資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
高考生物二輪復習專題突破
專題九　發酵工程
[課標內容]　1.獲得純凈的微生物培養物是發酵工程的基礎。2.發酵工程為人類提供多樣的生物產品。
梳理核心知識
提示　深思1：原因是酒精濃度過高時，菌體表面蛋白質變性過快，從而凝固形成一層保護膜，乙醇分子不能滲入其中；酒精濃度過低時，殺菌能力減弱。
深思2：根據發酵過程所需條件來選擇、設計發酵裝置：
酒精發酵和制作泡菜均需要隔絕空氣，因此必須選擇密封性較好的裝置；醋酸發酵則需要充足的氧氣，同時還需避免雜菌隨空氣進入發酵裝置中造成污染。
1.制作傳統發酵食品的常見的幾個反應方程式：
①C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋能量
②C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋能量
③C6H12O6＋2O22CH3COOH（醋酸）＋2H2O＋2CO2＋能量
④C2H5OH＋O2CH3COOH（醋酸）＋H2O＋能量
2.當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌可以將糖分解為醋酸；當氧氣充足、缺少糖源時，醋酸菌可將乙醇轉變為乙醛，再將乙醛轉變為醋酸。
3.制作泡菜時用水密封泡菜壇的目的是隔絕空氣，這說明泡菜制作需要無氧條件。泡菜壇只能裝八成滿，因為裝完原料后還需要加入冷卻的鹽水，留有一定空間，便于冷卻好的鹽水淹沒全部菜料。
4.為了防止發酵液被污染：需要從發酵制作的過程進行全面的考慮。例如，榨汁機、發酵裝置要清洗干凈；每次排氣時只需擰松瓶蓋、不要完全擰開瓶蓋等。
5.在未接種的培養基表面不應有菌落生長。如果有，則說明培養基或操作過程中有雜菌污染。規范操作的情況下，在接種酵母菌的培養基表面可以看到單菌落，這些菌落的顏色、形狀基本一致。如果不一致，說明受到了雜菌污染。
6.分解尿素的細菌為異養微生物，培養基中需要添加碳源，并以尿素為唯一氮源，另外還需加入水、無機鹽和凝固劑如瓊脂等。
7.平板冷凝后，皿蓋上會凝結水珠，凝固后的培養基表面的濕度也比較高，將平板倒置，既可以避免培養基表面的水分過快地揮發，又可以防止皿蓋上的水珠落入培養基，造成污染。
8.細菌計數板和血細胞計數板的計數原理相同。血細胞計數板比細菌計數板厚，常用于相對較大的酵母菌細胞、霉菌孢子等的計數。用細菌計數板可對細菌等較小的細胞進行觀察和計數。
9.在含有纖維素的培養基中加入剛果紅時，剛果紅與纖維素形成紅色復合物；而當纖維素被纖維素分解菌分解后，復合物就無法形成，培養基中會出現以這些菌為中心的透明圈（如下圖所示）。
幾種纖維素分解菌在剛果紅培養基上形成的透明圈
10.發酵罐內的發酵是發酵工程的中心環節。在發酵過程中，要隨時檢測培養液中的微生物數量、產物濃度等，以了解發酵進程。還要及時添加必需的營養組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發酵條件。環境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝產物的形成。例如，谷氨酸的發酵生產：在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺。
1.判斷有關微生物培養與應用說法的正誤
（1）純化菌種時，為了得到單菌落，常采用的接種方法有平板劃線法和稀釋涂布平板法。（√）
（2）在瓊脂固體培養基上長出的單個菌落含有多種細菌。（×）
（3）檢測土壤中細菌總數實驗操作中，確定對照組無菌后，選擇菌落數在300以上的實驗組平板進行計數。（×）
（4）培養微生物的培養基分裝到培養皿后進行滅菌。（×）
（5）倒平板時，應將打開的皿蓋放到一邊，以免培養基濺到皿蓋上。（×）
（6）對細菌進行計數能采用稀釋涂布平板法，也能用平板劃線法。（×）
（7）篩選能分解尿素的細菌所利用的培養基中，尿素是唯一的氮源。（√）
（8）分解尿素的細菌在分解尿素時，可以將尿素轉化為氨，使得培養基的酸堿度降低。（×）
（9）剛果紅可以與纖維素形成透明復合物，所以可以通過是否產生透明圈來篩選纖維素分解菌。（×）
