2024届高考生物考前冲刺第1篇专题素能提升专题6生物技术与工程微专题1发酵工程课件

专题六生物技术与工程微专题1发酵工程课标要求考情分析1.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。2.阐明无菌技术是在操作过程中,保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术。3.举例说明通过调整培养基的配方可有目的地培养某种微生物。4.概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法。5.概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法。6.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。发酵工程常考查传统发酵食品制作的原理、过程、条件控制,以及培养基的制备,微生物的培养、分离与计数7.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品。8.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值知识联网注重学科基础·倡导回归教材[自我校对]①尿素②稀释涂布平板法③醋酸菌④乳酸菌⑤湿热灭菌法⑥平板划线法⑦碳源、氮源、水和无机盐1.(选择性必修3P6探究·实践)日常生活中要多吃新鲜蔬菜,不宜多吃腌制蔬菜的原因是在腌制过程中有亚硝酸盐产生,亚硝酸盐摄入过量会发生中毒,甚至死亡。2.(选择性必修3P8拓展应用)制作的泡菜“咸而不酸”的原因可能是食盐浓度过高、发酵温度过低导致泡菜未能正常发酵。3.(选择性必修3P11资料卡)在高压蒸汽灭菌锅内进行的灭菌属于湿热灭菌。4.(选择性必修3P11正文)由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。5.(选择性必修3P13探究·实践)平板划线时要注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。6.(选择性必修3P18正文)利用显微镜直接计数法统计的细菌数量包括活菌与死菌的数量。7.(选择性必修3P18探究·实践)利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基,可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。8.(选择性必修3P20拓展应用)在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌的原因是在富含纤维素的环境中,纤维素分解菌的含量相对较高,从这种土样中获得目的微生物的概率要高于普通环境。9.(选择性必修3P23思考·讨论)若要满足微生物的生长需要,应对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制,使其最适合微生物的生长繁殖,同时及时添加必要的营养组分。10.(选择性必修3P28拓展应用)青霉素发酵是高耗氧过程,为保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)可以用基因工程的方法,将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。重点突破深化学科思维·体现知识运用1.消毒和灭菌的归纳与概括重点1微生物的培养技术及应用巴氏消毒项目条件结果常用方法应用范围消毒使用较为温和的物理、化学或生物等方法仅杀死物体表面或内部一部分微生物煮沸消毒法日常用品

法不耐高温的液体化学药物消毒法双手、水源等紫外线消毒法超净工作台、接种室等湿热灭菌灭菌使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子

法培养基及容器灭菌干热灭菌法玻璃器皿、金属用具灼烧灭菌法接种工具2.选择培养基与鉴别培养基的比较项目选择培养基鉴别培养基制备方法培养基中加入某些化学物质或改变培养基的营养成分培养基中加入某种指示剂或化学药品原理依据某些微生物对某些物质或环境条件的嗜好或抗性而设计产生特定的颜色或其他变化用途从众多微生物中分离出所需的微生物鉴别不同种类的微生物3.微生物的筛选与鉴别方法(1)微生物的筛选方法。单菌落挑取法利用平板划线法或稀释涂布平板法接种到

.培养基表面,根据微生物菌落的特征利用单菌落挑取的方法获得目的微生物选择培养法利用选择培养基对微生物进行选择培养,直接获得目的微生物鉴别培养法利用鉴别培养基使目的微生物菌落呈现特有的特征,然后筛选目的微生物固体(2)微生物的鉴别方法。菌落特征鉴别法根据微生物在固体培养基表面形成的菌落的

.

等特征进行鉴别指示剂鉴别法例如在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某种微生物后,培养基变红说明该种微生物能够分解尿素透明圈鉴别法例如为了筛选出高效降解淀粉的菌种,该培养基应以淀粉为唯一碳源,经平板培养后,加碘液处理,由于能产生淀粉酶的微生物可分解淀粉,淀粉被分解后遇碘液不呈现蓝色,因而在其菌落周围出现透明圈形状、大小和颜色4.微生物的分离与计数实验中对照组和重复组的设置及作用(1)两种对照组的设置及作用。①判断培养基中“是否有杂菌污染”,需将未接种的培养基同时进行培养。②判断选择培养基“是否具有筛选作用”,需设置牛肉膏蛋白胨培养基进行接种后培养,观察两种培养基上菌落数目,进行对比得出结论。(2)重复组的设置及作用。为排除偶然因素对实验结果的干扰,在每一稀释度下应设置至少3个平板作重复组,选择菌落数均在30～300且数目相差不大的3个平板,用“平均值”代入计数公式计算菌落数。考向1围绕微生物的培养技术考查生命观念与科学探究1.(2023·山东卷)平板接种常用在微生物培养中。下列说法正确的是(

