2024届高考生物一轮复习大题专练【配套新教材】（15）发酵工程

这是一份2024届高考生物一轮复习大题专练【配套新教材】（15）发酵工程，共12页。试卷主要包含了家庭制作百香果果酒的过程如下等内容，欢迎下载使用。
1.深海具有高压、黑暗等极端环境特征。我国科考船在南海采集到深海冷泉沉积物，从中分离培养微生物，并对深海微生物耐高压的生存机制进行了研究。
（1）我国科学家利用如图1所示过程分离培养深海微生物。
①研究发现深海沉积物中富含胞外DNA，推测这些DNA可以作为微生物生存所需的______等营养物质，因此在培养基中添加了DNA。
②将Ⅰ得到的菌液与Ⅱ所用的培养基混合注入充满N2的密闭试管中。将试管在冰水混合物中迅速滚动，培养一段时间后可在试管壁的薄层培养基上获得单菌落。与Ⅰ相比，Ⅱ所用培养基中还需要添加的是____。按照对O2的需求划分，所培养的微生物属于____型。
③如图1中Ⅱ，研究人员从____水平对微生物的种类进行了鉴定。
（2）深海微生物能够利用TMA转运蛋白从深海环境吸收TMA，在TMA单加氧酶的作用下合成TMAO。为研究TMAO与微生物耐受高压能力的关系，将构建的3种不同质粒分别导入不耐高压的大肠杆菌，在高压下用含有TMA的培养基培养48h，实验结果如图2所示。
分析实验结果得出的结论合理的有____（选填下列选项）。
A.转入的基因种类对常压下甲组大肠杆菌的生存能力无明显影响
B.细胞中的TMAO降解酶能够增强大肠杆菌耐受高压的能力
C.细胞中的TMA和TMA单加氧酶都会影响大肠杆菌耐受高压的能力
D.细胞中的TMAO含量与大肠杆菌耐受高压能力呈正相关
2.科研人员测定了某河流水样中的细菌含量，并进行细菌的分离及计数等工作来调查水质状况。请回答下列问题：
（1）检测水样中细菌含量的接种方法通常是______法,但在接种前应随机取若干灭菌后的______平板先行培养一段时间，这样做的目的是平板先行培养一段时间，这样做的目的是_____。
（2）科研人员将得到的菌株接种到液体培养基中并混匀，一部分进行静置培养，另一部分进行振荡培养。结果发现，振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。主要原因可能是_____（填序号）。
①振荡培养可抑制杂菌的生长
②振荡培养能提高培养液的溶解氧含量
③为细菌提供足够的CO2，以维持培养液的渗透压
④振荡培养可使菌体与培养液充分接触，提高培养液中营养成分的利用率
（3）在进行样品稀释时，取10g水样，加_____稀释得到101倍稀释液，再从中吸取（操作过程）得到102倍稀释液。以此类推获得105倍稀释液，在该稀释倍数下，取3个平板分别接种样品溶液0.1mL，培养一段时间后，平板上长出的菌落数分别是156、178、191，则每克样品中的细菌数量为_____个。
（4）科研人员进一步研究发现氨基酸（X）是该细菌生长所必需的物质，合成途径如下：
这种细菌的野生型能在含基本营养的培养基上生长，而由该细菌野生型得到的两种突变型（甲、乙）都不能在含基本营养的培养基上生长，且甲、乙都只有一种酶功能丧失；经测定，在含基本营养的培养基上若添加中间产物2，则甲、乙都能生长；若添加中间产物1，则乙能生长，而甲不能生长。突变型甲和乙中功能丧失的酶分别是图中的____。
3.家庭制作百香果果酒的过程如下：将准备好的新鲜百香果从中间切开，用干净的小勺取出果肉，放入已消毒的玻璃容器中，加人适量冰糖，拌匀，倒入米酒后密封容器口，放在适宜温度下让其自然发酵。回答下列问题：
（1）百香果果酒的酿制过程中，倒入米酒的目的是_____加入适量的蔗糖可以提高酒精浓度，原因是_____。但当初始糖度过高时，酒精浓度反而降低，可能是因为_____。
（2）若果汁中含有醋酸菌，在酒精发酵旺盛时，醋酸菌不能将果汁中的葡萄糖发酵为醋酸，原因是_____将百香果果肉装入已消毒的玻璃容器，要留有约1/3的空间，这样做的目的是_____。
（3）酿制成功的百香果果酒如果暴露在空气中酒味会逐渐消失而出现酸味，具体机理是_____甲同学为检测发酵过程中某时刻醋酸菌的数量，取不同稀释度的醋醅样品各0.1mL涂布到酵母膏培养基（适合各种菌类生存）上，在适宜条件下培养一段时间，统计得到103、104、105三个稀释度的培养基上的平均菌落数依次为417个、125个、16个，对照组培养基上未出现菌落乙同学认为上述实验设计存在缺陷，实验结果不可信，原因是____。
