2020-2021年新教材高中生物第1章发酵工程3发酵工程及其应用学案+练习含解析新人教版选择性必修3

第3节发酵工程及其应用

1.运用分析与综合的科学思维.概述从传统发酵到现代发酵工

程的发展方程.认同发醉「程的发展离不开科技进步。(科学

思维社会责任)

3.2.2阐明发酵工程利用现代T.程技术

2.运用分析与综合、演绎与推理等科学方法.说明发醉「.程的基

及微生物的特定功能.工业化生产人类所

本环节和对发醉条件的控制.(科学思维科学探究)

需产品

3.基于发酵工程在食品工业、医药工业、工农业生产上的应用实

3.1.3举例说明发酵工程在医药、食品及

例.举例说明发酵工程的特点和应川价值。(科学思维社会

其他工农业生产上有重要的应用价值

责任)

4.基于发醉「程的基本环节和应用实例.阐明发醉「程的概念。

(科学思维)

必备知识•素养奠基

一、发酵工程的概念和基本环节

1.发酵工程的概念：

(1)过程: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)范围:它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。

2.发酵工程的基本环节：

(1)基本环节：

(2)选一选:下列关于发酵工程基本环节的描述正确的是领⑤

①用于发酵工程的菌种应该具备优良性状,并且只能从自然界中筛选。

②在进行发酵前,需要对选育的菌种进行扩大培养。

③发酵工程所用的菌种大多是单一菌种，所以没有必要进行严格的灭菌。

④发酵工程所用的培养基是液体培养基。

⑤在发酵过程中要随时进行检测，还需要对发酵条件进行严格的控制。

⑥发酵结束后即可得到发酵产品。

?激疑

现代发酵工程和传统发酵技术所用菌种的来源有什么差异？

提示:传统发酵技术用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种，而现代发酵工程用的菌种

是通过微生物培养技术获得的单一菌种。

3.发酵装置：

1.特点：

(1)生产条件温和。

(2)原料来源丰富且价格低廉。

(3)产物专一。

(4)废弃物对环境的污染小和容易处理。

?激疑

为什么发酵工程的生产条件比较温和？

提示:发酵是利用微生物的代谢将原料进行转化,而微生物细胞代谢是在常温常压条件下进行

的，因此发酵工程的生产条件比较温和。

2.在食品工业上的应用：

(1)生产传统的发酵产品。

①优点:能明显提高产品的产量和质量。

②实例:

霉菌》淋逸

a.大豆中的蛋白质蛋白酶”肽和氨基酸调蒲酱油

b.啤酒的工业化生产流程：

作等'主要原料：大麦和水

作用：侏故淀粉珠

加热杀死种子胚

但不使淀松峰失活广L誓

I碾福将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉

ZEr设备:糖化罐

啤埠花।糖.

产生风味组分随冬

酵母菌

并对糖浆灭菌冷却

J主发酵阶段：糖一“酒精和g

|赢

后发醉阶段：依■温.窗闭环境储存.

