2024年高考生物一轮复习选择性必修3第1章发酵工程课件

这是一份2024年高考生物一轮复习选择性必修3第1章发酵工程课件，共60页。PPT课件主要包含了考情分析，微生物，微生物的代谢，不同代谢物，传统发酵技术，天然存在，前一次发酵，半固体发酵，氨基酸，C3H6O3＋能量等内容，欢迎下载使用。

考点一 传统发酵技术的应用
(1)概念：人们利用________，在__________的条件下，将原料通过__________________转化为人类所需要的产物的过程。(2)应用：不同的微生物具有产生_______________的能力，利
用它们就可生产出人们所需要的多种产物。
3.尝试制作传统发酵食品——泡菜。(1)菌种来源：附着在蔬菜上的乳酸菌。(2)制作原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。
反应式：_________________________________。
(3)泡菜制作的实验设计及操作。①材料选择：泡菜坛或其他密封性良好的罐子，新鲜蔬菜。②原料处理：新鲜蔬菜修整、洗涤、切成块状或条状，晾干。③配制盐水：用清水和食盐配制 5%～20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用。(煮沸是为了除去水中的氧气，杀灭盐水中的微生物)
④装坛：处理后的蔬菜混匀装坛，装至半坛，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，并继续装至八成满，再缓慢倒入冷却好的盐水，使盐水没过全部菜料。
⑤封坛发酵：盖好坛盖，在坛盖边沿的水槽中注满水进行密封发酵，发酵过程要注意经常向水槽中补充水，发酵时间受室内温度影响。
(4)泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况
营造“无氧环境”的三项措施(1)选择的泡菜坛要密封性好。
(2)加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。(3)盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。
4.尝试制作传统发酵食品——果酒和果醋。
(2)果酒制作与果醋制作的比较。
C6H12O6＋6H2O＋6O2
6CO2＋12H2O＋能量
果酒和果醋改进装置及其分析
装置的使用：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制
作果醋时，应将充气口连接充气泵，输入空气。
果酒、果醋制作时防止杂菌污染的措施
(1)榨汁机要洗净并晾干，发酵瓶要清洗干净并用体积分数为
(2)清洗葡萄时要先冲洗后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引
起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。
(3)装入葡萄汁后要封闭发酵装置的充气口。
(4)发酵瓶的排气管用曲颈管而不用直管。若用简易的发酵装置，每隔一定时间排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖。(5)在家庭制作葡萄酒的过程中，不需要严格的消毒过程也能完成发酵，原因是在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。
考点二 微生物的培养技术及应用
(1)概念：人们按照微生物对_________的不同需求，配制出供
其_________的营养基质。
(2)营养成分：一般都含有水、________、________、无机盐四类营养物质，另外还需要满足微生物生长对________、特殊营养物质以及________的需求。
(3)培养基的种类、特点及用途分析。①按物理状态分类。
(4)培养基营养成分的含义、作用、主要来源分析。
除了上述主要营养物质外，还需要满足微生物生长对 pH、特
殊营养物质以及氧气的需求。
(1)消毒是指使用较为________的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部________________。(2)灭菌则是指使用_______的理化方法杀死物体内外_______
________，包括芽孢和孢子。
(3)消毒与灭菌的比较。
物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子
(1)牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高温瞬时消毒法，与煮沸消毒法相比，这两种方法的优点是在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。
(2)选择无菌技术的原则：一要考虑无菌技术的效果，灭菌的效果比消毒要好；二要考虑操作对象的承受能力，活体生物材料、操作者的手等只能采用消毒，而不能用灭菌。
①做好消毒和灭菌工作后，要注意避免已经灭菌处理的材料用具与____________接触。②为了避免周围环境中微生物的污染，接下来的许多操作都应在超净工作台上并在______________附近进行。
