的工作是選擇優良的單一純種,消滅雜菌。獲得純種的方法不包括()a.根據微生物對碳源需求的差別,使用含有不同碳源的培養基b.根據微生物需要生長因子

7、的種類,在培養基中增減不同的生長因子c.根據微生物遺傳組成的差異,在培養基中加入不同比例的核酸d.根據微生物對抗生素敏感性的差異,在培養基中加入不同的抗生素【解析】選c。根據微生物對碳源需求的差別,使用含有不同碳源的培養基可以選擇微生物種類,能獲得純種,a不符合題意;在培養基中增減不同的生長因子的作用也是選擇微生物,b不符合題意;根據微生物遺傳組成的差異,在培養基中加入不同比例的核酸(dna和rna),它不會直接影響到微生物自身的遺傳組成,即使被微生物利用,也是被分解為核苷酸后利用,所以培養基中加入不同比例的核酸,不會對微生物起選擇作用,c符合題意;抗生素也可對生物起選擇作用,d不符合題意。7

8、.發酵工程的一項關鍵措施是滅菌,關于滅菌的敘述正確的是()a.培養基和發酵設備均需要嚴格滅菌b.滅菌是殺死培養基中的一切細菌和真菌c.通入無菌空氣可以達到滅菌的目的d.ph調到7左右滅菌效果最好【解析】選a。滅菌就是殺滅微生物,以排除對生產、實驗的干擾,關鍵是要對培養基和發酵設備滅菌,故a正確;培養基的滅菌是殺死培養基中的一切微生物,故b錯誤;為防止雜菌污染,通入的空氣也要是無菌的,但不是通入無菌空氣就可以達到滅菌的目的,故c錯誤;滅菌效果與ph無直接關系,故d錯誤。二、非選擇題(共2小題,共35分)8.(15分)谷氨酸棒狀桿菌可用于微生物發酵工程生產谷氨酸,從而制取谷氨酸鈉(味精)。如圖為谷

9、氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑,通過發酵工程可以大量生產谷氨酸?；卮鹣铝袉栴}: (1)與酵母菌相比,谷氨酸棒狀桿菌在結構上的顯著特點是_;谷氨酸發酵的培養基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等,從物理性質看,該培養基屬于_培養基。(2)發酵過程中要測定谷氨酸棒狀桿菌的數量,可采用的計數方法有顯微鏡直接計數法和_,前者計數的結果比后者計數的結果值偏_(填“大”或“小”),原因是_。(3)由圖可知,谷氨酸棒狀桿菌體內若積累了較多的谷氨酸,則會抑制谷氨酸脫氫酶的活性,微生物這種對自身代謝速率的調節方式是_。(4)谷氨酸棒狀桿菌在發酵過程中要不斷地通入無菌空氣,并通過攪拌使空氣形

10、成細小的氣泡,迅速溶解在培養液中,當培養基中碳氮比為41時,菌體大量繁殖而產生的谷氨酸少;當碳氮比為31時,菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增。在無氧條件下,谷氨酸棒狀桿菌代謝產物是乳酸或琥珀酸。由此說明谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是_,由上述探究可知,通過發酵得到大量谷氨酸的發酵思路_。【解析】(1)谷氨酸棒狀桿菌屬于細菌,酵母菌屬于真菌,谷氨酸棒狀桿菌在結構上的顯著特點是無核膜包被的細胞核。谷氨酸發酵的培養基成分有豆餅水解液、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、生物素等,從物理性質看,該培養基屬于液體培養基。(2)測定谷氨酸棒狀桿菌的數量可采用的計數方法有顯微鏡直接計數法和稀釋涂布平板法。由于

11、顯微鏡直接計數法中死活菌體一起計數,而稀釋涂布平板法只計數活菌數,且可能有多個菌體形成同一個菌落,因此顯微鏡直接計數法計數的結果比稀釋涂布平板法計數的結果值更大。(3)據題圖分析,當谷氨酸過量時,會抑制谷氨酸脫氫酶的活性,導致谷氨酸脫氫酶的活性下降,從而使谷氨酸含量下降,這種對自身代謝速率的調節方式是負反饋調節。(4)分析可知,谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型是異養兼性厭氧型,當培養基中碳氮比為41時,菌體大量繁殖而產生的谷氨酸少;當碳氮比為31時,菌體繁殖受抑制,但谷氨酸的合成量大增,因此通過發酵得到大量谷氨酸的發酵條件是不斷向發酵液中通入無菌空氣,在發酵液c/n=41中培養一段時間,使菌種大量繁殖

12、,后將培養液的c/n改為31,即可通過發酵得到大量谷氨酸。答案:(1)無核膜包被的細胞核液體(2)稀釋涂布平板法大前者死活菌體一起計數,后者只計數活菌數,且可能有多個菌體形成同一個菌落(3)負反饋調節(4)異養兼性厭氧型不斷向發酵液中通入無菌空氣,發酵液中碳氮比為41,培養一段時間使菌種大量繁殖,后將培養液的碳氮比改為31,使菌種合成大量谷氨酸9.(20分)隨著對纖維素水解研究的不斷深入,利用纖維素廢料發酵生產酒精等能源物質已取得成功。發酵工程中可利用纖維素分解菌將纖維素分解,隨后將其轉化成新的能源物質乙醇,進一步利用乙醇生產醋酸。工業生產這兩種成分的基本工藝流程如圖所示。請回答: (1)在發

