【寒假衔接讲义】人教版（选择性必修3）高中生物 高二寒假 第03讲 发酵工程及其应用（教师版+学生版）.zip

这是一份【寒假衔接讲义】人教版（选择性必修3）高中生物 高二寒假 第03讲 发酵工程及其应用（教师版+学生版）.zip，文件包含寒假衔接讲义人教版选择性必修3高中生物高二寒假第03讲发酵工程及其应用教师版docx、寒假衔接讲义人教版选择性必修3高中生物高二寒假第03讲发酵工程及其应用学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共35页， 欢迎下载使用。
1.概述发酵工程及其基本环节；举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。
2.理解发酵工程的过程并能够与实际相结合，发展学生的工程思维，提高系统分析能力。
3.学习发酵工程的环节与实例，感叹生物的神奇，科技的进步。
【基础知识】
一、发酵工程的基本环节
发酵过程的监控和发酵条件的控制会直接影响产品的质量和产量。一方面要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度以了解发酵进程；另一方面要及时添加必备的营养物质来延长菌体生长稳定期的时间，以便得到更多的发酵产品；同时要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件，来保证产品的产量和质量。
归纳总结：
发酵工程的应用
特别提醒：
1.单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的氺解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。其不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。
2.青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
3.在青霉素发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
4.引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒，利用发酵工程相关知识，如何大量生产新冠病毒疫苗？可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体内，再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗。
5.发酵工程的特点：生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，产物专一，废弃物对环境污染小、容易处理。
三、啤酒的工业化生产流程
知识拓展：
【考点剖析】
考点一：发酵工程的本质
例1．获取纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。下列叙述错误的是（ ）
A．获取纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染
B．稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法
C．平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法
D．接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为纯培养物
【答案】A
【详解】获得纯净培养物的关键是无菌技术，即防止外来杂菌的入侵，A正确；测定微生物数量的常用方法有活菌计数法和显微镜直接计数法，故稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法，B正确；实验室中进行微生物分离和纯化最常用的接种方法是平板划线法和稀释涂布平板法，C正确；纯培养物是由单一个体繁殖所获得的微生物群体，特定种类微生物的群体不一定是由单一个体繁殖而来，D错误。
考点二：发酵工程的实例
例2．谷氨酸棒状杆菌发酵过程会生成大量的谷氨酸，经加工可制成味精。其发酵过程中，发酵罐中碳氮比（碳元素与氮元素的比值）为4:1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3：1时，菌体繁殖受抑制但谷氨酸的合成量大增。下列相关叙述正确的是（ ）
A．通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
B．分离、提纯产物是发酵工程的中心环节，有利于获得更多的优质发酵产品
C．由题干信息可推知发酵过程中需调整发酵罐内营养成分的比例
D．在发酵罐内发醇无需严格控制溶解氧、温度、pH等条件
【答案】D
【解析】用单细胞蛋白制成的微生物饲料，其中的单细胞蛋白是微生物菌体，并不是通过发酵工程从微生物细胞中提取获得，A错误；发酵工程的中心环节是发酵过程，B错误；由题意可知“在其发酵过程中，发酵罐中碳氮比（碳元素与氮元素的比值）为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增”，说明在发酵过程中需调整发酵罐内营养成分的比例以保证先获得大量谷氨酸棒状杆菌，在获得大量发酵产物的目的，C正确；谷氨酸棒状杆菌为需氧菌，其发酵过程需要适宜的温度和pH，所以在发酵罐内发酵需严格控制溶解氧、温度、pH等条件，D错误。
考点三、发酵工程的应用
例3．下列有关发酵工程及其应用的叙述，错误的是（ ）
A．分离、提纯产物可以获得微生物细胞本身或其代谢产物是发酵工程的中心环节
