2024-2025學(xué)年新教材高中生物第1章發(fā)酵工程第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用課時(shí)分層作業(yè)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE6-第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用(建議用時(shí)：40分鐘)題組一發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)1．利用酵母菌釀酒時(shí)，從起先便持續(xù)向發(fā)酵罐內(nèi)通入無菌空氣，結(jié)果是()A．酵母菌大量死亡，酒精減產(chǎn)B．酵母菌數(shù)量不多，酒精產(chǎn)量不變C．酵母菌數(shù)量增多，酒精減產(chǎn)D．酵母菌數(shù)量增多，不產(chǎn)生酒精D[酵母菌是兼性厭氧菌，有氧呼吸產(chǎn)生的能量多、繁殖快，無氧呼吸產(chǎn)生酒精。假如從起先便持續(xù)通入無菌空氣，進(jìn)行有氧呼吸，會(huì)導(dǎo)致酵母菌大量繁殖，但不產(chǎn)生酒精。]2．嚴(yán)格限制發(fā)酵條件是保證發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵，干脆關(guān)系到是否能得到質(zhì)量高、產(chǎn)量多的志向產(chǎn)物，通常所指的發(fā)酵條件不包括()A．溫度限制 B．溶氧限制C．pH限制 D．酶的限制D[通常所指的發(fā)酵條件包括溫度、pH、溶氧、通氣與轉(zhuǎn)速等。酶是自身調(diào)整物質(zhì)，不屬于發(fā)酵條件。]3．利用微生物分解玉米淀粉生產(chǎn)糖漿，具有廣袤的應(yīng)用前景。但現(xiàn)在野生菌株對(duì)淀粉的轉(zhuǎn)化效率低，某同學(xué)嘗試對(duì)其進(jìn)行改造，以獲得高效菌株。試驗(yàn)步驟：(1)配制____________(填“固體”“半固體”或“液體”)培育基，該培育基的碳源應(yīng)為____________________。(2)將_____________________接入已滅菌的培育基上。(3)馬上用適當(dāng)劑量的紫外線照耀，其目的是________________________。(4)菌落形成后，加入碘液，視察菌落四周培育基的顏色變更和變更范圍的大小。四周出現(xiàn)_______________________現(xiàn)象的菌落即初選菌落。經(jīng)分別、純化后即可達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。[解析]利用微生物分解玉米淀粉生產(chǎn)糖漿，首先一步應(yīng)是配制固體培育基，其碳源是玉米淀粉；其次要將野生菌株接種到培育基上；用紫外線照耀的目的是對(duì)野生菌株進(jìn)行誘變處理；加碘液是為了檢驗(yàn)淀粉有沒有被分解，假如顏色變淺，說明淀粉被分解了，這種菌落即初選菌落。[答案](1)固體玉米淀粉(2)野生菌株(3)對(duì)野生菌株進(jìn)行誘變(4)淺色范圍大4.某新能源探討愛好小組嘗試用木薯塊根的淀粉制備燃料酒精。他們用酶將木薯淀粉降解成單糖。查閱資料后，安裝的酒精發(fā)酵裝置、采納的發(fā)酵條件如圖所示。(1)向發(fā)酵瓶中加入5g酵母菌起先試驗(yàn)，發(fā)酵初期，通氣閥①須要間或短時(shí)間打開，并在A通氣口處打氣，以利于________________；試驗(yàn)過程中，通氣閥②須要間或短時(shí)間打開，目的是_____________________________________。