4.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。
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。
（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）。
5.不同浓度的还原型谷胱甘肽（GSH）对甘蓝泡菜中硝酸还原酶（NR）活性和亚硝酸盐含量的影响如图所示。请回答下列问题：
（1）用清水和食盐配制质量百分比为_____的盐水。泡菜制作过程中，泡菜坛中溶液量会增加，原因可能是_____。
（2）发酵过程中，所用原料中的有机物总量和种类的变化趋势分别是_____、_____。（填“增加”或“减少”）
（3）甘蓝泡菜发酵过程中NR活性和亚硝酸盐含量均呈_____的趋势。添加不同浓度的GSH均可_____（填“升高”或“降低”）NR活性和亚硝酸盐含量的峰值。
（4）某同学尝试制作酸奶和泡菜，他成功制得酸奶，却未得到泡菜成品，他制作泡菜的流程如下：
①请指出实验流程中的一处错误：_____（填流程字母）。
②根据题中的条件，请你提出简要的补救方法：_____。
6.COD（化学需氧量）是衡量污水中有机污染物含量的重要指标。有人从分离出的多种细菌中筛选获得具有高效降低COD能力的菌株，具体过程如图所示。回答下列问题：
（1）在牛肉膏蛋白胨培养基中，可为细菌提供维生素的成分有_____。在本实验配制培养基时通常需要将pH调至_____。
（2）图中涉及两种牛肉膏蛋白胨培养基，二者在成分上的主要区别是_____。图中牛肉膏蛋白胨液体培养基的主要用途是_____。
（3）图中所示在35℃条件下培养5天后进行接种的方法是_____。将培养皿放在160~170℃环境中处理1~2h的灭菌方法是_____。
（4）为比较筛选出的不同菌株降低COD能力的大小，主要的实验思路为_____。
7.微生物纯培养技术的建立和密闭式发酵罐的成功设计，使得人们能够在严格控制的环境下大规模生产发酵产品。如图为谷氨酸发酵装置图。
（1）图中3、6是发酵罐夹层中水的进入口和排出口，水在发酵罐夹层流动的作用是_______。
（2）发酵工程的中心环节是_______。谷氨酸发酵过程中，当培养液呈_______时，会积累谷氨酸；当培养液呈_______时，会生成_______。
（3）如果发醇产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用_______（填“过滤、沉淀”或“提取、分离和纯化”）等方法将菌体分离和干操，即可得到产品。
（4）图中5的作用是_______。发酵工程具有的特点是_______（写出三点即可）。
8.北方盛产山楂，山楂添加白砂糖和酵母菌进行发酵，可以酿成甜美的山楂酒。如果将山楂酒过滤后稀释，再添加醋酸菌，在一定条件下发酵，还可生产山楂果醋。据此分析并回答下列问题：
（1）与醋酸菌相比，酵母菌细胞结构的主要特点是______。
（2）酒精发酵前加入白砂糖主要是为菌种提供_____（填“碳源”“氨源”或“生长因子”）。如图表示白砂糖的添加量对酒精生成量的影响，则白砂糖的添加量为_____%左右最为合理。
（3）科技人员计划培养“自养”型的菌种，这些菌种可以固定CO2，从化学反应中获取能量。他们首先对菌种进行基因改造，转入几种固定CO2，和获取化学能所需的关键基因，再将它们放在_____的环境中连续选择培养，200天后，能够“只吃CO2”的菌种终于诞生。
（4）为节省资源，酒精发酵和醋酸发酵可利用同一个装置，但醋酸发酵要将温度_____，保证空气_____。
（5）某工厂计划大批量生产山楂果醋。为提高产量，需要预探究果醋的最佳发酵温度。请你简单说明实验思路：_____。
答案以及解析
1.答案：（1）①碳源、氨源
②琼脂；厌氧
③分子、细胞和群体
（2）ACD
解析：（1）①培养微生物所需的培养基通常都含有水、碳源、氨源和无机盐等，DNA的元素组成为C、H、O、N、P，深海沉积物中富含胞外DNA，推测这些DNA可以作为微生物生存所需的碳源和氨源。②据图1分析可知，Ⅱ所用培养基为固体培养基，故与Ⅰ相比，Ⅱ所用培养基中还需要添加琼脂；由题中“将Ⅰ得到的菌液……密闭试管中”可知，按照对O2的需求划分，所培养的微生物属于厌氧型。③图1中Ⅲ鉴定包括观察菌落特征、用电子显微镜观察、基因鉴定等，从群体、细胞和分子水平对微生物的种类进行了鉴定。
