生物学 选择性必修3生物技术与工程 配人教版 数为(175÷0.1)×1×105=1.75×103（个）。血细胞计数 的一般操作顺序是配制培养基→ ,对 板计数法能将死菌计算在内，而稀释涂布平板法只能计数 培养基进行灭菌的常用方法是 活菌（只有活菌才能在平板上生长），故一般血细胞计数板 (2)下图A、B是微生物培养的两种接种方法，图C、D是培养 计数法要比稀释涂布平板法的结果大。 后的效果。某同学接种培养后获得图C所示效果，则其采用 挑战·创新 的接种方法是[] (①]中填“A”或B"):由图 C所示效果推测接种时可能的失误操作是 回答下列有关微生物培养与应用的问题。 组分 含量 KH2PO, 1.4g NazHPO 2.1g 图A 图B 图C 图D MgSO4·7H20 0.2g (3)微生物强化采油是利用某些微生物能降解石油、增大 石油的乳化度、降低石油黏度的原理，通过向油井中注入 FeCls 0.1g 含微生物的水来提高采油率的新技术。为筛选和纯化该 X 1.0g 类微生物，应向培养基中添加 作为唯一碳 维生素 微量 源：培养一段时间后在培养基上形成降油圈，此时选取降 琼脂 15.0g 油圈 (填“大”或“小”)的菌落就可获得高效菌株。 答案(1)固体碳源和氨源灭菌倒平板高压蒸汽 水 定容至1000mL 灭菌法 (1)上表是筛选异养细菌的培养基配方。从物理性质上 (2)B稀释涂布平板法涂布不均匀 看，该培养基属于 培养基，其中成分X除了为目 (3)石油大 的菌提供能源外，还能提供 制备该培养基 第3节 发酵工程及其应用 素养·目标定位 目标素养 知识概览 发酵工 选育菌种→扩大培养 发 程的基 本环节 配制培养基→灭菌→接种→发酵 1.知道发酵工程的基本环节和发酵罐的构 分离、提纯产物→获得产品 成，培养科学思维能力。 工程 2.了解发酵工程在食品工业、医药工业、农 其应 食品工业 牧业及其他方面的应用，联系生产、生活 实际，培养社会责任意识。 发酵工程 医药工业 的应用 农牧业 其他方面 16
生物学 选择性必修3 生物技术与工程 配人教版 数为(175÷0.1)×1×105=1.75×108(个)。血细胞计数 板计数法能将死菌计算在内,而稀释涂布平板法只能计数 活菌(只有活菌才能在平板上生长),故一般血细胞计数板 计数法要比稀释涂布平板法的结果大。 挑战 创新 回答下列有关微生物培养与应用的问题。 组分 含量 KH2PO4 1.4g Na2HPO4 2.1g MgSO4·7H2O 0.2g FeCl3 0.1g X 1.0g 维生素 微量 琼脂 15.0g 水 定容至1000mL (1)上表是筛选异养细菌的培养基配方。从物理性质上 看,该培养基属于 培养基,其中成分 X除了为目 的菌提供能源外,还能提供 。制备该培养基 的一般操作顺序是配制培养基→ → ,对 培养基进行灭菌的常用方法是 。 (2)下图A、B是微生物培养的两种接种方法,图C、D是培养 后的效果。某同学接种培养后获得图C所示效果,则其采用 的接种方法是[ ] ([ ]中填“A”或“B”);由图 C所示效果推测接种时可能的失误操作是 。 (3)微生物强化采油是利用某些微生物能降解石油、增大 石油的乳化度、降低石油黏度的原理,通过向油井中注入 含微生物的水来提高采油率的新技术。为筛选和纯化该 类微生物,应向培养基中添加 作为唯一碳 源;培养一段时间后在培养基上形成降油圈,此时选取降 油圈 (填“大”或“小”)的菌落就可获得高效菌株。 答案 (1)固体 碳源和氮源 灭菌 倒平板 高压蒸汽 灭菌法 (2)B 稀释涂布平板法 涂布不均匀 (3)石油 大 第3节 发酵工程及其应用 素养·目标定位 目 标 素 养 知 识 概 览 1.知道发酵工程的基本环节和发酵罐的构 成,培养科学思维能力。 2.了解发酵工程在食品工业、医药工业、农 牧业及其他方面的应用,联系生产、生活 实际,培养社会责任意识。 16
第1章 发酵工程 课前·基础认知 一、发酵工程的基本环节 食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长 ①从自然界中筛选出来 食品的保存期。例如，柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得： 由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列 选育菌种 ②通过诱变育种获得 处理就能制成味精。 ③通过基因工程育种获得 (3)生产酶制剂。目前，已有50多种酶制剂成功用于食 扩大培养 品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品 质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。 接种一 灭菌·一配制培养基 3.在医药工业上的应用。 (1)利用发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、激素和 ①随时检测培养液中的微生物数量 免疫调节剂等。 