3.微生物的纯培养。(1)概念辨析。
配制培养基、灭菌、接种、__________和培养等。
4.酵母菌的纯培养。(1)制备培养基。
(1)倒平板操作中，平板冷凝后，要将平板倒置，其主要原因是防止冷凝后形成的水珠滴落在培养基上(污染培养基和破坏菌落)和防止培养基水分过快蒸发。
(2)在接种前随机取若干个灭菌后的未接种的平板，先行培养了一段时间，这样做的目的是检测培养基平板灭菌是否合格。
①概念：通过________在固体培养基表面_________的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。
②注意事项。a.灼烧接种环。
b.灼烧接种环，待其冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死
c.第二次及其以后的划线操作总是从上一次划线末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终得到由单个细菌繁殖而来的菌落。
d.划线时最后一区不要与第一区相连，原因是最后一次划线已经将酵母菌稀释成单个细胞，如果与第一次划线相连，则增加了酵母菌数目，得不到纯化的效果。
e.划线用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。
考点三 微生物的选择培养和计数
(1)自然界中目的菌株筛选的依据：根据它对___________的要
求，到相应的环境中去寻找。
(2)实验室中微生物筛选的原理：人为提供有利于__________生长的条件(包括营养、温度、pH 等)，同时______________其他
(3)选择培养基：在微生物学中，允许特定种类的微生物生长，同时_____________其他种类微生物生长的培养基。
2.微生物的选择培养。
(1)方法：____________________。(2)操作步骤。①取样。②取 10 g 土样加入 90 mL 无菌水中摇匀。然后依次等比稀释。
③取 0.1 mL 菌液，滴加到培养基表面。
④将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中。
⑤将涂布器在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再
⑥用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动
待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板_____，放入________的恒温培养箱中培养 1～2 d。在涂布有合适浓度菌液的平板上就可以观察到分离的单菌落。(4)稀释涂布平板法计数的注意事项。①为了保证结果准确，一般选择菌落数在 30～300 的平板进行计数。②要设置对照实验，且一定要涂布至少 3 个平板作为重复组，才能增强实验的说服力与准确性。
③计数时机：每隔 24 h 统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果，这样可以防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目。
④用此种方法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目低。 这是因为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，统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。
3.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的实验操作。(1)实验原理。
(3)统计细菌数目的方法。①显微镜直接计数法。
②间接计数法——活菌计数法。
a.原理：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。
b.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，因此统计结果可能偏小。
(4)实验结果分析与评价。
4.平板划线法和稀释涂布平板法的区别。
考点四 发酵工程及其应用
概念：利用微生物的___________，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
2.发酵工程基本环节分析。
(1)特点：发酵工程生产条件温和、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和容易处理等。
(2)在食品工业上的应用：①生产传统的发酵产品。②生产各
种各样的食品添加剂。③生产酶制剂。
(3)在医药工业上的应用：青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。发酵工程已扩展到其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。
