2025导与练总复习生物学Ⅰ(高考一轮)(人教)第十单元　生物技术与工程含答案

2025导与练总复习生物学Ⅰ(高考一轮)(人教)第十单元生物技术与工程第40讲发酵工程[课标要求]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。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。考点一传统发酵技术和发酵工程的应用1.传统发酵技术的应用(1)发酵:是指人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。(2)传统发酵技术。(3)传统发酵食品的制作。①腐乳制作。a.原理:蛋白质小分子的肽和氨基酸。脂肪甘油和脂肪酸。b.腐乳制作过程中起主要作用的微生物:毛霉是一种丝状真菌,其代谢类型是异养需氧型。②泡菜的制作。a.菌种来源:植物体表面天然的乳酸菌。b.原理:在无氧条件下,乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。反应简式:C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量。c.制作流程。③果酒和果醋的制作。a.果酒制作和果醋制作的比较。项目制作果酒制作果醋发酵菌种酵母菌醋酸菌代谢类型异养兼性厌氧型异养需氧型发酵原理有氧条件下,酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖:C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量;无氧条件下,酵母菌通过无氧呼吸产生酒精:C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量O2、糖源充足时:C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+能量;O2充足、缺少糖源时:C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量对氧的需求前期需氧,后期不需氧一直需氧产物检测闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色)酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝b.制作流程。2.发酵工程及其应用(1)发酵工程。利用微生物的特定功能,通过现代工程技术,规模化生产对人类有用的产品。(2)发酵工程基本环节。(3)啤酒的工业化生产流程。(4)发酵工程的应用。食品工业生产传统的发酵产品,如酱油、各种酒类生产各种各样的食品添加剂,如柠檬酸、味精生产酶制剂,如果胶酶、脂肪酶医药工业生产各种药物、疫苗农牧业生产微生物肥料,如根瘤菌肥、固氮菌肥生产微生物农药,如井冈霉素生产微生物饲料,如用单细胞蛋白制成的微生物饲料其他方面利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质;对极端微生物的研究[正误辨析]1.制作腐乳需利用毛霉产生的酶分解豆腐中的蛋白质等物质。(√)2.制作果酒、果醋和腐乳过程都应防止微生物的生长、繁殖。(×)提示:制作果酒、果醋和腐乳过程都需要特定微生物的生长、繁殖。3.在制作泡菜的过程中,亚硝酸盐的含量变化情况是逐渐增加的。(×)提示:泡菜制作的过程中,随着泡菜发酵中产生的乳酸增加,亚硝酸盐的含量会先增加,后逐渐下降。4.腌制初期泡菜坛内会长出一层白膜,这是乳酸菌大量繁殖的结果。(×)提示:在泡菜制作过程中,泡菜发酵液的营养丰富,其表面往往含有适量的氧气,适合酵母菌生长繁殖,产膜酵母菌的生长繁殖会在泡菜坛的液面形成一层白膜。5.虽然青霉素是抗生素,但在青霉素生产过程中仍然需要严格灭菌。(√)6.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的。(×)提示:单细胞蛋白是发酵获得的微生物菌体。[教材微点思考]1.(选择性必修3P6“探究·实践”拓展)分析制作泡菜时,盐水为什么要煮沸后冷却?提示:煮沸有两大作用,一是除去水中氧气,二是杀灭盐水中的微生物。冷却是防止高温杀死植物体表面天然的乳酸菌。2.(选择性必修3P7“探究·实践”拓展)(1)在果酒制作中应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗?为什么?提示:应该先冲洗葡萄,然后再除去枝梗,以避免除去枝梗时引起葡萄破损,增加被杂菌污染的机会。(2)果酒制作时,发酵瓶装入葡萄汁后留有约1/3空间的目的是什么?提示:先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖,耗尽氧气后再进行酒精发酵;其次,防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。3.(选择性必修3P8正文拓展)传统发酵食品品质不一,主要原因是菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等。4.(选择性必修3P23正文拓展)发酵罐中搅拌叶轮进行搅拌的作用是什么?提示:叶轮的搅拌不仅使气泡与发酵液混合,而且使微生物细胞与发酵液中营养物质充分接触。1.果酒制作中发酵装置及各部件的作用2.泡菜腌制过程中,乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐相对含量(或数量)的变化(1)发酵初期:还有O2,乳酸菌活动受抑制,因此数量较少,产生的乳酸也较少。此时,硝酸盐还原菌的作用增强,亚硝酸盐含量增加。(2)发酵中期:乳酸菌数量增多,产生的乳酸增多,导致pH下降,乳酸的积累使硝酸盐还原菌的活动受到抑制,部分亚硝酸盐被分解,含量开始下降。(3)发酵后期:乳酸继续积累,pH继续下降,乳酸菌活动也受到抑制,数量开始减少。硝酸盐还原菌被完全抑制,亚硝酸盐含量下降至相对稳定。传统发酵技术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(C)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:①盐水煮沸是为了灭菌,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·江苏卷改编)在制作发酵食品的学生实践中,控制发酵条件至关重要。下列相关叙述正确的是(B)A.泡菜发酵后期,尽管乳酸菌占优势,但仍有产气菌繁殖,需开盖放气B.制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3,制作泡菜的盐水要淹没全部菜料C.葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌,制作好葡萄酒后,可直接通入无菌空气制作葡萄醋D.果酒与果醋发酵时温度宜控制在18～25℃,泡菜发酵时温度宜控制在30～35℃解析:乳酸菌属于厌氧菌,开盖放气会影响乳酸菌发酵,因此不能开盖放气;制作果酒的葡萄汁不宜超过发酵瓶体积的2/3,是为了发酵初期让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖,同时为了防止发酵过程中发酵液溢出,制作泡菜的盐水要淹没全部菜料,以保证乳酸菌进行无氧呼吸;醋酸菌为好氧菌,且发酵温度高于果酒的发酵温度,因此制作好葡萄酒后,除通入无菌空气,还需要适当提高发酵装置的温度;果酒发酵时温度宜控制在18～30℃,果醋发酵时温度宜控制在30～35℃,泡菜的制作温度低于30～35℃。3.泡菜中亚硝酸盐含量超过一定值会与胺反应产生致癌物,泡菜制作过程中亚硝酸盐峰值一般出现在第5天。现用不同浓度的食醋对泡菜进行处理,测定其亚硝酸盐的含量变化,结果如图所示。下列说法错误的是(B)A.本实验亚硝酸盐峰值出现在第3天,推测原因可能为温度更为适宜B.不同浓度的食醋不仅影响亚硝酸盐的峰值还影响峰值出现的时间C.浓度为0.60%的食醋对泡菜中亚硝酸盐产生的抑制效果相对明显D.健康饮食应选择食用在此条件下腌制10d左右的酸菜解析:根据题干“泡菜制作过程中亚硝酸盐峰值一般出现在第5天”,而本实验亚硝酸盐峰值出现在第3天,推测原因可能为温度更为适宜;根据题图分析可知,本实验亚硝酸盐峰值均出现在第3天;根据题图分析可知,浓度为0.60%的食醋对泡菜中亚硝酸盐产生的抑制效果相对明显;根据题图分析可知,腌制10d左右的酸菜亚硝酸盐的含量基本为0,所以健康饮食应选择食用在此条件下腌制10d左右的酸菜。发酵工程及其应用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(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:充足的葡萄糖,不利于青霉菌合成青霉素,故发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖;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。