产物浓度等，以了解发酵进程 (2)基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制 发酵罐 ②及时添加必需的营养组分 药领域的发展注入了强劲动力。 内发酵 4.在农牧业上的应用。 ③严格控制温度、pH和溶解氧等发 酵条件 (1)生产微生物肥料。常见的有根瘤菌肥、固氨菌肥等。 (2)生产微生物农药。微生物农药是利用微生物或其代 分离、提纯产物 谢物来防治病虫害的，是生物防治的重要手段。 (3)生产微生物饲料。以淀粉或纤维素的水解液、制糖 获得产品 工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体， ·微判断工 即单细胞蛋白。 1.发酵工程中所用的菌种都是从自然界中筛选出来的。 5.在其他方面的应用。 (1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质，对解 2.发酵工程的中心环节是选育菌种。() 决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。 3.发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭 (2)嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助 菌。() 于提高热敏性产品的产量。 答案1.×2.×3.× (3)发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解 二、发酵工程的应用 决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来 1发酵工程的特点：生产条件温和、原料来源丰富且价 越大的贡献。 格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等。 微判断2 2.在食品工业上的应用。 1.利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。 (1)生产传统的发酵产品。例如，以大豆为主要原料，利 ( 用产生蛋白酶的雾菌，将原料中的蛋白质水解成小分子的肽 2微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌 和氨基酸，然后经淋洗、调制成的酱油产品：以谷物或水果等 体。( 为原料，利用酿酒酵母发酵生产的各种酒类。 答案1.×2./ (2)生产各种各样的食品添加剂。食品添加剂可以增加 课堂 ·重难突破 发酵工程及其应用 中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时 添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发 重难归纳 酵条件。现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制 系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅 1.选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素。 拌、泡沫和营养等进行监测和控制：还可以进行反馈控制，使 (1)原料廉价、生产迅速、目的产物产量高。 发酵全过程处于最佳状态。 (2)易于控制培养条件，酶活性高，发酵周期较短。 3.发酵产物的分离、提纯。 (3)抗杂菌和噬菌体的能力强。 (1)微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和 (4)菌种遗传性能稳定，不易变异和退化，不产生任何有 干燥。 害的生物活性物质和毒素，保证安全生产。 (2)代谢物：根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯 2.发酵过程的控制：在发酵过程中，要随时检测培养液 17
第1章 发酵工程 课前·基础认知 一、发酵工程的基本环节 微判断 1 1.发酵工程中所用的菌种都是从自然界中筛选出来的。 ( ) 2.发酵工程的中心环节是选育菌种。( ) 3.发酵工程中要对培养基进行灭菌,发酵设备不用灭 菌。( ) 答案 1.× 2.× 3.× 二、发酵工程的应用 1.发酵工程的特点:生产条件温和、原料来源丰富且价 格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等。 2.在食品工业上的应用。 (1)生产传统的发酵产品。例如,以大豆为主要原料,利 用产生蛋白酶的霉菌,将原料中的蛋白质水解成小分子的肽 和氨基酸,然后经淋洗、调制成的酱油产品;以谷物或水果等 为原料,利用酿酒酵母发酵生产的各种酒类。 (2)生产各种各样的食品添加剂。食品添加剂可以增加 食品的营养,改善食品的口味、色泽和品质,有时还可以延长 食品的保存期。