2023届高考生物二轮复习发酵工程学案

专题七　生物技术与工程

第1讲  发酵工程

　自主梳理·再夯基础　

 1. (2022·无锡期终调研)下列有关传统发酵技术和微生物培养技术中的操作，错误的是(　　)

A. 制作果酒时，挑选新鲜的葡萄，去除枝梗后用清水反复冲洗再榨汁

B. 平板划线时，每次划线前后都需将接种环放在酒精灯火焰上灼烧

C. 制作泡菜时，加入蔬菜后注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料

D. 为判断选择培养基是否起到了选择作用，设置接种普通培养基作对照

 2. (2022·常州期末)已知固体培养基会因碳酸钙的存在而呈乳白色，且乳酸能分解培养基中的碳酸钙。某同学用新鲜的泡菜滤液为材料进行了分离纯化乳酸菌的实验。下列叙述错误的是(　　)

A. 分离纯化所用的培养基中加入碳酸钙的作用是鉴别乳酸菌

B. 分离纯化所用的培养基加入锥形瓶后一般还要进行灭菌处理

C. 分离纯化乳酸菌时，需要用无菌水对泡菜滤液进行梯度稀释

D. 分离纯化乳酸菌时，应挑选出不具有透明圈的菌落作为候选菌

 3. (2022·泰州期末)稀释涂布平板是常用的微生物培养方法。下列相关叙述正确的是(　　)

A. 灭菌锅中取出的培养基应趁烫时倒平板，如此可对培养皿灭菌

B. 稀释涂布平板法不可用于微生物的分离，可用于微生物的计数

C. 用此法估测的数值往往偏小，应以菌落数最多的平板计数为准

D. 稀释平板涂布分离到的单菌落需进一步纯化，可用平板划线法

 4. (2022·南京、盐城一模)(多选)钙果又名欧李，果实中含有多种对人体有益的矿物质元素，利用其加工成果汁、果酒、果醋等产品。下列有关叙述正确的是(　　)

A. 利用醋酸菌进行钙果果醋发酵时，温度应控制在30～35 ℃

B. 在钙果果酒发酵期间，为保持无氧环境，不能拧松发酵瓶盖

C. 传统制作钙果果酒、果醋时，应将原料钙果果汁进行高压蒸汽灭菌

D. 钙果果酒的颜色是钙果果皮和果肉中的色素进入发酵液形成的

 5. (2022·江苏高考仿真模拟调研)生活废水含有丰富的有机质以及氮、磷、钾等元素，所以会滋生大量的微生物。某塑料化学工业区的工业废水含有多种苯类衍生物。该地区的生活废水和塑料化工废水集中排放进了污水池。污水经过一定时间的沉淀后，从池中直接分离出的、没有经过处理的污泥称为原污泥。有研究表明，在氧充足、温度适宜等一定条件下，利用微生物的发酵作用能分解部分苯类衍生物。环保课题组利用微生物的发酵作用处理污泥，并对其中苯类衍生物的降解情况进行了分析，还研究了“发酵处理前后微生物的数量变化”，以探索对这类化工污泥的有效处理途径。结果如下：

表1　原污泥中苯类衍生物的降解率

含量：ug/kg绝对干泥

表2　发酵处理前后微生物的数量

单位：每克干泥中的菌数

请回答相关问题。

(1) 发酵处理前后需要对微生物的含量进行测定，一般可以选择血细胞计数板计数法，也可以选择____________法。后一种方法所测得的结果一般比实际情况偏________，原因是                                                 。

(2) 由表1可以看出，发酵处理能有效______。结合表1数据分析表2，可得出结论：随着苯类衍生物的减少，________________________________________________________________________。

(3) 课题组拟进一步研究原污泥中降解苯类衍生物的主要微生物类群，需要对微生物进行筛选分离纯化，分离纯化菌种时，通常使用的划线接种工具是________。划线的某个平板培养后，第一划线区域不间断地长满了菌落，第二划线区域的第一条线上无菌落，其他划线上有菌落。造成部分划线上无菌落的可能原因主要有：①____________，②____________。