(2)第3天，取出少量發(fā)酵液，滴加含有________的濃硫酸溶液來檢測(cè)酒精。(3)檢測(cè)后發(fā)覺，盡管酵母菌菌種合適、木薯淀粉酶解物足夠、操作正確、發(fā)酵溫度和pH相宜，但酒精含量(＋)比預(yù)期低。他們綻開了探討，認(rèn)為還有其他影響因素，如________，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)此因素進(jìn)行探究并預(yù)料試驗(yàn)結(jié)果(用表格形式呈現(xiàn)；用“＋”表示酒精含量，最高含量為“＋＋＋＋＋”)。(4)請(qǐng)對(duì)預(yù)料的結(jié)果進(jìn)行分析，并得出結(jié)論。[解析](1)酵母菌為兼性厭氧微生物，在A通氣口處打氣可讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸大量繁殖，從而增加酵母菌的數(shù)量。通氣閥②間或短時(shí)間打開，是為了排出細(xì)胞代謝產(chǎn)生的二氧化碳。(2)橙色的重鉻酸鉀在酸性條件下與酒精反應(yīng)變成灰綠色。(3)依題意“盡管酵母菌菌種合適、木薯淀粉酶解物足夠、操作正確、發(fā)酵溫度和pH相宜”，解除了氧氣、溫度、pH、養(yǎng)分物質(zhì)含量等因素，可能是培育液的濃度影響酒精的產(chǎn)生量。設(shè)計(jì)一系列不同濃度梯度的淀粉酶解物培育基進(jìn)行試驗(yàn)，其他操作、條件等都相同，最終檢測(cè)酒精的含量。(4)若培育液的濃度過高，則酵母菌會(huì)失水死亡，影響酒精的產(chǎn)生量。[答案](1)酵母菌進(jìn)行有氧呼吸大量繁殖排出細(xì)胞代謝產(chǎn)生的二氧化碳(2)重鉻酸鉀(3)木薯淀粉酶解物濃度見下表錐形瓶編號(hào)12345淀粉酶解物濃度濃度1濃度2濃度3濃度4濃度5酒精含量＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋(4)外界溶液濃度過高時(shí)，酵母菌會(huì)因失水過多而死亡，酒精產(chǎn)生量反而削減?？隙ǚ秶鷥?nèi)，隨著淀粉酶解物濃度的增大，產(chǎn)生的酒精量增多，但超過肯定范圍后，隨著淀粉酶解物濃度的增大，產(chǎn)生的酒精含量漸漸削減。題組二發(fā)酵工程的應(yīng)用5．下列不屬于發(fā)酵工程的產(chǎn)品的是()A．青霉素 B．檸檬酸C．除草劑 D．α-淀粉酶C[除草劑是人工合成的植物生長(zhǎng)素類調(diào)整劑，不是發(fā)酵工程產(chǎn)品。]6．下列關(guān)于發(fā)酵工程的產(chǎn)品及所利用的菌種，對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤的是()A．利用酵母菌生產(chǎn)各種酒類B．利用白僵菌生產(chǎn)醬油和檸檬酸C．利用根瘤菌生產(chǎn)微生物肥料D．利用酵母菌生產(chǎn)乙型肝炎疫苗B[醬油和檸檬酸是利用黑曲霉菌生產(chǎn)的。]7．天津獨(dú)流老醋歷史悠久、獨(dú)具風(fēng)味，其生產(chǎn)工藝流程如下圖。(1)在糖化階段添加酶制劑須要限制反應(yīng)溫度，這是因?yàn)槊竉_____________。(2)在酒精發(fā)酵階段，需添加酵母菌。在操作過程中，發(fā)酵罐先通氣，后密閉。通氣能提高_(dá)_______的數(shù)量，有利于密閉時(shí)獲得更多的酒精產(chǎn)物。(3)在醋酸發(fā)酵階段，獨(dú)流老醋采納獨(dú)特的分層固體發(fā)酵法，發(fā)酵30天。工藝如下：①發(fā)酵過程中，定期取樣測(cè)定醋酸菌密度變更，趨勢(shì)如上圖。