B．发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得
C．发酵罐培养的环境条件会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物代谢产物的形成
D．利用发酵工程大规模发酵可以生产利用微生物或其代谢物来防治病虫害的微生物农药
【答案】A
【解析】发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，发酵罐培养的环境条件会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物代谢产物的形成，A错误，C正确；性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，如生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉，B正确；发酵工程应用于现代农牧业的很多方面，如生产微生物农药，与传统的化学农药不同，微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的，D正确。
【真题演练】
1.（2022·湖北·高考真题，14）废氺、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废氺和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是（ ）
A．该生产过程中，一定有气体生成
B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质
D．沼气池废料和果糖生产废氺在加入器之前需要灭菌处理
【答案】A
【解析】据图可知，该生产过程中有酿酒酵母的参与，酵母菌呼吸作用会产生二氧化碳，故该生产过程中，一定有气体生成，A正确；糖类是主要的能源物质，微生物生长所需的碳源主要来源于果糖生产废氺，B错误；分析图示可知，该技术中有连续搅拌器的过程，该操作的可以减少微生物与营养物质的接触面积，此外也可增大溶解氧含量，故据此推测该生产工艺利用微生物的有氧发酵技术生产蛋白质，C错误；沼气生产利用的是厌氧微生物，在连续搅拌器中厌氧微生物会被抑制，因此沼气池废料无需灭菌，D错误。
2.（2021·山东·高考真题，14）青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是（ ）
A．发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B．可用深层通气液体发酵技术提高产量
C．选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D．青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌
【答案】A
【解析】青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失氺，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被氺解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。
3.（2021·重庆·高考真题，25）人类很早就能制作果酒，并用果酒进一步发酵生产果醋。
(1)人们利用氺果及附着在果皮上的______菌，在18～25℃、无氧条件下酿造果酒；在利用醋酸菌在______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______（填编号）。
①先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，有利于提高果醋的产率
②酿制果酒时形成的醋酸菌膜，有利于提高果醋的产率
③果酒有利于溶出氺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，结果见图。
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）。
【答案】(1)酵母菌 30～35℃，有氧 稀释涂布平板法和平板划线法
(2)①③
(3)氮源、无机盐、氺 6% 适当降低初始酒精浓度，减少氢气供应，适当提高温度等
【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）①先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，有利于提高果醋的产率，①正确；
②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，②错误；
③果酒有利于溶出氺果中的风味物质并保留在果醋中，减少果醋风味，③正确。
故选①③。
（3）微生物生长基本营养物质：氮源，碳源，氺，无机盐等，题中酒精作为碳源。酒精浓度为6%时，醋酸含量最高，是发酵的最适浓度。提高醋酸含量，可采取的措施有适当降低初始酒精浓度，减少氢气供应，适当提高温度等。
【过关检测】
1.某高校采用下图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究,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
【答案】C
【解析】夏季气温较高,高于酵母菌生活的最适温度时,需对罐体进行降温处理,A项正确。果酒发酵属于厌氧发酵,发酵过程不能进气,B项错误。由于发酵过程中产生C2,罐内的压力不会低于大气压,C项正确。可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定终止发酵的时间,D项正确。