过滤便降酒灌清.成熟

|消泉作用/杀死啤酒中的大多数微生物,

I延长啤酒的保荐期

过滤.调节.分装啤酒进行出售

(2)生产各种各样的食品添加剂:酸度调节剂、增味剂、着色剂、增稠剂、防腐剂等。

(3)生产醛制剂:在食品工业中,经常用到一些酶制剂，如a-淀粉酶、B-淀粉酶、氨基肽酶和

脂肪酶等。

?激疑

有人认为食品添加剂都是有害的，这种想法对吗?为什么？

提示:不对。食品添加剂可以增加食品的营养，改善食物的口味等，只要符合国家标准，并不会

对人体产生伤害。

3.在医药工业上的应用：

(1)发酵工程可以生产抗生素、氨基酸、激素和免疫调节剂等。

(2)基因工程与发酵技术相结合生产所需要的产品。

植物或动差旦建

物的基因--------"微生物——

转移

发

酵

直接改造菌种——工一产品

程

疫苗

微Zilif-生fl-i物li-----

4.在农牧业上的应用：主要表现在生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等方面。

5.在其他方面的应用：

(1)对解决资源与处境污染问题具有重要意义。

(2)极端微生物的应用。

(3)发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。

关键能力•素养形成

知识点一发酵工程的基本环节

1.选育菌种：

(1)常用菌种:主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。

⑵菌种特点：

①对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。

②有极强的消化能力。

③有极强的繁殖能力。

(3)选育方法：

①从自然界中筛选出优良菌种。

②利用诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。

③利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造,构建出能生产相应产品的

菌种。

2.扩大培养:在进行接种前,要进行扩大培养。

(1)目的:增加菌种的数量,缩短生产周期。

(2)方法:将培养到生长速度最快时期的菌体分开,再进行培养。

3.配制培养基：

(1)类型：发酵工程一般使用液体培养基。

(2)要求:

①根据不同的菌种,选择不同的材料配制培养基。

②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物

提供适宜的pH,以利于产物的合成。

③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。

4.灭菌和接种:在发酵前对培养基和发酵设备进行严格的灭菌处理,接种过程中要注意防止杂

菌污染。

5.发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节：

计算机控制系统

监测控制

【特别提醒】通过发酵罐对发酵条件进行控制

(1)温度:通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整。

(2)溶解氧:通过通气量和搅拌速度加以调节。

(3)pH:通过加料装置添加酸或碱进行调节,也可以在培养基中添加pll缓冲液。

6.分离、提纯产物，获得发酵产品：

发酵产品分离提纯方法

微生物细胞过滤、沉淀将菌体分离和干燥

代谢物蒸镭、萃取、离子交换等方法

【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蒸汽灭菌,空气采用过滤的方法除

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。

⑶搅拌的作用：

a.使空气和发酵液充分混合,增加培养液中的溶解氧；

b.使菌种与培养液充分接触,提高原料利用率。

*素养案例

如图所示是发酵工程生产产品的流程图,据图回答下列问题:

④代谢物

产品

(1)发酵工程中,选育优良性状的菌利1至关重要。高产青霉素菌种是通过育种获得

的，啤酒酵母菌是通过改造的。

(2)图中①表示,这样做的目的是。

(3)③表示,是整个过程的中心环节,在此阶段需随时取样、检测、

等，以了解发酵进程,还要及时添加,同时严格控制

等发酵条件。

(4)④表示,发酵结束后可采用等方法获得产品。

【解题导引】解答本题的两个关键点：

(1)发酵工程的基本环节:菌种的选育和扩大培养,培养基的配制，灭菌，接种，发酵，产品的分

离提纯。

(2)发酵工程的中心环节:发酵罐内发酵。

【解析】(1)高产青霉素菌种是通过诱变育种获得的，啤酒酵母菌是通过基因工程改造的。(2)

图中①表示扩大培养，目的是增加菌种的数量，缩短生产周期。(3)③是整个过程的中心环节一

一发酵罐内发酵，在此阶段需随时取样、检测微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。随

着发酵进行,培养基中的营养物质减少,还要及时添加必需的营养组分，同时严格控制温度、而

和溶解氧等发酵条件。(4)④是发酵工程产品微生物细胞(菌体)，发酵结束后可采用过滤、沉

淀等方法将菌体分离和干燥。

答案：(1)诱变基因工程

(2)扩大培养增加菌种的数量，可以缩短生产周期

(3)发酵罐内发酵微生物数量产物浓度必需的营养组分温度、pH和溶解氧

(4)微生物细胞(菌体)过滤、沉淀

【误区警示】菌种的选育和培养常见误区

(1)误认为高产青霉素菌种是通过基因工程获得的：高产青霉素菌种是通过诱变育种获得的。

(2)易弄错增加菌种数量的方法:获得优良菌种后,为了缩短生产周期，要进行扩大培养来增加

菌种数量。

【素养•探究一一母题追问】

(1)科学思维——分析与推理

发酵过程中为什么要控制发酵条件？

提示:发酵条件会影响微生物的生长繁殖和代谢物的形成。

⑵科学探究——结果评价

在谷氨酸发酵中产物是什么?它属于代谢物吗？

提示:谷氨酸发酵产物是谷氨酸棒状杆菌产生的谷氨酸,是细胞代谢物。

【素养•迁移】

(2018•江苏高考)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述错误

的是()

