2023届高考生物专题9发酵工程.docx
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1、专题九发酵工程课标内容1.获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。2.发酵工程为人类提供多样的生物产品。梳理核心知识提示深思1:原因是酒精浓度过高时,菌体表面蛋白质变性过快,从而凝固形成一层保护膜,乙醇分子不能渗入其中;酒精浓度过低时,杀菌能力减弱。深思2:根据发酵过程所需条件来选择、设计发酵装置:酒精发酵和制作泡菜均需要隔绝空气,因此必须选择密封性较好的装置;醋酸发酵则需要充足的氧气,同时还需避免杂菌随空气进入发酵装置中造成污染。1.制作传统发酵食品的常见的几个反应方程式:C6H12O62C3H6O3(乳酸)能量C6H12O62C2H5OH(酒精)2CO2能量C6H12O62O22CH3CO
2、OH(醋酸)2H2O2CO2能量C2H5OHO2CH3COOH(醋酸)H2O能量2.当氧气、糖源都充足时,醋酸菌可以将糖分解为醋酸;当氧气充足、缺少糖源时,醋酸菌可将乙醇转变为乙醛,再将乙醛转变为醋酸。3.制作泡菜时用水密封泡菜坛的目的是隔绝空气,这说明泡菜制作需要无氧条件。泡菜坛只能装八成满,因为装完原料后还需要加入冷却的盐水,留有一定空间,便于冷却好的盐水淹没全部菜料。4.为了防止发酵液被污染:需要从发酵制作的过程进行全面的考虑。例如,榨汁机、发酵装置要清洗干净;每次排气时只需拧松瓶盖、不要完全拧开瓶盖等。5.在未接种的培养基表面不应有菌落生长。如果有,则说明培养基或操作过程中有杂菌污染。
3、规范操作的情况下,在接种酵母菌的培养基表面可以看到单菌落,这些菌落的颜色、形状基本一致。如果不一致,说明受到了杂菌污染。6.分解尿素的细菌为异养微生物,培养基中需要添加碳源,并以尿素为唯一氮源,另外还需加入水、无机盐和凝固剂如琼脂等。7.平板冷凝后,皿盖上会凝结水珠,凝固后的培养基表面的湿度也比较高,将平板倒置,既可以避免培养基表面的水分过快地挥发,又可以防止皿盖上的水珠落入培养基,造成污染。8.细菌计数板和血细胞计数板的计数原理相同。血细胞计数板比细菌计数板厚,常用于相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等的计数。用细菌计数板可对细菌等较小的细胞进行观察和计数。9.在含有纤维素的培养基中加入刚果红时
4、,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(如下图所示)。几种纤维素分解菌在刚果红培养基上形成的透明圈10.发酵罐内的发酵是发酵工程的中心环节。在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分,要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢产物的形成。例如,谷氨酸的发酵生产:在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸;在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N乙酰谷氨酰胺。1.判断有关微生物培养与应用说法的正误(1)纯化菌种时,为了得到
5、单菌落,常采用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法。()(2)在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌。()(3)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。()(4)培养微生物的培养基分装到培养皿后进行灭菌。()(5)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。()(6)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。()(7)筛选能分解尿素的细菌所利用的培养基中,尿素是唯一的氮源。()(8)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。()(9)刚果红可以与纤维素形成透明复合物,所以可以通过是
6、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)腐乳制作是通过毛霉等微生物发酵,豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸。()(2)醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸。()(3)酵母菌是嗜温菌,所以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)泡菜坛的选择、发酵过程中坛沿要注满水都有利于泡菜的无氧发酵。()(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)在家庭中用新鲜葡萄制作果酒时,需给发酵装置适时排气。()(8)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。()(9)发酵