（2）据图2可知，转入的基因种类对常压（0.1MPa）下甲组大肠杆菌（分别导入3种不同质粒和1种空质粒）的生存能力无明显影响，A正确；比较甲组和乙组数据可知，在高压条件下，与甲组相比，乙组（敲除TMAO降解酶基因）细胞密度比的对数较大，说明细胞中的TMAO降解酶能够减弱大肠杆菌耐受高压的能力，推测细胞中的TMAO含量与大肠杆菌耐受高压能力呈正相关，B错误、D正确；分析甲、乙两组可知，与转入空质粒组相比，转入含TMA转运蛋白基因的质粒组和转入含TMA单加氧酶基因的质粒组细胞密度比的对数均有所变化，说明细胞中的TMA和TMA单加氧酶都会影响大肠杆菌耐受高压的能力，C正确。
2.答案：（1）稀释涂布平板；未接种；检查平板是否被污染
（2）②④
（3）90mL无菌水；1mL注入9mL无菌水中；1.75×108
（4）酶b和酶a
解析：（1）检测水样中细菌含量的接种方法通常是稀释涂布平板法，但在接种前应随机取若干灭菌后的未接种平板先行培养一段时间，以达到检查平板是否被污染的目的。
（2）振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快，主要原因在于：振荡培养能提高培养液的溶解氧的含量；振荡培养可使菌体与培养液充分接触，提高培养液中营养成分的利用率。
（3）已知稀释倍数为105倍，取3个平板分别接种样品溶液0.1mL，培养一段时间后，平板上长出的菌落数分别是156、178、191，则每个平板中的平均菌落数为175个，则每克样品中的细菌数量为175÷0.1×10=1.75×108（个）。
（4）经测定，在基本培养基上若添加中间产物2，则甲、乙都能生长可知，甲、乙中的酶c均正常；若添加中间产物1，则乙能生长，说明乙的酶b正常，酶a不正常，而甲不能生长，说明甲的酶b不正常。故突变型甲和乙中功能丧失的酶分别是酶b和酶a。
3.答案：（1）为百香果果酒的酿制提供酵母菌；糖类可以为酵母菌的生长、繁殖提供能源物质，还可以作为酒精发酵的原料；初始糖度太高，酵母菌失水导致生长受抑制
（2）缺氧环境能抑制醋酸菌生长，且醋酸菌的发酵需要充足的氧气；为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气、防止发酵旺盛时汁液溢出
（3）醋酸菌在有氧条件下，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸；醋醅中不是只含有醋酸菌，培养基上不是只有醋酸菌的菌落
解析：（1）根据题干信息可知，在制作果酒时倒入了米酒，所以家庭制作百香果果酒的菌种主要是米酒中的酵母菌。若初始糖度太高，则酵母菌会通过渗透作用失去水分导致生长受抑制，从而影响酵母菌的酒精发酵过程，使酒精浓度降低。
（2）酒精发酵旺盛时，容器内为缺氧环境，醋酸菌为需氧型微生物，缺氧环境能抑制醋酸菌生长。在有氧条件下，酵母菌能进行有氧呼吸大量繁殖；在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵。利用酵母菌酿酒时，要留有约1/3的空间，一是为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气，二是可防止发酵旺盛时汁液溢出。
（3）醋酸菌在有氧条件下，将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。醋醅样品中不是只含有醋酸菌，培养基上不是只有醋酸菌的菌落，因此实验结果不可信。
4.答案：（1）蛋白质；碳源
（2）蛋白酶；脂肪酶；氨基酸；异养好氧
（3）原核生物；酒精和二氧化碳；酒精、乳酸、食盐（答一个即可）
解析：（1）本题考查发酵工程的相关知识。氮源是指含氮的化合物,大豆中含氮的物质主要是蛋白质,淀粉的组成元素是C、H、O,淀粉可为米曲霉的生长提供碳源。
（2）催化蛋白质分解的酶是蛋白酶,催化脂肪分解的酶是脂肪酶。蛋白质分解后的产物是小分子的肽和氨基酸。由于米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌,可推测米曲霉属于异养好氧微生物。