A.夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理

B.乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大

C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压

D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵

【解析】选B。果酒发酵过程中会放出热量使罐体温度上升，故需对发酵罐进行降温处理,A项

正确；乙醇虽然为挥发性物质，但其能溶于水,而且酒精发酵为无氧呼吸,发酵过程中不需进

气,B项错误;发酵过程中有CO2产生，所以罐内压力不会低于大气压,C项正确;发酵程度可以通

过监测发酵液中残余糖的浓度来确定,D项正确。

知识点二发酵工程的应用

1.发酵工程的应用：发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。

(1)在食品工业上的应用:生产传统的发酵产品、食品添加剂和酶制剂。

(2)在医药工业上的应用:生产抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂和疫苗等。

(3)在农牧业上的应用：生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等。

【特别提醒】啤酒的工业化生产的五点提醒

(1)啤酒酵母菌:通过微生物培养技术筛选出的优良菌种，在接种前进行扩大培养，缩短生产周

期。

(2)焙烤温度不能过高,防止淀粉酶失活。

(3)蒸煮后的糖浆一定要冷却后才能接种,防止高温杀死酵母菌。

⑷发酵过程中注意控制好温度、pH、通气、发酵时间等。

(5)接种前要对发酵罐进行灭菌,接种时要进行无菌操作,防止杂菌污染。

2.发酵工程与传统发酵技术的比较:

发酵工程传统发酵技术

通过微生物纯培养技术筛选或其他

菌种技术生产的优良菌种,大多是单一菌原材料中天然存在的混合菌种

种

发酵

液体发酵为主固体发酵或半固体发酵为主

方式

不对发

严格无菌操作，防止杂菌污染。通过不是无菌操作，容易受到杂菌污

同酵条

现代工程技术对发酵条件精确地控染。对发酵条件不能严格控制，

点件的

制，使发酵条件处于最佳状态易受外界条件影响

控制

生产通常是家庭式或作坊式的,产量

生产规模大,实现了工业化生产。原

规模低,生产往往受季节和原料限制，

料来源丰富,成本低,产物多样，产量

和产品风味品种比较单一,质量不

高

产品稳定

①都是利用了微生物的作用

相同点

②发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的

素养案例

啤酒是以粮食作物大麦为主要原料酿造的，如图是某种啤酒的生产流程,回答下列问题。

清洗通空气

分级发芽干燥

原料大麦——>浸麦——>绿麦芽——成品麦芽

粉

碎

添加酒花过滤

煮沸--------糖浆V------糊化液化糖化

।冷却

主发酵-------»后发酵

成

熟

罐的清洗与消毒啤酒的澄清啤酒的包装

⑴在酿造过程中需耍将大麦种子进行发芽处理,此过程的目的是

麦芽经过焙烤、碾磨成O

⑵经过糖化阶段,麦芽中的淀粉、蛋白质等大分子被分解成酵母菌可利用的可溶性小分子物

质。糖化时温度的变化通常是由低温逐步升至高温，以防止—

⑶在蒸煮阶段,要将糖浆中加入啤酒花煮沸一定时间,不仅可以蒸发掉多余的水分,还可以起

到作用。

⑷在主发酵初期，往往先通入无菌空气，目的是

之后进行密封发酵。酒精就是在密封发酵期间产生的，写出反应筒式

(5)经过一段时间的后发酵，才能形成澄清、成熟的啤酒。后发酵期间糖类继续发酵，促进啤酒

风味的成熟。影响啤酒风味的因素有、等。

【解题导引】解答本题需掌握以下三个关键知识：

(1)大麦种子发芽的目的:产生淀粉酶等。

(2)糖化的实质：大分子物质在酶的作用下,被分解成小分子物质。

(3)酵母菌发酵的过程:前期有氧条件酵母菌的数量增加，后期无氧条件酵母菌进行酒精发酵。

【解析】(1)大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶、蛋白酶等多种酶。麦芽经过焙烤、碾磨成麦