7、工程与传统发酵技术最大的区别是前者可以用微生物进行发酵。()1.2019海南卷,30(2)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。提示糖类是主要的能源物质,可以为酵母菌的生长、繁殖提供能源物质,还可以作为酒精发酵的原料2.2018全国卷,37(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。提示在达到消毒目的的同时,营养物质损失较少3.2018全国卷,37(1)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。提示由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体4.2019全国卷,37(3)单个细菌在
8、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。提示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5.2014全国卷,39(2)某小组采用平板划线法分离水样中的细菌。操作时,接种环通过灼烧灭菌,在第二次及以后的划线时,总是从上一次划线的末端开始划线。这样做的目的是。提示将聚集的菌体逐步稀释以便获得单个菌落1.(2020山东等级考,12)我国的酿酒技术历史悠久,古人在实际生产中积累了很多经验。齐民要术记载:将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发,如鱼眼汤,净淘米八斗,炊作饭,舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化,冒出鱼眼大小的气泡,把八斗米淘净,
9、蒸熟,摊开冷透。下列说法错误的是()A.“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快B.“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的C.“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施D.“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡答案C解析由题意可知,“浸曲发”是将酒曲浸泡活化,在活化的过程中微生物代谢加快,A正确;“鱼眼汤”是指冒出鱼眼大小的气泡,气泡是微生物进行呼吸作用产生的CO2释放形成的,B正确;酿酒过程中酵母菌进行无氧呼吸产生的酒精会抑制其他微生物的生长,而“净淘米”是防止一些杂质影响酒的品质,C错误;由题意可知,“舒令极冷”是将蒸熟的米摊开冷透,其目的是
10、防止蒸熟的米温度过高使酒曲中的微生物死亡,D正确。2.(2021全国乙卷,37)生物选修1:生物技术实践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
11、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)原核生物酒精和CO2乳酸(或酒精、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
12、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。在发酵池发酵阶段存在乳酸菌和酵母菌,它们产生的乳酸和酒精均会抑制杂菌生长,同时,加入的食盐也有抑制杂菌生长的作用。3.(2020全国卷,37)生物选修1:生物技术实践某种物质S(一种含有C、H、N的有机物)难以降解,会对环境造成污染,只有某些细菌能降解S。研究人员按照下图所示流程从淤泥中分离得到能高效降解S的
13、细菌菌株。实验过程中需要甲、乙两种培养基,甲的组分为无机盐、水和S,乙的组分为无机盐、水、S和Y。回答下列问题:(1)实验时,盛有水或培养基的摇瓶通常采用的方法进行灭菌。乙培养基中的Y物质是。甲、乙培养基均属于培养基。(2)实验中初步估测摇瓶M中细菌细胞数为2107 个/mL,若要在每个平板上涂布100 L稀释后的菌液,且保证每个平板上长出的菌落数不超过200个,则至少应将摇瓶M中的菌液稀释倍。(3)在步骤的筛选过程中,发现当培养基中的S超过某一浓度时,某菌株对S的降解量反而下降,其原因可能是_(答出1点即可)。(4)若要测定淤泥中能降解S的细菌细胞数,请写出主要实验步骤:_(5)上述实验中,
