高中生物浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第三节 发酵工程为人类提供多样的生物产品学案设计

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[核心精要]
交汇点1 酵母菌、醋酸菌和乳酸菌的细胞结构，联系必修课程模块1中原核细胞与真核细胞的主要区别
(1)相同点：都有细胞膜、细胞质和DNA分子。
(2)不同点：醋酸菌和乳酸菌属于原核生物，其细胞无核膜、染色体以及线粒体等众多的细胞器，只有核糖体一种细胞器，而酵母菌属于真核生物。
交汇点2 发酵条件的控制，联系必修课程模块1中需氧呼吸和厌氧呼吸的影响因素
(1)果酒的制作前期需要氧，有利于酵母菌进行需氧呼吸而大量繁殖，然后控制为无氧条件，进行酒精发酵。控制发酵温度约为28 ℃。
(2)果醋的制作一直需要充足的氧气，醋酸菌是需氧型细菌，控制发酵温度为30～35 ℃。但泡菜的制作一直需要密封，因为乳酸菌是厌氧型细菌。
[对点训练]
1．下列有关传统发酵技术的应用，叙述正确的是( )
A．制作果酒、果醋的菌种属于真核生物，制作腐乳、泡菜的菌种属于原核生物
B．制作果酒、果醋在无氧条件下进行，制作腐乳、泡菜需在有氧条件下进行
C．制作果酒、果醋、泡菜主要利用的是胞内酶，制作腐乳主要利用的是胞外酶
D．制作果酒、果醋的过程需保持菌种活性，制作腐乳、泡菜的过程不需要
C [制作果酒利用的酵母菌属于真核生物，制作果醋利用的醋酸菌属于原核生物，制作腐乳利用的毛霉属于真核生物，A项错误；制作果酒先在有氧条件下进行，后在无氧条件下进行，制作泡菜需在无氧条件下进行，制作果醋、腐乳需在有氧条件下进行，B项错误；制作果酒、果醋、泡菜主要利用的是胞内酶，制作腐乳主要利用的是胞外酶，C项正确；制作果酒、果醋、腐乳和泡菜的过程中均需保持菌种活性，D项错误。]
2．下图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是( )
A．过程①和②都只能发生在缺氧条件下
B．过程①和③都发生在酵母菌的线粒体中
C．过程③和④都需要氧气的参与
D．过程①～④所需的最适温度基本相同
C [据图分析可知，过程①表示细胞呼吸的第一阶段，其在有氧或无氧的条件下都可以进行，且是在细胞溶胶中进行的，而非线粒体中，A、B错误；过程③表示需氧呼吸的第二、三阶段，过程④表示乙醇氧化为醋酸的阶段，过程③和④都必须在有氧的条件下才可以进行，C正确；过程①②③是果酒制作阶段的化学反应，其适宜温度约为28 ℃，过程④是果醋制作阶段的化学反应，其适宜温度为30～35 ℃，D错误。]
3．苹果醋是以苹果汁为原料经发酵而成的。请回答下列问题。
(1)酵母菌的呼吸代谢途径如图所示。图中过程①和②是苹果醋生产的第一阶段，在酵母菌细胞的______________中进行，其产物乙醇与____________试剂反应呈现灰绿色，这一反应可用于乙醇的检验；过程③在酵母菌细胞的________________中进行。与无氧条件相比，在有氧条件下，酵母菌的增殖速度____________。
(2)第二阶段是在醋酸菌的作用下将第一阶段产生的乙醇转变为醋酸的过程，根据醋酸菌的呼吸作用类型，该过程需要在__________________条件下才能完成。
(3)在生产过程中，第一阶段和第二阶段的发酵温度不同，第一阶段的温度________(填“低于”或“高于”)第二阶段的。
(4)醋酸菌属于____________核生物，其细胞结构中__________(填“含有”或“不含有”)线粒体。
[解析] (1)图中过程①和②是酵母菌进行厌氧呼吸产生乙醇的过程，厌氧呼吸的场所是细胞溶胶。乙醇可用酸性重铬酸钾试剂检测，颜色由橙色变为灰绿色。过程③为需氧呼吸的第二和第三阶段，场所为线粒体。在有氧条件下酵母菌进行需氧呼吸，产生更多的能量供酵母菌繁殖利用，故有氧条件下酵母菌的繁殖速度更快。(2)醋酸菌是好氧细菌，因此，在醋酸菌作用下，将乙醇转变为醋酸的过程需要在有氧条件下才能完成。(3)在生产过程中，第一阶段酵母菌产生乙醇的适宜温度约为28 ℃，第二阶段醋酸菌产生醋酸的适宜温度为30～35 ℃，第一阶段的温度低于第二阶段的。(4)醋酸菌属于原核生物，原核细胞中的细胞器只有核糖体一种，不含有线粒体。
[答案] (1)细胞溶胶 酸性重铬酸钾 线粒体 快 (2)有氧 (3)低于 (4)原 不含有
微生物培养技术与其他模块知识的交汇点
[核心精要]
交汇点1 酶的分解作用，联系必修课程模块1中酶的特性
(1)酶具有专一性：一种酶只能催化一种或一类化学反应，如脲酶只能催化分解尿素。
(2)需要温和条件：酶起催化作用需要适宜的温度和pH，因此培养微生物需要控制温度，调节培养基的pH。
交汇点2 培养基中葡萄糖的作用，联系选择性必修课程模块1中血糖的来源和去路
(1)葡萄糖的氧化分解：葡萄糖通过氧化分解释放能量，一部分以热能形式散失，另一部分储存在ATP中，为生命活动提供能量。
(2)三大类物质的相互转化：糖类、脂质和蛋白质三大类物质之间可以相互转化。
交汇点3 培养基中无机盐的作用，联系必修课程模块1、选择性必修课程模块1有关细胞和内环境中无机盐的作用