例如,柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得; 由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸,谷氨酸经过一系列 处理就能制成味精。 (3)生产酶制剂。目前,已有50多种酶制剂成功用于食 品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品 质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。 3.在医药工业上的应用。 (1)利用发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、激素和 免疫调节剂等。 (2)基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制 药领域的发展注入了强劲动力。 4.在农牧业上的应用。 (1)生产微生物肥料。常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。 (2)生产微生物农药。微生物农药是利用微生物或其代 谢物来防治病虫害的,是生物防治的重要手段。 (3)生产微生物饲料。以淀粉或纤维素的水解液、制糖 工业的废液等为原料,通过发酵获得了大量的微生物菌体, 即单细胞蛋白。 5.在其他方面的应用。 (1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质,对解 决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。 (2)嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂,嗜低温菌有助 于提高热敏性产品的产量。 (3)发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域,在助力解 决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上,作出了越来 越大的贡献。 微判断 2 1.利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。 ( ) 2.微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌 体。( ) 答案 1.× 2.√ 课堂·重难突破 发酵工程及其应用 重难归纳 1.选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素。 (1)原料廉价、生产迅速、目的产物产量高。 (2)易于控制培养条件,酶活性高,发酵周期较短。 (3)抗杂菌和噬菌体的能力强。 (4)菌种遗传性能稳定,不易变异和退化,不产生任何有 害的生物活性物质和毒素,保证安全生产。 2.发酵过程的控制:在发酵过程中,要随时检测培养液 中的微生物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。还要及时 添加必需的营养组分,要严格控制温度、pH 和溶解氧等发 酵条件。现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制 系统,能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅 拌、泡沫和营养等进行监测和控制;还可以进行反馈控制,使 发酵全过程处于最佳状态。 3.发酵产物的分离、提纯。 (1)微生物细胞:采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和 干燥。 (2)代谢物:根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯 17
生物学 选择性必修3生物技术与工程 配人教版 化措施。 5啤酒的工业化生产。 4.发酵工程的应用。 (1)发酵过程。 领域 应用 意义 ①主发酵：完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢 物的生成。 发酵工程使这些产品的产 生产传统发酵产品 ②后发酵：在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄 量和质量明显提高 清、成熟的啤酒。 增加食品的营养，改善食品 (2)流程：发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消 生产各种各样的食品 的口味、色泽和品质，延长 毒→终止。 食品 添加剂 食品的保存期 工业 ”情境体塑 啤酒生产中，发酵是重要环节。发酵后期，如果密封不 改进生产工艺，简化生产过 严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？酒精发 生产酶制剂 程，改善产品的品质和口 酵过程中发生“先来水后来酒”又是什么原因？ 味，延长食品储存期，提高 提示酷酸菌是一种好氧细菌，若发酵罐密封不严，酒 产品产量 精就会在酷酸菌的作用下被氧化生成乙醛，最后变为乙酸。 