(4)在农牧业上的应用：①生产微生物肥料。②生产微生物农
药。③生产微生物饲料。
(5)在其他方面的应用：发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
【基础测评】1.易错诊断(1)果酒、果醋和泡菜这三种传统发酵产物的制作发酵后形成
(2)培养微生物的试剂和器具都要进行高压蒸汽灭菌。(
(3)巴氏消毒法能杀死牛奶中所有微生物，且不破坏牛奶的营
(4)在培养霉菌时，要将培养基调至中性或弱碱性。(
(5)发酵工程中培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)×
2. 在果醋制作过程中，下列操作会引起发酵液受污染的是
)A.榨汁机用沸水进行清洗并晾干B.发酵瓶用温水清洗，再用 70%的酒精擦拭并晾干C.葡萄先去除枝梗，再冲洗多次D.每次排气时，只拧松瓶盖，而不将盖完全揭开答案：C
3.聚羟基脂肪酸酯(PHA)是嗜盐菌合成的一种胞内聚酯，可用于制造“绿色塑料”。从某咸水湖中获得高产 PHA 菌种的流程是：①取样→②接种→③培养→④取单菌落培养→⑥检测 PHA 产量获
得目标菌。下列叙述错误的是(
A.②可用稀释涂布平板法接种到含 PHA 较高的选择培养基上B.②所用培养基应加入琼脂以便挑取单菌落C.③④要将培养皿倒置放入恒温箱D.培养基用过后要灭菌处理答案：A
4.如图表示啤酒工业化生产的简要流程。下列说法错误的是
A.直接利用基因工程菌发酵生产的淀粉酶可省略制麦环节B.发酵开始前，对于发酵罐以及各种连接管道都需要进行彻底灭菌
C.主发酵结束后，发酵液还要在低温、密闭的环境下储存一
D. 小规模酿造的“精酿”啤酒不添加食品添加剂，比“工
考向 1 传统发酵技术的应用
[典例 1](2021 年全国乙卷)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。
(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)。
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和需要氧气，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。
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
1.(2021 年山东烟台调研)泡菜的制作容易受环境条件的影响，温度过高、食盐用量过低、腌制时间过短等，均会造成细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量增加。某研究小组以“测定泡菜腌制过程中亚硝酸盐含量的变化”为课题开展了如下研究。请分析回答。
①取 3 个泡菜坛，分别编号为 A、B、C。
②向 3 个泡菜坛内分别加入调味料和 0.6 kg 洗净的新鲜大白菜。③向 3 个泡菜坛内分别加入 2 L 浓度依次为 3%、5%、7%的
④密封后置于相同的环境中发酵。
⑤测定亚硝酸盐的含量。在封坛前进行第一次测定，以后定期测定，并将测定的数据绘制成曲线图，如下图所示。
(1)制作泡菜的主要菌种是________，其代谢类型是_________
______________。
(2)该实验的自变量是________。实验中食盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是____________________________________________________________________________________。
(3)图中浓度为 3%的食盐水的测定结果，说明______________
_______________。
(4)为了使实验结果更准确，测定亚硝酸盐含量时应_________
__________。
解析：(1)制作泡菜时使用的主要菌种是乳酸菌，其代谢类型是异养厌氧型；在无氧条件下，乳酸菌能够将蔬菜中的葡萄糖分解为乳酸。(2)根据实验过程可知，该实验的自变量是食盐水的浓度。实验过程中，煮沸食盐水是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌种。(3)图中浓度为3%的食盐水的测定结果说明食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含量过高。(4)为了使实验结果更准确，测定亚硝酸盐含量时应多次测定后取平均值。
答案：(1)乳酸菌 异养厌氧型 (2)食盐水的浓度 煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌等发酵菌
(3)食盐水浓度过低会导致亚硝酸盐含量过高 (4)多次测定后
2.(2021 年重庆高考)人类很早就能制作果酒，并用果酒进一步
(1)人们利用水果及附着在果皮上的______菌，在 18～25 ℃、无氧条件下酿造果酒；再利用醋酸菌在________条件下，将酒精转化成醋酸酿得果醋。酿造果醋时，得到了醋酸产率较高的醋酸菌群，为进一步纯化获得优良醋酸菌菌种，采用的接种方法是____________。
