新教材2023年高中生物第1章发酵工程本章整合学案新人教版选择性必修3

本章整合网络构建·素养展示eq\a\vs0\al(发,酵,工,程)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(传统发酵技,术的应用)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(发酵与传统发酵技术,尝试制作传统发酵食品\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(制作泡菜,制作果酒、果醋)))),\a\vs4\al(微生物的培养,技术及应用)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(培养基配制的原则：营养构成及类型,\a\vs4\al(无菌,技术)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(消毒：煮沸、消毒液、巴氏消毒等,灭菌：湿热灭菌、干热灭菌、灼烧灭菌等)),\a\vs4\al(微生物的,纯培养)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(步骤：配制培养基→灭菌→接种→分离→培养,方法\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(稀释涂布平板法,平板划线法)))),\a\vs4\al(微生物,的计数)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(稀释涂布平板法,显微镜计数法)))),\a\vs4\al(发酵工程,及其应用)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(发酵工程的,基本环节)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(培养基的配制和灭菌、菌种,的选育，扩大培养和接种、,发酵、分离与提纯))),\a\vs4\al(发酵工程,的应用)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(食品工业上的应用：生产发酵食品、食品添加剂、酶制剂等,药物工业上的应用：生产抗生素、激素、疫苗等,农牧业上的应用：生产生物肥料、微生物农药、微生物饲料等)),))))章末解题·释疑解惑复习与提高⇨P301．解析：(1)答案：筛选出能降解化合物A的细菌选择(2)答案：低增多(3)答案：稀释涂布平板培养液中目的菌的种群数量在开始一段时间范围内，由于营养充分、空间充裕，种群数量类似于“J”形增长，随着营养物质的消耗，种群增长速率逐渐下降，最终会达到K值，继续培养，由于营养物质缺乏、有害代谢物积累、pH改变等，种群数量将会下降。(4)答案：将目的菌用于环境保护实践之前，还要对目的菌进行研究，检测其是否会产生对环境有害的代谢物；当使用大量目的菌时会不会使目的菌成为优势菌群，对其他微生物的生存构成威胁，从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，将能降解化合物A的基因导入受体菌中来实现。但在使用之前要检验其安全性。2．解析：(1)答案：①不同意。对一个冰激凌进行检测，没有遵循实验的平行重复原则，实验误差可能会很大。②有必要。若不进行梯度稀释，可能会由于菌体数量过多，两个或多个细菌连在一起当作一个菌落计数，从而使计数结果偏低。③需要设计对照组，需要设计未接种的培养基作为空白对照，来检测培养基灭菌是否彻底。(2)答案：B(3)答案：说明冰激凌中除了大肠杆菌外，还有其他细菌等微生物的污染。若以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值偏小，因为当两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。(4)答案：如果大肠杆菌含量超标，应该向卫生检疫部门反映，停止售卖该种冰激凌，同时检测是冰激凌生产过程中大肠杆菌污染超标，还是水源中大肠杆菌污染超标。若是前者，冰激凌生产厂家应停止生产，进行设备灭菌等，直到达标；若是后者，应找到水源所在处，进行水源污染治理。直击高考·真题体验1．(2022·山东高考，14)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是(D)A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B．可用深层通气液体发酵技术提高产量C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌解析：青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。2．(2022·广东高考，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1146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__高压蒸汽灭菌__(或湿热灭菌)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，除了稀释涂布平板法，还可采用__平板划线__法。据图分析，拟杆菌新菌株在以__纤维素__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__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)__。(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__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)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__耐低温__。解析：(1)培养基通常采用高压蒸汽灭菌法(或湿热灭菌法)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，保证拟杆菌的正常生命活动所需，才能高效降解多糖。3．(2022·全国甲卷，37)某同学从被石油污染的土壤中分离得到A和B两株可以降解石油的细菌，在此基础上采用平板培养法比较二者降解石油的能力，并分析两个菌株的其他生理功能。实验所用的培养基成分如下。培养基Ⅰ：K2HPO4，MgSO4，NH4NO3，石油。培养基Ⅱ：K2HPO4，MgSO4，石油。操作步骤：①将A、B菌株分别接种在两瓶液体培养基Ⅰ中培养，得到A、B菌液；②液体培养基Ⅰ、Ⅱ中添加琼脂，分别制成平板Ⅰ、Ⅱ，并按图中所示在平板上打甲、乙两孔。回答下列问题。(1)实验所用培养基中作为碳源的成分是__石油__。培养基中NH4NO3的作用是为菌株的生长提供氮源，氮源在菌体内可以参与合成__DNA、RNA和蛋白质(合理即可)__(答出2种即可)等生物大分子。(2)步骤①中，在资源和空间不受限制的阶段，若最初接种N0个A细菌，繁殖n代后细菌的数量是__N0·2n__。