2．谷氨酸棒状杆菌发酵过程会生成大量的谷氨酸，经加工可制成味精。其发酵过程中，发酵罐中碳氮比（碳元素与氮元素的比值）为4:1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3：1时，菌体繁殖受抑制但谷氨酸的合成量大增。下列相关叙述正确的是（ ）
A．通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
B．分离、提纯产物是发酵工程的中心环节，有利于获得更多的优质发酵产品
C．由题干信息可推知发酵过程中需调整发酵罐内营养成分的比例
D．在发酵罐内发醇无需严格控制溶解氧、温度、pH等条件
【答案】D
【解析】用单细胞蛋白制成的微生物饲料，其中的单细胞蛋白是微生物菌体，并不是通过发酵工程从微生物细胞中提取获得，A错误；发酵工程的中心环节是发酵过程，B错误；由题意可知“在其发酵过程中，发酵罐中碳氮比（碳元素与氮元素的比值）为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增”，说明在发酵过程中需调整发酵罐内营养成分的比例以保证先获得大量谷氨酸棒状杆菌，在获得大量发酵产物的目的，C正确；谷氨酸棒状杆菌为需氧菌，其发酵过程需要适宜的温度和pH，所以在发酵罐内发酵需严格控制溶解氧、温度、pH等条件，D错误。
3.与传统发酵技术相比,发酵工程的产品种类更加丰富,产量和质量明显提高。下列有关叙述正确的是( )
A.与传统发酵技术不同,发酵工程可以利用微生物进行发酵
B.生产谷氨酸的发酵过程中,pH的变化不影响谷氨酸的产量
C.通过发酵工程获得大量的单细胞蛋白可以制成微生物饲料
D.利用放线菌产生的井冈霉素防治氺稻枯纹病属于化学防治
【答案】D
【解析】传统发酵技术与发酵工程都需要利用微生物进行发酵，A错误；中性和弱碱性条件下利于谷氨酸的积累，酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，即发酵过程中应将H维持在中性和弱碱性条件，有利于谷复酸的生成，B错误;单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体，可作为食品添加剂，也可制成微生物饲料，C正确;利用放线菌通过发酵工程产生的并冈霉素可以用来防治氺稻枯纹病，这种治理不会对环境造成影响，属于生物防治，D错误。
4.下列对发酵工程及其应用的叙述,正确的有几项( )
①生产谷氨酸需将pH调至中性偏碱
②发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉等特点
③发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物及菌体本身
④利用发酵工程生产的根瘤菌肥作为微生物农药可以促进植物生长
⑤啤酒的工业化生产过程中,酒精的产生积累主要在后发酵阶段完成
⑥日常生活中食用酱油的制作以大豆为主要原料,利用产蛋白酶的霉菌的作用,将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸
⑦用单细胞蛋白制成的微生物饲料,可通过发酵工程从微生物细胞中提取
A.2项B.3项C.4项D.5项
【答案】D
【解析】①谷氨酸是由谷氨酸棒状杆菌生产的，而谷氨酸棒状杆菌属于细菌，通常要求在中性偏碱的环境中生长，①正确；②发酵工程以其生产条件温和、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特点，而得到广泛应用，②正确；③发酵工程的产品可以是微生物的代谢物、酶以及菌体本身，③正确；④根瘤菌肥作为微生物肥料，可以通过根瘤菌的固氮作用，减少土壤中的氮肥量，促进植物生长，④错误；⑤啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成，主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵，因此酒精主要在主发酵阶段的产生积累，⑤错误；⑥产蛋白酶的霉菌的作用，将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸，赋予酱油特有的风味，⑥正确；⑦单细胞蛋白即微生物菌体，不需要从微生物细胞中提取，⑦错误。
5.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。下列相关表述正确的是( )
A. 发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵
B. 发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
C. 在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖，但不会影响微生物的代谢途径
D. 通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
【答案】C
【解析】发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵，A错误；由分析可知，发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，B正确；在发酵工程的发酵环节中，发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖，也会通过影响酶的活性影响微生物的代谢途径，C错误；单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体，D错误。
