1、第第 3 3 节节 发酵工程及其应用发酵工程及其应用 知识点 1 发酵工程的基本环节 1.(2020 河南高二月考)严格控制发酵条件是保证发酵正常进行的关键，直接关系到是否能得到质量高，产量多的理想产物，通常所指的发酵条件不包括( ) A.温度控制 B.溶氧控制 C.pH 控制 D.酶的控制 解析 微生物的生活需要适宜的温度和 pH， 溶氧量的多少直接影响到发酵产物的生成， 都需要加以控制， 酶由微生物细胞产生， 对微生物细胞的代谢有催化作用，通常不需要加以控制。 答案 D 2.(2020 南阳市五中高二期末)发酵工程由一系列工艺环节构成，下列不属于发酵罐内发酵这一环节的是( ) A.随时检测
2、培养液中的微生物数量、产物浓度等 B.及时添加必需的营养组分 C.严格控制温度、pH 和溶解氧等发酵条件 D.对选育的菌种进行扩大培养 解析 对选育的菌种进行扩大培养，属于接种前的技术环节，不属于发酵罐内发酵这一环节。 答案 D 3.(2020 长安区一中高二月考)下列关于发酵工程的说法中，不正确的是( ) A.在菌种选育过程中，可以利用诱变育种和基因工程等手段 B.虽然青霉素是抗生素，但在青霉素生产过程中仍然需要严格灭菌 C.在谷氨酸发酵过程中，pH 呈酸性时产生乳酸或琥珀酸，pH 呈碱性时产生谷氨酸 D.发酵工程的产品可以采用过滤、沉淀等方法提取 解析 谷氨酸的发酵生产中，在中性和弱碱性条
3、件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和 N乙酰谷氨酰胺。 答案 C 4.(2019 北京市八一中学高二期中)沼气发酵是指人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程。下列有关叙述不正确的是( ) A.有足够数量含优良沼气菌种的接种物有利于启动沼气发酵 B.为防止发酵产热导致池温过高，应定期打开池盖进行散热 C.发酵原料不仅要充足，而且需要适当搭配，保持一定的碳、氮比例 D.沼气发酵的依据主要是物质循环与再生原理 解析 让优良沼气菌种快速成为优势种群，有利于沼气发酵的启动，A 正确；沼气菌属于厌氧微生物，不能通过打开池盖进行
4、散热，B 错误；发酵原料相当于沼气菌的培养基，培养基的成分要搭配适当，保持一定的碳、氮比例，C 正确；沼气是在甲烷菌的作用下，把有机物加以分解产生的，利用了物质循环再生原理，实现了能量的多级利用，D 正确。 答案 B 5.(2019 吉林高二期末)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述错误的是( ) A.夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理 B.乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大 C.正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压 D.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵 解析 果酒发酵的适宜温度为 1825 ， 因此夏季生产果酒时， 常需对罐
5、体进行降温处理，A 正确；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不需要通入空气，B 错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C 正确；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵，D 正确。 答案 B 知识点 2 发酵工程的应用 6.(2020 临汾高二质检)下列不属于发酵工程在农牧业方面应用的表现的是( ) A.生产微固氮菌肥 B.生产单细胞白蛋白 C.生产微井冈霉素 D.生产氨基肽酶 解析 生产氨基肽酶是发酵工程在食品工业上的应用。 答案 D 7.(2020临潼高二期末)下列关于啤酒的工厂化生产的叙述，错误的
6、是( ) A.酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都是在主发酵阶段进行的 B.主发酵阶段结束后，发酵液即适合饮用，且含有活菌 C.后发酵阶段要在低温、密闭条件下进行 D.加入的啤酒花能使啤酒产生泡沫和特殊的苦味 解析 主发酵阶段结束后，发酵液还不适合饮用，需要经过一段时间的后发酵，才能形成澄清、成熟的啤酒。 答案 B 8.(2020 菁英中学高二期中)关于利用大麦工厂化生产啤酒中焙烤环节的叙述，错误的是( ) A.焙烤的对象是发芽的大麦种子 B.焙烤的目的是杀死种子的胚 C.焙烤时会导致淀粉酶失活 D.焙烤应在发芽与碾磨环节之间 解析 焙烤是通过加热杀死种子的胚但不使淀粉酶失活。 答案
7、C 9.(2020 北京高二期末)用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液，通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶。下列相关叙述不正确的是( ) A.蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关 B.酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染 C.乳酸菌是异养厌氧菌 D.只有奶粉为乳酸发酵提供氮源 解析 蔗糖是乳酸菌的碳源，乳酸菌分解蔗糖产生乳酸，所以蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关，A 正确；酸奶是乳酸发酵的产物，不会有气体产生，如果发酵时出现明显的气泡，说明肯定有其他的微生物存在，B 正确；乳酸菌是异养厌氧菌，在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸，C 正确；题中所给的玉米胚芽液经过蛋白酶水解后也可以提供氮源，D 错误。 答案 D 1