據(jù)圖分析，與顛倒前相比，B層醋酸菌在顛倒后密度變更的特點(diǎn)是__________________，由此推想，影響醋酸菌密度變更的主要環(huán)境因素是_____________________。②乳酸含量高是獨(dú)流老醋風(fēng)味獨(dú)特的重要成因。發(fā)酵過程中，發(fā)酵缸中______層的醋醅有利于乳酸菌繁殖，積累乳酸。③成熟醋醅中乳酸菌的種類明顯削減，主要緣由是發(fā)酵后期養(yǎng)分物質(zhì)消耗等環(huán)境因素的變更，加劇了不同種類乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌種類。[解析](1)酶的活性受溫度的影響，在最適溫度下酶的催化實(shí)力最強(qiáng)。(2)發(fā)酵過程中先通氣的目的是讓酵母菌大量繁殖，使發(fā)酵液中的酵母菌總數(shù)達(dá)到肯定程度，有利于發(fā)酵的進(jìn)行。(3)①醋酸菌是好氧菌，據(jù)圖分析，第15天將A、B層顛倒，顛倒后使原來處于下層缺氧狀態(tài)的醋酸菌來到上層有氧的環(huán)境，醋酸菌大量繁殖，其數(shù)量上升，后來因?yàn)榕嘤褐叙B(yǎng)分物質(zhì)被漸漸消耗以及呼吸產(chǎn)物對(duì)pH的影響，其數(shù)量不再增長(zhǎng)而趨于穩(wěn)定。由此推想，影響醋酸菌密度變更的主要因素是氧氣、養(yǎng)分物質(zhì)、pH等。②因?yàn)槿樗峋菂捬蹙?，故下層有利于乳酸菌繁殖。未顛倒前B層處于下層，顛倒后A層處于下層。③由題目信息可知，由于養(yǎng)分物質(zhì)消耗、發(fā)酵環(huán)境發(fā)生變更等，生物個(gè)體之間的斗爭(zhēng)、不同種類之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)加劇。[答案](1)在最適溫度條件下催化實(shí)力最強(qiáng)(2)酵母菌(3)①先快速增長(zhǎng)后趨于穩(wěn)定氧氣、養(yǎng)分物質(zhì)、pH②顛倒前的B層和顛倒后的A(或不翻動(dòng)，或下)③種間競(jìng)爭(zhēng)(競(jìng)爭(zhēng))8．(不定項(xiàng))某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的發(fā)酵裝置，下列有關(guān)敘述正確的是()A．該裝置可阻擋空氣進(jìn)入，用于果酒發(fā)酵B．該裝置便于果酒發(fā)酵中產(chǎn)生的氣體排出C．去除彎管中的水，該裝置可滿意果醋發(fā)酵時(shí)底層發(fā)酵液中大量醋酸菌的呼吸D．去除彎管中的水后，該裝置與巴斯德的鵝頸瓶作用相像ABD[該裝置中注水的彎曲部分可阻擋空氣進(jìn)入，能用于果酒發(fā)酵。果酒發(fā)酵產(chǎn)生的CO2可溶解在彎管的水中，CO2量多時(shí)可進(jìn)一步通過水排出。醋酸菌是好氧菌，因沒有將無菌空氣通入發(fā)酵液中，故去除彎管中的水后也不能滿意底層發(fā)酵液中醋酸菌有氧呼吸的需求。去除彎管中的水后，該裝置的彎管部分既能排出CO2，也能防止空氣中的微生物進(jìn)入，與巴斯德的鵝頸瓶作用類似。]9．利用農(nóng)作物秸稈等纖維質(zhì)原料生產(chǎn)的乙醇，經(jīng)加工可制成燃料乙醇，從而削減了對(duì)石油資源的依靠。下圖為生產(chǎn)燃料乙醇的簡(jiǎn)要流程，據(jù)圖分析，下列敘述錯(cuò)誤的是()A．要得到微生物A，最好選擇富含纖維素的土壤采集土樣B．圖中②過程常用的微生物B是酵母菌C．微生物A和微生物B可利用的碳源相同D．可用纖維素酶制劑代替微生物A起作用C[微生物A所用碳源為纖維素，微生物B所用碳源為纖維素降解物。]