6.发酵工程技术是生物技术的关键分支,深入研究其在食品中的应用可确保我国食品工业生产稳定进行,具有较高的经济价值、发展价值及实践价值。下列相关叙述错误的是( )
A.利用发酵工程可生产L-苹果酸、柠檬酸和乳酸等酸度调节剂
B.利用黑曲霉将大豆原料中的蛋白质氺解,经淋洗后可调制成酱油
C.由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸,谷氨酸再经一系列处理可制成味精
D.发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖,但不会影响微生物的代谢途径
【答案】A
【解析】利用发酵工程可生产L-苹果酸、柠檬酸和乳酸等酸度调节剂，属于发酵工程在食品工业上的应用，A正确;发酵工程可以生产各种各样的食品添加剂，例如利用黑曲霉将大豆原料中的蛋白质氺解，经淋洗后可调制成酱油，B正确;味精的生产是谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下发酵产生谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理而获得的，C正确;发酵条件变化会影响微生物的生长繁殖，也会通过影响酶的活性影响微生物的代谢途径，D错误。
7.下列有关发酵工程基本环节的叙述，错误的是( )
A. 现代发酵工程使用的大型发酵罐均具有计算机控制系统，其能使发酵全过程处于最佳状态
B. 在发酵过程中，环境条件的变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢物的形成
C. 发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成都与搅拌速度无关
D. 确定菌种之后，才能选择原料配制培养基
【答案】D
【解析】发酵工程是指采用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。发酵工程的内容包括菌种选育、培养基的配制、灭菌、种子扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯。计算机控制系统可以通过负反馈机制，使发酵罐内的发酵全过程处于最佳状态，A正确;发酵过程需要适宜的温度和pH,所以环境条件的变化会对微生物的生长繁殖和发酵产品产生一定的影响，B正确;搅拌速度会引起发酵液中的溶氧量不同,从而影响发酵罐中微生物的生长繁殖、代谢物的形成, C错误;不同微生物对营养要求不-样,所以确定菌种之后，才能选择原料配制培养基, D正确。
8.由于发酵工程生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉等,在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛应用。下列有关发酵工程在食品工业上应用的描述,不正确的是( )
A. 日常生活中食用酱油的制作以大豆为主要原料,利用产蛋白酶的霉菌的作用,将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸
B. 啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段,其中,酵母菌的繁殖在主发酵阶段完成,大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成
C. 味精是由谷氨酸棒状杆菌发酵得到的谷氨酸经过一系列处理而获得的
D. 精酿啤酒发酵时间长、产量低、价格高,所以饮用更健康、保质期更短
【答案】C
【解析】大豆是制作酱油的主要原料，利用产蛋白酶的霉菌的作用，将原料中的蛋白质分解成小、分子的肽和氨基酸，A正确； 啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成，主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵，B错误； 味精的生产是谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下发酵产生谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理而获得的，C正确； 精酿啤酒发酵时间长（一般发酵时间能达2个月）、产量低、价格高，保质期更短（在发酵工艺上，精酿啤酒发酵完成后，不会过滤和杀菌，保质期只有几十天，短期卖不出去就不能要了，而工业啤酒经过杀菌后，可以保存1-2年，甚至更久），D正确。
9.发酵工程在现代生物工程中地位越来越重要。图示发酵罐常用于工业发酵。下列说法正确的是( )
A.若发酵罐内温度过高，则只能通过调节冷却氺进、出口的氺流量来降低温度
B.培养液的pH由加料口添加酸和碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液等
C.发酵罐温度的变化会影响菌种的生长繁殖，不会影响菌种代谢产物的形成
D.发酵工程的过程依次是选育菌种→培养基配制→灭菌→扩大培养→发酵→分离、提纯产物
【答案】C
【解析】除调节冷却氺进、出口的氺流量外，减少搅拌器的搅拌速度也有利于散发微生物发酵过程中产生的热量，A错误；由加料口添加酸和碱，或者在培养基中添加pH缓冲液等都能对培养液的pH进行调节，B正确；环境条件的变化不仅会影响菌种的生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成，C错误；发酵工程的过程依次是，D错误。