芽粉。

(2)糖化时由低温逐步升至高温，以防止麦芽中淀粉酶等因高温而变性失活。

(3)在蒸煮阶段,不仅可以蒸发掉多余的水分,还可以起到灭菌作用«

(4)在主发酵初期，需要通入无菌空气，目的是增加酵母菌的数量,有利于密闭时获得更多的酒

精产物,反应简式见答案。

(5)影响啤酒风味的因素有酵母菌菌种、大麦品种、发酵时间、发酵温度等。

答案：(1)释放淀粉酶麦芽粉

(2)麦芽中淀粉醐等因高温而变性失活

⑶灭菌

(4)有氧条件酵母菌进行出芽生殖,数量增加

酶

CMzCU—*2CJ150H+2C02+能量

(5)酵母菌菌种大麦品种发酵时间发酵温度(写两种即可)

【素养•探究一一母题追问】

(1)科学思维——分析与综合

在糖化阶段,温度低影响啤酒品质，温度高会使麦芽产生的淀粉酶等失活，你能想到什么方法

解决？

提示:可以在此阶段使用发酵工程生产的耐高温的淀粉的制剂。

(2)科学思维——分析与推理

发酵后的啤酒需要经过消毒才能包装销售，请你利用所学知识,分析用什么方法对啤酒进行消

毒。

提示:为了保持啤酒的风味,应用巴氏(低温)消毒法进行消毒。

【素养•迁移】

下列有关发酵工程应用的说法错误的是()

A.发酵工程可以生产酱油、泡菜等传统发酵食品

B.柠檬酸、乳酸等食品添加剂可以通过发酵工程生产

C.发酵工程可以生产多种药物，但是不能生产疫苗

D.发酵工程生产的单细胞蛋白可以制作成微生物饲料

【解析】选C。发酵工程可以生产传统发酵食品,A正确;柠檬酸、乳酸是通过发酵工程生产的

食品添加剂,B正确;科学家利用基因工程将病原体基因转入微生物细胞,通过发酵工程可以生

产疫苗,C错误;单细胞蛋白可以制作成微生物饲料,D正确。

【补偿训练】

以下不属于发酵的是()

A.利用需氧型青霉菌生产青霉素

B.缺氧时人的组织细胞产生乳酸

C.利用酵母菌的无氧呼吸获得酒

D.利用乳酸菌制作泡菜

【解析】选B。发酵是指通过微生物的代谢将原料转化为人类所需要的产物的过程。可见，利

用需氧型青霉菌生产青霉素、利用酵母菌的无氧呼吸获得酒和利用乳酸菌制作泡菜,都属于发

酵,而缺氧时人的组织细胞产生乳酸的过程则不属于发酵,A、C、D均不符合题意,B符合题意。

【课堂回眸】

选育苗种和扩大培养

「配制培养基.灭制.接种

春黠亲节_:发酵罐内发酵（中心环节）

发----------［分离提纯产物

酵

工生产传统的发酵产品

程

及食品工业［生产食品添加剂

其.生产酶制剂

应

用生产抗生素、激素、氨基酸、

免疫调节剂等

医药工业（与基因工程结合生产药物

发酵工程

-

的应用生产微生物肥料

.农牧业生产微生物农药

〔生产微生物饲料

、其他方面的应用

课堂检测•素养达标

【概念•诊断】

1.运用发酵工程可以生产多种产品,请分析下列关于发酵工程的叙述,正确的是

①防止杂菌入侵和获得纯净的微生物培养物是发酵工程的重要基础

②发酵工程最重要的环节是发酵罐内发酵

③青霉素有抗菌作用，即使生产青霉素的发酵过程中混入r杂菌，发酵也不受影响

④大型发酵罐有计算机控制系统,能对发酵条件进行控制

⑤发酵工程不能生产传统发酵食品

⑥发酵工程可以生产微生物农药

⑦发酵工程与传统发酵技术都是利用微生物的作用进行的发酵

【解析】选①②④⑥⑦。发酵工程常用单一菌种发酵，因此防止杂菌入侵和获得纯净的微生物

培养物是发酵工程的重要基础,①正确;发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵过程,②正确;青

