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2020-2021学年高中生物 第1章 发酵工程 阶段复习课学案 新人教版选择性必修3

2020-2021学年高中生物 第1章 发酵工程 阶段复习课学案 新人教版选择性必修3

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姓名：

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第1章 发酵工程
知识整合·思维脉图

主题归纳·能力培优
主题一　传统发酵食品的制作
　典题示范
(2020·潍坊高二检测)下列关于果酒、果醋和泡菜制作的叙述,正确的是 (　　)
A.制作果酒时,反复冲洗葡萄以避免杂菌污染
B.控制好温度和酸碱度既有利于目的菌的繁殖,又可抑制杂菌的生长
C.制作果醋和泡菜的主要微生物是原核生物,呼吸类型完全相同
D.发酵过程中所有材料都需要进行严格的灭菌处理,以免杂菌污染
【解析】选B。在果酒制作过程中,不能反复冲洗葡萄,以免葡萄皮上的酵母菌丢失,A错误;控制好温度和酸碱度给目的菌创造适宜的环境条件,既有利于目的菌的繁殖,又可抑制杂菌的生长,B正确;制作果醋和泡菜的主要微生物分别是醋酸菌、乳酸菌,它们都是原核生物,但呼吸类型不同,醋酸菌是好氧菌,乳酸菌是厌氧菌,C错误;传统发酵的操作过程中进行消毒处理,但没有进行灭菌处理,D错误。
【答题关键】果酒、果醋和泡菜的制作比较:
项目
果酒制作
果醋制作
泡菜制作
菌种
酵母菌
(真核生物)
醋酸菌
(原核生物)
乳酸菌
(原核生物)
代谢
类型
异养兼
性厌氧型
异养
需氧型
异养
厌氧型
原理
酵母菌在无氧条件下将葡萄糖转化成乙醇
醋酸菌在O2、糖源充足时,将葡萄糖分解成醋酸;在缺少糖源时将乙醇氧化为醋酸
乳酸菌在无氧条件下将葡萄糖转化为乳酸
发酵
条件
前期需氧,后期无氧,温度18～30 ℃
一直需氧,温度30～35 ℃
无氧,室温
共同点
①天然的发酵,利用了微生物新陈代谢过程中代谢产物的作用,或直接获取代谢产物;
②制作过程中都要注意防止杂菌污染
　类题精练
1.某研究性学习小组进行果酒、果醋发酵实验,下列相关叙述正确的是 (　　)
A.先供氧进行果醋发酵,然后隔绝空气进行果酒发酵
B.果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵
C.适当加大接种量可以提高发酵速率,抑制杂菌繁殖
D.与人工接种的发酵相比,自然发酵获得的产品品质更好
【解析】选C。醋酸菌在有氧的条件下可把酒精转化为醋酸,应先隔绝空气进行果酒发酵,然后供氧进行果醋发酵,A项错误;果酒发酵所需的最适温度为18～30 ℃,果醋发酵所需的最适温度为30～35 ℃,B项错误;适当加大接种量可以使目的菌种快速繁殖,提高发酵速率,抑制杂菌繁殖,C项正确;与人工接种的发酵相比,自然发酵获得的产品杂质较多,品质较差,D项错误。
2.(2020·临沂高二检测)中国酿酒最初起源于夏初或夏朝以前,距今已有4 000多年的历史。黄酒属于酿造酒,在世界三大酿造酒(黄酒、葡萄酒和啤酒)中占有重要的一席。关于王致和制作腐乳方法的传说故事,我们已耳熟能详。我国最早对泡菜的文字记载距今已有3 100多年,《诗经》的《小雅·信南山》中就有“中田有庐,疆埸有瓜。是剥是菹,献之皇祖”的诗句,其中的“菹”是泡菜的古称。请回答下列问题:
(1)酿酒用的酵母菌与醋酸菌在细胞结构上最主要的区别是______________。当______________时,醋酸菌将葡萄糖直接分解成醋酸。黄酒的酒精度数一般为15度左右,酒精度数无法继续提高的原因可能是________________________
________________________________________。 
(2)在腐乳制作中,有多种微生物参与了豆腐的发酵,其中起主要作用的是______________,它产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成____________
____________________。 
(3)在泡菜制作中起主要作用的微生物是乳酸菌。实验室对菌种进行纯化时,最常采用的接种方法有________________________________________。 
(4)某同学尝试制作泡菜,为避免杂菌污染,他向泡菜坛中加入了青霉素,结果乳酸菌发酵失败,原因可能是____________________。 
【解析】(1)酿酒主要的微生物是酵母菌,是真核生物,属于异养兼性厌氧型。醋酸菌是原核生物,酵母菌与醋酸菌在细胞结构上最主要的区别是酵母菌有以核膜为界限的细胞核。醋酸菌是一种好氧细菌,只有在氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄糖分解成醋酸。酒精浓度升高导致酵母菌活性下降,酒精度数一般为15度左右,再高酵母菌就会死亡。
(2)参与豆腐发酵的微生物有酵母、曲霉和毛霉等多种,其中起主要作用的是毛霉。毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸;脂肪酶可将脂肪分解成甘油和脂肪酸。
(3)接种和纯化微生物常用平板划线法和稀释涂布平板法。
(4)青霉素能够抑制乳酸菌的生长,因此向泡菜坛中加入青霉素会导致乳酸菌发酵失败。
答案:(1)酵母菌有以核膜为界限的细胞核　 氧气、糖源都充足　酒精浓度升高导致酵母菌活性下降
(2)毛霉　小分子肽和氨基酸
(3)平板划线法和稀释涂布平板法
(4)青霉素能够抑制乳酸菌的生长
主题二　无菌技术和微生物的分离与培养
　典题示范
　(2020·天津高二检测)苯酚是工业生产排放的有毒污染物质,自然界中存在着降解苯酚的微生物。某工厂产生的废水中含有苯酚,为了降解废水中的苯酚,研究人员从土壤中筛选获得只能利用苯酚的细菌菌株,筛选的主要步骤如图所示,①为土壤样品。下列相关叙述错误的是 (　　)

