新教材2023年高中生物第1章發(fā)酵工程本章整合學(xué)案新人教版選擇性必修3

本章整合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建·素養(yǎng)展示eq\a\vs0\al(發(fā),酵,工,程)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(傳統(tǒng)發(fā)酵技,術(shù)的應(yīng)用)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù),嘗試制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(制作泡菜,制作果酒、果醋)))),\a\vs4\al(微生物的培養(yǎng),技術(shù)及應(yīng)用)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(培養(yǎng)基配制的原則：營養(yǎng)構(gòu)成及類型,\a\vs4\al(無菌,技術(shù))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(消毒：煮沸、消毒液、巴氏消毒等,滅菌：濕熱滅菌、干熱滅菌、灼燒滅菌等)),\a\vs4\al(微生物的,純培養(yǎng))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(步驟：配制培養(yǎng)基→滅菌→接種→分離→培養(yǎng),方法\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(稀釋涂布平板法,平板劃線法)))),\a\vs4\al(微生物,的計數(shù))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(稀釋涂布平板法,顯微鏡計數(shù)法)))),\a\vs4\al(發(fā)酵工程,及其應(yīng)用)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(發(fā)酵工程的,基本環(huán)節(jié))\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(培養(yǎng)基的配制和滅菌、菌種,的選育，擴大培養(yǎng)和接種、,發(fā)酵、分離與提純))),\a\vs4\al(發(fā)酵工程,的應(yīng)用)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(食品工業(yè)上的應(yīng)用：生產(chǎn)發(fā)酵食品、食品添加劑、酶制劑等,藥物工業(yè)上的應(yīng)用：生產(chǎn)抗生素、激素、疫苗等,農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用：生產(chǎn)生物肥料、微生物農(nóng)藥、微生物飼料等)),))))章末解題·釋疑解惑復(fù)習(xí)與提高?P301．解析：(1)答案：篩選出能降解化合物A的細菌選擇(2)答案：低增多(3)答案：稀釋涂布平板培養(yǎng)液中目的菌的種群數(shù)量在開始一段時間范圍內(nèi)，由于營養(yǎng)充分、空間充裕，種群數(shù)量類似于“J”形增長，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，種群增長速率逐漸下降，最終會達到K值，繼續(xù)培養(yǎng)，由于營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、有害代謝物積累、pH改變等，種群數(shù)量將會下降。(4)答案：將目的菌用于環(huán)境保護實踐之前，還要對目的菌進行研究，檢測其是否會產(chǎn)生對環(huán)境有害的代謝物；當使用大量目的菌時會不會使目的菌成為優(yōu)勢菌群，對其他微生物的生存構(gòu)成威脅，從而打破微生物菌群的平衡等。(5)答案：可以利用基因工程的方法，將能降解化合物A的基因?qū)胧荏w菌中來實現(xiàn)。但在使用之前要檢驗其安全性。2．解析：(1)答案：①不同意。對一個冰激凌進行檢測，沒有遵循實驗的平行重復(fù)原則，實驗誤差可能會很大。②有必要。若不進行梯度稀釋，可能會由于菌體數(shù)量過多，兩個或多個細菌連在一起當作一個菌落計數(shù)，從而使計數(shù)結(jié)果偏低。③需要設(shè)計對照組，需要設(shè)計未接種的培養(yǎng)基作為空白對照，來檢測培養(yǎng)基滅菌是否徹底。(2)答案：B(3)答案：說明冰激凌中除了大腸桿菌外，還有其他細菌等微生物的污染。若以菌落數(shù)代表樣品中的大腸桿菌數(shù)量，則統(tǒng)計結(jié)果比實際值偏小，因為當兩個或多個細菌連在一起時，平板上觀察到的只是一個菌落。(4)答案：如果大腸桿菌含量超標，應(yīng)該向衛(wèi)生檢疫部門反映，停止售賣該種冰激凌，同時檢測是冰激凌生產(chǎn)過程中大腸桿菌污染超標，還是水源中大腸桿菌污染超標。若是前者，冰激凌生產(chǎn)廠家應(yīng)停止生產(chǎn)，進行設(shè)備滅菌等，直到達標；若是后者，應(yīng)找到水源所在處，進行水源污染治理。直擊高考·真題體驗1．(2022·山東高考，14)青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環(huán)境中時，會通過分泌青霉素殺死細菌，以保證自身生存所需的能量供應(yīng)。