　考向引领·核心突破　

核心考点1　综合考查果酒、果醋和泡菜的制作原理及过程

高考对该热点的考查形式主要是选择题，命题方向：

结合果酒、果醋、泡菜的制作原理、流程和注意事项，考查实践和科学探究能力。

  (2021·江苏卷·14)某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋。下列相关叙述正确的是(　　)

A. 果酒发酵时，每日放气需迅速，避免空气回流入发酵容器

B. 果酒发酵时，用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量的变化，砖红色沉淀逐日增多

C. 果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时

D. 果醋发酵时，用重铬酸钾测定醋酸含量变化时，溶液灰绿色逐日加深

笔记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 (2020·江苏卷·18)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

笔记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

  (2019·江苏卷·9)下列关于传统发酵技术应用的叙述，正确的是(　　)

A. 利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵

B. 家庭制作果酒、果醋和泡菜通常都不是纯种发酵

C. 果醋制作过程中，发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反

D. 泡菜制作对环境温度要求不高，故温度不会影响泡菜的品质

笔记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 1. 果酒、果醋和泡菜的制作原理与发酵条件

2. 制作果酒、果醋的装置图解读

(1) 各部位的作用

①充气口：在醋酸发酵时连接充气泵进行充气。

②排气口：排出酒精发酵时产生的CO2。

③与排气口相连的长而弯曲的胶管：防止空气中微生物的污染。

④出料口：用于取样。

(2) 该装置的使用方法

使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接充气泵，输入氧气。

 3. 泡菜发酵的三个时期

 1. (2022·盐城三模)下列有关米酒、酸奶、泡菜等传统发酵制品的叙述，正确的是(　　)

A. 制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母

B. 米酒发酵液中冒出的“气泡”都来源于酵母菌的有氧呼吸

C. 酸奶和泡菜制作中均需要及时通氧，保证乳酸菌的有氧呼吸

D. 为避免杂菌污染，发酵前需要对器具、原料等进行灭菌

 2. (2022·苏锡常镇四市二模)(多选)北魏农学巨著《齐民要术》记载了许多古人在实际生产中积累的经验，也蕴藏着众多生物学知识。请阅读表格中的古籍原文，判断以下相关叙述，正确的是(　　)

A. “浸曲发”时用的酒曲中，微生物的呼吸类型为兼性厌氧型

B. “鱼眼汤”是指液面冒出小气泡的现象，由微生物呼吸作用释放CO2形成

C. “衣生”指发酵液表面形成一层菌膜的现象，主要是醋酸菌大量繁殖形成的

D. “令没菜把即止”指将蔬菜全部浸没在盐水中，主要是为了让蔬菜充分吸收盐分

核心考点2　结合生活实践，综合考查微生物的培养与利用

高考对该热点的考查形式有选择题和非选择题，主要命题方向：

1. 结合培养基的成分、微生物的分离与培养，考查科学思维能力。

2. 结合尿素分解菌的筛选与计数、酵母菌的纯化培养、无菌技术的应用等，考查科学探究能力。

  (2021·江苏卷·18)(多选)为提高一株石油降解菌的净化能力，将菌涂布于以石油为唯一碳源的固体培养基上，以致死率为90%的辐照剂量诱变处理。下列叙述不合理的是(　　)

A. 将培养基分装于培养皿中后灭菌，可降低培养基污染的概率

B. 涂布用的菌浓度应控制在30～300个/mL

C. 需通过预实验考察辐射时间对存活率的影响，以确定最佳诱变时间

D. 挑取培养基上长出的较大单菌落，给纯化后进行降解效率分析

笔记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

  (2020·江苏卷·31)产脂肪酶酵母可用于含油废水处理。为筛选产脂肪酶酵母菌株，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题。

(1) 常规微生物实验中，下列物品及其灭菌方法错误的是________(填编号)。

(2) 称取1.0 g某土壤样品，转入99 mL无菌水中，制备菌悬液，经__________后，获得细胞密度不同的菌悬液。分别取0.1 mL菌悬液涂布在固体培养基上，其中10倍稀释的菌悬液培养后平均长出了46个酵母菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌__________个。