(2)先酿制果酒再生产果醋的优势有________(多选，填序号)。①先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，有利于提高果醋
②酿制果酒时形成的醋酸菌膜，有利于提高果醋的产率
③果酒有利于溶出水果中的风味物质并保留在果醋中(3)果酒中的酒精含量对果醋的醋酸产率会产生一定的影响。某技术组配制发酵液研究了初始酒精浓度对醋酸含量的影响，结果如图。该技术组使用的发酵液中，除酒精外还包括的基本营养物质有________(填写两种)。据图可知，醋酸发酵的最适初始酒精
浓度是________；酒精浓度为 10%时醋酸含量最低，此时，若要尽快提高醋酸含量，可采取的措施有__________________________________________________________________(填写两个方面)。
解析：(1)在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。醋酸菌是好氧菌，最适生长温度为30～35 ℃。微生物最常用的接种方法是稀释涂布平板法和平板划线法。(2)先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，酿制果酒时形成的醋酸菌膜会造成局部缺氧，导致果醋产率不高，果酒有利于溶出水果中的风味物质并保留在果醋中。(3)微生物生长基本营养物质：氮源，碳源，水，无机盐等。酒精浓度为6%时，醋酸含量最高。提高醋酸含量，可采取的措施有适当降低初始酒精浓度、适当增大菌种接种量。
答案：(1)酵母 30～35 ℃，有氧
稀释涂布平板法(或平板划
线法) (2)①③ (3)氮源、无机盐、水(任写两种) 6% 适当降低初始酒精浓度、适当增大菌种接种量
考向 2 无菌技术及微生物的培养
[典例 2](2021 年湖南高考)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 12～38 kg。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。
(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：_______________________________________________________________________________________________________。(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__________________________。
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 100 kPa、温度 121 ℃条件下维持 15～30 分钟，目的是杀死培养基中的所有微生物(包括芽孢和孢子)。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。
答案：(1)C1 酶、CX 酶和葡萄糖苷酶 纤维素 选择
杀死培养基中的所有微生物(包括芽孢和孢子)
白培养 ) (3)将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后，取 0.1 mL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
接种 C 菌株后秸秆失重最多，纤维
纤维素分解菌活菌数素降解率最大
【考向集训】3.(2021 年江苏高考)为纯化菌种，在鉴别培养基上划线接种纤
维素降解细菌，培养结果如图所示。下列叙述正确的是(A.倒平板后需间歇晃动，以保证表面平整B.图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多，应从Ⅲ区挑取单菌落C.该实验结果因单菌落太多，不能达到菌种纯化的目的D.菌落周围的纤维素被降解后，可被刚果红染成红色
解析：倒平板后无须间歇晃动，A 错误。图中Ⅰ区、Ⅱ区的细菌数量太多，Ⅲ区的细菌数量较少，可从Ⅲ区挑取单菌落，B正确。Ⅲ区中存在单菌落，该实验结果能达到菌种纯化的目的，C 错误。刚果红能与纤维素形成红色复合物，但不能和纤维素水解后的纤维二糖和葡萄糖形成红色复合物，因此菌落周围的纤维素被降解后，不能被刚果红染成红色，D 错误。
4.(2022 年海南高考)为探究校内植物园土壤中的细菌种类，某兴趣小组采集园内土壤样本并开展相关实验。下列有关叙述错误
A.采样时应随机采集植物园中多个不同地点的土壤样本B.培养细菌时，可选用牛肉膏蛋白胨固体培养基C.土壤溶液稀释倍数越低，越容易得到单菌落D.鉴定细菌种类时，除形态学鉴定外，还可借助生物化学的方法
解析：采集植物园中土壤样本的原则之一是要随机采样，A正确。牛肉膏蛋白胨固体培养基中含有细菌生长所需的碳源、氮源、水、无机盐等，可用于细菌的培养，B 正确。土壤溶液稀释倍数足够高时，才能将聚集的细菌分散开，有助于在培养基表面形成单菌落，C 错误。不同种类细菌的理化特性一般不同，鉴定细菌种类时，除根据菌落特征进行形态学鉴定，还可以借助生物化学的方法进行鉴定，D 正确。
考向 3 选择培养基成分及配制方法