霉素的生产过程中混入了杂菌，杂菌分泌的青霉素酶会将青霉素分解，③错误;发酵罐有计算

机控制系统,能对发酵过程中的各种条件进行监测和控制,④正确;发酵工程能生产传统发酵

食品，⑤错误;发酵工程可以生产微生物农药、微生物肥料、微生物饲料等，⑥正确;发酵工程

与传统发酹技术的共同点都是利用微生物进行的发酹，⑦正确。

2.下列选项中不是发酵工程特点的是（）

A.原料来源丰富,价格低

B.产物专一,产量高

C.废弃物对环境污染小,容易处理

D.生产条件需要高温高压

【解析】选D«发酵工程是运用微生物的功能进行的生产,生产条件温和，即在常温常压条件下

进行,D错误。

3.用发酵工程生产单细胞蛋白时，对产物进行分离提纯时可采用的方法是（）

A.蒸储、过滤B.过滤、沉淀

C.萃取、离子交换D.沉淀、萃取

【解析】选B。单细胞蛋白是微生物菌体，采用过滤、沉淀等方法将菌体进行分离和干燥。

【思维•跃迁】

4.下列关于发酵工程的说法,正确的是（）

A.人工诱变、细胞工程、基因工程等都可对微生物进行定向改造

B.环境条件的变化不仅影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢

C.发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成都与搅拌速度无关

D.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的

【解析】选B。人工诱变导致基因突变是不定向的，细胞工程、基因工程是具有目的性的，故人

工诱变不能对微生物进行定向改造,A错误;环境条件的变化不仅影响微生物的生长繁殖，也会

影响微生物的代谢,B正确;搅拌可增加溶氧量,发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢产物的形成

速度都与搅拌速度有关,C错误;单细胞蛋白是指通过发酵获得的大量的微生物菌体,D错误。

5.如图是发酵工程常用的机械搅拌式发酵罐,是工业生产中最常用的发酵罐。回答下列问题：

(1)1是培养物或营养物质的,2是,4是,3是o

(2)5是,此装置运转时，既能使空气和发酵液充分混合，增加培养液中的

,又能使菌种与培养液，提高原料利用率。但是在利用乳酸菌生产乳酸

时一般不用此装置,这是因为

(3)若此装置用于酒精发酵,在发酵过程中,pH,罐内的压力会。

(4)发酵罐在使用前要进行。

【解析】(1)分析此装置,1是培养物或营养物质的加入口，2是排气管,4是冷却水进入口，3是

空气入口。(2)5是搅拌叶轮,作用是使空气和发酵液充分混合,增加培养液中的溶解氧,使菌种

与培养液充分接触,提高原料利用率。乳酸菌是厌氧型微生物,所以进行乳酸发酵不使用此装

置。(3)在酒精发酵过程中，由于有二氧化碳产生，所以会导致pH下降，罐内的压力会增加。

(4)防止杂菌污染，发酵罐在使用前要进行灭菌。

答案：(1)加入口排气管冷却水进入口空气入口

(2)搅拌叶轮溶解氧充分接触乳酸菌是厌氧型微生物,发酵过程不需要氧气(3)下降

增加⑷灭菌

【拓展•探究】

6.植物乳杆菌属于乳酸菌的一利I在繁殖过程中可分泌一类具有抑菌活性的蛋白质,此种蛋白

质称为细菌素，作为重要的天然食品防腐剂在食品加工中有着广泛应用。现有两种较高产细菌

素的菌株,菌株A产细菌素能力强于菌株B,但菌株A细胞中的细菌素合成途径中缺少两个重要

的调控基因plnC和plnD,而菌株B细胞中具有这两个基因。研究人员按下图所示流程对菌株

A和B进行改良，获得了更高产细菌素的新型菌株C。

（1）从细胞结构的角度分析,植物乳杆菌属于生物,其进行合成细菌素等生命活

动所需的能量由呼吸提供。

（2）实验发现,植物乳杆菌对柠檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人员选择柠檬色葡萄球菌

作为指示菌进行抑菌实验，来比较菌株A、B、C的产细菌素能力。实验步骤如下：

a.在平板培养基中涂布;