A.图示②中不同浓度碳源的培养基不会影响细菌的数量
B.图示②培养目的菌株的选择培养基中应加入苯酚作为碳源
C.若图中④为对照实验,则其中不应加入苯酚作为碳源
D.使用平板划线法可以在⑥上获得单菌落
【解析】选A。②中不同浓度的碳源的培养基会影响细菌的数量,A错误;②中的选择培养基中应加入苯酚作碳源,以增大降解苯酚细菌的浓度,B正确;④与⑤的培养基的主要区别在于④的培养基不加入苯酚作碳源,⑤的培养基加入苯酚作碳源,C正确;分离单菌落可以使用稀释涂布平板法和平板划线法,故使用平板划线法可以在⑥上获得单菌落,D正确。
【答题关键】
(1)微生物培养的过程:

(2)无菌技术:主要包括消毒和灭菌。
①常用消毒方法:煮沸消毒法、巴氏消毒法。
②常用灭菌方法:灼烧灭菌——接种环、接种针等金属器具;干热灭菌——主要针对玻璃器皿等;高压蒸汽灭菌——主要针对培养基等。
　类题精练
1.某科研人员利用郫县豆瓣酱为材料筛选高产蛋白酶的霉菌,下列利用平板划线法筛选该菌株的做法正确的是 (　　)
A.在每次划线前后都灼烧接种环的目的是防止杂菌污染
B.接种霉菌后的培养基必须采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌
C.筛选用的固体选择培养基中必须加入一定量的蛋白质
D.对筛选的菌株计数时选择菌落数为30～300的平板进行计数
【解析】选C。初次划线灼烧的目的是防止杂菌污染,划线后灼烧的目的是杀死上次划线结束后残留在接种环上的菌种,使下一个区域的菌种只来自上一个区域的末尾,最后一次灼烧的目的是防止菌体污染环境,A错误;接种霉菌之前,培养基需要用高压蒸汽灭菌法灭菌,B错误;产蛋白酶的霉菌利用的底物是蛋白质,因此,培养基中需加入一定量的蛋白质,C正确;平板划线法不能对菌落进行计数,D错误。
2.(2019·全国卷Ⅱ)物质W是一种含氮有机物,会污染土壤。W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌(目标菌)。回答下列问题。
(1)要从土壤中分离目标菌,所用选择培养基中的氮源应该是______________。 