5.(2024·湖南长沙模拟)我国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H,其以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液,含较多蔗糖)为原料,在实验室通过发酵生产出PHA等新型高附加值可降解材料,从而提高了甘蔗的整体利用价值。具体的工艺流程如图所示。下列说法错误的是(C)A.为了筛选出耐高浓度蔗糖的菌株H,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B.为统计培养液中H菌的数目,可在培养过程中定期取样并用稀释涂布平板法进行计数C.发酵工程的中心环节是分离、提纯产物D.若在适宜营养物浓度、温度和pH条件下发酵,菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期且产生了少量的乙醇,可以通过增加搅拌器的转速等方式改善解析:发酵工程的中心环节是在发酵罐内发酵;若在适宜营养物浓度、温度和pH条件下发酵,菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期且产生了少量的乙醇,这说明发酵过程中氧气不足,使菌种进行无氧呼吸产生了乙醇,可以通过增加搅拌器的转速(增加氧气)等方式改善。6.(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)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:据题图可知,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;分析题图可知,微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废水和沼气池废料中的含碳有机物;分析题图可知,该技术中有使用连续搅拌反应器的过程,该操作可以增加微生物与营养物质的接触面积,此外也可增大溶解氧含量,故据此推测该生产工艺是利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质;沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前不需要灭菌处理。考点二微生物的基本培养技术1.培养基(1)概念:人们按照微生物对营养物质的不同需求,配制出的供其生长繁殖的营养基质。(2)种类。(3)配方:各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐,此外还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。如下表:微生物对培养基的需求乳酸杆菌培养基中添加维生素霉菌将培养基调至酸性细菌将培养基调至中性或弱碱性厌氧微生物提供无氧的条件2.无菌技术(1)含义:在培养微生物的操作中,所有防止杂菌污染的方法。(2)常用方法。3.微生物的纯培养(1)概念辨析。(2)酵母菌的纯培养。①方法步骤。②倒平板的具体操作步骤。(1)平板倒置培养的原因是平板冷凝后,皿盖上会凝结水珠,平板倒置后,既可避免培养基表面的水分过快地挥发,又可防止皿盖上的水珠落入培养基,造成污染。(2)整个操作过程要在酒精灯火焰旁进行,避免杂菌污染。③平板划线具体操作。(1)灼烧接种环,待其冷却后才能伸入菌液,以免温度太高杀死菌种。(2)第二次及其以后的划线操作总是从上一次划线末端开始,能使微生物的数目随着划线次数的增加而逐渐减少,最终得到由单个细菌繁殖而来的菌落。(3)划线用力大小要适当,防止用力过大将培养基划破。(4)操作第一步即取菌种之前及每次划线之前都需要将接种环进行火焰灼烧灭菌,划线操作结束时,仍需灼烧接种环,每次灼烧的目的如下表:操作第一次操作每次划线之前划线结束目的杀死接种环上原有的微生物杀死上次划线后接种环上残留的菌种,使下次划线的菌种直接来源于上次划线的末端,使每次划线菌种数目减少杀死接种环上残存的菌种,避免微生物污染环境和感染操作者[正误辨析]1.培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐,有时还需要加入一些特殊的物质。(√)2.消毒的原则是既杀死材料表面的微生物,又减少消毒剂对细胞的伤害。(√)3.在培养细菌时,要将培养基调至中性或弱酸性。(×)提示:在培养细菌时,一般需要将培养基调到中性或弱碱性。4.用平板划线法接种时,每次划线之前都需蘸取菌液。(×)提示:除第一次划线外,其他各次划线之前不需蘸取菌液,菌种来源于上一次所划线的末端。5.菌种分离和菌落计数都可以使用固体培养基。(√)[教材微点思考]1.(选择性必修3P12～13“探究·实践”拓展)平板划线法划线过程中,不能将最后一次的划线与第一次的划线相连,为什么?提示:平板划线法通过依次在上一次划线末端再次划线达到菌种稀释,获得单菌落的目的。若将最后一次的划线与第一次的划线相连则无法达到这一目的。2.(选择性必修3P12～13“探究·实践”拓展)接种结束后,为什么要将一个未接种的培养基和接种后的培养基放在一起培养?提示:培养未接种培养基的作用是做对照,未接种的培养基经过培养后无菌落生长,说明培养基的制备是成功的,若有菌落形成,说明培养基灭菌不彻底,或培养基被污染了,需要重新制备。1.常见物品的消毒或灭菌方法方法常用方法应用范围消毒煮沸消毒法日常用品巴氏消毒法不耐高温的液体,如牛奶化学药剂消毒法用酒精擦拭双手,用氯气消毒水源紫外线消毒法接种室、接种箱、超净工作台等灭菌灼烧灭菌法接种工具干热灭菌法玻璃器皿、金属用具湿热灭菌法培养基及容器消毒和灭菌都是通过一定的理化手段,使病原体的蛋白质或核酸变性,失去活性。只是作用的条件不同,抑菌杀菌的程度不同2.几种微生物的营养和能量来源微生物碳源氮源能源蓝细菌CO2NH4NO3光能硝化细菌CO2NH3NH3的氧化根瘤菌糖类等有机物N2有机物酵母菌糖类、蛋白质等有机物蛋白质等有机物培养基的配制及无菌技术1.(2022·湖北卷)灭菌、消毒、无菌操作是生物学实验中常见的操作。下列叙述正确的是(D)A.动、植物细胞DNA的提取必须在无菌条件下进行B.微生物、动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染C.为防止蛋白质变性,不能用湿热灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌D.可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌解析:动、植物细胞DNA的提取不需要在无菌条件下进行;动物细胞培养基中需添加一定量的抗生素以防止污染,保证无菌环境,而微生物的培养不能使用抗生素;一般用湿热灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌,以防止杂菌污染;可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌,以防止杂菌污染。2.(2023·山东潍坊质检)硝化细菌是化能自养菌,通过NH4+→NO2成分含量成分含量(NH4)2SO40.5gNaH2PO40.25gFeSO40.03gNa2CO31gMgSO40.03g琼脂5%K2HPO40.75g蒸馏水定容至1000mLA.(NH4)2SO4可作为硝化细菌的氮源和能源B.培养基中的Na2CO3是硝化细菌的主要碳源C.K2HPO4和NaH2PO4能维持培养基的pHD.硝化细菌能清除水体中的铵态氮及亚硝态氮解析:由题干信息可知,硝化细菌能够通过NH4+→NO2-→NO3-的氧化过程获取菌体生长繁殖所需的能量,故(NH4)2SO4可作为硝化细菌的氮源和能源;由题干信息分析可知,硝化细菌是化能自养菌,以培养基中的NH4+为氮源和能源,能够将二氧化碳和水合成为糖类,故硝化细菌的碳源是二氧化碳;K2HPO4和NaH2PO微生物的纯培养3.(2020·江苏卷)为纯化菌种,在鉴别培养基上划线接种纤维素降解细菌,培养结果如图所示。下列叙述正确的是(B)A.倒平板后需间歇晃动,以保证表面平整B.图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多,应从Ⅲ区挑取单菌落C.该实验结果因单菌落太多,不能达到菌种纯化的目的D.菌落周围的纤维素被降解后,可被刚果红染成红色解析:倒平板后无须间歇晃动;图中Ⅰ区、Ⅱ区的细菌数量太多,Ⅲ区的细菌数量较少,可从Ⅲ区挑取单菌落;Ⅲ区中存在单菌落,该实验结果能达到菌种纯化的目的;刚果红能与纤维素形成红色复合物,但不能和纤维素水解后的纤维二糖和葡萄糖形成红色复合物,因此菌落周围的纤维素被降解后,不能被刚果红染成红色。4.鲸鱼死亡后会沉入海底,俗称“鲸落”。“鲸落”后期会形成一个以厌氧菌和硫细菌等为主体的生态系统。厌氧菌以“鲸落”肌肉中的脂肪为食,同时产生一些硫化氢等硫化物。硫细菌将硫化物氧化成硫酸盐,并以该过程中释放的能量合成有机物。请回答相关问题。(1)培养微生物的培养基中一般都会含有水、无机盐、氮源和碳源,培养“鲸落”群落中厌氧菌的碳源必须是。要培养硫细菌,培养基中的成分需要特殊配制,主要体现在

