2024-2025学年新教材高中生物第1章发酵工程3发酵工程及其应用作业含解析新人教版选择性必修3

PAGE8-发酵工程及其应用(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,肯定要限制好发酵条件,下列说法错误的是 ()A.对温度的限制可以通过发酵罐上的温度传感器和限制装置进行监测和调整B.若是谷氨酸发酵须要将pH调至酸性C.可以在培育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整通气量和搅拌速度限制溶氧量【解析】选B。发酵过程对温度的限制是通过发酵罐上的温度传感器和限制装置完成的,A正确;谷氨酸发酵时,在中性或弱碱性条件会积累谷氨酸,在酸性条件下简单形成其他产物,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整,或者在培育基中添加pH缓冲液,C正确;对溶解氧的限制是通过调整通气量和搅拌速度,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C。发酵工程实现了规模化的生产,发酵过程对发酵条件严格限制,提高了产品的产量和质量,A正确;绝大多数酶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。如图是分别、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,是分别产漆酶菌株的首选样品B.筛选培育基中须要加入漆酶的底物,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.斜面培育基中含有大量养分物质,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,但不肯定含有产漆酶的菌株,可能分别不出产漆酶菌株,A错误;生活污水中含有大量微生物,将筛选培育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;斜面培育基中含有大量养分物质,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上升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育液等能干脆排放到环境中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,另一部分散发到培育基中时,会引起发酵温度上升,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育液等会污染环境,不能干脆排放到环境中,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上升?提示:搅拌叶轮的机械搅拌,也会产生一部分热量引起温度上升。(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、麸曲、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.酿制过程必需进行严格的灭菌操作【解析】选A。影响酒品质的因素有许多,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,歼灭杂菌。获得纯种的方法不包括 ()A.依据微生物对碳源需求的差别,运用含有不同碳源的培育基B.依据微生物须要生长因子的种类,在培育基中增减不同的生长因子C.依据微生物遗传组成的差异,在培育基中加入不同比例的核酸D.依据微生物对抗生素敏感性的差异,在培育基中加入不同的抗生素【解析】选C。依据微生物对碳源需求的差别,运用含有不同碳源的培育基可以选择微生物种类,能获得纯种,A不符合题意;在培育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;依据微生物遗传组成的差异,在培育基中加入不同比例的核酸(DNA和RNA),它不会干脆影响到微生物自身的遗传组成,即使被微生物利用,也是被分解为核苷酸后利用,所以培育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.培育基和发酵设备均须要严格灭菌B.灭菌是杀死培育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D.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,以解除对生产、试验的干扰,关键是要对培育基和发酵设备灭菌,故A正确;培育基的灭菌是杀死培育基中的一切微生物,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无干脆关系,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:(1)与酵母菌相比,谷氨酸棒状杆菌在结构上的显著特点是__________________;谷氨酸发酵的培育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,该培育基属于__________培育基。

(2)发酵过程中要测定谷氨酸棒状杆菌的数量,可采纳的计数方法有显微镜干脆计数法和__________,前者计数的结果比后者计数的结果值偏__________(填“大”或“小”),缘由是__

______________________________________。

(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整方式是__________。

(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,快速溶解在培育液中,当培育基中碳氮比为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】(1)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。谷氨酸发酵的培育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,该培育基属于液体培育基。(2)测定谷氨酸棒状杆菌的数量可采纳的计数方法有显微镜干脆计数法和稀释涂布平板法。由于显微镜干脆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,因此显微镜干脆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整方式是负反馈调整。(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,当培育基中碳氮比为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中培育一段时间,使菌种大量繁殖,后将培育液的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)负反馈调整(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,培育一段时间使菌种大量繁殖,后将培育液的碳氮比改为3∶1,使菌种合成大量谷氨酸9.(20分)随着对纤维素水解探讨的不断深化,利用纤维素废料发酵生产酒精等能源物质已取得胜利。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——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)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__________。

(2)在过程②筛选纤维素分解菌时,经常采纳平板划线法和________________________________法进行纯化。两种方法的共同点是_________。