)A.不含氮源的平板不能用于微生物培养B.平板涂布时涂布器使用前必须进行消毒C.接种后未长出菌落的培养基可以直接丢弃D.利用以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物√解析:不含氮源的平板可用于固氮菌的培养;平板涂布时涂布器使用前必须浸在酒精中,然后在火焰上灼烧灭菌,这种操作属于灭菌,不属于消毒;使用后的培养基即使未长出菌落也要在丢弃前进行灭菌处理,不能直接丢弃,以免污染环境;脲酶可以催化尿素分解,在以尿素为唯一氮源的平板上,能合成脲酶的微生物可以分解尿素获得氮源而进行生长繁殖,不能合成脲酶的微生物因缺乏氮源而无法生长,因此以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物。2.(2022·广东卷)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

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,为了获得纯种培养物,除了稀释涂布平板法,还可采用

法。据图分析,拟杆菌新菌株在以

为碳源时生长状况最好。

湿热灭菌平板划线纤维素解析:(1)富集培养基通常采用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对微生物进行分离纯化。分析题图可知,在以纤维素为碳源的培养基中细胞数最多,故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

.

(答一点即可)。

某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存(或某些微生物只有在深海冷泉的特定环境中才能存活)解析:(2)深海冷泉中某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存,故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。(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解析:(3)拟杆菌为异养生物,其作为深海生态系统中的分解者,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:(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,这样才能高效降解多糖,以满足拟杆菌正常的生命活动。(1)对外植体进行消毒以杜绝接种过程中的微生物污染。(2023·北京卷)(

)(2)利用平板划线法接种时,灼烧接种环的次数等于划线次数。(2023·山东统考模拟)(

)(3)可分解酚红指示剂使其褪色的菌株是产脲酶菌。(2022·江苏卷)(

)(4)利用显微镜对细菌进行直接计数时,统计的结果往往大于实际活菌数。(2023·湖北十堰模拟)(

)×√××(5)土壤溶液稀释倍数越低,越容易得到单菌落。(2022·海南卷)(

)(6)用作培养基的草本植物给食用菌提供碳源和氮源。(2021·北京卷)(

)(7)(2023·辽宁锦州质检)无菌技术除用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外,另外作用是

.

。×√避免操作者被微生物感染考向2以微生物的培养技术为基础,考查科学思维3.(2023·广东卷)研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断,下列最可能筛选到目标菌的条件组合是(

)A.a点时取样、尿素氮源培养基B.b点时取样、角蛋白氮源培养基C.b点时取样、蛋白胨氮源培养基D.c点时取样、角蛋白氮源培养基√解析:研究目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌,因此既要耐高温,又要能够高效降解角蛋白,所以在c点取样,并且用角蛋白氮源培养基进行筛选培养。4.(2022·山东卷)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(

)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: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,故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,维持青霉素分泌的有利条件;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;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;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。1.传统发酵技术重点2传统发酵技术的应用与发酵工程及其应用固体半固体2.三种传统发酵食品的制作技术酵母菌醋酸菌乳酸菌18～3030～35[特别提醒](1)醋酸菌是异养需氧菌,对氧气的含量非常敏感,当进行深层发酵时,即使只是短时间中断通入氧气,也会引起醋酸菌的死亡。(2)发酵是通过微生物的培养来大量生产各种代谢物的过程,包括有氧发酵(如醋酸发酵、谷氨酸发酵)和无氧发酵(如酒精发酵),发酵≠无氧呼吸。3.对发酵工程中心环节的分析pH溶解氧温度[特别提醒]关于发酵罐使用的三点提醒(1)发酵罐在使用前要进行灭菌,培养基和发酵设备一般用湿热灭菌。(2)对于需氧发酵,为了防止杂菌污染,应该从空气入口通入无菌空气。(3)搅拌的作用。①使空气和发酵液充分混合,增加培养液中的溶解氧。②使菌种与培养液充分接触,提高原料利用率。考向1以传统发酵技术的应用为基础,考查生命观念与社会责任1.(2023·山东卷)以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理:①沸盐水冷却后再倒入坛中;②盐水需要浸没全部菜料;③盖好坛盖后,向坛盖边沿的水槽中注满水;④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是(

)A.①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死B.②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌C.③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入D.④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低√解析:盐水煮沸是为了杀死绝大多数微生物,冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响;②盐水需要浸没全部菜料,造成无氧环境,有利于乳酸菌无氧呼吸;③盖好坛盖后,向坛盖边沿的水槽中注满水,是为了密封发酵,坛内的气体从坛沿水槽内的水中间歇性溢出,而外面的气体不能进入坛内;④检测泡菜中亚硝酸盐的含量,腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少。2.(2022·湖北卷)关于白酒、啤酒和果酒的生产,下列叙述错误的是(

)A.在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气B.白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程C.葡萄糖转化为乙醇所需的酶既存在于细胞质基质,也存在于线粒体D.生产白酒、啤酒和果酒的原材料不同,但发酵过程中起主要作用的都是酵母菌√解析:在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气,让酵母菌大量繁殖;白酒、啤酒和果酒酿制的过程也是微生物生长繁殖的过程,如发酵初期酵母菌大量繁殖;酒精发酵利用的菌种是酵母菌,葡萄糖转化为乙醇所需的酶存在于细胞质基质,不存在于线粒体中。(1)果醋发酵时,发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时。(2021·江苏卷)(