2.判斷有關發酵工程應用說法的正誤
（1）腐乳制作是通過毛霉等微生物發酵，豆腐中的蛋白質被分解成小分子的肽和氨基酸。（√）
（2）醋酸菌在無氧條件下利用乙醇產生醋酸。（×）
（3）酵母菌是嗜溫菌，所以果酒發酵所需的最適溫度高于果醋發酵溫度。（×）
（4）制作泡菜時，鹽水煮沸后可以立即使用。（×）
（5）泡菜壇的選擇、發酵過程中壇沿要注滿水都有利于泡菜的無氧發酵。（√）
（6）泡菜的制作前期需要通入氧氣，后期應嚴格保持無氧條件。（×）
（7）在家庭中用新鮮葡萄制作果酒時，需給發酵裝置適時排氣。（√）
（8）在制作果酒、果醋時，適當加大接種量可以提高發酵速率、抑制雜菌生長繁殖。（√）
（9）發酵工程與傳統發酵技術最大的區別是前者可以用微生物進行發酵。（×）
1.[2019·海南卷，30（2）]某同學在通過發酵制作果酒時，發現在制作原料中添加一定量的糖，可以提高酒精度，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示　糖類是主要的能源物質，可以為酵母菌的生長、繁殖提供能源物質，還可以作為酒精發酵的原料
2.[2018·全國卷Ⅱ，37（2）]牛奶的消毒常采用巴氏消毒法或高溫瞬時消毒法，與煮沸消毒法相比，這兩種方法的優點是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示　在達到消毒目的的同時，營養物質損失較少
3.[2018·全國卷Ⅲ，37（1）]若將酵母菌劃線接種在平板上，培養一段時間后可觀察到菌落，菌落的含義是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示　由一個細胞繁殖而來的肉眼可見的子細胞群體
4.[2019·全國卷Ⅲ，37（3）]單個細菌在平板上會形成菌落，研究人員通常可根據菌落的形狀、大小、顏色等特征來初步區分不同種的微生物，原因是　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示　在一定的培養條件下，不同種微生物表現出各自穩定的菌落特征
5.[2014·全國卷Ⅱ，39（2）]某小組采用平板劃線法分離水樣中的細菌。操作時，接種環通過灼燒滅菌，在第二次及以后的劃線時，總是從上一次劃線的末端開始劃線。這樣做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
提示　將聚集的菌體逐步稀釋以便獲得單個菌落
1.（2020·山東等級考，12）我國的釀酒技術歷史悠久，古人在實際生產中積累了很多經驗。《齊民要術》記載：將蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲發，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷”。意思是將酒曲浸到活化，冒出魚眼大小的氣泡，把八斗米淘凈，蒸熟，攤開冷透。下列說法錯誤的是（　　）
A.“浸曲發”過程中酒曲中的微生物代謝加快
B.“魚眼湯”現象是微生物呼吸作用產生的CO2釋放形成的
C.“凈淘米”是為消除雜菌對釀酒過程的影響而采取的主要措施
D.“舒令極冷”的目的是防止蒸熟的米溫度過高導致酒曲中的微生物死亡
答案　C
解析　由題意可知，“浸曲發”是將酒曲浸泡活化，在活化的過程中微生物代謝加快，A正確；“魚眼湯”是指冒出魚眼大小的氣泡，氣泡是微生物進行呼吸作用產生的CO2釋放形成的，B正確；釀酒過程中酵母菌進行無氧呼吸產生的酒精會抑制其他微生物的生長，而“凈淘米”是防止一些雜質影響酒的品質，C錯誤；由題意可知，“舒令極冷”是將蒸熟的米攤開冷透，其目的是防止蒸熟的米溫度過高使酒曲中的微生物死亡，D正確。
2.（2021·全國乙卷，37）[生物——選修1：生物技術實踐]
工業上所說的發酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質轉化為特定產品的過程。利用微生物發酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業通過發酵制作醬油的流程示意圖如下。
回答下列問題：