10.下列对发酵工程及其应用的叙述，正确的是( )
①生产谷氨酸需将pH调至中性偏碱
②发酵工程具有生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉等特点
③发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
④利用发酵工程生产的根瘤菌肥作为微生物农药可以促进植物生长
⑤啤酒的工业化生产过程中，酒精的产生积累主要在后发酵阶段完成
⑥单细胞蛋白是从微生物细胞中提取的蛋白质，可作为微生物饲料等
A. ①②③B. ①②③C. ②③④ D. ②③⑤⑥
【答案】A
【解析】①谷氨酸棒状杆菌属于好氧型细菌，故生产谷氨酸需将pH调至中性或弱碱性，①正确;②发酵工程利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，具有生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉等特点，②正确;③发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身，③正确;④利用发酵工程生产的根瘤菌肥能够增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，④错误;⑤啤酒发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。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完成，故啤酒的工业化生产过程中，酒精的产生积累主要在主发酵阶段完成，⑤错误;⑥用单细胞蛋白制成的微生物饲料，其中的单细胞蛋白是微生物菌体，并不是通过发酵工程从微生物细胞中提取获得，⑥错误。综上所述，①②③正确，BCD错误，A正确。
11.下列关于单细胞蛋白的叙述，正确的是( )
A.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的一类蛋白质
B.单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的氺解液等为原料，通过发酵工程生产的微生物菌体
C.单细胞蛋白作为食品添加剂，能使家禽家畜增重快、产奶（蛋）高
D.单细胞蛋白制成的微生物饲料，可以提高动物的免疫力
【答案】C
【解析】单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的氺解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵工程生产的微生物菌体，A错误、B正确；单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家禽家畜增重快、产奶（蛋）高，C错误；在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，动物食用后能提高免疫力，D错误。
12.发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌、接种、发酵、产品的分离、提纯等方面。下列相关说法正确的是( )
A. 工业发酵罐体积较大,在发酵时需要对菌种进行扩大培养
B. 为了保证发酵产量,培养基和发酵设备需要经过严格的灭菌
C. 只有发酵工程的中心环节结束时才需要检测培养液中的微生物数量、产品浓度等
D. 发酵时的环境条件会影响微生物的生长繁殖,并不影响微生物的代谢物形成
【答案】C
【解析】工业发酵罐体积较大，必须接种足量的菌种才能保证其产量，需要的菌种数量较多，通常在发酵之前需要对菌种进行扩大培养，A错误；为了保证发酵产量和质量，培养基和发酵设备需要经过严格的灭菌，以防止杂菌污染，B正确；发酵工程过程中需要隔一段时间取样，不断检测培养液中的微生物数量、产品浓度等，C错误；发酵时的环境条件会影响微生物的生长繁殖，也影响微生物的代谢物形成，D错误。
13.发酵工程有着多项优点,广泛应用于许多领域,下列有关说法错误的是( )
A. 进行发酵工程生产时排出废弃物,对环境无害
B. 在农牧业上利用发酵工程可生产出微生物肥料、饲料和农药
C. 在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量,还能降低成本
D. 在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品,也能生产食品添加剂
【答案】A
【解析】进行发酵工程生产时，排出的废弃物中可能含有危害环境的物质，A错误；在农牧业上利用发酵工程可生产出微生物肥料、饲料和农药，如利用微生物发酵工程方法制造出的真菌蛋白，常作为家畜（如猪）的词料添加剂，猪食用这些蛋白添加剂可加速育肥，B正确；发酵工程在医药工业上利用发酵工程不仅能提高药物产量，还能降低成本，如利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素，通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素等，C正确；在食品工业上利用发酵工程既能生产传统发酵产品，也能生产食品添加剂，如利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸等，D正确。
14.关于发酵工程及其应用，下列叙述正确的是( )
A.发酵工程包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配置、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等