目前已實現(xiàn)青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，關(guān)于該生產(chǎn)過程，下列說法錯誤的是(D)A．發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B．可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量C．選育出的高產(chǎn)菌株經(jīng)擴大培養(yǎng)后才可接種到發(fā)酵罐中D．青霉素具有殺菌作用，因此發(fā)酵罐不需嚴格滅菌解析：青霉菌處于葡萄糖濃度不足的環(huán)境中會通過分泌青霉素殺死細菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液單位體積中溶質(zhì)微粒較多，會導(dǎo)致細胞失水，發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解為半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生長的最佳碳源，可以被青霉菌緩慢利用而維持青霉素分泌的有利條件，A正確；青霉菌的代謝類型為異養(yǎng)需氧型，可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量，B正確；選育出的高產(chǎn)青霉素菌株經(jīng)擴大培養(yǎng)純化后，才可接種到發(fā)酵罐中進行工業(yè)化生產(chǎn)，C正確；為了防止細菌、其他真菌等微生物的污染，獲得純凈的青霉素，發(fā)酵罐仍需嚴格滅菌，D錯誤。2．(2022·廣東高考，21)研究深海獨特的生態(tài)環(huán)境對于開發(fā)海洋資源具有重要意義。近期在“科學(xué)號”考察船對中國南?？瓶贾校袊茖W(xué)家采集了某海域1146米深海冷泉附近沉積物樣品，分離、鑒定得到新的微生物菌株并進一步研究了其生物學(xué)特性?；卮鹣铝袉栴}：(1)研究者先制備富集培養(yǎng)基，然后采用__高壓蒸汽滅菌__(或濕熱滅菌)法滅菌，冷卻后再接入沉積物樣品，28℃厭氧培養(yǎng)一段時間后，獲得了含擬桿菌的混合培養(yǎng)物，為了獲得純種培養(yǎng)，除了稀釋涂布平板法，還可采用__平板劃線__法。據(jù)圖分析，擬桿菌新菌株在以__纖維素__為碳源時生長狀況最好。(2)研究發(fā)現(xiàn)，將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍有很多微生物不能被分離篩選出來，推測其原因可能是__某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物質(zhì)才能生存(或需要在深海冷泉的特定環(huán)境中才能存活)__。(答一點即可)(3)藻類細胞解體后的難降解多糖物質(zhì)，通常會聚集形成碎屑沉降到深海底部。從生態(tài)系統(tǒng)組成成分的角度考慮，擬桿菌對深海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的作用可能是__擬桿菌作為分解者，將沉降到深海底部的難降解多糖物質(zhì)分解為無機物，歸還到無機環(huán)境中，有利于碳循環(huán)的順利進行__。(4)深海冷泉環(huán)境特殊，推測此環(huán)境下生存的擬桿菌所分泌的各種多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能還有__耐低溫__。解析：(1)培養(yǎng)基通常采用高壓蒸汽滅菌法(或濕熱滅菌法)進行滅菌。可以采用稀釋涂布平板法或平板劃線法，將單個微生物分散在固體培養(yǎng)基上，經(jīng)過培養(yǎng)得到單菌落，從而獲得純凈培養(yǎng)物。分析圖可知，在以纖維素為碳源的培養(yǎng)基中，細胞數(shù)量最多，可推知擬桿菌新菌株在以纖維素為碳源時生長狀況最好。(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質(zhì)才能生存(或需要在深海冷泉的特定環(huán)境中才能存活)，故將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍可能有很多微生物不能被分離篩選出來。(3)擬桿菌為異養(yǎng)生物，作為該生態(tài)系統(tǒng)的分解者，能將沉降到深海底部的難降解多糖物質(zhì)分解為無機物，歸還到無機環(huán)境中，有利于碳循環(huán)的順利進行。(4)深海冷泉溫度較低，故生活在其中的擬桿菌所分泌的各種多糖降解酶，應(yīng)具有耐低溫的特性，保證擬桿菌的正常生命活動所需，才能高效降解多糖。3．(2022·全國甲卷，37)某同學(xué)從被石油污染的土壤中分離得到A和B兩株可以降解石油的細菌，在此基礎(chǔ)上采用平板培養(yǎng)法比較二者降解石油的能力，并分析兩個菌株的其他生理功能。實驗所用的培養(yǎng)基成分如下。培養(yǎng)基Ⅰ：K2HPO4，MgSO4，NH4NO3，石油。培養(yǎng)基Ⅱ：K2HPO4，MgSO4，石油。操作步驟：①將A、B菌株分別接種在兩瓶液體培養(yǎng)基Ⅰ中培養(yǎng)，得到A、B菌液；②液體培養(yǎng)基Ⅰ、Ⅱ中添加瓊脂，分別制成平板Ⅰ、Ⅱ，并按圖中所示在平板上打甲、乙兩孔。回答下列問題。(1)實驗所用培養(yǎng)基中作為碳源的成分是__石油__。培養(yǎng)基中NH4NO3的作用是為菌株的生長提供氮源，氮源在菌體內(nèi)可以參與合成__DNA、RNA和蛋白質(zhì)(合理即可)__(答出2種即可)等生物大分子。