采用基因工程的方法 酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”是因为酵母菌首先进 获得具有某种药物生 行有氧呼吸产生了水，然后进行无氧呼吸才产生酒精。 产能力的微生物：或者 提高产量 直接对菌种进行改造， 典例剖析 大量生产所需要的 下列关于发酵过程的说法，错误的是() 医药 产品 A.培养基灭菌是发酵生产中一个很重要的环节 工业 未来甚至还可能用微 B.随时检测影响发酵过程的各种环境条件，并予以控 改变只能通过植物生产的 生物生产紫杉醇、青蒿 制，才能保证发酵的正常进行 生产途径 素前体等化合物 C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量 与转速等发酵条件，否则会影响菌种代谢产物的形成 利用基因工程生产 满足人们预防某些疾病的 D.发酵产品的分离方法是相同的 疫苗 需要 答案D 解析不同的发酵产品的分离方法可能不同。 增进土壤肥力，改良土壤结 生产微生物肥料 构，促进植株生长 学以致用 是生物防治的重要手段，在 发酵工程的一项关键措施是灭菌。下列关于灭菌的叙 农牧 述，正确的是() 业 生产微生物农药 农业的可持续发展方面发 挥重要作用 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微生物 使家畜、家禽增重快，产奶 C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的 生产微生物饲料 或产蛋量提高，提高动物的 D.调节pH为7左右灭菌效果最好 免疫力 答案A 生产乙烯、酒精等能源 对解决资源短缺与环境污 解析灭菌就是杀灭所有微生物，以排除对生产、实验 其他 物质 染问题具有重要意义 的千扰，关键是要对培养基和发酵设备进行灭菌，A项正确， 方面 B项错误。为防止杂菌污染，通入的空气也要是无菌的，但 极端微生物的应用 不是通入无菌空气就可以达到灭菌的效果的，C项错误。灭 菌效采与pH无直接关系，D项错误。 随堂训练 1.下列关于发酵工程的说法，错误的是() 答案B A.依赖微生物纯培养技术的建立 解析发酵设备是密闭的，不是密封的。 B.发酵设备都是密封的 2.下列关于发酵工程菌种的说法，错误的是()》 C.食品、医药工业离不开发酵工程 A,发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来 D.发酵工程与工农业生产也有密切关系 B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种 18
生物学 选择性必修3 生物技术与工程 配人教版 化措施。 4.发酵工程的应用。 领域 应用 意义 食品 工业 生产传统发酵产品 发酵工程使这些产品的产 量和质量明显提高 生产各种各样的食品 添加剂 增加食品的营养,改善食品 的口味、色泽和品质,延长 食品的保存期 生产酶制剂 改进生产工艺,简化生产过 程,改 善 产 品 的 品 质 和 口 味,延长食品储存期,提高 产品产量 医药 工业 采用基因工程的方法 获得具有某种药物生 产能力的微生物;或者 直接对菌种进行改造, 大 量 生 产 所 需 要 的 产品 提高产量 未来甚至还可能用微 生物生产紫杉醇、青蒿 素前体等化合物 改变只能通过植物生产的 生产途径 利 用 基 因 工 程 生 产 疫苗 满足人们预防某些疾病的 需要 农牧 业 生产微生物肥料 增进土壤肥力,改良土壤结 构,促进植株生长 生产微生物农药 是生物防治的重要手段,在 农业的可持续发展方面发 挥重要作用 生产微生物饲料 使家畜、家禽增重快,产奶 或产蛋量提高,提高动物的 免疫力 其他 方面 生产乙烯、酒精等能源 物质 对解决资源短缺与环境污 染问题具有重要意义 极端微生物的应用 — 5.啤酒的工业化生产。 (1)发酵过程。 ①主发酵:完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢 物的生成。 ②后发酵:在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄 清、成熟的啤酒。 (2)流程:发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消 毒→终止。 啤酒生产中,发酵是重要环节。发酵后期,如果密封不 严,会使啤酒变酸,你知道这是发生了什么变化吗? 酒精发 酵过程中发生“先来水后来酒”又是什么原因? 提示 醋酸菌是一种好氧细菌,若发酵罐密封不严,酒 精就会在醋酸菌的作用下被氧化生成乙醛,最后变为乙酸。 酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”是因为酵母菌首先进 行有氧呼吸产生了水,然后进行无氧呼吸才产生酒精。 典例剖析 下列关于发酵过程的说法,错误的是( ) A.培养基灭菌是发酵生产中一个很重要的环节 B.随时检测影响发酵过程的各种环境条件,并予以控 制,才能保证发酵的正常进行 C.