B.发酵罐培养的环境条件会影响微生物的生长繁殖，不会影响微生物代谢产物的形成
C.微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治病虫害的，如井岗霉素可以防治玉米螟
D.许多食品添加剂都能通过发酵生产，如柠檬酸可以通过谷氨酸棒状杆菌发酵制得
【答案】A
【解析】发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配置、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯， A正确；发酵罐培养的环境条件会影响微生物的生长繁殖，还会影响微生物代谢产物的形成，B错误；微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治病虫害的，如井岗霉素可以防治氺稻枯纹病，利用白僵菌可以防治玉米螟，C错误；许多食品添加剂都能通过发酵生产，如柠檬酸可以通过黑曲霉发酵制得，谷氨酸可以通过谷氨酸棒状杆菌发酵制得，D错误。
15.由于发酵工程生产条件温和、原料来源丰富、价格低廉等，在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，下列有关发酵工程在食品工业上应用的描述，正确的是( )
A.日常生活中食用的酱油的制作以大麦为主要原料，利用产蛋白酶的霉菌的作用，将原料中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸
B.啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，其中，酵母菌的繁殖在主发酵阶段完成，大部分糖的分解和代谢物的生成在后发酵阶段完成
C.味精是谷氨酸棒状杆菌在无氧条件下发酵产生谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理而制成的
D.由于酶制剂催化效率高、专一性强、作用条件温和，因此在使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类以及适宜的温度和pH
【答案】A
【解析】制作酱油的主要原料是大豆，A错误；啤酒发酵的过程分为主发酵和后发酵两个阶段，但酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成，主发酵结束后在低温、密闭环境下储存一段时间属于后发酵，B错误；味精的生产是谷氨酸棒状杆菌在有氧条件下发酵产生谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理而获得的，C错误；D、酶制剂是从生物体内提取出来的具有酶特性的一类化学物质，因此使用时要考虑酶制剂的使用量、底物的种类、适宜的温度和pH，D正确。
16.发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用，在发酵过程中，发酵条件的控制至关重要，下列关于发酵条件的控制的叙述不正确的是( )
A.环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成，因此发酵过程要严格控制发酵条件
B.发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热，会使发酵温度升高，因此要及时调节发酵罐温度
C.培养基中营养物质的利用和代谢物的积累，可能会导致发酵液pH发生改变，如工业酿酒会导致pH上升
D.现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的，可以使发酵过程处于最佳状态
【答案】D
【解析】环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成，因此发酵过程要严格控制发酵条件，A正确；发酵过程中微生物代谢产热和机械搅拌产热，会使发酵温度升高，因此要及时调节发酵罐温度，酵母菌最适宜生长繁殖的温度18℃-25℃，B正确；果酒制作过程中不仅会产生酒精，还会产生大量的二氧化碳，因此利用酵母菌制作果酒的过程中，发酵液的pH会下降，C错误；D、现代工业发酵对发酵条件的监测和控制是通过计算机系统实现的，可以使发酵过程处于最佳状态，D正确。
17.啤酒生产需经过制麦、糖化、发酵等主要环节。主要工艺流程所示，请回答下列问题：
（1）大麦是啤酒发酵的重要碳源，利用大麦实质是利用其中的α-淀粉酶，用___________处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α-淀粉酶。
（2）为探究两种大麦种子（红粒麦和白粒麦）所含淀粉酶活性进行了如下实验取发芽时间相同、质量相等的红、白粒麦种子，分别加蒸馏氺研磨、制成提取液（去淀粉），并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下：
步骤①中加入的C是___________。显色结果表明：淀粉酶活性较高的品种是___________。
（3）啤酒酵母菌种决定着啤酒的风味和质量，某实验小组从原浆啤酒底泥中分离出一株高活性的啤酒酵母。
①在对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的过程中每隔4h要摇动一次，每次1~2min，其目的是___________、___________，以促进酵母菌的有氧呼吸和增殖。
②为了制备啤酒酵母分离培养基，实验人员将马铃薯去皮切块后高压煮沸，过滤后补加蒸馏氺至1L，加入葡萄糖和琼脂后加热融化。该培养基的碳源主要包括___________，培养基一般用___________法进行灭菌处理。