(2)步驟①中，在資源和空間不受限制的階段，若最初接種N0個A細菌，繁殖n代后細菌的數(shù)量是__N0·2n__。(3)為了比較A、B降解石油的能力，某同學(xué)利用步驟②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ進行實驗，結(jié)果如表所示(“＋”表示有透明圈，“＋”越多表示透明圈越大，“－”表示無透明圈)，推測該同學(xué)的實驗思路是__在平板Ⅰ和平板Ⅱ的甲孔中均滴加A菌液，在平板Ⅰ和平板Ⅱ的乙孔中均滴加等量的B菌液，培養(yǎng)相同時間，觀察透明圈大小(分解石油的能力越強，透明圈越大)__。菌株透明圈大小平板Ⅰ平板ⅡA＋＋＋＋＋B＋＋－(4)現(xiàn)有一貧氮且被石油污染的土壤，根據(jù)上表所示實驗結(jié)果，治理石油污染應(yīng)選用的菌株是__菌株A__，理由是__菌株A在無NH4NO3的培養(yǎng)基上可以生長繁殖，而菌株B在無NH4NO3的培養(yǎng)基上不能生長繁殖，且菌株A分解石油的能力較強(合理即可)__。解析：(1)石油中含有含碳有機物，可以作為碳源。菌體內(nèi)的含氮生物大分子有蛋白質(zhì)和核酸。(2)在資源和空間不受限制的階段，細菌呈“J”型增長。若最初接種N0個A細菌，繁殖n代后A細菌的數(shù)量是N0·2n。(3)由題表可知，Ⅰ平板培養(yǎng)基，菌株AB都可生長，可用來比較A和B菌株分解石油的能力大??；Ⅱ平板缺少氮源，可用來比較此條件下兩種菌株分解石油能力的大小，可據(jù)此設(shè)計實驗。(4)據(jù)表格信息可知，菌株A在無NH4NO3的培養(yǎng)基上可以生長繁殖，而菌株B在無NH4NO3的培養(yǎng)基上不能生長繁殖，而且Ⅰ平板中，A的透明圈大于B的，能說明A菌株分解石油能力強于B菌，因此對于貧氮且被石油污染的土壤來說，治理石油污染應(yīng)該選用菌株A。4．(2021·全國乙卷)工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業(yè)通過發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如下?；卮鹣铝袉栴}：(1)米曲霉發(fā)酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，大豆中的__蛋白質(zhì)__可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供__碳源__。(2)米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的__蛋白酶__、__脂肪酶__能分別將發(fā)酵池中的蛋白質(zhì)和脂肪分解成易于吸收、風(fēng)味獨特的成分，如將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和__氨基酸__。米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質(zhì)、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于__異養(yǎng)好氧__(填“自養(yǎng)厭氧”“異養(yǎng)厭氧”或“異養(yǎng)好氧”)微生物。(3)在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的乳酸菌屬于__原核生物__(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)物是__酒精和二氧化碳__。在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質(zhì)量的重要因素，據(jù)圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質(zhì)是__酒精、乳酸、食鹽__(答出1點即可)。解析：(1)大豆中含有豐富的蛋白質(zhì)，可為微生物的生長繁殖提供氮源。小麥中的淀粉可以為微生物的生長繁殖提供碳源。(2)米曲霉在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的蛋白酶能將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和氨基酸，產(chǎn)生的脂肪酶能將脂肪分解為甘油和脂肪酸，使發(fā)酵的產(chǎn)物具有獨特的風(fēng)味。米曲霉發(fā)酵時需要利用現(xiàn)有的有機物且需要氧氣，說明其代謝類型是異養(yǎng)好氧型。(3)乳酸菌沒有核膜包被的細胞核，屬于原核生物。酵母菌屬于兼性厭氧型微生物，既可以進行有氧呼吸，也可以進行無氧呼吸，無氧呼吸的產(chǎn)物是酒精和二氧化碳。在發(fā)酵池中酵母菌產(chǎn)生的酒精能抑制雜菌的生長，乳酸菌產(chǎn)生的乳酸使發(fā)酵液呈酸性也能抑制雜菌的生長，同時往發(fā)酵池中添加的食鹽也能抑制雜菌的生長。5．(2021·廣東卷)中國科學(xué)家運用合成生物學(xué)方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖)為原料，在實驗室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價值。工藝流程如圖?