(3)为了比较A、B降解石油的能力，某同学利用步骤②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ进行实验，结果如表所示(“＋”表示有透明圈，“＋”越多表示透明圈越大，“－”表示无透明圈)，推测该同学的实验思路是__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，培养相同时间，观察透明圈大小(分解石油的能力越强，透明圈越大)__。菌株透明圈大小平板Ⅰ平板ⅡA＋＋＋＋＋B＋＋－(4)现有一贫氮且被石油污染的土壤，根据上表所示实验结果，治理石油污染应选用的菌株是__菌株A__，理由是__菌株A在无NH4NO3的培养基上可以生长繁殖，而菌株B在无NH4NO3的培养基上不能生长繁殖，且菌株A分解石油的能力较强(合理即可)__。解析：(1)石油中含有含碳有机物，可以作为碳源。菌体内的含氮生物大分子有蛋白质和核酸。(2)在资源和空间不受限制的阶段，细菌呈“J”型增长。若最初接种N0个A细菌，繁殖n代后A细菌的数量是N0·2n。(3)由题表可知，Ⅰ平板培养基，菌株AB都可生长，可用来比较A和B菌株分解石油的能力大小；Ⅱ平板缺少氮源，可用来比较此条件下两种菌株分解石油能力的大小，可据此设计实验。(4)据表格信息可知，菌株A在无NH4NO3的培养基上可以生长繁殖，而菌株B在无NH4NO3的培养基上不能生长繁殖，而且Ⅰ平板中，A的透明圈大于B的，能说明A菌株分解石油能力强于B菌，因此对于贫氮且被石油污染的土壤来说，治理石油污染应该选用菌株A。4．(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__蛋白质__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__碳源__。(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__蛋白酶__、__脂肪酶__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__氨基酸__。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__异养好氧__(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__原核生物__(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__酒精和二氧化碳__。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__酒精、乳酸、食盐__(答出1点即可)。解析：(1)大豆中含有丰富的蛋白质，可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物且需要氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型微生物，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长，同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。5．(2021·广东卷)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。回答下列问题：(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为__唯一碳源__，并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用__稀释涂布平板__的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有__诱变育种、基因工程育种__等。(答出两种方法即可)(2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60d以上。该系统不需要灭菌的原因是__盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制__。(答出两点即可)(3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中__氧气(O2或溶解氧)__可能是高密度培养的限制因素。(4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA，说明其能分泌__蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等__。解析：(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源。并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用稀释涂布平板的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。(2)已知，菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60d以上，而盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH等条件适宜，而发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。(4)根据酶的专一性可知，菌株H之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA，是因为其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。6．(2021·湖南卷)大熊猫是我国特有的珍稀野生动物，每只成年大熊猫每日进食竹子量可达12～38kg。大熊猫可利用竹子中8%的纤维素和27%的半纤维素。研究人员从大熊猫粪便和土壤中筛选纤维素分解菌。回答下列问题：(1)纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即__C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶__。为筛选纤维素分解菌，将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以__纤维素__为唯一碳源的固体培养基上进行培养，该培养基从功能上分类属于__选择__培养基。(2)配制的培养基必须进行灭菌处理，目的是__为了杀死培养基中的所有微生物(微生物和芽孢、孢子)__。检测固体培养基灭菌效果的常用方法是__不接种培养(或空白培养)__。(3)简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路__将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取0.1mL涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数__。(4)为高效降解农业秸秆废弃物，研究人员利用从土壤中筛选获得的3株纤维素分解菌，在37℃条件下进行玉米秸秆降解实验，结果如表所示。在该条件下纤维素酶活力最高的是菌株__C__，理由是__接种C菌株后秸秆失重最多，纤维素降解率最大__。菌株秸秆总重(g)秸秆残重(g)秸秆失重(%)纤维素降解率(%)A2.0