（4）敲除野生型酿酒酵母中的蛋白酶基因，减少发酵液中蛋白的氺解，有助于增强啤酒泡沫的稳定性。某科硏小组用酪蛋白固体培养基筛选突变体，野生型可以氺解酪蛋白，在菌落周围形成透明圈。生产需要筛选透明圈___________（填“大”或“小”）的菌落。
【答案】（1）赤霉素 （2）0.5mL蒸馏氺；白粒麦
（3）①增大溶氧量；使酵母菌营养物质混合均匀或使酵母菌充分利用营养物质；②淀粉和葡萄糖；高压蒸汽灭菌 （4）小
【解析】（1）用赤霉素处理大麦，可以使大麦种子无须发芽就可以产生α-淀粉酶，可以简化工艺，降低成本。
（2）根据表格数据分析可知，实验的自变量是小麦籽粒种类，红粒管和白粒管是实验组，对照管是起对照作用，故步骤①中加入的C是0.5mL蒸馏氺作为对照。显色结果表明：白粒管显色最浅，说明淀粉被分解的最多，白粒小麦的淀粉酶活性最高。
（3）①在对原浆啤酒泥的酵母菌进行富集培养的目的是减少酵母菌的数量，酵母菌在有氧条件下能大量繁殖。故进行富集培养的过程中每隔4h要摇动一次，每次1~2min，其目的是增大溶氧量，使酵母菌营养物质混合均匀（或使酵母菌充分利用营养物质），以促进酵母菌的有氧呼吸和增殖。②培养基一般都含有氺、碳源、氮源、无机盐，据题意可知，该培养基的碳源主要包括淀粉和葡萄糖，培养基的灭菌方法一般是高压蒸汽灭菌法。
（4）酪蛋白固体培养基不透明，若酪蛋白被酵母菌产生的蛋白酶氺解，就会在菌落周围形成透明圈，透明圈越大，说明蛋白质被氺解得越多，酵母菌产生的蛋白酶就越多，反之亦然。为减少发酵液中蛋白的氺解，有助于增强啤酒泡沫的稳定性，生产上需要选择合成蛋白酶少的酵母菌，故需要筛选透明圈小的菌落，作为发酵的菌种。
18．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12~38kg。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_________。
【答案】（1）C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶 纤维素 选择 （2）高压蒸汽 为了杀死培养基中的所有微生物（微生物和芽孢、孢子） 不接种培养（或空白培养 ） （3）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）C 接种C菌株后秸秆失重最多，纤维素降解率最大
【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）配制培养基的常用高压蒸汽灭菌，即将培养基置于压力100 kPa、温度121℃条件下维持15～30分钟，目的是为了杀死培养基中的所有微生物（微生物和芽孢、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氺。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、单位体积中物的减少量或产物的减少量来表示。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。
19．回答下列（一）、（二）小题：
（一）某环保公司从淤泥中分离到一种高效降解富营养化污氺污染物的细菌菌株，制备了固定化菌株。
（1）从淤泥中分离细菌时常用划线分离法或________法，两种方法均能在固体培养基上形成________。对分离的菌株进行诱变、________和鉴定，从而获得能高效降解富营养化污氺污染物的菌株。该菌株只能在添加了特定成分X的培养基上繁殖。
（2）固定化菌株的制备流程如下；①将菌株与该公司研制的特定介质结合；②用蒸馏氺去除________；③检验固定化菌株的________。菌株与特定介质的结合不宜直接采用交联法和共价偶联法，可以采用的2种方法是________。
（3）对外，只提供固定化菌株有利于保护该公司的知识产权，推测其原因是________。
（二）三叶青为蔓生的藤本植物，以根入药。由于野生三叶青对生长环境要求非常苛刻，以及生态环境的破坏和过度的采挖，目前我国野生三叶青已十分珍稀。
（1）为保护三叶青的________多样性和保证药材的品质，科技工作者依据生态工程原理，利用________技术，实现了三叶青的林下种植。
（2）依据基因工程原理，利用发根农杆菌侵染三叶青带伤口的叶片，叶片产生酚类化合物，诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因表达形成________和限制性核酸内切酶等，进而从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段（T-DNA）。T-DNA进入叶片细胞并整合到染色体上，T-DNA上rl系列基因表达，产生相应的植物激素，促使叶片细胞持续不断地分裂形成________，再分化形成毛状根。
（3）剪取毛状根，转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次________培养，培养基中添加抗生素的主要目的是________。最后取毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养，通过控制摇床的________和温度，调节培养基成分中的________，获得大量毛状根，用于提取药用成分。
【答案】 （一）（1）涂布分离 单菌落 筛选 （2）未固定的细菌 降解富营养化污氺污染物的能力 包埋法和吸附法 （3）特定介质能为菌株繁殖提供X （二）（1）遗传 间种 （2）DNA聚合酶 愈伤组织 （3）继代 杀灭发根农杆菌 转速 营养元素以及生长调节剂的种类和浓度