在发酵过程中,要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量 与转速等发酵条件,否则会影响菌种代谢产物的形成 D.发酵产品的分离方法是相同的 答案 D 解析 不同的发酵产品的分离方法可能不同。 学以致用 发酵工程的一项关键措施是灭菌。下列关于灭菌的叙 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微生物 C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的 D.调节pH 为7左右灭菌效果最好 答案 A 解析 灭菌就是杀灭所有微生物,以排除对生产、实验 的干扰,关键是要对培养基和发酵设备进行灭菌,A项正确, B项错误。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效果的,C项错误。灭 菌效果与pH 无直接关系,D项错误。 随堂训练 1.下列关于发酵工程的说法,错误的是( ) A.依赖微生物纯培养技术的建立 B.发酵设备都是密封的 C.食品、医药工业离不开发酵工程 D.发酵工程与工农业生产也有密切关系 答案 B 解析 发酵设备是密闭的,不是密封的。 2.下列关于发酵工程菌种的说法,错误的是( ) A.发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来 B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种 18
第1章 发酵工程 C.发酵工程的菌种可以来自基因工程 解析焙烤发芽的大麦种子时杀死种子胚，但不能使淀粉 D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种 酶丧失活性。 答案B 6.发酵工程在工业生产上得到了广泛应用，其生产流程如下 解析传统发酵技术利用的是原材料中的菌种，发酵工程 图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关 利用的是经过筛选或培育的菌种。 问题。 3.下列不属于发酵工程产品的是( 基因 A青霉素 B.柠檬酸 工程 C.除草剂 D.a-淀粉酶 从自然 界中分 生产用扩大 答案C 离菌种 菌种 培养 4.下列关于发酵工程应用的叙述，错误的是( 接种 ① A.利用酵母菌生产各种酒类 发酵罐2赖氨酸 或谷氨酸 B.利用白僵菌生产酱油和柠檬酸 灭菌 C.利用根瘤菌生产微生物肥料 原料→培养基配制 D.利用酵母菌生产乙型肝炎疫苗 (1)图中①采用的方法是 答案B (2)发酵工程的中心环节是 。在发酵过程 解析普油和柠檬酸是利用黑曲霉菌生产的。 中，要随时检测培养液中的微生物数量 等。 5.下列关于啤酒的生产流程的叙述，错误的是( (3)在赖氨酸或谷氨酸的发酵过程中，常需增加通氧量，由 A让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶 此判断赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为 细菌。 B.焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丧失活性 (4)当发酵生产的产品是代谢物时，可根据 C.糖化的目的是让淀粉分解 采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 D.蒸煮时终止了酶的进一步作用，并对糖浆灭菌 答案(1)诱变育种(2)发酵罐内发酵产物浓度 答案B (3)好氧(4)产物的性质 课后·训练提升 基础·巩固 C.主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸 D.后发酵阶段是在低温、密闭的环境下进行的 1.下列关于发酵工程应用的说法，错误的是( 答案C A.发酵工程产品可以是微生物的代谢产物 解析在啤酒生产的主发酵阶段，酵母菌主要进行无氧 B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶 呼吸。 C,通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 4.用发酵工程生产的产品，如果是菌体，则进行分离提纯时 D.发酵工程产品可以是微生物的菌体 可采用的方法是( 答案C A.蒸馏、过滤 解析单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工 B.过滤、沉淀 业的废液等为原料，通过发酵获得的微生物菌体。 C.萃取、离心 2.利用酵母菌酿酒时，从开始便持续向发酵罐内通入无菌空 D.沉淀、萃取 气，结果是() 答案B A酵母菌大量死亡，酒精减产 5.下列产品不属于微生物代谢产物的是( B.酵母菌数量不变，酒精产量不变 A.味精 C.酵母菌数量增多，酒精减产 B.啤酒 D.酵母菌数量增多，不产生酒精 C,豆浆 答案D D.