b.分别在平板的不同位置接种作为实验组;对照组的处理是

c.培养一段时间后,观察并比较抑菌圈大小。

预期结果为:O

（3）抗生素是由微生物产生的具有较强抑菌杀菌效果的小分子有机物。请结合所学知识及相关

信息,分析将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势。（答出一点即可）

【解析】（1）植物乳杆菌属于乳酸菌的一种,属于细菌,是原核生物；由于植物乳杆菌是厌氧性

细菌，故进行合成细菌素等生命活动所需的能量由无氧呼吸提供。

（2）植物乳杆菌对柠檬色葡萄球菌的抑菌效果最好,研究人员选择柠檬色葡萄球菌作为指示菌

进行抑菌实验,来比较菌株A、B、C的产细菌素能力，故应该在平板培养基上涂布柠檬色葡萄

球菌菌液,分别在平板的不同位置接种A、B、C菌液的上清液（蘸取A、B、C菌液的滤纸片）作

为实验组,接种等量无菌水（蘸取无菌水的滤纸片）作为对照组,观察含有抑菌物质的滤纸片周

围的抑菌圈大小,预期结果为抑菌圈从大到小依次为C、A、B,对照组无抑菌圈。

（3）将细菌素而非抗生素用作食品防腐剂的优势为:与抗生素不同，细菌素的化学本质是蛋白

质,被人体食用后可被胃蛋白酶等消化酶降解,不会被吸收进入人体内，也不会破坏人体肠道

益生菌，排放入环境中的量少，因此一般情况下，具有无毒、无副作用、无残留、少污染的优点。

答案：（1）原核无氧（2）柠檬色葡萄球菌菌液A、B、C菌液的上清液（蘸取A、B、C菌液的

滤纸片）接种等量无菌水（蘸取无菌水的滤纸片）抑菌圈从大到小依次为C、A、B,对照组无

抑菌圈（3）无毒、无副作用、无残留、少污染

四发酵工程及其应用

基础达标（20分钟•70分）

一、选择题（共7小题,每小题5分，共35分）

1.发酵罐内发酵时，一定要控制好发酵条件，下列说法错误的是（）

A.对温度的控制可以通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整

B.若是谷氨酸发酵需要将pH调至酸性

C.可以在培养基中添加缓冲液以维持发酵时pH的相对稳定

D.对于需氧发酵通过调节通气量和搅拌速度控制溶氧量

【解析】选B。发酵过程对温度的控制是通过发酵罐上的温度传感器和控制装置完成的,A正

确;谷氨酸发酵时,在中性或弱碱性条件会积累谷氨酸,在酸性条件下容易形成其他产物,因此

应将pH调至中性或弱碱性,B错误。维持pH稳定的方法是通过加料装置添加酸或碱进行调节,

或者在培养基中添加pH缓冲液,C正确;对溶解氧的控制是通过调节通气量和搅拌速度,D正

确。

2.发酵工程与现代生物技术相结合,应用范围越来越广泛。下列关于发酵工程应用的描述错误

的是（）

A.运用发酵工程生产的传统发酵食品，产量和质量都得到了明显的提高

B.大多数酶制剂都是通过发酵工程生产的

C.发酵工程生产的单细胞蛋白可以用作微生物肥料

D.基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合大大降低了某些药物的生产成本

【解析】选Q发酵工程实现了规模化的生产,发酵过程对发酵条件严格控制,提高了产品的产

量和质量,A正确;绝大多数醐制剂都是通过发酵工程生产的,B正确;单细胞蛋白可以用作微生

物饲料,而不是微生物肥料,C错误;基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合提高了药物的产

量,降低了药物的生产成本,D正确。

3.漆酶属于木质降解酶类,在环境修复、农业生产等领域有着广泛用途。如图是分离、纯化和

保存漆酶菌株的过程，相关叙述正确的是（）

A.生活污水中含有大量微生物,是分离产漆酶菌株的首选样品

B.筛选培养基中需要加入漆酶的底物,通过菌落特征挑出产漆酶的菌落

C.在涂布平板上长出的菌落,再通过划线进一步计数

D.斜面培养基中含有大量营养物质，可在常温下长期保存菌株

【解析】选B。生活污水中含有大量微生物，但不一定含有产漆酶的菌株,可能分离不出产漆酶

菌株,A错误;生活污水中含有大量微生物，将筛选培养基中加入漆酶的底物，通过菌落特征就

能挑出产漆酶的菌落,B正确;在涂布平板上长出的菌落，再通过划线进一步纯化,不是计数,C

错误;斜面培养基中含有大量营养物质，不能在常温下保存,可在低温下长期保存菌株,D错误。

4.下列关于发酵过程的描述,错误的是()