13、酵罐內,纖維素分解菌能夠分泌纖維素酶將纖維素分解為_。(2)在過程篩選纖維素分解菌時,常常采用平板劃線法和_法進行純化。兩種方法的共同點是_。用來篩選纖維素分解菌的培養基是_培養基(從功能上分類),培養基中含有na2hpo4和kh2po4,其作用有_。(答出兩點)(3)微生物x應為_,發酵一定時間后,觀察到發酵罐內液體不再有_,說明發酵基本完畢。(4)微生物y應是_。發酵罐內和發酵罐內除了嚴格控制溫度、ph外,發酵罐內還需要通入_。(5)若發酵罐中的酒全部流經發酵罐制成醋,發酵罐中co2的產生量是_。a.發酵罐的兩倍b.與發酵罐的相等c.發酵罐的一半d.幾乎為零【解析】(1)在發酵罐內,纖維素

14、分解菌能夠分泌纖維素酶,該酶可將纖維素分解為葡萄糖。(2)在過程篩選纖維素分解菌時,常常采用平板劃線法和稀釋涂布平板法進行純化。兩種方法的共同點是把聚集在一起的細菌分散成單個,培養后得到單個菌落。用來篩選纖維素分解菌的培養基中含有na2hpo4和kh2po4(這些都是無機鹽,又是磷酸一氫鹽和磷酸二氫鹽),其作用有為細菌生長提供無機營養,作為緩沖劑維持細胞生長過程中的ph穩定。(3)發酵罐是通過酵母菌發酵生產乙醇,發酵一定時間后,觀察到發酵罐內液體不再有氣泡產生,說明發酵基本完畢。(4)發酵罐是通過醋酸(桿)菌發酵生產醋酸。發酵罐內和發酵罐內除了嚴格控制溫度、ph外,發酵罐是需氧發酵,還需要通入

15、無菌空氣。(5)若發酵罐中的酒全部流經發酵罐制成醋,酒精氧化成醋酸是利用醋酸(桿)菌有氧呼吸得到的,但這一過程不產生co2,因此發酵罐中co2的產生量幾乎為零。答案:(1)葡萄糖(2)稀釋涂布平板把聚集在一起的細菌分散成單個,培養后得到單個菌落選擇為細菌生長提供無機營養,作為緩沖劑維持細胞生長過程中的ph穩定(3)酵母菌氣泡產生(4)醋酸(桿)菌無菌空氣(5)d (10分鐘30分)1.(8分)(不定項)下列關于發酵工程基本環節的分析正確的是()a.培養基和發酵設備都應經過嚴格的滅菌才能使用,對于需氧發酵,通入的空氣也應經過滅菌處理b.溫度不僅能影響菌種的代謝,還能影響菌種對營養物質的吸收c.p

16、h變化能導致某些菌種的發酵產物也發生變化d.酒精發酵時,菌種的擴大培養與發酵罐內的培養條件是相同的【解析】選a、b、c。培養基和發酵設備都應經過滅菌才能使用,通入的空氣也應經過滅菌處理,a正確;溫度能影響菌種(微生物)的代謝,如細胞呼吸速率受溫度影響,菌種對營養物質的吸收速率也受溫度影響,b正確;ph變化能導致某些菌種的發酵產物也發生變化,例如谷氨酸發酵在中性和酸性條件下產物不同,c正確;酒精發酵時,菌種的擴大培養是有氧條件,酵母菌大量繁殖,發酵罐內的培養是無氧條件,酵母菌進行無氧呼吸產生酒精,d錯誤?！菊`區警示】誤認為擴大培養與發酵生產過程中的培養相同擴大培養是為了讓菌體在短時期內快速增殖,

17、而發酵過程中的培養是為了獲得代謝產物,目的不同采用的培養條件就有可能不同。2.(22分)(2018江蘇高考改編)酵母的蛋白質含量可達自身干重的一半,可作為飼料蛋白的來源。有些酵母可以利用工業廢甲醇作為碳源進行培養,這樣既可減少污染又可降低生產成本。研究人員擬從土壤樣品中分離該類酵母,并進行大量培養。如圖所示為操作流程,請回答下列問題: (1)取步驟中不同梯度的稀釋液加入標記好的無菌培養皿中,在步驟中將溫度約_(選填“25 ”“50 ”或“80 ”)的培養基倒入培養皿混勻,冷凝后倒置培養。(2)挑取分離平板中長出的單菌落,按步驟所示進行劃線。下列敘述合理的有_。a.為保證無菌操作,接種針、接種環

18、使用前都必須滅菌b.劃線時應避免劃破培養基表面,以免不能形成正常菌落c.挑取菌落時,應挑取多個菌落,分別測定酵母細胞中甲醇的含量d.可以通過逐步提高培養基中甲醇的濃度,獲得甲醇高耐受株(3)步驟是_,目的是使酵母數量迅速增加,此過程中需保證充足的營養和_供應。在此階段要通過取樣檢測酵母細胞的數量變化。下圖中的4個曲線圖分別表示在擴大培養階段各種因素對酵母細胞繁殖速率的影響,其中不正確的是() 【解析】(1)倒平板時,錐形瓶中的培養基溫度控制在50 左右較適宜,溫度太低會凝固,太高會燙手。(2)挑取分離平板中長出的單菌落用于平板劃線時需注意題干中a、b、d所敘述的要點,為了獲得專一酵母,只挑取效果最好的菌落就行,不需挑取多個菌落。(3)酵母菌是兼