工程菌生产的生长激素 解析酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸产生的能量多、繁 答案C 殖快，无氧呼吸产生酒精。如果从开始便持续通入无菌空 6.某种老醋生产工艺流程如下图所示。请回答下列问题。 气，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，不产生酒精。 酒精 乙酸 处 3.啤酒是发酵工程的主要产品。下列关于啤酒发酵的说法， 淀粉类糖化 葡萄糖 发脖 成熟发酵成熟 成 错误的是() 原料 酒醅 醋醅 A.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的 B.酵母菌的大量繁殖在主发酵阶段完成 (1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为 19
第1章 发酵工程 C.发酵工程的菌种可以来自基因工程 D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种 答案 B 解析 传统发酵技术利用的是原材料中的菌种,发酵工程 利用的是经过筛选或培育的菌种。 3.下列不属于发酵工程产品的是( ) A.青霉素 B.柠檬酸 C.除草剂 D.α 淀粉酶 答案 C 4.下列关于发酵工程应用的叙述,错误的是( ) A.利用酵母菌生产各种酒类 B.利用白僵菌生产酱油和柠檬酸 C.利用根瘤菌生产微生物肥料 D.利用酵母菌生产乙型肝炎疫苗 答案 B 解析 酱油和柠檬酸是利用黑曲霉菌生产的。 5.下列关于啤酒的生产流程的叙述,错误的是( ) A.让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶 B.焙烤发芽的大麦种子时,淀粉酶丧失活性 C.糖化的目的是让淀粉分解 D.蒸煮时终止了酶的进一步作用,并对糖浆灭菌 答案 B 解析 焙烤发芽的大麦种子时杀死种子胚,但不能使淀粉 酶丧失活性。 6.发酵工程在工业生产上得到了广泛应用,其生产流程如下 图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际,回答相关 问题。 (1)图中①采用的方法是 。 (2)发酵工程的中心环节是 。在发酵过程 中,要随时检测培养液中的微生物数量、 等。 (3)在赖氨酸或谷氨酸的发酵过程中,常需增加通氧量,由 此判断赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为 细菌。 (4)当发酵生产的产品是代谢物时,可根据 采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 答案 (1)诱变育种 (2)发酵罐内发酵 产物浓度 (3)好氧 (4)产物的性质 课后·训练提升 基础 巩固 1.下列关于发酵工程应用的说法,错误的是( ) A.发酵工程产品可以是微生物的代谢产物 B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶 C.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 D.发酵工程产品可以是微生物的菌体 答案 C 解析 单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工 业的废液等为原料,通过发酵获得的微生物菌体。 2.利用酵母菌酿酒时,从开始便持续向发酵罐内通入无菌空 气,结果是( ) A.酵母菌大量死亡,酒精减产 B.酵母菌数量不变,酒精产量不变 C.酵母菌数量增多,酒精减产 D.酵母菌数量增多,不产生酒精 答案 D 解析 酵母菌是兼性厌氧菌,有氧呼吸产生的能量多、繁 殖快,无氧呼吸产生酒精。如果从开始便持续通入无菌空 气,酵母菌进行有氧呼吸,大量繁殖,不产生酒精。 3.啤酒是发酵工程的主要产品。下列关于啤酒发酵的说法, 错误的是( ) A.啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的 B.酵母菌的大量繁殖在主发酵阶段完成 C.主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸 D.后发酵阶段是在低温、密闭的环境下进行的 答案 C 解析 在啤酒生产的主发酵阶段,酵母菌主要进行无氧 呼吸。 4.用发酵工程生产的产品,如果是菌体,则进行分离提纯时 可采用的方法是( ) A.蒸馏、过滤 B.过滤、沉淀 C.萃取、离心 D.沉淀、萃取 答案 B 5.下列产品不属于微生物代谢产物的是( ) A.味精 B.啤酒 C.豆浆 D.工程菌生产的生长激素 答案 C 6.某种老醋生产工艺流程如下图所示。请回答下列问题。 (1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度,这是因为 19