8、0.(2020 江苏省高二期末)野生型大肠杆菌能够在基本培养基中生长， 突变菌株 A和突变菌株 B 由于不能自己合成某些营养素，而不能在基本培养基上生长。科学工作者利用菌株 A 和菌株 B 进行了如下两个实验。实验一：将菌株 A 和菌株 B混合后，涂布于基本培养基上，结果如图 1；实验二：将菌株 A 和菌株 B 分别置于 U 型管的两端，中间由过滤器隔开。加压力或吸力后，培养液可以自由流通，但细菌细胞不能通过。 经几小时培养后， 将菌液 A、 B 分别涂布于基本培养基上，结果如图 2。下列推测错误的是( ) A.菌株之间可能发生类似有性杂交的现象 B.不同菌株间接触后才可能交换遗传物质 C.菌
9、株 A 和菌株 B 含有相同的突变基因 D.混合培养的菌株不一定都能在基本培养基上生长 解析 根据分析，推测菌株之间可能发生类似有性杂交的现象，A 正确；不同菌株间接触后才可能交换遗传物质，导致产生了变异，B 正确；若菌株 A 和菌株 B含有相同的突变基因， 则两者不可能产生可在基本培养基上生长的菌株， C 错误；据图可知，混合培养液中有可在基本培养基上生长的菌株，但不能说明混合培养的菌株都能在基本培养基上生长，D 正确。 答案 C 11.(2020 新乡市第一中学高二月考)某实验室用两种方法进行酵母菌发酵葡萄糖生产酒精。甲发酵罐中保留一定量的氧气，乙发酵罐中没有氧气，其余条件相同且适宜。实验
10、过程中，每小时测定两发酵罐中氧气和酒精的量，记录数据并绘成坐标曲线图。下列有关叙述正确的是( ) A.实验结束时，消耗葡萄糖较多的是甲发酵罐 B.甲、乙两发酵罐分别在第 4 h 和第 0 h 开始进行无氧呼吸 C.甲、乙两发酵罐实验结果表明，酵母菌为异养厌氧型生物 D.该实验证明向发酵罐中连续通入大量的氧气可以提高酒精的产量 解析 实验结束时，甲发酵罐的酒精产量是 18 mol，故无氧呼吸消耗的葡萄糖为9 mol，有氧呼吸消耗的氧气是 6 mol，则有氧呼吸消耗的葡萄糖是 1 mol，故呼吸共消耗葡萄糖 10 mol；乙发酵罐产生的酒精是 15 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖是7.5 mol，
11、因此实验结束时， 消耗葡萄糖较多是甲发酵罐， A 正确； 分析题图可知，甲发酵罐从第 2 小时开始生成酒精， 因此从第 2 小时开始进行无氧呼吸， B 错误；分析题图可知，酵母菌既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸，为兼性厌氧微生物，C 错误；向发酵罐中连续通入大量的氧气会抑制酵母菌的无氧呼吸，降低酒精的产量，D 错误。 答案 A 12.(2020 南雄中学高二月考)生物柴油是一种可再生清洁能源， 其应用在一定程度上能够减缓人类对化石燃料的消耗。科学家发现，在微生物 M 产生的脂肪酶的作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油(如下图)。 (1)欲分离筛选出能分泌脂肪酶的细菌，应配制以_为唯一碳
12、源的培养基，这种培养基从功能上看属于_培养基。 (2)在微生物培养过程中，灭菌与消毒的主要区别是灭菌能够杀死物体内外_。常用_法对玻璃器皿进行灭菌。 (3)若测得稀释倍数为 106的培养基中的平板上，菌落数的平均值为 254，则每毫升 样 品 中 的 菌 株 数 是 ( 涂 布 平 板 时 所 用 稀 释 液 的 体 积 为0.1 mL)_。 用该方法统计的醋酸菌数目会比活菌的实际值_(填“小”或“大”)，原因是_ _。 (4)在生物柴油生产中所用的脂肪酶，可以通过_工程技术进行工厂化生产。 解析 (1)筛选产脂肪酶的微生物 M 时，应该使用只有目的菌能够生存的，其他微生物不能生存的选择培养基
13、，故培养基中应该添加植物油作为唯一碳源；从功能上看，这种培养基属于选择培养基。 (2)在微生物培养过程中，灭菌和消毒的主要区别是灭菌能够杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子；玻璃器皿常采用的灭菌方法为干热灭菌。 (3)该组同学在稀释倍数为 106的培养基中测得平板上菌落数的平均值为 254，则每毫升样品中的菌株数254106 0.12.54109个；因当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察的是一个菌落，故用该方法统计的醋酸菌数目会比活菌的实际值偏小。 (4)在生物柴油生产中所用的脂肪酶，可以通过发酵工程技术进行工厂化生产。 答案 (1)植物油 选择 (2)所有微生物(包括芽孢和孢子) 干热
14、灭菌 (3)2.54109个 小 当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察的是一个菌落 (4)发酵 13.(2020 山西省大同一中高二月考)(1)人们不会在热泉中发现活着的嗜冷海藻， 而经常可以在冷水环境中分离出嗜热微生物。请根据酶的特性分析产生这种现象的原因_ _ _ _。 (2)淀粉酶可以通过微生物发酵生产。为了提高酶的产量，请你设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株。 写出主要实验思路_ _。 根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预期实验结果_ _ _。 (提示：生产菌株在含有淀粉的固体培养基上，随着生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈。) (3