10．酵母的蛋白質(zhì)含量可達(dá)自身干重的一半，可作為飼料蛋白的來源。有些酵母可以利用工業(yè)廢甲醇作為碳源進(jìn)行培育，這樣既可削減污染又可降低生產(chǎn)成本。探討人員擬從土壤樣品中分別該類酵母，并進(jìn)行大量培育。下圖所示為操作流程，請(qǐng)回答下列問題：(1)配制培育基時(shí)，依據(jù)培育基配方精確稱量各組分，將其溶解、定容后，調(diào)整培育基的________，剛好對(duì)培育基進(jìn)行分裝，并進(jìn)行________滅菌。(2)取步驟②中不同梯度的稀釋液加入標(biāo)記好的無菌培育皿中，在步驟③中將溫度約________(填“25℃”“50℃”或“80℃”)的培育基倒入培育皿混勻，冷凝后倒置培育。(3)挑取分別平板中長(zhǎng)出的單菌落，按步驟④所示進(jìn)行劃線。下列敘述合理的有________。a．為保證無菌操作，接種針、接種環(huán)運(yùn)用前都必需滅菌b．劃線時(shí)應(yīng)避開劃破培育基表面，以免不能形成正常菌落c．挑取菌落時(shí)，應(yīng)挑取多個(gè)菌落，分別測(cè)定酵母細(xì)胞中甲醇的含量d．可以通過逐步提高培育基中甲醇的濃度，獲得甲醇高耐受菌株(4)步驟⑤中，為使酵母數(shù)量快速增加，培育過程中需保證足夠的養(yǎng)分和________供應(yīng)。為監(jiān)測(cè)酵母的活細(xì)胞密度，將發(fā)酵液稀釋1000倍后，經(jīng)等體積臺(tái)盼藍(lán)染液染色，用25×16型血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)5個(gè)中格中的細(xì)胞數(shù)，理論上________色細(xì)胞的個(gè)數(shù)應(yīng)不少于________，才能達(dá)到每毫升3×109個(gè)活細(xì)胞的預(yù)期密度。[解析](1)配制培育基的操作步驟為稱量→溶化→定容→調(diào)整pH→培育基的分裝→包扎→滅菌，因此微生物的培育基配制好后應(yīng)當(dāng)先調(diào)整pH，再分裝。常見的滅菌方法有干熱滅菌、高壓蒸汽滅菌、灼燒滅菌。培育基相宜用高壓蒸汽滅菌法進(jìn)行滅菌。(2)在步驟③中，待培育基冷卻至50℃左右時(shí)進(jìn)行倒平板。(3)在劃線過程中，接種針、接種環(huán)運(yùn)用前都必需滅菌，以防止雜菌污染，a正確；劃線時(shí)應(yīng)避開劃破培育基表面，否則將不能形成正常菌落，b正確；該試驗(yàn)的目的是獲得利用工業(yè)廢甲醇作為碳源的酵母菌，不須要測(cè)定酵母菌中的甲醇含量，c錯(cuò)誤；培育基中的甲醇濃度越高，此種培育基中得以生存的酵母菌利用甲醇的實(shí)力越強(qiáng)，因此可以通過逐步提高培育基中甲醇的濃度，獲得甲醇高耐受株，d正確。(4)酵母菌通過有氧呼吸大量繁殖，因此為使酵母數(shù)量快速增加，培育過程中需保證足夠的養(yǎng)分和氧氣供應(yīng)；臺(tái)盼藍(lán)是大分子物質(zhì)，不能將活細(xì)胞染色，再依據(jù)25×16型的血球計(jì)數(shù)板：1毫升懸液中待測(cè)標(biāo)本(菌體)總數(shù)＝80小方格內(nèi)菌體數(shù)/80×400×104×稀釋倍數(shù)。而臺(tái)盼藍(lán)與菌液等體積加入，因此要達(dá)到每毫升3×109個(gè)活細(xì)胞的預(yù)期密度，理論上無色細(xì)胞數(shù)應(yīng)當(dāng)不少于(3×109)÷(1000×2×104×400÷80)＝30(個(gè))。[答案](1)pH高壓蒸汽(濕熱)(2)50℃(3)a、b、d(4)氧氣無30對(duì)發(fā)酵工