生物学 选择性必修3 生物技术与工程 配人教版 (2)在酒精发酵阶段需添加酵母菌。在操作过程中，发酵 气体出口培养基入日 气体人口 罐先通气，后密闭。通气能提高 的数 量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。 (3)在乙酸发酵阶段，该种老醋采用独特的分层固体发酵 法，发酵30d。工艺如下。 发 每天只翻 A、B层 每天只翻 酵A层 动A层 A层颠倒 B层动B层 B层 A改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响 伍B层 发酵15dB层第15天 A层 发酵15dA层 B.果酒发酵中期通入氨气，酵母菌的呼吸类型将从有氧 成熟酒醅 酷醅 醋醅 成熟醋醅 呼吸转变为无氧呼吸 C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关 ①发酵过程中，定期取样测定醋酸菌密度变化，趋势如下 D.气体入口与气体出口可以交换使用 图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸菌在颠倒后密度 答案D 变化的特点是 ,由此推测， 影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是 解析由题图可知，若通入氧气，可研究有氧呼吸对发酵 的影响：若不通入气体或通入氨气，可研究无氧呼吸对发 酵的影响，A项正确。发酵中期装置中的氧气被消耗完， 型1 第15天 通入氨气，由于酵母菌无法利用氨气，其呼吸类型由有氧 B层 呼吸转为无氧呼吸，B项正确。温度通过影响相关酶的活 A层 性来影响酵母菌细胞的呼吸速率，C项正确。气体入口需 通入液面以下，气体出口霄在液面以上，故两者不能交换 使用，D项错误。 051015202530时间/d 2.在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒。下列 ②乳酸含量高是该种老醋风味独特的重要成因。发酵过 说法正确的是( 程中，发酵缸中 层的 A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解 醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。 B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖 ③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后 C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境 期营养物质消耗等环境因素的改变，加剧了不同种类乳酸 D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动 菌的 ,淘汰了部分乳酸菌种类。 答案B 答案(1)在最适温度条件下催化能力最强 解析葡萄糖在酵母菌的细胞质基质中被分解，线粒体不 (2)酵母菌 能分解葡萄糖，A项错误。有氧条件下，酵母菌可快速繁 (3)先快速增长后趋于稳定氧气、营养物质、pH 殖，故酿酒时需先让酵母菌在有氧条件下大量繁殖，然后 颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动，或下)种间竞争 再进行无氧发酵产生酒精，B项正确。发酵后期由于C02 (或竞争) 和其他代谢物溶解于发酵液中，酵母菌将处于酸性环境， 解析(1)酶的催化需要适宜的温度，在最适温度条件下 C项错误。发酵产物（如酒精）会抑制酵母菌的生长，D项 酶的催化能力最强，所以在糖化阶段添加酶制剂需要控制 错误。 反应温度。 3.近年来，微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生 (2)酵母菌是兼性厌氧微生物，发酵初期发酵罐先通 产上得到广泛使用。下列关于微生物肥料、微生物农药和 气是为了让酵母菌大量繁殖，增加酵母菌的数量。 微生物饲料的说法，错误的是() (3)①从题图中可以看出与颠倒前相比，B层醋酸菌 A.微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活 的密度变化是先快速增长后趋于稳定。酷酸菌是好氧细 性物质等来增进土壤肥力的 菌，颜倒后B层醋酸菌有充足的氧气、养料（发酵产生的 B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的 乳酸)及适宜的H,所以其密度迅速增大。②乳酸菌是 C.微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白 厌氧细菌，所以发酵过程中，发酵缸中颠倒前的B层和颠 菌体制成的 倒后的A层醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。③不同 D.三者利用的都是微生物的代谢物 的乳酸菌之间竞争养料和空间，所以它们之间是竞争 答案D 关系。 解析微生物饲料利用的是微生物菌体，而不是微生物的 代谢物。 拓展·提高 4.下面图1为谷氨酸发酵装置示意图，图2为谷氨酸产生机 1.下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙 理图。据图分析，下列有关谷氨酸发酵的叙述，正确的是 述错误的是() () 20