[典例 3](2020 年全国Ⅰ卷)某种物质 S(一种含有 C、H、N 的有机物)难以降解，会对环境造成污染，只有某些细菌能降解 S。研究人员按照下图所示流程从淤泥中分离得到能高效降解 S 的细菌菌株。实验过程中需要甲、乙两种培养基，甲的组分为无机盐、水和 S，乙的组分为无机盐、水、S 和 Y。
(1)实验时，盛有水或培养基的摇瓶通常采用__________的方法进行灭菌。乙培养基中的 Y 物质是________。甲、乙培养基均属于________培养基。
(2)实验中初步估测摇瓶 M 中细菌细胞数为 2×107 个/mL，若要在每个平板上涂布 100 μL 稀释后的菌液，且保证每个平板上长出的菌落数不超过 200 个，则至少应将摇瓶 M 中的菌液稀释_______倍。
(3)在步骤⑤的筛选过程中，发现当培养基中的 S 超过某一浓度时，某菌株对 S 的降解量反而下降，其原因可能是____________________________________________________(答出 1 点即可)。(4)若要测定淤泥中能降解 S 的细菌细胞数，请写出主要实验步骤：__________________________________________________
________________________________________________________
_______________________________________________________。
(5)上述实验中，甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同，但都能为细菌的生长提供 4 类营养物质，即_________________________________________________________________________。解析：(1)实验过程中，对盛有水或培养基的摇瓶进行灭菌时，常采用高压蒸汽灭菌法。据题图分析可知，乙培养基为固体培养基，与甲培养基相比，其特有的组分 Y 物质应是凝固剂琼脂。甲、乙培养基均只允许能利用物质 S 作为氮源和碳源的微生物生长，因此均为选择培养基。(2)据题意，假设至少将摇瓶 M 中的菌液稀释 X 倍，才能保证稀释后的 100 μL 菌液中细菌细胞数不超过 200个，初步估测摇瓶 M 中细菌细胞数为 2×107 个/mL，则稀释之前
100 μL 菌液中有 2×106 个细菌，可得 2×106×(1/X) ＝200 ，则X＝104，因此至少应将摇瓶 M 中的菌液稀释 104 倍。(3)在筛选过程中，若培养基中 S 浓度过高，可能会导致细胞失水，进而抑制菌株的生长。(4)将含有能降解 S 的细菌的淤泥加入无菌水中，进行适当稀释后，利用稀释涂布平板法，取适量的菌液涂布到乙培养基上，在适宜条件下进行培养，一段时间后，统计菌落数，即可估算出淤泥中能降解 S 的细菌细胞数。(5)本实验中，甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同，但都能为细菌的生长提供的营养物质是水、碳源、氮源和无机盐。
答案：(1)高压蒸汽灭菌 琼脂 选择 (2)104(3)S 的浓度超过某一值时会抑制菌株的生长
(4)取淤泥加入无菌水中，涂布(或稀释涂布)到乙培养基上，培
(5)水、碳源、氮源和无机盐
5.(2022 年全国乙卷)化合物 S 被广泛应用于医药、食品和化工工业、用菌株 C 可生产 S，S 的产量与菌株 C 培养所利用的碳源关系密切。为此，某小组通过实验比较不同碳源对菌体生长和 S产量的影响，结果见表。
(1)通常在实验室培养微生物时，需要对所用的玻璃器皿进行灭菌，灭菌的方法有________________________________________________________________________________(答出 2 点即可)。(2)由实验结果可知，菌株 C 生长的最适碳源是________；用菌株 C 生产 S 的最适碳源是________。菌株 C 的生长除需要碳源外，还需要_____________________________________________________________________________(答出 2 点即可)等营养物质。
(3)由实验结果可知，碳源为淀粉时菌株 C 不能生长，其原因是________________________________________________________________________________________。
(4)若以制糖废液作为碳源，为进一步确定生产 S 的最适碳源浓度，某同学进行了相关实验。请简要写出实验思路：________________________________________________________________。(5)利用制糖废液生产 S 可以实现废物利用，其意义是________________________________________________(答出 1 点即可)。