,这种培养基可以用来专一性培养硫细菌,所以称为培养基。(2)在分离“鲸落”中的微生物时要制备固体培养基,在倒平板操作后,将平板倒置,这样做的目的是

。(3)为了研究“鲸落”中含有微生物的情况,需将“鲸落”提取物加水稀释,然后将稀释水样用涂布器分别涂布到琼脂固体培养基的表面进行培养,这种方法称为。下面所示的四种菌落分布情况中,不可能由该方法得到的是(填字母)。

(4)若想得到“鲸落”中某目标菌种,可用平板划线法进行纯化。若图甲是接种培养后的菌落分布图,对应的平板划线操作示意图为。图甲中的③更易获得单菌落,判断依据是

。解析:(1)厌氧菌以“鲸落”肌肉中的脂肪为食,属于异养微生物,故培养“鲸落”群落中厌氧菌的碳源必须是脂肪,“硫细菌将硫化物氧化成硫酸盐,并以该过程中释放的能量合成有机物”,即硫细菌为化能自养生物,所以要培养硫细菌,培养基中的成分需要特殊配制,主要体现在碳源必须是含碳无机物(或碳酸盐),同时加入硫化物。这种人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等),同时抑制或阻止其他微生物生长的培养基为选择培养基。(2)在倒平板操作后,将平板倒置,这样做的目的是防止培养皿盖上凝结的水珠落入培养基造成污染,还可防止培养基表面的水分过快地挥发。(3)使用涂布器涂布接种微生物的方法为稀释涂布平板法。稀释涂布平板法接种的微生物会在培养基上形成均匀分布的菌落,而平板划线法接种的微生物在划线的起始部分菌落连在一起生长,由题图可知,A、B、C均形成了均匀分布的单个菌落,接种方法是稀释涂布平板法,而D中菌落是连在一起生长的,是通过平板划线法接种的。(4)进行平板划线操作时,下一次划线要从上一次划线的末端开始,因此,对应的平板划线操作示意图为丙,由于在平板划线法的过程中,每次划线的菌种都来自上一次划线的末端,最后一次划线细菌数目最少,结束时更容易获得单菌落,所以图中③区域更易获得单菌落。答案:(1)脂肪碳源必须是含碳无机物(或碳酸盐),同时加入硫化物选择(2)防止培养皿盖上凝结的水珠落入培养基造成污染,防止培养基表面的水分过快地挥发(3)稀释涂布平板法D(4)丙每次划线的菌种都来自上一次划线的末端,最后一次划线细菌数目最少,结束时更容易获得单菌落考点三微生物的选择培养和计数1.选择培养基2.稀释涂布平板法(1)系列稀释操作。取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管中,依次等比稀释。(2)涂布平板操作。3.微生物的数量测定(1)利用稀释涂布平板法计数。计数原理当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌计数标准为了保证结果准确,一般选择菌落数为30～300的平板进行计数计数方法在同一稀释度下,应至少对3个平板进行重复计数,然后求出平均值,统计结果往往比实际数目少(2)利用显微镜直接计数法计数。计数原理利用特定的细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下观察、计数,然后再计算一定体积的样品中微生物的数量优点是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法缺点统计的结果一般是死菌数和活菌数的总和4.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数(1)实验原理。(2)操作步骤。(3)实验结果分析与评价。[正误辨析]1.筛选分解尿素的细菌的培养基以尿素为唯一氮源,且为固体培养基。(√)2.利用稀释涂布平板法统计菌落数目时,统计的菌落数就是活菌的实际数。(×)提示:由于两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落,所以统计结果小于实际数。3.统计菌落数目时为保证结果准确,一般选择菌落数目最多的平板进行统计。(×)提示:一般选择菌落数为30～300的平板进行计数。4.利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离和计数。(×)提示:稀释涂布平板法可实现菌落计数,而平板划线法不能计数。5.利用显微镜直接计数法统计的细菌数量就是活菌的数量。(×)提示:在显微镜下观察计数,统计的结果一般是死菌数和活菌数之和,大于真实值。6.培养分解尿素的细菌,培养基的pH会增大。(√)7.若实验组菌落平均数为37个/平板,空白对照平板上有3个菌落,则本组菌落数的平均值为34个/平板。(×)提示:在完全正确的操作情况下,空白对照组中不应出现菌落,若空白对照组出现菌落,说明操作过程中存在杂菌污染,属于实验失误,所有实验数据均不应采用。8.刚果红与培养基中的纤维素形成红色复合物,可以通过是否产生透明圈来分离纤维素分解菌。(√)[教材微点思考]1.(选择性必修3P18“相关信息”)血细胞计数板和细菌计数板的主要区别是什么?提示:前者常用于相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等的计数;后者可对细菌等较小的细胞进行观察和计数。2.(选择性必修3P18正文拓展)为什么测定活菌的数量不能用平板划线法?提示:由于在所划的线中,一般只有最后一次划线的末端才会形成只由一个细菌形成的单菌落,而其他一些菌落往往由两个或多个细菌繁殖而成,而在计数时一个菌落对应着一个细菌,这样在划线所得的平板中,菌落数目远低于活菌的实际数值,所以不能用平板划线法测定活菌数量。3.(选择性必修3P18～19“探究·实践”拓展)利用稀释涂布平板法纯化分解尿素的细菌时,经培养后发现培养基上出现多种菌落,可能的原因有哪些?提示:出现多种菌落的可能原因有培养基制备过程中被杂菌污染;接种过程中,无菌操作不符合要求;系列稀释时,无菌操作不符合要求等。1.选择培养基的四种制作方法(1)加入某些特定的物质(前提是培养基具备全部营养成分)。(2)改变培养基的营养成分。(3)利用培养基“特定化学成分”分离。(4)通过某些“特殊环境”分离。2.平板划线法和稀释涂布平板法的比较项目平板划线法稀释涂布平板法分离结果关键操作接种环在固体培养基表面连续划线①一系列的梯度稀释;②涂布平板操作接种用具接种环涂布器优点可以观察菌落特征,对混合菌进行分离可以计数,可以观察菌落特征缺点不能计数操作复杂,需要涂布多个平板共同点都要用到固体培养基;都需进行无菌操作;都会在培养基表面形成单个的菌落;都可用于观察菌落特征3.两种微生物计数方法的比较项目稀释涂布平板法显微镜直接计数法原理当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个单菌落,来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌利用特定的细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下观察、计数,然后再计算一定体积的样品中微生物的数量公式每克样品中的菌落数=(C÷V)×M,C:某稀释度下平板上生长的平均菌落数,V:涂布平板时所用的稀释液的体积(mL),M:稀释倍数每毫升原液所含细菌数:每小格内平均细菌数×400×104×稀释倍数缺点当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落不能区分细胞死活结果比实际值偏小比实际值偏大微生物的选择培养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(D)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.(2023·江西景德镇期中)聚羟基脂肪酸酯(PHA)是由嗜盐细菌合成的一种胞内聚酯,它具有类似于合成塑料的理化特性,且废弃后易被生物降解,可用于制造无污染的“绿色塑料”。科学家从某咸水湖中寻找生产PHA菌种的流程图如下。下列说法不正确的是(C)A.步骤②可用稀释涂布平板法接种到含盐量较高的选择培养基上B.步骤③需要将接种后的培养基放入恒温箱中倒置培养C.步骤④所用到的培养基应加入琼脂,以便挑取单菌落获得纯化菌株D.挑取菌落时,应挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌的PHA含量解析:PHA是由嗜盐细菌合成的一种胞内聚酯,要筛选嗜盐细菌,步骤②可用稀释涂布平板法接种到含盐量较高的选择培养基上;步骤④扩大培养应选用液体培养基,液体培养基中不应加入琼脂;要挑选高产聚羟基脂肪酸酯(PHA)的嗜盐细菌,挑取菌落时,应挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌的PHA含量,最后进行比较。微生物的分离与计数3.(2023·广东深圳一模)地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨,其中40%～60%能被土壤中的某些微生物分解利用,这是因为它们能够产生纤维素酶。研究者从牛的瘤胃中筛选产生纤维素酶的纤维素分解菌,其筛选过程如图1所示。将丙中的菌悬液转接于含有稻草作碳源的固体培养基上培养,得到若干菌落后用刚果红处理,看到如图2所示情况。下列有关叙述正确的是(D)A.②过程是涂布器蘸取乙中的菌液均匀地涂布在Ⅰ号培养基表面B.甲、乙试管中的液体都属于液体培养基,主要作用是稀释菌种C.Ⅰ号、Ⅱ号培养基都属于固体培养基,配制时先灭菌后调节pHD.可挑取图2中周围出现透明圈的菌落,用平板划线法继续纯化解析:根据Ⅰ号培养基上菌落分布均匀可知,②过程是用移液枪或移液管吸取0.1mL乙中的菌液,用涂布器均匀涂布在Ⅰ号培养基表面;液体培养基的作用是让菌体增殖,而不是稀释菌种,甲、乙试管中的液体都是样品稀释液,不是液体培养基;配制固体培养基时需要先调pH,再灭菌;刚果红能与纤维素形成红色复合物,若菌落周围出现透明圈,说明纤维素分解菌将纤维素进行了分解,可挑取该菌落用平板划线法继续纯化。4.(2023·北京卷)自然界中不同微生物之间存在着复杂的相互作用。有些细菌具有溶菌特性,能够破坏其他细菌的结构使细胞内容物释出。科学家试图从某湖泊水样中分离出有溶菌特性的细菌。(1)用于分离细菌的固体培养基包含水、葡萄糖、蛋白胨和琼脂等成分,其中蛋白胨主要为细菌提供和维生素等。