)(2)果醋发酵时,用重铬酸钾测定醋酸含量变化时,溶液灰绿色逐日加深。(2021·江苏卷)(

)(3)酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同。(2021·辽宁卷)(

)(4)葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。(2021·山东卷)(

)√×√√(5)利用乳酸菌制作酸奶过程中,先通气培养,后密封发酵。(2019·江苏卷)(

)(6)果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低,果酒制作过程中情况相反。(2019·江苏卷)(

)(7)(2023·浙江统考模拟)果酒制作过程中,可能还有其他微生物的生长,为了防止它们对果酒发酵产生影响,可通过

来抑制它们的生长。××调节发酵的温度、果酒的pH以及保持无氧环境考向2以发酵工程为基础,考查科学思维与社会责任3.(2022·山东卷改编)啤酒的工业化生产中,大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后,最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是(

)A.用赤霉素处理大麦,可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶B.焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌C.糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵D.通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的发酵周期√解析:赤霉素能促进种子的萌发,据此推测若用赤霉素处理大麦,可诱导α-淀粉酶相关基因的表达,促进α-淀粉酶的合成,进而使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶;焙烤可以杀死大麦种子的胚,但不会使淀粉酶失活,没有进行灭菌;糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用,并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵,防止高温杀死菌种;转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的发酵周期,属于转基因技术在微生物领域的应用。4.(2022·湖北卷)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是(

)A.该生产过程中,一定有气体生成B.微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料C.该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质D.沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理√解析:据图可知,该生产过程中有酿酒酵母的参与,酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳,故该生产过程中,一定有气体生成;糖类是主要的能源物质,微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水;分析图示可知,该技术中有连续搅拌反应器的过程,该操作的目的是增加微生物与营养物质的接触面积,另外也可增大溶解氧含量,故推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质;沼气生产利用的是厌氧微生物,在连续搅拌反应器中厌氧微生物会被抑制,因此沼气池废料无需灭菌。创新情境拓展新视野·培养新思维乳酸菌简介情境材料乳酸菌是一类可以发酵糖类,产生乳酸的细菌的统称。在分类学上,乳酸菌涉及多个属,如乳酸杆菌属(或称乳杆菌属)、链球菌属、双歧杆菌属等。乳酸菌有专性厌氧菌和兼性厌氧菌等,大都适于在无氧或氧含量较低的环境中生长。乳酸菌在自然界中分布广泛,大多数都无毒、无害,很多乳酸菌对人和动植物的健康有益。乳酸菌由于多种原因而在食品工业中使用,例如生产奶酪和酸奶产品。人类祖先已经将这一过程进行了数千年。问题探究

(1)市场上购买的真空包装酸菜,在没有漏气的状态下发生了“胀袋”现象,同学A怀疑是杂菌污染导致的,同学B怀疑是乳酸菌大量繁殖导致的,你支持谁的观点并说明理由。提示:支持A的观点,乳酸菌代谢过程中不产生气体。(2)制作传统泡菜的盐水需煮沸并冷却后才可使用,原因是什么?提示:煮沸是为了杀死绝大多数微生物,冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。1.(2023·福建漳州二模)袋装酸奶的包装上通常都会注明“胀袋勿食”。某同学选择一过期的胀袋密封酸奶,按图中的操作流程,研究其中微生物生长情况,有关叙述正确的是(

)A.使用巴氏消毒法可以杀死牛奶中的微生物和芽孢,但不破坏其营养成分B.酸奶胀袋是由于其中的乳酸菌有氧呼吸产生了CO2C.利用图示方法向培养基接种前和接种后都要对接种环进行灼烧灭菌D.若3个平板的平均菌落数是180个,则1mL酸奶中微生物个数为9×106个√解析:巴氏消毒法可以杀死牛奶中绝大多数微生物,但不能杀死芽孢;乳酸菌属于厌氧菌,不进行有氧呼吸,其无氧呼吸过程中不产生CO2;图示实验方法应该使用涂布器进行接种;利用公式C÷V×M,可以计算1mL酸奶中微生物数量为180÷0.2×104=9×106个。2.(2023·山东统考二模)我国很多地区有制作和食用泡菜的传统。泡菜腌制过程中,乳酸菌可减少亚硝酸盐的含量,而另一些微生物如大肠杆菌会增加亚硝酸盐的含量。回答下列问题。(1)泡菜制作过程中常需在泡菜坛中加入一定量的陈泡菜水,目的是

。在泡菜坛坛盖边沿的水槽中注满水的作用是

。

发酵过程中,泡菜坛内有机物的种类和有机物中所含能量的变化分别是

、

。

增加乳酸菌数量保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境增加减少解析:(1)陈泡菜水中含有大量的乳酸菌,故泡菜制作过程中加入一定量的陈泡菜水是为了增加乳酸