（1）米曲霉發酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養物質，大豆中的　　　　可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供　　　　。
（2）米曲霉發酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的　　　　、　　　　能分別將發酵池中的蛋白質和脂肪分解成易于吸收、風味獨特的成分，如將蛋白質分解為小分子的肽和　　　　。米曲霉發酵過程需要提供營養物質、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于　　　　（填“自養厭氧”“異養厭氧”或“異養好氧”）微生物。
（3）在發酵池發酵階段添加的乳酸菌屬于　　　　（填“真核生物”或“原核生物”）；添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產物是　　　　　　　　。
在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質量的重要因素，據圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質是　　　　　　　　　　　　（答出1點即可）。
答案　（1）蛋白質　碳源　（2）蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　異養好氧（3）原核生物　酒精和CO2　乳酸（或酒精、食鹽）
解析　（1）大豆的主要營養成分有蛋白質，可為米曲霉的生長提供氮源。淀粉屬于多糖，組成元素有C、H、O，可為米曲霉的生長提供碳源。（2）蛋白質和脂肪的分解需要蛋白酶和脂肪酶。蛋白酶可以將蛋白質水解為小分子的肽和氨基酸。依題意可知，米曲霉發酵過程中需要提供營養物質，且需要通入空氣并攪拌，故米曲霉的代謝類型為異養好氧型。（3）乳酸菌為原核生物；酵母菌為兼性厭氧微生物，在無氧條件下可以通過無氧呼吸產生酒精和CO2。在發酵池發酵階段存在乳酸菌和酵母菌，它們產生的乳酸和酒精均會抑制雜菌生長，同時，加入的食鹽也有抑制雜菌生長的作用。
3.（2020·全國卷Ⅰ，37）[生物——選修1：生物技術實踐]
某種物質S（一種含有C、H、N的有機物）難以降解，會對環境造成污染，只有某些細菌能降解S。研究人員按照下圖所示流程從淤泥中分離得到能高效降解S的細菌菌株。實驗過程中需要甲、乙兩種培養基，甲的組分為無機鹽、水和S，乙的組分為無機鹽、水、S和Y。
回答下列問題：
（1）實驗時，盛有水或培養基的搖瓶通常采用　　　　的方法進行滅菌。乙培養基中的Y物質是　　　　。甲、乙培養基均屬于　　　　培養基。
（2）實驗中初步估測搖瓶M中細菌細胞數為2×107 個/mL，若要在每個平板上涂布100 μL稀釋后的菌液，且保證每個平板上長出的菌落數不超過200個，則至少應將搖瓶M中的菌液稀釋　　　　倍。
（3）在步驟⑤的篩選過程中，發現當培養基中的S超過某一濃度時，某菌株對S的降解量反而下降，其原因可能是______________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________（答出1點即可）。
（4）若要測定淤泥中能降解S的細菌細胞數，請寫出主要實驗步驟：____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
（5）上述實驗中，甲、乙兩種培養基所含有的組分雖然不同，但都能為細菌的生長提供4類營養物質，即______________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　（1）高壓蒸汽滅菌　瓊脂　選擇　（2）104　（3）S的濃度超過某一值時會抑制菌株的生長　（4）取淤泥加入無菌水中，涂布（或稀釋涂布）到乙培養基上，培養后計數　（5）水、碳源、氮源和無機鹽