；卮鹣铝袉栴}：(1)為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液體培養(yǎng)基中將蔗糖作為__唯一碳源__，并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用__稀釋涂布平板__的方法進行菌落計數(shù)，評估菌株增殖狀況。此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有__誘變育種、基因工程育種__等。(答出兩種方法即可)(2)基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，研究人員設(shè)計了一種不需要滅菌的發(fā)酵系統(tǒng)，其培養(yǎng)基鹽濃度設(shè)為60g/L，pH為10，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60d以上。該系統(tǒng)不需要滅菌的原因是__鹽濃度為60g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制__。(答出兩點即可)(3)研究人員在工廠進行擴大培養(yǎng)，在適宜的營養(yǎng)物濃度、溫度、pH條件下發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中菌株H細胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中__氧氣(O2或溶解氧)__可能是高密度培養(yǎng)的限制因素。(4)菌株H還能通過分解餐廚垃圾(主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等)來生產(chǎn)PHA，說明其能分泌__蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等__。解析：(1)根據(jù)題意分析，該實驗的目的是提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，結(jié)合微生物的代謝需求，其液體培養(yǎng)基應(yīng)該以蔗糖作為唯一碳源。并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用稀釋涂布平板的方法進行菌落計數(shù)，評估菌株增殖狀況。此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有誘變育種、基因工程育種等。(2)已知，菌株H具有嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，因此當培養(yǎng)基鹽濃度為60g/L，pH為10時，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60d以上，而鹽濃度為60g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制，故該系統(tǒng)不需要滅菌。(3)分析題意，擴大培養(yǎng)時，營養(yǎng)物濃度、溫度、pH等條件適宜，而發(fā)酵液中菌株H細胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中氧氣不足，使菌種進行無氧呼吸產(chǎn)生乙醇，即氧氣(O2或溶解氧)是限制高密度培養(yǎng)的重要因素。(4)根據(jù)酶的專一性可知，菌株H之所以能通過分解主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等的餐廚垃圾來生產(chǎn)PHA，是因為其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。6．(2021·湖南卷)大熊貓是我國特有的珍稀野生動物，每只成年大熊貓每日進食竹子量可達12～38kg。大熊貓可利用竹子中8%的纖維素和27%的半纖維素。研究人員從大熊貓糞便和土壤中篩選纖維素分解菌。回答下列問題：(1)纖維素酶是一種復(fù)合酶，一般認為它至少包括三種組分，即__C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶__。為篩選纖維素分解菌，將大熊貓新鮮糞便樣品稀釋液接種至以__纖維素__為唯一碳源的固體培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，該培養(yǎng)基從功能上分類屬于__選擇__培養(yǎng)基。(2)配制的培養(yǎng)基必須進行滅菌處理，目的是__為了殺死培養(yǎng)基中的所有微生物(微生物和芽孢、孢子)__。檢測固體培養(yǎng)基滅菌效果的常用方法是__不接種培養(yǎng)(或空白培養(yǎng))__。(3)簡要寫出測定大熊貓新鮮糞便中纖維素分解菌活菌數(shù)的實驗思路__將大熊貓新鮮糞便樣液稀釋適當倍數(shù)后，取0.1mL涂布到若干個平板(每個稀釋度至少涂布三個平板)，對菌落數(shù)在30～300的平板進行計數(shù)，則可根據(jù)公式推測大熊貓新鮮糞便中纖維素分解菌活菌數(shù)__。(4)為高效降解農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物，研究人員利用從土壤中篩選獲得的3株纖維素分解菌，在37℃條件下進行玉米秸稈降解實驗，結(jié)果如表所示。在該條件下纖維素酶活力最高的是菌株__C__，理由是__接種C菌株后秸稈失重最多，纖維素降解率最大__。菌株秸稈總重(g)秸稈殘重(g)秸稈失重(%)纖維素降解率(%)A2.0