A.发酵过程中，微生物的生命活动会引起发酵温度升高

B.发酵过程中要随时检测微生物数量和产物浓度

C.发酵过程中产生的废弃培养液等能直接排放到环境中

D.啤酒的发酵过程中，酵母菌将糖类转化为酒精和二氧化碳

【解析】选C。发酵过程中微生物分解有机物释放能量，一部分用于合成ATP,另一部分散发到

培养基中时,会引起发酵温度升高,A正确;发酵过程中要随时检测微生物数量和产物浓度，以

了解发酵进程,B正确;发酵过程中产生的废弃培养液等会污染环境,不能直接排放到环境中,C

错误;啤酒的发酵过程中，酵母菌进行厌氧发酵,将糖类转化为酒精和二氧化碳,D正确。

【互动探究】

(1)除了微生物代谢,还有哪些因素可以使发酵温度升高？

提示:搅拌叶轮的机械搅拌，也会产生一部分热量引起温度升高。

(2)怎样降低发酵罐的温度？

提示:可以通过增加冷却水的进水量，降低发酵罐的温度。

5.“通州老窖”是以优质高粱、效曲、产脂酵母菌为原材料酿制出的一种白酒。以下相关叙

述正确的是()

A.水质、菌种和发酵时间会影响酒的品质

B.所用的菌种属于生态系统中的消费者

C.可用平板划线法测定发酵液中的菌种浓度

D.酿制过程必须进行严格的灭菌操作

【解析】选A。影响酒品质的因素有很多，如水质、菌种和发酵时间等,A正确;酿酒所用的菌

种属于生态系统中的分解者,B错误;可用稀释涂布平板法测定发酵液中的菌种浓度,C错误;酿

制过程不能进行灭菌,防止把酵母菌杀死而影响酒的产量,D错误。

6.发酵工程最重要的工作是选择优良的单一纯种,消灭杂菌。获得纯种的方法不包括

()

A.根据微生物对碳源需求的差别,使用含有不同碳源的培养基

B.根据微生物需要生长因子的种类,在培养基中增减不同的生长因子

C.根据微生物遗传组成的差异,在培养基中加入不同比例的核酸

D.根据微生物对抗生素敏感性的差异,在培养基中加入不同的抗生素

【解析】选C。根据微生物对碳源需求的差别，使用含有不同碳源的培养基可以选择微生物种

类,能获得纯种,A不符合题意;在培养基中增减不同的生长因子的作用也是选择微生物,B不符

合题意;根据微生物遗传组成的差异,在培养基中加入不同比例的核酸（DNA和RNA）,它不会直

接影响到微生物自身的遗传组成,即使被微生物利用，也是被分解为核甘酸后利用，所以培养

基中加入不同比例的核酸,不会对微生物起选择作用,C符合题意;抗生素也可对生物起选择作

用,D不符合题意。

7.发酵工程的一项关键措施是灭菌，关于灭菌的叙述正确的是（）

A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌

B.灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌

C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的

I）.pH调到7左右灭菌效果最好

【解析】选A。灭菌就是杀灭微生物，以排除对生产、实验的干扰,关键是要对培养基和发酵设

备灭菌,故A正确;培养基的灭菌是杀死培养基中的一切微生物,故B错误;为防止杂菌污染,通

入的空气也要是无菌的，但不是通入无菌空气就可以达到灭菌的目的，故C错误;灭菌效果与pH

无直接关系，故D错误。

二、非选择题（共2小题，共35分）

8.（15分）谷氨酸棒状杆菌可用于微生物发酵工程生产谷氨酸,从而制取谷氨酸钠（味精）。如图

为谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径,通过发酵工程可以大量生产谷氨酸。回答下列问题：

中间产物

I_

a-酯戊一酸抑制

谷氨酸脱氢海

-NH；

谷氨酸-----------------

（1）与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是;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，从物理性质看,