14、甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同,但都能为细菌的生长提供4类营养物质,即_。答案(1)高压蒸汽灭菌琼脂选择(2)104(3)S的浓度超过某一值时会抑制菌株的生长(4)取淤泥加入无菌水中,涂布(或稀释涂布)到乙培养基上,培养后计数(5)水、碳源、氮源和无机盐解析(1)实验过程中,对盛有水或培养基的摇瓶进行灭菌时,常采用高压蒸汽灭菌法。据题图分析可知,乙培养基为固体培养基,与甲培养基相比,其特有的组分Y物质应是凝固剂琼脂。甲、乙培养基均只允许能利用物质S作为氮源和碳源的微生物生长,因此均为选择培养基。(2)据题意,假设至少将摇瓶M中的菌液稀释X倍,才能保证稀释后的100 L菌液中细菌细胞数不超
15、过200个,初步估测摇瓶M中细菌细胞数为2107个/mL,则稀释之前100 L菌液中有2106个细菌,可得2106(1/X)200,则X104,因此至少应将摇瓶M中的菌液稀释104倍。(3)在筛选过程中,若培养基中S浓度过高,可能会导致细胞失水,进而抑制菌株的生长。(4)将含有能降解S的细菌的淤泥加入无菌水中,进行适当稀释后,利用稀释涂布平板法,取适量的菌液涂布到乙培养基上,在适宜条件下进行培养,一段时间后,统计菌落数,即可估算出淤泥中能降解S的细菌细胞数。(5)本实验中,甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同,但都能为细菌的生长提供的营养物质是水、碳源、氮源和无机盐。微专题1微生物的分离、培养
16、与应用1.培养基制备与微生物纯化技术提醒:为了确定培养基的灭菌是否合格,微生物实验一般会设置空白对照:随机取若干灭菌后的空白平板培养基在适宜条件下培养一段时间,观察培养基上是否有菌落生成。观察菌落需用固体培养基,因此培养基要添加凝固剂,如琼脂。倒平板的温度一般在50 左右适宜,温度过高会烫手,温度过低培养基又会凝固。2.微生物分离与计数的两个实例1.(2021河南名校联盟)琼脂是一种多糖类物质,由于很少有微生物能将其降解而成为配制固体培养基常用的凝固剂之一。某实验室在处理一批已进行过微生物培养的废弃固体培养基时发现,培养基上的微生物几乎全部死亡,但在其中一个培养基上存在一个正常生长的细菌菌落,
17、该实验室研究人员对此提出“该种细菌能利用琼脂”的假说。据此回答问题:(1)若要证明该假说的正确性,应该在配制培养基时,选择以为唯一碳源的固体培养基进行培养,配制好的培养基需通过法进行灭菌。(2)通过实验证明该假说是正确的,并且发现该琼脂分解菌能分泌脱色酶,分解糖蜜发酵废液的黑褐色色素。欲从获得的菌种中分离出分解黑褐色色素能力强的细菌,可在培养基中加入从糖蜜发酵废液中提取到的黑褐色色素,采用的接种方法是。适宜条件下培养一段时间,发现菌落周围形成圆形凹穴和透明圈,形成的原因是;应选择凹穴大且周围透明圈大的菌落进行扩大培养。(3)实验中需要及时灭菌或消毒,才能保证实验结果的准确性,下列各项可以使用干
18、热灭菌的是。(填标号)A.实验者的皮肤 B.培养基C.吸管 D.金属用具E.玻璃棒 F.培养皿答案(1)琼脂高压蒸汽灭菌(2)稀释涂布平板法(或平板划线法)琼脂分解菌分解琼脂出现凹穴,分解黑褐色色素形成透明圈(3)CDEF解析(1)欲证明该种细菌可以利用琼脂,利用筛选微生物的原理,应该选择以琼脂为唯一碳源的固体培养基进行培养,如果该种细菌能在此培养基上生长,则结论是正确的,否则就是错误的。(2)该琼脂分解菌能分泌脱色酶,分解黑褐色色素,可在培养基中加入从糖蜜发酵废液中提取的黑褐色色素,采用稀释涂布平板法或平板划线法接种菌种,由于琼脂分解菌分解琼脂,且能分解色素,所以在培养基上形成凹穴,周围形成
19、透明圈:凹穴大,说明利用琼脂的能力强,透明圈大,说明分解色素的能力强。(3)实验中可以使用干热灭菌的有吸管、金属用具、玻璃棒、培养皿等,实验者的皮肤采用化学试剂消毒的方法,培养基采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。2.(2021华师一附中期中)我国饮用水卫生标准规定每毫升水样中细菌总数不得大于100个,大肠杆菌不得检出。某兴趣小组为检测本地自来水中的细菌总数和是否有大肠杆菌,进行了如下实验:分别配制营养琼脂培养基(成分:牛肉膏、蛋白胨、NaCl、琼脂、水)和伊红美蓝培养基(成分:蛋白胨、NaCl、琼脂、乳糖、伊红、美蓝、水),灭菌取水样先测定甲项指标:用灭菌吸管吸取1 mL水样,涂布到营养琼脂培养基中
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- 2023 高考 生物 专题 发酵 工程
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