15、)下图为连续划线法示意图， 在图中_(填图中序号)区域更易获得单菌落。 (4)发酵工程几乎渗透到所有的工农业领域，对极端微生物的研究已成为国际热点。其中嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产_，嗜冷菌有助于提高_性产品的产量。 解析 (1)酶具有催化作用，其实质为蛋白质或 RNA，因此，酶的活性受温度的影响较大，嗜冷海藻体内的酶遇到高温后，酶的分子结构被破坏而失去活性，海藻很快会死亡；而嗜热微生物体内的酶遇到低温环境，酶的活性降低，但酶分子结构没有被破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性，因此嗜热微生物可以生活在冷水中。 (2)主要实验思路：将生产菌株一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理做对照。比较两组菌
16、株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株。 预期实验结果：a.由于诱发突变率低，诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同。b.由于诱发突变不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小。 (3)据图分析可知，图示为平板划线法得到的平板，依据是每次划线的菌种都来自上一次划线的末端，最后一次划线结束时更容易获得单菌落，图中区域更易获得单菌落。 (4)发酵工程几乎渗透到所有的工农业领域，对极端微生物的研究已成为国际热点。其中嗜热菌、 嗜盐菌可以用来生产洗涤剂， 嗜冷菌有助于提高热敏性产品的产量。 答案 (1)海藻体内的酶遇到高温后，酶的分子结构被破坏而失去活性，海藻很快会
17、死亡；而嗜热微生物体内的酶遇到低温环境，酶的活性降低，但酶分子结构没有被破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性 (2)将生产菌株一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理做对照。比较两组菌株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株 由于诱发突变率低，诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同；由于诱发突变不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小 (3) (4)洗涤剂 热敏 14.(2020 江西九江一中高二期末)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)。下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： (
18、1)与酵母菌相比，谷氨酸棒状杆菌在结构上的主要特点是_ _； 谷氨酸发酵的培养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，从物理状态看，该培养基属于_培养基。 (2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用的计数方法有显微镜直接计数法和_， 前者计数的结果比后者计数的结果值更_(填“大”或“小”)，原因是_ _ _。 (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节方式是_。 (4)谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要严格控制发酵液的 pH。在中性和弱碱性条件下会积累_；在酸性条件下则容易形成_和_。 解析 (1)谷氨酸棒状杆
19、菌属于细菌，而酵母菌属于真菌，所以谷氨酸棒状杆菌在结构上的主要特点是无以核膜为界限的细胞核。因谷氨酸发酵的培养基成分有豆饼水解液、玉米浆等，所以从物理状态看，该培养基属于液体培养基。 (2)测定谷氨酸棒状杆菌数目可采用显微镜直接计数法和稀释涂布平板法。由于显微镜直接计数法是死菌和活菌一起计数，而稀释涂布平板法只计数活菌，且可能有多个菌体形成一个菌落，因此显微镜直接计数法的结果比稀释涂布平板法计数的结果大。 (3)据图分析，当谷氨酸棒状杆菌体内若积累了较多的谷氨酸时，会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，导致合成谷氨酸的速率下降，这种对自身代谢速率的调节方式是负反馈调节。 (4)谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要严格控制发酵液的 pH。在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和 N- 乙酰谷氨酰胺。 答案 (1)无以核膜为界限的细胞核 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)负反馈调节 (4)谷氨酸 谷氨酰胺 N- 乙酰谷氨酰胺