生物学 选择性必修3 生物技术与工程 配人教版 酶 。 (2)在酒精发酵阶段需添加酵母菌。在操作过程中,发酵 罐先通气,后密闭。通气能提高 的数 量,有利于密闭时获得更多的酒精产物。 (3)在乙酸发酵阶段,该种老醋采用独特的分层固体发酵 法,发酵30d。工艺如下。 ①发酵过程中,定期取样测定醋酸菌密度变化,趋势如下 图。据图分析,与颠倒前相比,B层醋酸菌在颠倒后密度 变化的特点是 ,由此推测, 影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是 。 ②乳酸含量高是该种老醋风味独特的重要成因。发酵过 程中,发酵缸中 层的 醋醅有利于乳酸菌繁殖,积累乳酸。 ③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少,主要原因是发酵后 期营养物质消耗等环境因素的改变,加剧了不同种类乳酸 菌的 ,淘汰了部分乳酸菌种类。 答案 (1)在最适温度条件下催化能力最强 (2)酵母菌 (3)先快速增长后趋于稳定 氧气、营养物质、pH 颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动,或下) 种间竞争 (或竞争) 解析 (1)酶的催化需要适宜的温度,在最适温度条件下 酶的催化能力最强,所以在糖化阶段添加酶制剂需要控制 反应温度。 (2)酵母菌是兼性厌氧微生物,发酵初期发酵罐先通 气是为了让酵母菌大量繁殖,增加酵母菌的数量。 (3)①从题图中可以看出与颠倒前相比,B层醋酸菌 的密度变化是先快速增长后趋于稳定。醋酸菌是好氧细 菌,颠倒后 B层醋酸菌有充足的氧气、养料(发酵产生的 乳酸)及适宜的pH,所以其密度迅速增大。②乳酸菌是 厌氧细菌,所以发酵过程中,发酵缸中颠倒前的B层和颠 倒后的 A 层醋醅有利于乳酸菌繁殖,积累乳酸。③不同 的乳酸菌之间竞争养料和空间,所以它们之间是竞争 关系。 拓展 提高 1.下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。下列相关叙 述错误的是( ) A.改变通入气体种类,可以研究呼吸作用类型对发酵的影响 B.果酒发酵中期通入氮气,酵母菌的呼吸类型将从有氧 呼吸转变为无氧呼吸 C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关 D.气体入口与气体出口可以交换使用 答案 D 解析 由题图可知,若通入氧气,可研究有氧呼吸对发酵 的影响;若不通入气体或通入氮气,可研究无氧呼吸对发 酵的影响,A项正确。发酵中期装置中的氧气被消耗完, 通入氮气,由于酵母菌无法利用氮气,其呼吸类型由有氧 呼吸转为无氧呼吸,B项正确。温度通过影响相关酶的活 性来影响酵母菌细胞的呼吸速率,C项正确。气体入口需 通入液面以下,气体出口需在液面以上,故两者不能交换 使用,D项错误。 2.在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒。下列 说法正确的是( ) A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解 B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖 C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境 D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动 答案 B 解析 葡萄糖在酵母菌的细胞质基质中被分解,线粒体不 能分解葡萄糖,A项错误。有氧条件下,酵母菌可快速繁 殖,故酿酒时需先让酵母菌在有氧条件下大量繁殖,然后 再进行无氧发酵产生酒精,B项正确。发酵后期由于CO2 和其他代谢物溶解于发酵液中,酵母菌将处于酸性环境, C项错误。发酵产物(如酒精)会抑制酵母菌的生长,D项 错误。 3.近年来,微生物肥料、微生物农药和微生物饲料在农业生 产上得到广泛使用。下列关于微生物肥料、微生物农药和 微生物饲料的说法,错误的是( ) A.微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活 性物质等来增进土壤肥力的 B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的 C.微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白 菌体制成的 D.三者利用的都是微生物的代谢物 答案 D 解析 微生物饲料利用的是微生物菌体,而不是微生物的 代谢物。 4.下面图1为谷氨酸发酵装置示意图,图2为谷氨酸产生机 理图。据图分析,下列有关谷氨酸发酵的叙述,正确的是 ( ) 20