第1章　发酵工程\n本章整合\n章末解题•释疑解惑直击高考•真题体验网络构建•素养展示\n网络构建•素养展示\n\n\n章末解题•释疑解惑\n1．解析：(1)答案：筛选出能降解化合物A的细菌　选择(2)答案：低　增多(3)答案：稀释涂布平板　培养液中目的菌的种群数量在开始一段时间范围内，由于营养充分、空间充裕，种群数量类似于“J”形增长，随着营养物质的消耗，种群增长速率逐渐下降，最终会达到K值，继续培养，由于营养物质缺乏、有害代谢物积累、pH改变等，种群数量将会下降。\n(4)答案：将目的菌用于环境保护实践之前，还要对目的菌进行研究，检测其是否会产生对环境有害的代谢物；当使用大量目的菌时会不会使目的菌成为优势菌群，对其他微生物的生存构成威胁，从而打破微生物菌群的平衡等。(5)答案：可以利用基因工程的方法，将能降解化合物A的基因导入受体菌中来实现。但在使用之前要检验其安全性。\n2．解析：(1)答案：①不同意。对一个冰激凌进行检测，没有遵循实验的平行重复原则，实验误差可能会很大。②有必要。若不进行梯度稀释，可能会由于菌体数量过多，两个或多个细菌连在一起当作一个菌落计数，从而使计数结果偏低。③需要设计对照组，需要设计未接种的培养基作为空白对照，来检测培养基灭菌是否彻底。(2)答案：B\n(3)答案：说明冰激凌中除了大肠杆菌外，还有其他细菌等微生物的污染。若以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值偏小，因为当两个或多个细菌连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。(4)答案：如果大肠杆菌含量超标，应该向卫生检疫部门反映，停止售卖该种冰激凌，同时检测是冰激凌生产过程中大肠杆菌污染超标，还是水源中大肠杆菌污染超标。若是前者，冰激凌生产厂家应停止生产，进行设备灭菌等，直到达标；若是后者，应找到水源所在处，进行水源污染治理。\n直击高考•真题体验\n1．(2020·江苏卷)某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是()A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵B\n解析：制作果酒时，应选择新鲜的葡萄略加冲洗后再去除枝梗榨汁，避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会，A项正确。制作果酒过程中会产生二氧化碳气体，因此，玻璃瓶用酒精消毒后装入葡萄汁时不能装满，应该留有1/3的空间，B项错误。酒精发酵过程中会产生二氧化碳，要适时拧松瓶盖放气，C项正确。酒精发酵后再进行醋酸发酵，醋酸发酵需要有氧环境，所以要去除瓶盖，盖一层纱布是为了防止空气中灰尘等的污染，D项正确。\nB\n解析：温度降低后，培养基易凝固，因此倒平板后要及时轻轻晃动，以保持均一性，A项错误。由题图可见，随着划线次数增多，细菌密度减小，Ⅲ区开始出现单菌落，应从Ⅲ区挑取单菌落，B项正确。菌落是由单个微生物细胞或多个同种细胞繁殖到一定程度后形成的，能得到单菌落即可以达到菌种纯化的目的，C项错误。刚果红与纤维素形成红色复合物，菌落周围的纤维素被降解后红色消失，出现透明圈，D项错误。\n3．(2021·全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。\n回答下列问题：(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供______。(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于__________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。蛋白质碳源蛋白酶脂肪酶氨基酸异养好氧\n(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于__________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是________________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是__________________(答出1点即可)。原核生物酒精和二氧化碳酒精、乳酸、食盐\n解析：(1)大豆中含有丰富的蛋白质，可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物且需要氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型微生物，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长，同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。\n4．(2021·广东卷)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖)为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。\n回答下列问题：(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液体培养基中将蔗糖作为__________，并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用__________________的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有__________________________等。(答出两种方法即可)唯一碳源血细胞计数板计数诱变育种、基因工程育种\n(2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统，其培养基盐浓度设为60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60d以上。该系统不需要灭菌的原因是______________________________________________________________________________________________________________。(答出两点即可)盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制\n(3)研究人员在工厂进行扩大培养，在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵，结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中__________________可能是高密度培养的限制因素。(4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA，说明其能分泌__________________________。氧气(O2或溶解氧)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等\n解析：(1)根据题意分析，该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率，结合微生物的代谢需求，其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源。并不断提高其浓度，经多次传代培养(指培养一段时间后，将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用血细胞计数板计数的方法进行菌落计数，评估菌株增殖状况。此外，选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。(2)已知，菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性，因此当培养基盐浓度为60g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60d以上，而盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失水过多而死亡；\npH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制，故该系统不需要灭菌。(3)分析题意，扩大培养时，营养物浓度、温度、pH等条件下适宜，而发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期，并产生了少量乙醇等物质，说明发酵条件中氧气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氧气(O2或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。(4)根据酶的专一性可知，菌株H之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA，是因为其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。\n5．(2021·湖南卷)大熊猫是我国特有的珍稀野生动物，每只成年大熊猫每日进食竹子量可达12～38kg。大熊猫可利用竹子中8%的纤维素和27%的半纤维素。研究人员从大熊猫粪便和土壤中筛选纤维素分解菌。回答下列问题：(1)纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即_________________________。为筛选纤维素分解菌，将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以________为唯一碳源的固体培养基上进行培养，该培养基从功能上分类属于______培养基。C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶纤维素选择\n(2)配制的培养基必须进行灭菌处理，目的是____________________________________________________。检测固体培养基灭菌效果的常用方法是____________________________。(3)简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。为了杀死培养基中的所有微生物(微生物和芽孢、孢子)不接种培养(或空白培养)将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取0.1mL涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数\n(4)为高效降解农业秸秆废弃物，研究人员利用从土壤中筛选获得的3株纤维素分解菌，在37℃条件下进行玉米秸秆降解实验，结果如表所示。在该条件下纤维素酶活力最高的是菌株___，理由是_______________________________________________。菌株秸秆总重(g)秸秆残重(g)秸秆失重(%)纤维素降解率(%)A2.001.5124.5016.14B2.001.5323.5014.92C2.001.4229.0023.32C接种C菌株后秸秆失重最多，纤维素降解率最大\n解析：(1)纤维素酶是一种复合酶，一般认为它至少包括三种组分，即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶，前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。在用纤维素作为唯一碳源的培养基中，纤维素分解菌能够很好地生长，其他微生物则不能生长。为筛选纤维素分解菌，将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以纤维素为唯一碳源的固体培养基上进行培养；培养基从功能上分类可分为选择培养基和鉴别培养基，故该培养基从功能上分类属于选择培养基。(2)配制的培养基常用高压蒸汽灭菌，即将培养基置于压力100kPa、温度121℃条件下维持15～30分钟，目的是为了杀死培养基中的所有微生物(微生物和芽孢、孢子)。\n为检测灭菌效果可对培养基进行空白培养，即将未接种的培养基在适宜条件下培养一段时间，若在适宜条件下培养无菌落出现，说明培养基灭菌彻底，否则说明培养基灭菌不彻底。(3)为测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数，常采用稀释涂布平板法，在适宜的条件下对大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌进行纯化并计数时，对照组应该涂布等量的无菌水。将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取0.1mL涂布到若干个平板(每个稀释度至少涂布三个平板)，对菌落数在30～300的平板进行计数，则可根据公式推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数。(4)测定酶活力时可以用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。由表格可知，在适宜的条件下，C菌株在相同的温度和时间下，秸秆失重最多，纤维素降解率最大，说明该菌株的纤维素分解菌产生的纤维素酶活力最大。