(3) 为了进一步提高酵母菌产酶能力，对分离所得的菌株，采用射线辐照进行________育种。将辐照处理后的酵母菌涂布在以__________为唯一碳源的固体培养基上，培养一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选择直径__________的菌落，纯化后获得A、B两突变菌株。

(4) 在处理含油废水的同时，可获得单细胞蛋白，实现污染物资源化。为评价A、B两菌株的相关性能，进行了培养研究，结果如图。据图分析，应选择菌株______进行后续相关研究，理由是______________________________________________________________________。

笔记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 1. 培养基的种类和用途

2. 微生物培养中的无菌操作技术

(1) 3种常用消毒方法——煮沸消毒法、巴氏消毒法及化学药剂消毒法。

(2) 3种常用灭菌方法

①灼烧灭菌——接种环、接种针等金属器具。

②干热灭菌——主要针对玻璃器皿等。

③高压蒸汽灭菌——主要针对培养基等。

 3. 培养基制备与微生物纯化技术

 1. (2022·南通如皋适应性考试)为了检测冰激凌中的大肠杆菌含量是否超标。下列有关做法。正确的是(　　)

A. 配制培养基，高压蒸汽灭菌后，调节pH到弱碱性

B. 将冰淇凌融化后，进行梯度稀释，再用划线法进行接种

C. 置于37 ℃恒温箱中培养12 h，统计培养基中长出来的菌落数

D. 该实验应设置未接种样品的空白对照，以检测培养基是否被污染

 2. (2022·扬州三模)为探究菌株 ZI 对病原菌Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ生长的抑制效果，取病原菌的菌丝块放置在平板中央，在距离中央 3 cm 处用接种环分别在 4 个位点接种菌株 ZI，28 ℃培养 3～5 d，观察抑菌圈大小，实验结果如下图。下列分析错误的是(　　)

Ⅰ                   Ⅱ                Ⅲ

A. 病原菌Ⅰ在培养基上生长的速度最快

B. 菌株 ZI 对三种病原菌的抑制作用不同

C. 菌株 ZI 通过释放分泌物抑制病原菌生长

D. 两类微生物的接种分别使用了平板划线法和稀释涂布平板法

第1讲　发酵工程

　自主梳理·再夯基础　

【网络构建】

①乳酸菌　②乳酸　③酵母菌　④C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量　⑤果醋制作　

⑥C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2H2O＋2CO2＋能量、C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量　⑦水、无机盐、碳源、氮源　⑧灭菌　⑨灭菌

【基础自评】

1. A　解析：选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄冲洗，再除去枝梗，不可反复冲洗，以免将葡萄上的酵母菌冲洗掉，影响酵母菌的发酵，A错误；平板划线时，每次划线前后都需将接种环放在酒精灯火焰上灼烧灭菌，冷却后在酒精灯火焰旁边进行接种试验，B正确；制作泡菜时，加入蔬菜后注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料，从而制造一个无氧环境，有利于乳酸菌发酵，C正确；若要判断选择培养基是否起到了选择作用，需设置接种普通培养基作对照，选择培养基和普通培养基上均出现的菌落即为要筛选的菌种，在普通培养基上出现而选择培养基上未出现的菌落，是被选择淘汰的菌种，D正确。

2. D　解析：在分离纯化所用的培养基中加入碳酸钙的作用有：中和乳酸菌代谢过程中产生的乳酸和利于乳酸菌的鉴别和分离，A正确；微生物培养时，为避免杂菌污染，分离纯化所用的培养基加入锥形瓶后一般还要进行灭菌处理，B正确；分离纯化乳酸菌时，需要用无菌水对泡菜滤液进行梯度稀释，这样做的目的是使聚集在一起的乳酸菌分散成单个细胞，有利于在培养基表面形成单个菌落，C正确；分离纯化时应挑选出具有透明圈的菌落作为候选菌，D错误。