该培养基属于培养基。

(2)发酵过程中要测定谷氨酸棒状杆菌的数量，可采用的计数方法有显微镜直接计数法和

，前者计数的结果比后者计数的结果值偏(填“大”或"小”)，原因是

(3)由图可知,谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸,则会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,微

生物这种对自身代谢速率的调节方式是。

(4)谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡,

迅速溶解在培养液中，当培养基中碳氮比为4：1时,菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮

比为3：1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢

产物是乳酸或琥珀酸。由此说明谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是,由上述探究可知，

通过发酵得到大量谷氨酸的发酵思路

【解析】(D谷氨酸棒状杆菌属于细菌,酵母菌属于真菌,谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点

是无核膜包被的细胞核。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，从物理性质看,该培养基属于液体培养基。

(2)测定谷氨酸棒状杆菌的数量可采用的计数方法有显微镜直接计数法和稀释涂布平板法。由

于显微镜直接计数法中死活菌体一起计数,而稀释涂布平板法只计数活菌数,且可能有多个菌

体形成同一个菌落，因此显微镜直接计数法计数的结果比稀释涂布平板法计数的结果值更大。

(3)据题图分析，当谷氨酸过量时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性,导致谷氨酸脱氢酶的活性下降,

从而使谷氨酸含量下降,这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。

(4)分析可知,谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型,当培养基中碳氮比为4：1时,菌

体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3：1时,菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增，

因此通过发酵得到大量谷氨酸的发酵条件是不断向发酵液中通入无菌空气,在发酵液C/N=4:

1中培养一段时间，使菌种大量繁殖,后将培养液的C/N改为3：1,即可通过发酵得到大量谷氨

酸。

答案：(1)无核膜包被的细胞核液体

(2)稀释涂布平板法大前者死活菌体一起计数，后者只计数活菌数，且可能有多个菌体形

成同一个菌落

(3)负反馈调节(4)异养兼性厌氧型不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4：

1,培养一段时间使菌种大量繁殖,后将培养液的碳氮比改为3：1,使菌种合成大量谷氨酸

9.(20分)随着对纤维素水解研究的不断深入,利用纤维素废料发酵生产酒精等能源物质已取

得成功。发酵工程中可利用纤维素分解菌将纤维素分解,随后将其转化成新的能源物质一一乙

醇,进一步利用乙醇生产醋酸。工业生产这两种成分的基本工艺流程如图所示。请回答：

|①植物秸秆预瓯|②筛选纤维素分丽

_个^

|③发吟罐I中发画

|获得糖液

|接种微生物xl④发酵In中发酵||接种微，生物Y

|蒸.二[

|乙—一H⑤发酵中发酵I

|清酸|

(1)在发酵罐I内，纤维素分解菌能够分泌纤维素酶将纤维素分解为o

(2)在过程②筛选纤维素分解菌时,常常采用平板划线法和

法进行纯化。两种方法的共同点是o

用来筛选纤维素分解菌的培养基是培养基(从功能上分类)，培养基中含有NazHPO”

和KH2P0,,其作用有__________________________________

________________________________________________________»(答出两点)

(3)微生物X应为,发酵一定时间后,观察到发酵罐内液体不再有，说明

发酵基本完毕。

(4)微生物Y应是。发酵罐H内和发酵罐HI内除了严格控制温度、pH外,发酵罐III

内还需要通入。

(5)若发酵罐n中的酒全部流经发酹罐川制成醋,发酵罐w中co?的产生量是。

A.发酵罐n的两倍B.与发酵罐n的相等

c.发酵罐n的一半D.几乎为零

【解析】(1)在发酵罐I内，纤维素分解菌能够分泌纤维素酶，该酶可将纤维素分解为葡萄糖。

(2)在过程②筛选纤维素分解菌时,常常采用平板划线法和稀释涂布平板法进行纯化。两种方

法的共同点是把聚集在一起的细菌分散成单个,培养后得到单个菌落。用来筛选纤维素分解菌

的培养基中含有N&HPO,和KHF0”(这些都是无机盐,又是磷酸一氢盐和磷酸二氢盐)，其作用有

为细菌生长提供无机营养,作为缓冲剂维持细胞生长过程中的pH稳定。

（3）发酵罐