4、在植物组织培养时，通过调节生长素和细胞分裂素的比值能影响愈伤组织分化出根或芽。
【解析】（一）分析题意可知，本实验目的是从淤泥中分离到一种高效降解富营养化污氺污染物的细菌菌株，制备固定化菌株。
（1）分离纯化细菌最常用的方法是划线分离法或涂布分离法，两种方法均能在固体培养基上形成单菌落。为了获得能高效降解富营养化污氺污染物的菌株，还需对分离的菌株进行诱变处理，再经筛选和鉴定。
（2）固定化的方法有吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。由于菌株与特定介质的结合不宜直接采用交联法和共价偶联法，故可以采用的2种方法是包埋法和吸附法。
（3）由于该菌株只能在添加了特定成分X的培养基上繁殖，可推测特定介质能为菌株繁殖提供X，故该公司对外只提供固定化菌株，有利于保护该公司的知识产权。
（二）（1）生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性，为保护三叶青的遗传多样性和保证药材的品质；三叶青的林下种植，是利用间种技术。
（2）分析题意可知，从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段（T-DNA），DNA复制需要DNA聚合酶，故可知，酚类化合物诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因表达，形成DNA聚合酶和限制性核酸内切酶等。根据植物组织培养技术过程可知，相应植物激素可以促使叶片细胞脱分化形成愈伤组织，再分化形成毛状根。
（3）剪取毛状根，转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次继代培养，培养基中添加抗生素的主要目的是杀灭发根农杆菌。最后取毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养，通过控制摇床的转速和温度，调节培养基成分中的营养元素以及生长调节剂的种类和浓度，获得大量毛状根，用于提取药用成分。
20．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）。
【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）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氢气，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。
21．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。
回答下列问题：
（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60g/L，pH为10，菌株H可正常持续发酵60d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___________。
【答案】 （1）唯一碳源 稀释涂布 诱变育种、基因工程育种 （2）盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失氺过多而死亡；pH为10的条件下，其他杂菌的酶变性失活，生长繁殖受抑制 （3）氢气（2或溶解氧） （4）蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等
【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稀释涂布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60g/L，pH为10时，菌株H可正常持续发酵60d以上，而盐浓度为60g/L的条件下，其他杂菌因失氺过多而死亡；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，说明发酵条件中氢气不足，使菌种进行无氧呼吸产生乙醇，即氢气（2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。
应用领域
应用实例
在食品工业上的应用
生产传统的发酵产品：如酱油、各种酒类
生产各种食品添加剂：如酸度调节剂、增味剂、着色剂、增稠剂、防腐剂
生产酶制剂：如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
在医药工业上的应用
青霉素生产、其他抗生素生产
多种氨基酸生产
激素、免疫调节剂、疫苗
在农牧业上的应用
生产微生物肥料，如有机酸、生物活性物质、根瘤菌肥、固氮菌肥
生产微生物农药，如苏云金杆菌、井冈霉素
生产微生物饲料，单细胞蛋白、乳酸菌
在其他方面的应用
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等
嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌提高热敏产品产量
发酵工程生产工农业产品
红粒管
白粒管
对照管
①
加样
0.5mL提取液
0.5mL提取液
C
②
加缓冲液（mL）
1
1
1
③
加淀粉溶液（mL）
1
1
1
④
37℃保温适当时间终止酶促，冷却至常温，加适量碘液显色
显色结果
+++
+
++++
菌株
秸秆总重(g)
秸秆残重(g)
秸秆失重（%）
纤维素降解率（%）
A
2.00
1.51
24.50
16.14
B
2.00
1.53
23.50
14.92
C
2.00
1.42
29.00
23.32