用来筛选纤维素分解菌的培育基是__________培育基(从功能上分类),培育基中含有Na2HPO4和KH2PO4,其作用有__

___________________________________________________________________________________。(答出两点)

(3)微生物X应为__________,发酵肯定时间后,视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Ⅱ内和发酵罐Ⅲ内除了严格限制温度、pH外,发酵罐Ⅲ内还须要通入__________。

(5)若发酵罐Ⅱ中的酒全部流经发酵罐Ⅲ制成醋,发酵罐Ⅲ中CO2的产生量是__________。

A.发酵罐Ⅱ的两倍 B.与发酵罐Ⅱ的相等C.发酵罐Ⅱ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,经常采纳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,培育后得到单个菌落。用来筛选纤维素分解菌的培育基中含有Na2HPO4和KH2PO4(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供应无机养分,作为缓冲剂维持细胞生长过程中的pH稳定。(3)发酵罐Ⅱ是通过酵母菌发酵生产乙醇,发酵肯定时间后,视察到发酵罐内液体不再有气泡产生,说明发酵基本完毕。(4)发酵罐Ⅲ是通过醋酸(杆)菌发酵生产醋酸。发酵罐Ⅱ内和发酵罐Ⅲ内除了严格限制温度、pH外,发酵罐Ⅲ是需氧发酵,还须要通入无菌空气。(5)若发酵罐Ⅱ中的酒全部流经发酵罐Ⅲ制成醋,酒精氧化成醋酸是利用醋酸(杆)菌有氧呼吸得到的,但这一过程不产生CO2,因此发酵罐Ⅲ中CO2的产生量几乎为零。答案:(1)葡萄糖(2)稀释涂布平板把聚集在一起的细菌分散成单个,培育后得到单个菌落选择为细菌生长供应无机养分,作为缓冲剂维持细胞生长过程中的pH稳定(3)酵母菌气泡产生(4)醋酸(杆)菌无菌空气(5)D(10分钟·30分)1.(8分)(不定项)下列关于发酵工程基本环节的分析正确的是 ()A.培育基和发酵设备都应经过严格的灭菌才能运用,对于需氧发酵,通入的空气也应经过灭菌处理B.温度不仅能影响菌种的代谢,还能影响菌种对养分物质的汲取C.pH改变能导致某些菌种的发酵产物也发生改变D.酒精发酵时,菌种的扩大培育与发酵罐内的培育条件是相同的【解析】选A、B、C。培育基和发酵设备都应经过灭菌才能运用,通入的空气也应经过灭菌处理,A正确;温度能影响菌种(微生物)的代谢,如细胞呼吸速率受温度影响,菌种对养分物质的汲取速率也受温度影响,B正确;pH改变能导致某些菌种的发酵产物也发生改变,例如谷氨酸发酵在中性和酸性条件下产物不同,C正确;酒精发酵时,菌种的扩大培育是有氧条件,酵母菌大量繁殖,发酵罐内的培育是无氧条件,酵母菌进行无氧呼吸产生酒精,D错误。【误区警示】误认为扩大培育与发酵生产过程中的培育相同扩大培育是为了让菌体在短时期内快速增殖,而发酵过程中的培育是为了获得代谢产物,目的不同采纳的培育条件就有可能不同。2.(22分)(2024·江苏高考改编)酵母的蛋白质含量可达自身干重的一半,可作为饲料蛋白的来源。有些酵母可以利用工业废甲醇作为碳源进行培育,这样既可削减污染又可降低生产成本。探讨人员拟从土壤样品中分别该类酵母,并进行大量培育。如图所示为操作流程,请回答下列问题:(1)取步骤②中不同梯度的稀释液加入标记好的无菌培育皿中,在步骤③中将温度约________(选填“25℃”“50℃”或“80℃(2)挑取分别平板中长出的单菌落,按步骤④所示进行划线。下列叙述合理的有________。

a.为保证无菌操作,接种针、接种环运用前都必需灭菌b.划线时应避开划