解析：(1)通常在实验室培养微生物时，为防止实验用的玻璃器皿等物品中原有的微生物污染培养物，需要使用强烈的理化因素杀死物体内外一切微生物的细胞、芽孢和孢子，即对所需的玻璃器皿进行灭菌，玻璃器皿常用的灭菌的方法有干热灭菌、高压蒸汽灭菌等。(2)由实验结果可知，与以制糖废液为碳源相比，以葡萄糖为碳源时菌株 C 的细胞干重最大，说明最适于菌株 C 生长的碳源是葡萄糖；而以制糖废液为碳源时，用菌株 C 生产 S 的产量高于以葡萄糖为碳源时的产量，说明最适于生产 S 的碳源是制糖废液。微生物的生长一般都需要水、碳源、氮源和无机盐，还需要满足微生物生长对 pH、氧气以及特殊营养物质的要求，故菌
株 C 的生长除需要碳源外，还需要氮源、无机盐、水等营养物质。(3)分析题图表格可以看出，在以淀粉为碳源的培养基中，菌株 C不能生长，原因可能是菌株 C 不能合成淀粉酶或菌株 C 不能分泌淀粉酶，因而不能利用淀粉。(4)要测定生产 S 的最适制糖废液为碳源的浓度，实验自变量为制糖废液的浓度，可分别配制一系列不同浓度梯度的以制糖废液为唯一碳源的培养基，培养菌株 C，其他条件相同且适宜，一段时间后，测定并比较不同浓度制糖废液中的 S 的产量，S 产量最高时对应的制糖废液浓度，即为生产 S的最适碳源浓度。(5)利用制糖废液生产 S 可以实现废物利用，既有利于减少污染、节省原料，又能降低生产成本。
答案：(1)高压蒸汽灭菌、干热灭菌 (2)葡萄糖 制糖废液 氮源、无机盐、水 (3)缺少淀粉酶 (4)分别配制一系列不同浓度梯度的以制糖废液为唯一碳源的培养基，培养菌株 C，其他条件相同且适宜，一段时间后，测定并比较不同浓度制糖废液中的 S 的产量，S 产量最高时对应的制糖废液浓度接近生产 S 的最适碳源浓度 (5)减少污染、节省原料、降低生产成本
6.(2020 年浙江 7 月选考)下列关于微生物培养及利用的叙述，
A.利用尿素固体培养基可迅速杀死其他微生物，而保留利用尿素的微生物B.配制培养基时应根据微生物的种类调整培养基的 pHC.酵母菌不能直接利用糯米淀粉发酵得到糯米酒D.适宜浓度的酒精可使醋化醋杆菌活化
解析：利用尿素固体培养基筛选能分解尿素的细菌时，尿素固体培养基并不直接杀死其他微生物，而是其他微生物不能以尿素为氮源，无法在尿素固体培养基中存活，A 错误。不同的微生物生长所需的最适 pH 不同，如细菌适宜生活在中性偏碱环境，霉菌适宜生活在中性偏酸环境，因此配制培养基时应根据微生物的种类调整培养基的 pH，B 正确。利用糯米酿酒需要先进行糖化，酵母菌不能直接利用淀粉进行发酵，C 正确。醋化醋杆菌的发酵底物可为一定浓度的酒—水混合物，适宜浓度的酒精可使醋化醋杆菌活化，D 正确。
考向 4 微生物的分离、培养与计数
[典例 4](2022 年广东高考)研究深海独特的生态环境对于开发海洋资源具有重要意义。近期在“科学号”考察船对中国南海科考中，中国科学家采集了某海域 1146 米深海冷泉附近沉积物样品，分离、鉴定得到新的微生物菌株并进一步研究了其生物学特性。
(1)研究者先制备富集培养基，然后采用________法灭菌，冷却后再接入沉积物样品，28 ℃厌氧培养一段时间后，获得了含拟杆菌的混合培养物，为了获得纯种培养物，除了稀释涂布平板法，还可采用________法。据图分析，拟杆菌新菌株在以________为碳源时生长状况最好。
(2)研究发现，将采集的样品置于各种培养基中培养，仍有很多微生物不能被分离筛选出来，推测其原因可能是_______________________________________________________。(答一点即可)
(3)藻类细胞解体后的难降解多糖物质，通常会聚集形成碎屑沉降到深海底部。从生态系统组成成分的角度考虑，拟杆菌对深海生态系统碳循环的作用可能是___________________________________________________________________________________。(4)深海冷泉环境特殊，推测此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能还有_____
___________________________。
解析：(1)培养基通常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。可以采用稀释涂布平板法或平板划线法，将单个微生物分散在固体培养基上，经过培养得到单菌落，从而获得纯净培养物。分析图可知，在以纤维素为碳源的培养基中，细胞数量最多，可推知拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好。(2)深海冷泉中可能存在某些微生物，只有利用冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)，故将采集的样品置于各种培养基中培养，仍可能有很多微生物不能被分离筛选出来。(3)拟杆菌为异养生物，作为该生态系统的分解者，能将沉降到深海底部的难降
解多糖物质分解为无机物，归还到无机环境中，有利于碳循环的顺利进行。(4)深海冷泉温度较低，故生活在其中的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶，应具有耐低温的特性，才能高效降解多糖，保证拟杆菌的正常生命活动所需。