(2)在从土壤中分离目标菌的过程中,发现培养基上甲、乙两种细菌都能生长并形成菌落(如图所示)。如果要得到目标菌,应该选择______菌落进一步纯化,选择的依据是______________________________________。 
(3)土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,请简要写出实验思路、预期结果和结论,即____________________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)该小组将人工合成的一段DNA转入大肠杆菌,使大肠杆菌产生能降解W的酶(酶E)。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异,该小组拟进行如下实验,请完善相关内容。
①在含有一定浓度W的固体培养基上,A处滴加含有酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液,C处滴加______________,三处滴加量相同。 
②一段时间后,测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈,说明______________;若A、B处形成的透明圈直径大小相近,说明__________________________。 
【解析】本题考查营养条件对微生物培养的影响、筛选目标菌的方法等。
(1)要筛选出能降解W的目标菌,应用W为唯一氮源的选择培养基进行选择。
(2)培养基上甲、乙两种菌都能生长,但只有乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解W,所以要得到目标菌,应选择乙菌落进一步纯化。
(3)要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,应将甲、乙菌分别培养在无氮源培养基上,看细菌能否生长,能生长的细菌能利用空气中的氮气作为氮源。
(4)①为比较酶E与天然酶降解W能力的差异,应遵循等量原则和单一变量原则科学设计实验,A处滴加含有酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液,C处滴加缓冲液,三处滴加量相同。
②一段时间后可以通过透明圈的有无和直径的大小判断W被降解的程度。C处不出现透明圈,说明缓冲液不能降解W; A、B处形成的透明圈直径大小相近,说明酶E与天然酶降解W的能力相近。
答案:(1)W
(2)乙　乙菌落周围出现透明圈,说明乙菌能降解W
(3)将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上,若细菌能生长,则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源
(4)①缓冲液　②缓冲液不能降解W　酶E与天然酶降解W的能力相近
主题三　传统发酵技术、微生物培养技术与发酵工程
　典题示范
　下列关于发酵工程叙述正确的是 (　　)
A.发酵工程通过现代工程技术和微生物的特定功能,可以生产抗生素、维生素、酶制剂、激素等多种蛋白质产品
B.发酵工程中菌种的获得离不开微生物的纯培养技术
C.发酵工程的一项关键措施是灭菌,对培养基和发酵设备均要严格灭菌,通入无菌空气也可达到灭菌的目的
D.酒精发酵是需氧发酵,乳酸发酵是厌氧发酵
【解析】选B。发酵工程通过现代工程技术和微生物的特定功能,规模化生产对人类有用的产品。可以生产抗生素、维生素、酶制剂、激素等多种产品,但是这些物质不都是蛋白质,A错误;发酵工程中菌种大多是单一菌种,需要微生物的纯培养技术才能进行菌种的分离和纯化,B正确;发酵工程的关键措施是灭菌,对培养基和发酵设备要严格灭菌,但是通入无菌空气没有灭菌作用,C错误;酒精发酵阶段是厌氧发酵,乳酸发酵也是厌氧发酵,都是利用无氧呼吸原理,D错误。
【答题关键】
(1)发酵工程的形成:

(2)发酵工程的概念: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。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
(3)发酵工程的应用:
①生产传统的发酵产品、食品添加剂和酶制剂。
②生产抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂和疫苗等。
③生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等。
　类题精练
　图1为某同学设计的用于制作果酒和果醋的发酵装置。图2为某工厂生产杨梅酒和杨梅醋的生产工艺流程图。请据图回答:

(1)图示发酵过程中所需的酵母菌是从自然界中分离出来的,要得到较纯的酵母菌菌种,应配制______________培养基(按培养基的功能分)。 
(2)用图1装置制作果酒过程中,因某一步骤操作失误导致发酵瓶瓶塞被冲开,该操作失误是______________________________________________________。该装置有一处需要改进,是____________________________________。 
(3)图2中甲罐顶上的弯管中加水的主要目的是_________________________
__________________________________________。发酵过程中,要随时检测杨梅汁中的__________________和____________________等。发酵一定时间后,观察到发酵罐内液面不再有______________产生,说明发酵基本完毕。 
(4)在制备杨梅醋过程中,乙罐内先填充经____________处理的木材刨花,然后加入含____________菌的培养液,使该菌附着在刨花上,再让甲罐中发酵完毕的杨梅酒流入乙罐进行杨梅醋发酵。 
【解析】(1)分离得到较纯的菌种用的培养基是选择培养基。
(2)在用图1装置制作果酒的过程中,因操作失误导致发酵瓶瓶塞被冲开,该操作失误是未及时排气,瓶中气压增大导致的。该装置的排气管容易使外界空气进入,可把排气管改成长而弯曲的胶管,防止空气中的微生物污染发酵液。
(3)图2中甲罐顶上的弯管中加水的主要目的是防止空气中的微生物污染。发酵过程中,要随时检测发酵液中的微生物数量和产物浓度等,以了解发酵进程。发酵一定时间后,观察到发酵罐内液面不再有气泡产生,说明发酵基本完毕。
(4)在制备杨梅醋过程中,乙罐内先填充经灭菌处理的木材刨花,然后加入含醋酸菌的培养液,使该菌附着在刨花上,再让甲罐中发酵完毕的杨梅酒流入乙罐进行杨梅醋发酵。
答案:(1)选择　 (2)未及时排气　排气管改用长而弯曲的胶管　(3)防止空气中的微生物污染　 酵母菌(微生物)数量　 酒精(产物)浓度　 气泡　(4)灭菌　 醋酸