(2)A菌通常被用作溶菌对象。研究者将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上,凝固形成薄层。培养一段时间后,薄层变浑浊(如图),表明。(3)为分离出具有溶菌作用的细菌,需要合适的菌落密度,因此应将含菌量较高的湖泊水样后,依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后,能溶解A菌的菌落周围会出现。采用这种方法,研究者分离、培养并鉴定出P菌。

(4)为探究P菌溶解破坏A菌的方式,请提出一个假设,该假设能用以下材料和设备加以验证(主要实验材料和设备:P菌、A菌、培养基、圆形滤纸小片、离心机和细菌培养箱)

。

解析:(1)蛋白胨主要为细菌提供氮源、碳源和维生素等。(2)将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上,凝固形成薄层。培养一段时间后,薄层变浑浊,表明A菌能在培养平板中生长繁殖。(3)将含菌量较高的湖泊水样稀释后,依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后,能溶解A菌的菌落周围会出现溶菌圈。(4)根据实验材料和设备,圆形滤纸小片可用于吸收某种物质,离心机可用于分离菌体和细菌分泌物,为探究P菌溶解破坏A菌的方式,可假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂。答案:(1)氮源、碳源(2)A菌能在培养平板中生长繁殖(3)稀释溶菌圈(4)假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂基础巩固练1.(2024·山东聊城模拟)“煪(qiu)糜、糖化、发酵、压榨、陈储”是即墨老酒生产的五个环节。“煪糜”,将泡好的大黄米放入锅中不断添浆加温熬煮、搅拌而制成红棕色、铮亮、黏稠的粥;“糖化”,将煪好的糜降温到适当的温度后加入陈伏麦曲并不断搅拌,使其均匀地混合在一起;“发酵”,将糖化好的糜放上酵母发酵。下列说法错误的是(A)A.“煪糜”的主要目的是除去发酵产品中的杂菌,利于酵母菌繁殖B.“糖化”阶段降温的目的是防止杀死陈伏麦曲中的微生物C.发酵初期要适当提供O2,发酵过程中需调节pH并保持适宜的温度D.“陈储”有利于老酒中醇与酸发生反应,使酒更加芳香解析:“煪糜”的目的是便于淀粉酶发挥作用,利于糖化过程;“煪糜”后,温度较高,通常需要进行冷却,再加入陈伏麦曲,其目的是防止温度过高杀死酒曲中的微生物;发酵初期要适当提供O2,让酵母菌进行有氧呼吸,增加酵母菌的数量,有利于活化酵母,发酵过程中需调节pH并保持适宜的温度,以免影响发酵;“陈储”是将榨出的酒放入罐内存放,有利于老酒中醇与酸发生酯化反应,使酒更加芳香。2.(2023·山东潍坊二模)《礼记·月令》中记载:“仲冬之月,乃命大酋,秫稻必齐,曲蘖必时,湛炽(清洁煮沸)必洁,水泉必香,陶器必良,火齐必得。兼用六物,大酋监之,毋有差贷。”这是一套比较完整的酿酒工艺流程,对于酿酒时节、原料选择等都有严格规定,更对我国酿酒技术的发展有着深远的影响。下列说法正确的是(C)A.“秫稻必齐”可为酿酒提供丰富的糖,随着发酵的进行糖含量会升高B.为防止二次污染,应在“湛炽”后立即接种酿酒的酒曲C.“陶器必良”可以确保酵母菌产生酒精的同时避免醋酸的产生D.在适宜的温度下发酵,发酵液的温度并不会随发酵的进行而改变解析:酿酒过程中,酵母菌进行无氧呼吸分解糖类产生酒精和二氧化碳,糖含量下降;在“湛炽”后立即接种酿酒的酒曲,会杀死酵母菌,应在冷却后加入酒曲;“陶器必良”是为了有良好的容器从而控制好发酵过程气体条件(无氧条件),可以确保酵母菌产生酒精的同时避免醋酸的产生;在发酵的过程中,酵母菌进行呼吸作用,产生的热能会使发酵液的温度升高。3.(2024·河南高考适应性考试)黄豆酱是人们喜爱的传统美食,它以黄豆为主要原料,经米曲霉(好氧菌)、酵母菌、乳酸菌等微生物发酵而成。劳动人民在制作过程中不断改进发酵技术,总结出以下经验。①选用具有高蛋白酶活性的米曲霉②用蒸煮后的大豆与米曲霉混合堆积③将初步发酵后含米曲霉等微生物的曲料摊薄,并适当通风④在装坛时,添加适量食盐⑤发酵过程中,需保持发酵坛密封⑥发酵过程中,需定期搅拌下列叙述错误的是(D)A.①和④对黄豆酱风味的形成起重要作用,利于提升品质B.②和⑥可以促使微生物和物料充分混合,提高发酵效率C.③有利于米曲霉和酵母菌进行有氧呼吸并快速大量增殖D.⑤中乳酸菌主要集中于发酵坛上部而米曲霉集中于下部解析:米曲霉分泌蛋白酶能够将黄豆中的蛋白质分解,而食盐一方面可以抑制杂菌生长,一方面可以调味,故①和④对黄豆酱风味的形成起重要作用,利于提升品质;米曲霉是好氧菌,且能够分泌蛋白酶将黄豆中的蛋白质分解,故②和⑥可以促使微生物和物料充分混合,提高发酵效率;米曲霉是好氧菌,而酵母菌也可以进行有氧呼吸,故③有利于米曲霉和酵母菌进行有氧呼吸并快速大量增殖;乳酸菌属于厌氧菌,米曲霉是好氧菌,故⑤中米曲霉主要集中于发酵坛上部而乳酸菌集中于下部。4.(2023·重庆模拟)下图1为谷氨酸发酵装置示意图,图2为谷氨酸产生机理图,谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等。下列对谷氨酸发酵的叙述,正确的是(D)A.菌体是异养厌氧型微生物B.培养基属于化学成分已知的液体培养基C.谷氨酸的形成与搅拌速度无关D.