答案：(1)高压蒸汽灭菌 平板划线 纤维素 (2)某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活) (3)拟杆菌作为分解者，将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物，有利于深海系统物质循环的顺利进行 (4)耐低温
7.(2022 年广东佛山南海中学模拟)益生菌是一类食用后可以到达肠道并能在肠道内发挥调节功能的活菌。市售的益生菌产品质量参差不齐，某益生菌品牌宣传其产品活菌数不少 107个·g-1。 某研究小组尝试检测该品牌益生菌中的活菌含量是否达到宣传标准，实验步骤如下：制备培养基→调 pH→灭菌→倒平板→梯度稀释样品→接种→培养→计数。请回答以下问题。
(1)实验室常用的培养细菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基，根据上述操作可知该培养基从物理性质来说属于________ 培养基，该培养基中的 NaCl 能为微生物提供的主要营养是________。(2)若将上述步骤改为先灭菌后调 pH，可能的后果是______________________________________________________________。(3)研究小组先将 1g 益生菌粉加入 9 mL______中，混匀，让菌粉充分溶解，然后进行系列梯度稀释操作，得到稀释 104、105、106 倍的样品。分别取每个稀释度样品 0.1 mL 接种到 3 个平板上，
在适宜条件下培养一段时间后，对平板上的菌落数进行统计，结果如表。
应选择上述稀释度为 105 倍的平板的菌落数作为统计结果，原因是____________，计算出每克益生菌粉中活菌数量为_________个。
(4)研究小组认为上述实验结果并未能充分证实该益生菌粉中活菌数量是否达标，你认为该实验还需要改进的地方是___________________________________________________(答出一点即可)。解析：(1)实验室常用的培养细菌的培养基为牛肉膏蛋白胨培养基，根据上述操作可知该实验需要利用稀释涂布平板法对微生物进行分离和计数，所以该培养基需要添加凝固剂琼脂，从物理性质来说属于固体培养基。该培养基中的 NaCl 能为微生物提供的主要营养是无机盐。(2)制备培养基后先调 pH 后灭菌，这样可以避免调 pH 时有杂菌混入，若将上述步骤改为先灭菌后调 pH，可
能的后果是在调 pH 的过程中造成杂菌污染，影响实验结果的准确性。(3)为避免杂菌污染，要先将 1 g 益生菌粉加入 9 mL 无菌水中，稀释 10 倍，再逐步进行梯度稀释。选择表中稀释度为 105 倍的平板的菌落数作为统计结果，原因是该稀释度下平板中形成的菌落数均在 30～300 个之间，符合实验室微生物计数标准。要计算该品牌益生菌粉每克含活菌的数量，可用公式 C/V×M(C 为平均菌落数，V是接种的稀释液的体积，M是稀释倍数)，计算过程如下：每克益生菌粉中的活菌数＝(56＋48＋64)÷3÷0.1×105＝5.6×107(个)。(4)研究小组的计算结果与该益生菌品牌宣传其产品活菌
数不少于 107 个·g-1 相吻合，但该实验的操作规范性还有需要改进的地方，如该实验还需要设置空白对照组，即将灭过菌的培养基不接种微生物，放在恒温培养箱中培养，观察空白培养基上是否出现菌落，以检测培养基灭菌是否合格，从而排除杂菌干扰。答案：(1)固体 无机盐 (2)容易造成杂菌污染，影响实验结
该稀释度下平板中形成的菌落数均在
30～300 个之间 5.6×107 (4)该实验还需要设置空白对照组，从而排除杂菌干扰
8.(2021 年八省联考辽宁卷)微生物合成的油脂是制备生物柴油的新型原料。下图为产油脂芽孢杆菌筛选的流程，其中 B 平板上的 5 个菌落是初筛得到的芽孢杆菌，C 为 B 平板上菌落的原位影印，利用苏丹黑 B 可使脂类物质呈黑色的特性，对 C 进行染色，得到结果 D。回答下列问题。
(1)图中对土壤菌液进行系列梯度稀释的目的是___________________________________________________________________。(2)若要使菌落能在 A 平板上生长，下列培养基组分中最合理的是________(填“甲”“乙”或“丙”)，原因是_____________________________________________________________________。
(3)培养基配制完成后需要立即进行灭菌，常用的灭菌方法为
________________。
(4)根据 D 的染色结果，可判断 B 平板中的______(填图中数
字)是产油脂芽孢杆菌的菌落。
(5)将 B 平板中的产油脂芽孢杆菌的单菌落进一步纯化培养得到 E。将 E 中的菌落接种到试管 F 的固体斜面培养基上，经培养后放入 4 ℃冰箱中临时保藏，以后每 3～6 个月需要转接一次。这种方法不适合长期保藏菌种的原因是________________________。如需长期保存可采用__________________的方法。