3. D　解析：灭菌锅中取出的培养基应放至不烫手时倒平板，A错误；稀释涂布平板法既可用于微生物的分离，也可用于微生物的计数，B错误；当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落，因此统计的菌落数往往比活菌的实际数目少。一般选择菌落数在30～300的平板进行计数，C错误；平板涂布分离到的单菌落仍需进一步划线纯化，以获得纯种，D正确。

4. AD　解析：制作果醋的温度条件是30～35℃，A正确；酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，在发酵过程中密闭，但需要根据发酵进程适时拧松瓶盖放气，B错误；制作果酒时，原料钙果果汁不需要进行灭菌，否则会杀死附着在果皮上的野生型酵母菌，C错误；钙果果酒的颜色是钙果果皮和果肉中的色素进入发酵液形成的，D正确。

5. (1) 稀释涂布平板　低　当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落

(2) 降解苯类衍生物　微生物的数量也随之下降

(3) 接种环　接种环灼烧后未冷却　划线未从第一区域末端开始

　考向引领·核心突破　

核心考点1

【真题解读】

C　命题意图：本题就果酒、果醋的制作原理及操作过程的分析，侧重对学生基础知识理解和识记能力的考查。本题属于简单题。

名师点睛：酒精发酵是利用酵母菌的无氧呼吸，随着果酒发酵的进行，装置内会产生气体(二氧化碳)，容器内压强大于外界，所以空气不会回流；果酒发酵时，发酵液中的葡萄糖不断被消耗，因此用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量的变化，砖红色沉淀逐日减少；以酒精为底物进行醋酸发酵，酒精与氧气发生反应产生醋酸和水，几乎没有气泡产生，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时；重铬酸钾用于检测酒精，不能用于测定醋酸含量。

B　命题意图：本题主要考查家庭中果酒、果醋的制作方法及注意事项。本题属于简单题。

名师点睛：选择新鲜的葡萄不宜过多冲洗，以防表面的酵母菌流失；先冲洗再去枝梗，以减少杂菌污染；葡萄汁不能装满，需装至玻璃瓶的2/3空间，以防发酵过程中发酵液溢出造成污染；酒精发酵期间会产生二氧化碳，故需适时拧松瓶盖，防止发酵瓶爆裂；醋酸菌是好氧菌，故醋酸发酵时应去除瓶盖，加一层纱布。

B　命题意图：本题综合考查传统发酵技术原理及操作中的注意事项，侧重对学生基础知识理解和识记能力的考查。本题属于简单题。

名师点睛：制作果酒的酵母菌的代谢类型是异养兼性厌氧型，制作酸奶的乳酸菌属于厌氧菌，只能在无氧条件下繁殖，制作果醋的醋酸菌的代谢类型是异养需氧型；虽然各个季节都可以制作泡菜，但温度过高，会造成其他杂菌的大量繁殖而影响发酵产品的质量。

【命题猜想】

1. A　解析：利用酵母菌的无氧呼吸可制作米酒，制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母，A正确；米酒发酵液中冒出的“气泡”既来源于酵母菌无氧呼吸，也来源于酵母菌的有氧呼吸，B错误；酸奶和泡菜的制作利用的微生物是乳酸菌，而乳酸菌是厌氧菌，因此酸奶和泡菜制作过程中不需要通氧，要保证乳酸菌的无氧呼吸，C错误；发酵前不能对原料进行灭菌，否则把原料中的发酵菌种都杀死了，D错误。

2. BC　解析：酵母菌的呼吸类型为兼性厌氧型，但“浸曲发”时用的酒曲中，利用的是酵母菌酒精发酵，此时酵母菌的呼吸类型为厌氧型，A错误；“鱼眼汤”是指酵母菌在呼吸过程中产生CO2，使溶液中出现气泡，B正确；醋酸菌可将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，会在变酸的酒的表面大量繁殖形成菌膜，所以“衣生”指发酵液表面形成一层菌膜的现象，主要是醋酸菌大量繁殖形成的，C正确；“令没菜把即止”指将蔬菜全部浸没在盐水中，主要是为了让蔬菜处于缺氧的条件下，有利于乳酸菌生长繁殖，让蔬菜变酸，D错误。