提高产物产量的关键是改变菌体膜的通透性解析:发酵过程需通入无菌空气,需提供有机营养物质,故菌体是异养需氧型微生物;谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、生物素等,该培养基中包含多种天然物质,化学成分不确定;谷氨酸发酵的菌体为需氧型,搅拌可以增加溶氧量,故谷氨酸的形成与搅拌速度有关;当谷氨酸过量时,会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,导致谷氨酸的合成量减少,若细胞膜的通透性好,有利于代谢产物分泌出来,避免了谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的抑制,从而提高产物产量。5.(2024·吉林高考适应性考试)鸡蛋表面污染的细菌会逐渐侵入蛋内,缩短鸡蛋保质期。对某地不同季节及不同养殖模式下生产的鸡蛋取样,按每克鸡蛋用1mL无菌生理盐水清洗鸡蛋表面,收集清洗液,培养计数结果如下表。下列叙述错误的是(A)季节菌落数/(个·g-1)半封闭式养殖模式全封闭式养殖模式夏季3.92×1047.24×103冬季7.60×1041.24×104A.表中数据是对清洗液稀释1×102倍后涂板获得的B.稀释涂布平板法得到的鸡蛋表面菌落数比实际数略少C.比较两种养殖模式可知鸡蛋表面的细菌主要来自环境D.冬季鸡舍更需要消毒以减少鸡蛋表面的细菌污染解析:假设表中数据是对清洗液稀释1×102倍后涂板获得的,设平板上统计的菌落数为X,夏季全封闭式养殖模式时,由X÷0.1×102=7.24×103,可得X=7.24,即统计的平板菌落数应为7.24,此结果远偏离30～300的计数标准,同理冬季全封闭式养殖模式时,计算可得平板菌落数为12.4,亦偏离30～300的计数标准。6.(2024·山东淄博模拟)从土壤中分离某种微生物的培养基配方如图,该培养基中,果胶被刚果红染成红色。将土壤稀释液接种在该培养基上,培养一段时间后,平板上出现多个周围有透明圈的菌落。下列分析错误的是(D)A.该培养基可用于分离产果胶酶的微生物B.培养基配方中的X应为琼脂C.KH2PO4和Na2HPO4能维持培养基的pHD.周围出现透明圈的菌落全部为同一种微生物的克隆解析:该培养基的唯一碳源为果胶,能够生长的细菌是能分解果胶的细菌,因此该培养基可用于分离产果胶酶的微生物;该平板培养基为固体培养基,琼脂为凝固剂,因此培养基配方中的X应为琼脂;KH2PO4、Na2HPO4在提供无机盐的同时还能维持培养基pH稳定;能产生果胶酶的微生物不止一种,通常情况下,用此培养基筛选出来的微生物种类不一定相同。7.大肠杆菌是人和动物肠道寄生菌,在一定条件下会引起胃肠道等局部组织感染。检验水样中大肠杆菌数目是否符合生活饮用水卫生标准,常用滤膜法测定,其操作流程如图。伊红—亚甲蓝琼脂培养基可用来鉴别大肠杆菌,生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色,并有金属光泽。下列对实验操作的分析错误的是(D)A.测定前,滤杯和滤瓶可用干热灭菌法灭菌处理B.过滤操作要在酒精灯火焰旁进行,防止杂菌污染C.将过滤完的滤膜紧贴在伊红—亚甲蓝琼脂培养基上,完成大肠杆菌的接种操作D.伊红—亚甲蓝琼脂培养基属于选择培养基,只有大肠杆菌能正常生长并形成深紫色菌落解析:伊红—亚甲蓝琼脂培养基属于鉴别培养基,没有选择作用。8.(2023·山东济南模拟)噬菌斑是在固体培养基上由一个噬菌体增殖并裂解宿主菌后形成透明的溶菌空斑,不同噬菌体噬菌斑的形态大小不同。工作人员将0.1mL稀释106倍的噬菌体样品与敏感细菌混合后平铺在平板上培养一段时间,得到如图所示结果。下列叙述错误的是(B)A.噬菌体样品应有足够的稀释度,以保证初期一个细菌最多被一个噬菌体吸附B.根据培养基上噬菌斑的数量可以计算出敏感细菌和噬菌体的数量C.若平均每个平板的噬菌斑数量为150,则该样品中实际噬菌体数可能高于1.5×109个/mLD.根据培养基上噬菌斑的形状等特征可判断是否需要进一步纯化噬菌体解析:由题意“噬菌斑是在固体培养基上由一个噬菌体增殖并裂解宿主菌后形成透明的溶菌空斑”可知,噬菌体样品应有足够的稀释度,以保证初期一个细菌最多被一个噬菌体吸附;分析题意可知,噬菌斑是噬菌体增殖并裂解宿主菌后形成的,不是细菌增殖造成的,所以不能计算出敏感细菌的数量;若平均每个平板的噬菌斑数量为150,则该样品中计算出噬菌体数量为150÷0.1×106=1.5×109(个/mL),但实际过程中,可能有的噬菌体没有吸附侵染到细菌内,所以该样品中实际噬菌体数可能高于1.5×109个/mL;由题意“不同噬菌体噬菌斑的形态大小不同”可知,根据培养基上噬菌斑的形状等特征可判断是否需要进一步纯化噬菌体。9.(2023·辽宁鞍山二模)玉米芯残渣含有大量的木质纤维素(由纤维素、半纤维素和木质素组成),通常被焚烧处理,不但造成严重的环境污染,还导致大量能量浪费。某科研团队从树林土壤中筛选得到野生的季也蒙毕赤酵母,并进行多次筛选以期获得优良菌株。优良菌株以玉米芯残渣为原料可发酵生产洁净燃料——乙醇。下图1为筛选过程,请分析回答下列问题。(1)图1中对土壤菌液进行系列梯度稀释的目的是。稀释后将菌液接种到以作为唯一碳源的培养基中进行培养。待长出菌落后,提取其基因组DNA进行扩增并测序,鉴定为季也蒙毕赤酵母。

(2)发酵生产时需先将玉米芯残渣进行预处理,该过程会产生许多抑制物。因此,研究人员在图1②的液体培养基中加入抑制物,并在③多次筛选时不断提高抑制物的浓度,目的是

。

培养过程中从②的液体培养基中定期取样并用法进行菌落计数,评估菌株增殖状况。此外,选育优良菌株的育种方法还有。

A.杂交育种 B.诱变育种C.多倍体育种 D.基因工程育种(3)刚果红是一种染料,它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,但并不与水解后的葡萄糖等发生这种反应,从而在纤维素分解菌周围出现透明圈。将经过多次实验后所获得的4种优良菌株接种到含纤维素、刚果红、高浓度抑制物的固体培养基中,结果如图2。可选择菌株作为目标菌株进行发酵生产,原因是