解析：(1)因土壤菌数量较多，菌液浓度较大，如直接接种，菌落密集，在固体培养基表面无法形成单个菌落，所以要对土壤菌液进行系列梯度稀释。(2)蛋白胨提供的主要营养是氮源和维生素。培养基甲含有碳源、氮源、水、无机盐这几类营养物质，且加入了琼脂作为凝固剂，可以达到实验效果；培养基乙不含蛋白胨(氮源)，不合理；培养基丙不含凝固剂(琼脂)，无法形成固体培养基，无法在培养基表面形成菌落。(3)培养基配制完成后需要立即进行灭菌，常用的灭菌方法为高压蒸汽灭菌法。(4)苏丹黑 B 将
脂类染成黑色，而 C 又是 B 平板上菌落的原位影印，对照实验结果可知，平板 B 中的 3 是产油脂芽孢杆菌的菌落。(5)该种低温临时保藏菌种的方法，容易污染或产生变异，如需长期保存，可在温度为－20 ℃下采用甘油管藏的方法。答案：(1)将微生物分散成单个细胞，进而获得单个的菌落
甲培养基含有细菌生长所需的各种主要营养物质和凝固剂
(5)菌种容易污染或产生变异
考向 5 发酵工程及其应用
[典例 5](2021 年广东高考)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。
(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)
(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 60 g/L，pH为 10，菌株 H 可正常持续发酵 60 d 以上。该系统不需要灭菌的原因是_____________________________________。(答出两点即可)(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________________________。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 60 g/L，pH 为 10时，菌株 H 可正常持续发酵 60 d 以上，而盐浓度为 60 g/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，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，说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。
(2)盐浓度为 60 g/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，生长繁殖受到抑制 (3)氧气(O2 或溶解氧) (4)蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
9.(2022 年广东汕头模拟)科研人员尝试利用紫外线诱变的方法获得青霉素高产菌株。某研究小组对诱变处理得到突变菌 S(需氧型)进行分离纯化、扩大培养、发酵培养，并对青霉素生产效能进行测定。回答下列问题。
(1)对诱变处理得到的突变菌 S 制成较稀浓度的悬液，其目的是在培养时获得______，然后将活化的突变菌接种到液体培养基中，并置于在摇床上进行振荡培养，其中振荡操作的目的是：__________________________________________________________。
(2)菌种的扩大培养和发酵培养涉及不同的代谢过程，生产中这两个过程中的温度要求是不同的，其原因是_____________________________________________________________ 。发酵过程中再添加的麸质发酵料需保持松散状态，其目的是______________________________________________________________________。除温度、氧气等因素外，培养基的_____________________________________________________________________________( 答出 1点即可)也是影响突变菌 S 发酵产率的重要因素。
(3)发酵培养过程中菌液浓度及青霉素浓度变化如图所示。发酵至约________h 时，青霉素浓度增长速率最快。在培养基成分和理化因素均适宜的条件下，影响发酵最终产量的因素有___________________________________________________(答出两点即可)。
解析：(1)对诱变处理得到的突变菌 S 制成较稀浓度的悬液，其目的是在培养时获得单菌落，便于纯化培养和计数，然后将活化的突变菌接种到液体培养基中，并置于在摇床上进行振荡培养，这里振荡操作是为了增加培养液中溶解氧含量，使菌种和营养物质充分接触，从而有利于菌种的生长。(2)菌种的扩大培养和发酵培养涉及不同的代谢过程，生产中这两个过程中的温度要求是不同的，这是因为突变菌 S 生长繁殖和青霉素合成代谢所需酶的最适温度不同，因此为了达到不同的目的需要设置不同的温度培养。
发酵过程中再添加的麸质发酵料需保持松散状态，是为了增加通气性，保证青霉菌代谢的需要。除温度、氧气等因素外，培养基的 pH、成分、杂菌污染情况也是影响突变菌 S 发酵产率的重要因素。(3)结合图示可知，发酵至约 75 h 左右时，青霉素浓度增长速率最快，因此为了获得青霉素的高产，可将培养时间控制在 75 h左右。在培养基成分和理化因素均适宜的条件下，影响发酵最终产量的因素有菌液浓度、 菌体合成青霉素的能力、发酵时间等。