核心考点2

【真题解读】

AB　命题意图：本题主要考查微生物培养及计数的相关基础知识，要求学生理解培养过程中的操作方法和注意事项。本题属于中等难度题。

名师点睛：培养基应先灭菌再分装于培养皿中；涂布接种时，取用的菌液量是0.1 mL，而有效计数的菌落数在30～300个，故涂布用的菌浓度应控制在300～3 000个/mL；辐射剂量和诱变时间都是正式实验的无关变量，可通过预实验确定；石油降解菌能分解石油获得碳源，形成菌落，挑取培养基上长出的较大单菌落，给纯化后进行降解效率分析，以获得能高效降解石油的菌种。

 (1) ④　(2) 梯度稀释　4.6×105　(3) 诱变　脂肪(或油脂)　较大　(4) B　该菌株增殖速度快，单细胞蛋白产量高；降解脂肪能力强，净化效果好

命题意图：本题以筛选产脂肪酶酵母菌株为背景，主要考查微生物的分离、筛选、灭菌和计数等知识，意在考查微生物培养技术在生活实践上的应用，要求学生能将所学理论知识与生活实践相结合。本题属于中等难度题。

名师点睛：(1) 培养基一般进行高压蒸汽灭菌，接种环可用火焰灼烧灭菌，培养皿一般通过干热灭菌，涂布器应该用酒精引燃灭菌。

(2) 稀释涂布平板法是将样品进行一系列梯度稀释后，获得细胞密度不同的菌悬液，然后涂布到平板上。根据题意，将1.0 g的土壤样品转入99 mL无菌水中，制备成菌悬液，经系列梯度稀释后，分别取0.1 mL菌悬液涂布在固体培养基上，则稀释的倍数为1 000倍，其中10倍稀释的菌悬液培养后长出了46个酵母菌落，则总的稀释倍数为10 000倍，故每克土壤中含酵母菌数为46×10 000＝4.6×105(个)。

(3) 根据题意，欲提高酵母菌产酶能力，可对分离得到的产脂肪酶酵母菌菌株进行射线辐射，该育种方式为诱变育种。为了能筛选出符合要求的产脂肪酶酵母菌突变株，可配制以脂肪为唯一碳源的培养基，将辐射处理的酵母菌涂布在该固体培养基上，形成单菌落；产脂肪酶能力越强的酵母菌，分解利用脂肪的能力越强，菌落生长越好，一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选取直径较大的菌落即可。

(4) 据题图分析可知，相同时间内，菌株B的细胞密度高于菌株A，而菌株B的脂肪剩余量低于菌株A的脂肪剩余量，故进行相关研究可选择菌株B，原因是菌株B增殖速度快，单细胞蛋白的产量高，同时降解脂肪的能力强，净化效果更好。

【命题猜想】

1. D　解析：配置培养基时，应该先调节pH后灭菌，A错误；要检测冰淇凌中大肠杆菌是否超标，应该用稀释涂布平板法接种，B错误；应将培养基置于37 ℃恒温箱下培养24 h，C错误；为了检测培养基是否被污染，应该设置对照组，无菌水中不接种样品，D正确。

2. D　解析：比较三组实验结果可知，病原菌Ⅱ和Ⅲ的菌丝出现了向内凹陷的现象，且Ⅲ内陷现象更明显，病原菌Ⅰ没有出现此现象，故菌株ZI对病原菌Ⅲ的抑制作用最强，对病原菌Ⅰ的抑制作用最弱，病原菌Ⅰ在培养基上生长的速度最快，A正确；图示三种病原菌所形成的抑菌圈大小不同，因此推测菌株 ZI 对三种病原菌的抑制作用不同，B正确；据题意可知，菌株ZI 与病原菌没有接触，但能抑制病原菌，据此推测菌株ZI 可能通过释放分泌物抑制病原菌生长，C正确；据图可知，微生物在培养基上都是均匀分布，因此两类微生物的接种都使用了稀释涂布平板法，D错误。