。

解析:(1)稀释的目的是保证每个菌落都是由一个细胞发育而来,以保证计数的准确性。季也蒙毕赤酵母以玉米芯残渣为原料可发酵生产洁净燃料,说明季也蒙毕赤酵母可以分解木质纤维素,因此需将季也蒙毕赤酵母接种到以木质纤维素为唯一碳源的培养基中进行培养。待长出菌落后,提取其基因组DNA进行扩增并测序,鉴定为季也蒙毕赤酵母。(2)发酵生产时需先将玉米芯残渣进行预处理,该过程会产生许多抑制物,为了筛选出对抑制物不敏感的优良菌株,可在图1②的液体培养基中加入抑制物,并在③多次筛选时不断提高抑制物的浓度。对菌落进行计数,常用稀释涂布平板法。诱变育种的原理是基因突变,基因工程能按照人们意愿获得人们所需要的新的生物类型,所以还可以通过B诱变育种和D基因工程育种获得优良菌株。(3)由图2可知,B的菌落最小,透明圈最大,说明其分解纤维素的能力最强,所以可选择菌株B作为目标菌株进行发酵生产,原因是菌落直径与透明圈直径比值最小。答案:(1)(便于涂布平板后)得到单菌落木质纤维素(2)筛选对抑制物不敏感的优良菌株稀释涂布平板BD(3)B菌落直径与透明圈直径比值最小综合提升练10.(多选)(2023·河北秦皇岛二模)泡菜的出现可谓历史悠久,它在古代称为菹,据东汉许慎《说文解字》解释“菹菜者,酸菜也”。下列关于泡菜的叙述错误的是(BCD)A.制作泡菜应选用新鲜蔬菜的原因是其亚硝酸盐含量低B.发酵坛表面可能出现一层由乳酸菌繁殖形成的白膜C.随着泡菜发酵的进行,泡菜中亚硝酸盐含量持续下降D.若制作的泡菜“咸而不酸”,可能与发酵温度高有关解析:由于新鲜蔬菜亚硝酸盐含量低,因此制作泡菜应选用新鲜蔬菜;在泡菜制作过程中,泡菜发酵液的营养丰富,其表面往往含有适量的氧气,适合酵母菌生长繁殖,产膜酵母生长繁殖会在泡菜坛液面形成一层白膜;随着泡菜发酵的进行,泡菜中亚硝酸盐的含量先上升,后下降;若制作的泡菜“咸而不酸”,可能与食盐浓度过高、发酵温度过低有关。11.(多选)(2024·山东德州模拟)当某单一营养缺陷型菌株所需的营养大类确定后,就要确定其生长所需的特殊营养物质。首先对特殊营养物质进行编组,如表是对15种特殊营养物质进行的编组,编组完成后,将沾有组合特殊营养物质的滤纸片放在涂有试验菌甲、乙、丙的培养基上,培养并观察其生长情况,三种试验菌的生长谱如图所示。据图分析,下列叙述正确的是(ABD)组别组合特殊营养物质A12345B26789C37101112D48111314E59121415A.实验中所用的培养基应为不含特殊营养物质的基本培养基B.试验菌甲、乙自身分别不能合成特殊营养物质13、2C.若单缺的特殊营养物质为10、11中的一种,则在培养基上均会出现两个生长圈D.试验菌丙的生长谱结果可能是由于所加营养物质浓度过高,产生了抑菌圈解析:本实验要确定某单一营养缺陷型菌株所需的特殊营养物质,该菌在不含特殊营养物质的基本培养基上不能生存,加入特殊营养物质才能生存;与其他组(A、B、C、E组)相比,组D含有特殊营养物质13,试验菌甲在D上能生存,在其他组上不能生存,因此推测试验菌甲不能合成特殊营养物质13;同理,A和B组共同含有的特殊营养物质是2,试验菌乙在A和B上能生存,在其他组上不能生存,因此推测试验菌乙不能合成特殊营养物质2;与其他组相比,组A含有特殊营养物质1,据此推测试验菌丙不能合成特殊营养物质1,这三种菌都能合成10和11,因此无论培养基中是否缺乏该营养,都能生存,因此若单缺的特殊营养物质为10、11中的一种,则在培养基上均会出现5个生长圈;试验菌丙的生长谱结果可能是由于所加营养物质浓度过高,抑制了滤纸片周围的菌种的生长,因此产生了抑菌圈。12.(多选)(2023·山东青岛三模)如图是研究人员从土壤中采集样品,进行纤维素分解菌的筛选过程示意图,下列说法错误的是(BD)A.步骤②的培养过程可增加纤维素分解菌的浓度B.步骤③使用蔗糖培养基,其中应添加琼脂和纤维素C.可根据选择培养基上菌落的大小、形状和颜色等进行初步筛选D.步骤④得到的纤维素分解菌可用显微镜直接计数,活菌数量往往比计数结果高解析:步骤②是富集培养,可增加纤维素分解菌的浓度;步骤③使用以纤维素为唯一碳源的培养基,其中应添加琼脂作为凝固剂;不同的微生物形成的菌落特征一般不同,纤维素分解菌的初步筛选可以根据菌落的大小、形状和颜色等进行;筛选出的纤维素分解菌可用显微镜直接计数,由于该方法不能区分死菌与活菌,因此活菌实际数量往往比统计结果低。13.(2023·湖南永州三模)乳酸菌是一类能利用可发酵的糖产生大量乳酸的细菌,在自然界中分布广泛,相当多的乳酸菌对人、畜的健康起着有益的作用。随着人们对乳酸菌认识的深入,它在食品加工、医药卫生等领域已显示出其重要的应用价值。某兴趣小组尝试探究泡菜腌制过程中乳酸菌数量和亚硝酸盐含量的变化,结果如下图。回答下列有关问题。(1)乳酸菌在传统发酵食品制作中可用于、泡菜的腌制等。泡菜制作过程一般需要密封发酵,原因是

。

(2)某同学欲从新鲜的泡菜滤液中分离纯化某种乳酸菌,首先需要用无菌水对泡菜滤液进行梯度稀释,原因是

。

(3)发酵3天后,亚硝酸盐含量呈下降趋势,原因是

。

除发酵时间外,影响泡菜中亚硝酸盐含量的因素有(答出两点即可)。

(4)若采用活菌计数法统计泡菜滤液中乳酸菌的数量,为保证每个平板上长出的菌落数在30～300个之间,则对发酵第4天的滤液样品应至少稀释倍。(每次涂布时,均取0.1mL菌液,滴加到培养基表面)