(1)无机盐的作用：①无机盐是某些化合物的组成成分；②调节生物体的生命活动；③维持渗透压和酸碱平衡。
(2)调节pH的缓冲对：H2CO3/NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等。
[对点训练]
4．某些土壤细菌可将尿素分解成CO2和NH3，供植物吸收和利用。回答下列问题。
(1)有些细菌能分解尿素，有些细菌则不能，原因是前者能产生________。能分解尿素的细菌不能以尿素的分解产物CO2作为碳源，原因是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
但可用葡萄糖作为碳源，进入细菌体内的葡萄糖的主要作用是____________
_________________________________________________________________
__________________________________________________(答出两点即可)。
(2)为了筛选可分解尿素的细菌，在配制培养基时，应选择________(填“尿素”“NH4NO3”或“尿素＋NH4NO3”)作为氮源，不选择其他两组的原因是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)用来筛选分解尿素细菌的培养基含有KH2PO4和Na2HPO4，其作用有____________________________________________________________________
____________________________________________________(答出两点即可)。
[解析] (1)有些细菌能分解尿素是因为这些细菌能产生脲酶，将尿素分解成CO2和NH3。能分解尿素的细菌是异养生物，不能利用CO2作为碳源合成有机物，但这些细菌可用葡萄糖作为碳源，进入细菌体内的葡萄糖的主要作用：作为能源物质氧化分解为细胞生命活动提供能量，为其他有机物的合成提供原料。(2)为了筛选可分解尿素的细菌，在配制培养基时，应选择尿素作为唯一氮源，这样只有能分解尿素的细菌才能在培养基上生存。若选择“NH4NO3”或“尿素＋NH4NO3”作为氮源，能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，不能起到筛选作用。(3)用来筛选分解尿素细菌的培养基含有KH2PO4和Na2HPO4，它们可以为细菌生长提供无机营养；同时，KH2PO4和Na2HPO4还可以作为缓冲剂保持细胞生长过程中pH稳定。
[答案] (1)脲酶 分解尿素的细菌是异养生物，不能利用CO2来合成有机物 为细胞生命活动提供能量，为其他有机物的合成提供原料 (2)尿素 其他两组都含有NH4NO3，能分解尿素的细菌和不能分解尿素的细菌都能利用NH4NO3，不能起到筛选作用 (3)为细菌生长提供无机营养；作为缓冲剂保持细胞生长过程中pH稳定
5．(2021·广东适应性测试)几丁质广泛存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的外骨骼和真菌的细胞壁中。某些微生物能合成几丁质酶(胞外酶)，使几丁质降解为N­乙酰氨基葡萄糖，然后进一步转化利用。科研人员试图从土壤中筛选出能高效降解几丁质的菌株，通过微生物培养获得几丁质酶，用于生物防治。回答下列问题。
eq \a\vs4\al(a.花生白,绢病菌) eq \a\vs4\al(b.辣椒疫,霉病菌) eq \a\vs4\al(c.尖孢,镰刀菌) eq \a\vs4\al(d.拟盘多,毛孢属菌)
(1)在筛选过程中，应将土壤样品稀释液接种于以__________为唯一碳源的固体选择性培养基上筛选目标菌株。
(2)培养所筛选出的目标菌株，计算各单菌落周围的“水解圈直径/菌落直径”的比值，比值大小反映了__________________。
(3)科研人员筛选出了产几丁质酶的菌株A。将菌株A发酵产生的几丁质酶粗提液加入盛有马铃薯培养基的培养皿中，涂布均匀后分别接种4种病原真菌，以____________代替几丁质酶粗提液作为对照，结果见图，几丁质酶粗提液对________(填入病原菌编号)的抑菌效果最强。推测几丁质酶的抑菌机理是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)筛选过程中，将土壤样品稀释液接种以几丁质为唯一碳源的选择培养基上，在该培养基上只有可以利用几丁质的真菌可以生存，其他不能利用几丁质的微生物被淘汰而达到筛选的作用。(2)水解圈直径/菌落直径可以反映水解能力的大小，水解圈直径/菌落直径越大，说明该菌降解几丁质能力越强，反之越弱。(3)对照组实验应满足单一变量原则，实验组添加几丁质酶，对照组加入不含几丁质酶粗提液的等量的无菌水，对4组实验进行观察比较，d组水解圈直径/菌落直径最大，即抑制效果最强，几丁质是真菌细胞壁的组成成分，几丁质酶水解了几丁质导致真菌细胞壁不能合成，抑制了真菌的繁殖。
[答案] (1)几丁质 (2)微生物的降解能力 (3)等量的无菌水 d 几丁质是真菌细胞壁的组成成分，几丁质酶水解了几丁质导致真菌细胞壁不能合成，抑制了真菌的繁殖