（3）乳酸菌属于原核生物,在无氧条件下乳酸菌将葡萄糖分解为酒精和CO2。在发酵池发酵过程中,需添加乳酸菌酵母菌和食盐,说明抑制杂菌生长的物质有食盐、乳酸或酒精。
5.答案：（1）5%~20%；外界溶液浓度高，细胞失水
（2）减少；增加
（3）先上升后下降；降低
（4）①d；②向已冷却的泡菜坛中加入含乳酸菌的酸奶
解析：（1）制备泡菜盐水时，盐水的质量百分比为5%~20%。泡菜坛中溶液量增加的原因可能是外界溶液浓度过高使细胞失水。
（2）泡菜制作过程中，微生物正常的生命活动需要消耗有机物，故有机物总量减少，但微生物代谢过程中又产生新的物质（尤其是产生大量的中间产物），使得有机物种类增加。
（3）结合题图信息分析可知，甘蓝泡菜发酵过程中NR活性和亚硝酸盐含量均呈先上升后下降的趋势。添加不同浓度的GSH均可降低NR活性和亚硝酸盐含量的峰值。
（4）①泡菜制备过程中应将盐水煮沸并冷却后再装坛，图示流程中d（将煮沸的盐水直接注入泡菜坛）会杀死乳酸菌。②若乳酸菌被杀死，可采取的补救措施为向已冷却的泡菜坛中加入含乳酸菌的酸奶，从而获得泡菜。
6.答案：（1）牛肉膏、蛋白胨；中性或微碱性
（2）固体培养基需要添加琼脂等凝固剂，而液体培养基不需要（合理即可）；对所选菌落进行扩大培养（答出“扩大培养”即可）
（3）稀释涂布平板法；干热灭菌
（4）将某含有机污染物的污水进行灭菌处理后分为等量的几组，一组加入空白培养基，其他几组分别加入等量筛选出的不同菌株，一段时间后检测各组的COD并进行比较（合理即可）
解析：（1）牛肉膏提供的主要营养包括氮源、磷酸盐和维生素，蛋白胨提供的主要营养包括氮源和维生素。本实验培养的微生物为细菌，因此培养基的pH需要调至中性或微碱性。
（2）固体培养基中需要添加琼脂等凝固剂，液体培养基不需要。液体培养基的主要用途是对微生物进行扩大培养。
（3）根据图中平板上菌落的分布情况可知采用的接种方法是稀释涂布平板法。干热灭菌的操作是将灭菌物品（如培养皿）放在干热灭菌箱内经160~170℃加热1~2h。
（4）为比较筛选出的不同菌株降低COD能力的大小，主要的实验思路为将某含有机污染物的污水进行灭菌处理后分为等量的几组，一组加入空白培养基，其他几组分别加入等量筛选出的不同菌株，一段时间后检测各组的COD并进行比较。
7.答案：（1）冷却（或降温）
（2）发酵罐内发酵；中性或弱碱性；酸性；谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺
（3）过滤、沉淀
（4）把无菌空气打成细小气泡。增加溶解氧，并能使菌种与培养液充分接触；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、容易处理等
解析：（1）略。
（2）在谷氨酸发酵过程中，当培养液星中性或弱碱性时，会积累谷氨酸；当培养液呈酸性时，会生成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
（3）略。
（4）图中的5为搅拌叶轮，其作用是把无菌空气打成细小气泡，增加溶解氧，并能使菌种与培养液充分接触。
8.答案：（1）有核膜包被的细胞核
（2）碳源；15
（3）不含有机物
（4）升高；流通
（5）设置一系列的温度梯度进行发酵，果醋产量最高的温度即为最佳发酵温度
解析：本题考查微生物培养及果酒果醋制作等相关知识。
（1）醋酸菌是原核生物，酵母菌是真核生物，二者的主要区别是酵母菌有核膜包被的细胞核。
（2）白砂糖主要为菌种提供碳源。由题图可知，当白砂糖的添加量小于15%时，随着添加量的增多，酒精含量增加；当白砂糖的添加量大于15%时，随着添加量的增加，酒精含量也，不再增加反而有下降趋势，故白砂糖的添加量为15%左右最为合理。
（3）若要培养“自养”型的菌种，需要将经过基因改造的菌种放在不含有机物的环境中，能够存活下来的即为“自养”型菌种。
（4）酒精发酵需要在无氧条件下进行，醋酸发酵需要在有氧条件下进行，若利用同一个装置进行酒精发酵和醋酸发酵，进行醋酸发酵时需要将温度升高，且需要保证空气流通，以保证醋酸菌的有氧呼吸。
（5）要探究果酷的最佳发酵温度，需要设置一系列的温度梯度分别进行发酵，果醋产量最高时对应的温度即为最佳发酵温度。