解析:(1)乳酸菌在传统发酵食品制作中可用于乳制品(或酸奶)的发酵、泡菜的腌制等。泡菜制作过程一般需要密封发酵,其目的是制造无氧环境,因为乳酸菌为厌氧细菌,密封可为乳酸菌的正常呼吸过程创造条件。(2)某同学欲从新鲜的泡菜滤液中分离纯化某种乳酸菌,由于新鲜的泡菜滤液中含有的乳酸菌较多,为了获得单菌落,需要用无菌水对泡菜滤液进行梯度稀释,当稀释到足够浓度时,可通过涂布平板法获得单菌落。(3)发酵3天后,随着发酵液中酸度增加,乳酸菌产生的乳酸越来越多,对其他杂菌的繁殖起到抑制作用,导致亚硝酸盐的生成量小于降解量,进而亚硝酸盐含量呈下降趋势。除发酵时间外,腌制方法、温度高低、食盐用量等都会影响泡菜中亚硝酸盐的含量。(4)结合图示可以看出滤液中乳酸菌的数量约为7.5×108个/mL,若要在每个平板上涂布0.1mL稀释液后的菌液,且每个平板上长出的菌落数在30～300个之间,则菌液稀释的倍数至少为7.5×108÷3000=2.5×105倍。可见为保证每个平板上长出的菌落数在30～300个之间,则对发酵第4天的滤液样品应至少稀释106倍。答案:(1)乳制品(或酸奶)的发酵乳酸菌为厌氧细菌,密封可为乳酸菌发酵创造无氧环境(2)泡菜滤液中乳酸菌的浓度高,直接培养很难分离得到单菌落(3)随着发酵液中酸度增加,其他杂菌的繁殖受到抑制,导致亚硝酸盐的生成量小于降解量腌制方法、温度高低、食盐用量(4)106第41讲植物细胞工程[课标要求]1.阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞,继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。考点一植物组织培养技术1.细胞工程的概念原理和方法细胞生物学、分子生物学和发育生物学操作水平细胞器、细胞或组织水平目的获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品分类植物细胞工程和动物细胞工程2.植物细胞的全能性3.植物组织培养技术(1)概念:将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。(2)原理:植物细胞的全能性。(3)过程。(4)操作实例——菊花的组织培养。[正误辨析]1.愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的。(×)提示:愈伤组织是外植体经脱分化后形成的。2.植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。(×)提示:植物细胞表现出全能性的首要条件是离体。3.培养基中的生长素和细胞分裂素的比例影响愈伤组织的分化。(√)4.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因型都是相同的。(×)提示:花粉是生殖细胞,与体细胞的基因型不同。[教材微点思考]1.(选择性必修3P35“探究·实践”拓展)植物组织培养中所需的碳源为什么一般为蔗糖,少数为葡萄糖和果糖?提示:蔗糖既可提供充足的碳源,又可维持相对适中的渗透压,而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下,其造成的渗透压可能过高。2.(选择性必修3P35正文拓展)从繁殖方式上看,植物组织培养属于哪种繁殖方式?为什么?提示:无性繁殖。植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的,此过程并没有生殖细胞的产生,所以属于无性繁殖。3.(选择性必修3P36～37“探究·实践”拓展)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,在后续的培养过程中,每日需要给予适当时间和强度的光照的原因是什么?提示:光照能诱导叶绿素形成,使试管苗进行光合作用。1.植物激素的比值影响植物细胞的发育方向生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向高有利于根的分化,抑制芽的形成低有利于芽的分化,抑制根的形成适中促进愈伤组织的形成2.脱分化和再分化的比较比较内容脱分化再分化过程外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗形成体特点排列疏松、不定形的薄壁组织团块分化出根、芽需要条件①离体;②适宜的营养;③生长素与细胞分裂素的比例适中;④不需要光照①离体;②适宜的营养;③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽);④光照植物组织培养的原理及过程1.(多选)(2024·河北石家庄月考)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力,某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是(BD)A.过程①获得的原生质体需要悬浮在30%蔗糖溶液中B.过程②需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性解析:过程①是制备原生质体,获得的原生质体若悬浮在30%的蔗糖溶液中会失水皱缩;过程②是植物组织培养的再分化过程,需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化;秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成,过程③不需要用秋水仙素处理,过程③可以表示诱导根的分化,此时细胞壁已经形成;原生质体虽无细胞壁,但含有个体发育所需的全部遗传信息,故原生质体仍保持细胞的全能性。2.(2023·天津蓟州期末)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有。(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是。(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是

。

在新的培养基上愈伤组织通过细胞的过程,最终可形成试管苗。

(4)步骤⑥要进行照光培养,其作用是。

(5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的,这种繁殖方式属于繁殖。

解析:(1)分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有全能性。(2)在本实验中,切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分,原因是形成层容易诱导形成愈伤组织。(3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例,步骤⑤(诱导愈伤组织形成)和步骤⑥(诱导愈伤组织分化形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,故步骤⑤到步骤⑥需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗。(4)步骤⑥需要照光培养,其作用是诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。(5)组织培养没有经过两性生殖细胞的结合,因此属于无性繁殖,组织培养得到的植株保持了原品种的遗传特性。答案:(1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或再分化)(4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性无性考点二植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用1.植物体细胞杂交技术(1)概念:是指将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并将其培育成新植物体的技术。(2)原理:体细胞杂交利用了细胞膜的流动性,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。(3)过程。(4)意义:在打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。(5)局限性:目前有许多理论和技术未解决,还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。2.植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径。(2)作物新品种的培育。(3)细胞产物的工厂化生产。①次生代谢物:是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等),在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。②细胞产物的工厂化生产:人们利用植物细胞培养来获得目标产物。③植物细胞培养:是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。[正误辨析]1.再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(√)2.用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(×)提示:用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体没有失去全能性。3.植物体细胞杂交技术是为了获得杂种细胞。(×)提示:植物体细胞杂交技术是为了获得杂种植株。4.二倍体植株的花粉经脱分化和再分化后得到稳定遗传的植株。(×)提示:二倍体植株的花粉经脱分化和再分化得到的个体为单倍体,高度不育。5.利用组织培养技术培育脱毒苗,获得抗病毒的新物种。(×)提示:脱毒植株仍然是原来的物种,不具有抗病毒性。6.培育脱毒苗应将茎尖进行消毒处理,接种过程应进行无菌操作。(√)7.工厂化生产的细胞次生代谢物,其化学成分都是蛋白质。(×)提示:次生代谢物是一类小分子有机化合物,如酚类、萜类、含氮化合物等,一般不是蛋白质。[教材微点思考]1.(选择性必修3P38“练习与应用”拓展)下图是利用甲、乙两种植物的各自优势,通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。(1)图中a、b、c、d分别表示什么?提示:a表示用纤维素酶和果胶酶处理;b表示诱导融合后得到的杂种细胞;c表示培养后得到的具有耐盐性状的幼芽;d表示选择时要将植株种在高盐环境中。(2)形成愈伤组织需要经过脱分化过程,愈伤组织形成c需要经过再分化过程,由b形成植株的过程利用了植物组织培养技术。2.(选择性必修3P40正文拓展)马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高,为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化?提示:马铃薯、草莓、香蕉进行无性繁殖,感染的病毒很容易传递给子代,而小麦和玉米是通过种子繁殖,感染的病毒不容易传递给子代。1.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性主要过程离体的植物器官、组织或细胞经植物组织培养形成植物体两种植物的体细胞去壁融合形成的原生质体形成杂种细胞经植物组织培养形成杂种植株选材选取根尖、茎尖、形成层部位,最容易诱导脱分化不同种的植物体细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外,还要用酶解法去除细胞壁,用一定的方法诱导原生质体融合关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础,植物体细胞杂交所用的技术更复杂2.植物体细胞杂交和有性杂交的比较植物体细胞杂交的原理和过程1.(2023·广东卷)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(C)A.细胞融合前应去除细胞壁B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合C.融合的细胞即为杂交细胞D.杂交细胞可能具有生长快速的优势解析:在细胞融合前,必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,再诱导原生质体融合;人工诱导原生质体融合有物理法和化学法,用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合;融合的细胞中有人参根—人参根细胞、人参根—胡萝卜根细胞、胡萝卜根—胡萝卜根细胞,只有人参根—胡萝卜根细胞才是杂交细胞;杂交细胞含两种细胞的遗传物质,可能具有生长快速的优势。2.(多选)(2024·辽宁大连期中)青枯病是马铃薯的常见病害之一,少数马铃薯野生种对青枯病有抗性,但野生种难以与马铃薯栽培种直接杂交繁育。为获得抗青枯病的马铃薯栽培种,研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究,过程如图所示。下列分析错误的是(ACD)A.常利用纤维素酶和果胶酶在低渗溶液中去除a、b的细胞壁B.过程①是人工诱导原生质体融合,可采用物理法或化学法C.细胞c含有a和b的遗传物质,因此培育的杂种植株一定有抗性D.过程③历经了脱分化和再分化,其本质是基因的选择性表达解析:植物细胞去除细胞壁之后,如果处在低渗溶液中,会吸水涨破,所以去壁的过程不能在低渗溶液中进行;虽然细胞c含有a和b的遗传物质,但是并不会把a、b两种植株的优良性状都表达出来,故杂种植株不一定有抗性;过程③表示从愈伤组织到胚状体,只是经过再分化过程,没有经过脱分化。植物体细胞杂交与染色体倍性变化3.(2023·河北邯郸期中)自然条件下兰花杂交后代不易萌发。科研人员用四倍体品种绿宝石和二倍体品种春剑进行杂交,获得大量优质杂交兰,并对其进行染色体观察与计数,培育过程如图。下列分析错误的是(B)A.调整培养基中植物激素的配比可影响原球茎的分裂与分化B.春剑和绿宝石两个品种之间不存在生殖隔离C.所得杂交兰植株的体细胞染色体数目为60条D.通过植物组织培养技术从多个杂种胚繁殖得到的大量杂交兰性状可能不一致解析:春剑为二倍体生物,绿宝石为四倍体生物,形成的杂交兰为三倍体,不可育,说明春剑和绿宝石两个品种之间存在生殖隔离。4.(2023·河北保定月考)下图是通过植物体细胞杂交技术获得“番茄—马铃薯”植株的技术流程图,下列说法正确的是(D)A.图中过程②表示再分化的过程B.植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合C.已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄—马铃薯”属于三倍体D.该过程体现了植物细胞的全能性解析:分析题图可知,②表示人工诱导原生质体融合的过程;植物体细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁;“番茄—马铃薯”属于异源六倍体。植物细胞工程的应用5.(2023·山东滨州模拟)植物组织培养技术可以实现优良品种的快速繁殖,下列有关叙述错误的是(B)A.用药剂对外植体消毒时,要兼顾消毒效果和植物的耐受性B.植物组织培养过程均需无菌、避光等条件,还需植物激素诱导C.用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术D.植物微型繁殖技术有保持植物原有遗传特性、繁殖速度快的特点解析:通常使用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理,要兼顾消毒效果和植物的耐受性,避免过度消毒对外植体造成损伤;外植体脱分化形成愈伤组织的过程中需要避光,但再分化过程中需要给予光照,以利于叶绿素的形成;利用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术,该技术的原理是植物细胞的全能性;植物微型繁殖技术利用植物组织培养技术,属于无性繁殖,有保持植物原有遗传特性、繁殖速度快的特点。6.(2024·吉林长春月考)紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的抗癌物质,细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞干重与紫杉醇含量的数据图。(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的,愈伤组织细胞具有较强的能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用,即。(2)对比分析两个曲线图可知,培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是

;在培养过程中,要不断通入无菌空气并进行搅拌,其目的是

(答三点);与传统方法获得紫杉醇相比,利用植物组织培养技术生产紫杉醇,具有(答两点即可)等优点。

解析:(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的脱分化产生,愈伤组织细胞具有较强的分裂、分化能力。这一技术的成功实现了细胞产物的工厂化生产。(2)对比分析两个曲线图可知,培养后期,培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等导致紫杉醇产量下降。植物细胞培养过程需要充足的氧气,因此,在培养过程中,要不断通入无菌空气并进行搅拌,其目的是防止微生物污染,保证O2供应充足,使细胞与培养液充分接触。与传统方法获得紫杉醇相比,利用植物组织培养技术生产紫杉醇,具有产量高、节约资源、保护环境等优点。答案:(1)脱分化分裂、分化(或分生)细胞产物的工厂化生产(2)培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等防止微生物污染,保证氧气供应充足,使细胞与培养液充分接触产量高、节约资源、保护环境基础巩固练1.(2024·吉林高考适应性考试)《本草纲目》记载,樱桃具有利脾、止泻的功效。樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱桃优良品种,满足人们食用和药用需要。下列叙述错误的是(D)A.应用微型繁殖技术可获得大量樱桃脱毒苗B.可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体C.富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素D.应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢物槲皮素解析:植物微型繁殖技术具有高效、快速的特点,因此可以利用该技术获得大量樱桃脱毒苗;植物微型繁殖技术中,可选用植物幼嫩的芽原基和叶原基作外植体;色氨酸是合成生长素的原料,因此富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素;应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢物槲皮素。2.(2023·山东日照三模)长春新碱是存在于夹竹桃长春花属植物体内的一种次生代谢物,具有高抗肿瘤活性。利用植物组织培养生产长春新碱的基本过程如下图所示。下列叙述正确的是(C)A.为提高愈伤组织的诱导速率,诱导时应给予适当时间和强度的光照B.悬浮振荡培养前,需用胰蛋白酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞C.植物组织培养时易发生突变,需筛选出高产突变体才能用来制备生物反应器D.工厂化生产中可以通过优化pH、温度等条件,提高单个细胞中长春新碱含量解析:光照不利于愈伤组织形成,因此形成愈伤组织的过程中不需要光照;在动物细胞培养过程中,需用胰蛋白酶将组织分散成单个细胞,制成细胞悬液,防止接触抑制,在植物组织培养时不用胰蛋白酶;在植物组织培养过程中,愈伤组织易受到培养条件和外界环境的影响而发生突变,突变进而发育成为新品种,所以可通过从中筛选获得高产的突变体制备生物反应器;工厂化生产长春新碱,优化生物反应器的pH、温度等条件,通过促进细胞快速增殖来提高长春新碱的产量,不是提高单个细胞的长春新碱含量。3.(2024·山东日照月考)某杂种植株的获取过程如图所示。下列叙述正确的是(D)A.叶片消毒后,可用自来水冲洗以避免消毒时间过长产生毒害B.过程①中,应将叶片置于含有纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中C.过程③中,可使用聚乙二醇或灭活的病毒来诱导原生质体融合D.过程④中,脱分化过程中不需要光照而后续再分化中需要光照解析:叶片消毒后,可用无菌水冲洗以避免消毒时间过长产生毒害;过程①为酶解法去除细胞壁的过程,应置于较高渗溶液中,防止原生质体被破坏;过程③为促融过程,可使用聚乙二醇诱导融合,但灭活的病毒诱导是诱导动物细胞融合特有的方法;过程④为植物组织培养过程,脱分化过程中不需要光照,而后续再分化中需要光照诱导合成叶绿素。4.柑橘类水果深受人们喜爱,但大多种类多籽。利用“默科特”橘橙二倍体叶肉原生质体和“早金”甜橙单倍体愈伤组织培育三倍体柑橘。下列相关叙述错误的是(A)A.用盐酸解离获得“默科特”橘橙二倍体叶肉原生质体B.常用花药离体培养获得“早金”甜橙单倍体愈伤组织C.用电融合法或PEG法均可诱导两种原生质体融合D.三倍体柑橘不能通过有性繁殖扩大种植面积解析:制备植物原生质体的方法是酶解法,即利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得,若用盐酸处理会将细胞杀死,不能获得原生质体。5.(2024·辽宁沈阳模拟)科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料培育抗动物鼓胀病的新型牧草,研究主要流程如图。下列说法