解析　（1）實驗過程中，對盛有水或培養基的搖瓶進行滅菌時，常采用高壓蒸汽滅菌法。據題圖分析可知，乙培養基為固體培養基，與甲培養基相比，其特有的組分Y物質應是凝固劑瓊脂。甲、乙培養基均只允許能利用物質S作為氮源和碳源的微生物生長，因此均為選擇培養基。（2）據題意，假設至少將搖瓶M中的菌液稀釋X倍，才能保證稀釋后的100 μL菌液中細菌細胞數不超過200個，初步估測搖瓶M中細菌細胞數為2×107個/mL，則稀釋之前100 μL菌液中有2×106個細菌，可得2×106×（1/X）＝200，則X＝104，因此至少應將搖瓶M中的菌液稀釋104倍。（3）在篩選過程中，若培養基中S濃度過高，可能會導致細胞失水，進而抑制菌株的生長。（4）將含有能降解S的細菌的淤泥加入無菌水中，進行適當稀釋后，利用稀釋涂布平板法，取適量的菌液涂布到乙培養基上，在適宜條件下進行培養，一段時間后，統計菌落數，即可估算出淤泥中能降解S的細菌細胞數。（5）本實驗中，甲、乙兩種培養基所含有的組分雖然不同，但都能為細菌的生長提供的營養物質是水、碳源、氮源和無機鹽。
微專題1　微生物的分離、培養與應用
1.培養基制備與微生物純化技術
提醒：①為了確定培養基的滅菌是否合格，微生物實驗一般會設置空白對照：隨機取若干滅菌后的空白平板培養基在適宜條件下培養一段時間，觀察培養基上是否有菌落生成。
②觀察菌落需用固體培養基，因此培養基要添加凝固劑，如瓊脂。
③倒平板的溫度一般在50 ℃左右適宜，溫度過高會燙手，溫度過低培養基又會凝固。
2.微生物分離與計數的兩個實例
1.（2021·河南名校聯盟）瓊脂是一種多糖類物質，由于很少有微生物能將其降解而成為配制固體培養基常用的凝固劑之一。某實驗室在處理一批已進行過微生物培養的廢棄固體培養基時發現，培養基上的微生物幾乎全部死亡，但在其中一個培養基上存在一個正常生長的細菌菌落，該實驗室研究人員對此提出“該種細菌能利用瓊脂”的假說。據此回答問題：
（1）若要證明該假說的正確性，應該在配制培養基時，選擇以　　　　為唯一碳源的固體培養基進行培養，配制好的培養基需通過　　　　　　　　法進行滅菌。
（2）通過實驗證明該假說是正確的，并且發現該瓊脂分解菌能分泌脫色酶，分解糖蜜發酵廢液的黑褐色色素。
欲從獲得的菌種中分離出分解黑褐色色素能力強的細菌，可在培養基中加入從糖蜜發酵廢液中提取到的黑褐色色素，采用的接種方法是　　　　　　　　　　。適宜條件下培養一段時間，發現菌落周圍形成圓形凹穴和透明圈，形成的原因是　　　　　　　　　　；應選擇凹穴大且周圍透明圈大的菌落進行擴大培養。
（3）實驗中需要及時滅菌或消毒，才能保證實驗結果的準確性，下列各項可以使用干熱滅菌的是　　　　。（填標號）
A.實驗者的皮膚 B.培養基
C.吸管 D.金屬用具
E.玻璃棒 F.培養皿
答案　（1）瓊脂　高壓蒸汽滅菌
（2）稀釋涂布平板法（或平板劃線法）　瓊脂分解菌分解瓊脂出現凹穴，分解黑褐色色素形成透明圈
（3）CDEF
解析　（1）欲證明該種細菌可以利用瓊脂，利用篩選微生物的原理，應該選擇以瓊脂為唯一碳源的固體培養基進行培養，如果該種細菌能在此培養基上生長，則結論是正確的，否則就是錯誤的。（2）該瓊脂分解菌能分泌脫色酶，分解黑褐色色素，可在培養基中加入從糖蜜發酵廢液中提取的黑褐色色素，采用稀釋涂布平板法或平板劃線法接種菌種，由于瓊脂分解菌分解瓊脂，且能分解色素，所以在培養基上形成凹穴，周圍形成透明圈：凹穴大，說明利用瓊脂的能力強，透明圈大，說明分解色素的能力強。（3）實驗中可以使用干熱滅菌的有吸管、金屬用具、玻璃棒、培養皿等，實驗者的皮膚采用化學試劑消毒的方法，培養基采用高壓蒸汽滅菌法進行滅菌。
2.（2021·華師一附中期中）我國飲用水衛生標準規定每毫升水樣中細菌總數不得大于100個，大腸桿菌不得檢出。某興趣小組為檢測本地自來水中的細菌總數和是否有大腸桿菌，進行了如下實驗：
①分別配制營養瓊脂培養基（成分：牛肉膏、蛋白胨、NaCl、瓊脂、水）和伊紅美藍培養基（成分：蛋白胨、NaCl、瓊脂、乳糖、伊紅、美藍、水），滅菌
②取水樣
③先測定甲項指標：用滅菌吸管吸取1 mL水樣，涂布到營養瓊脂培養基中；置于37 ℃培養24 h后進行菌落計數。另設一個空白對照組。
④用濾膜法測定乙項指標，裝置和操作如圖。
回答下列問題：
（1）步驟②取水樣前為了對自來水龍頭滅菌，應對它作　　　　處理。
（2）步驟③測定的指標甲是　　　　。水樣涂布前無需稀釋，原因可能是　　　　　　　　。步驟③中的空白對照組應是：　　　　　　　　。
（3）步驟④測定乙項指標，主要觀察濾膜上是否會出現　　　　色菌落。
（4）興趣小組認為合格的自來水中細菌數量很少，擔心檢測不到，因而將取得的水樣先加入到無瓊脂的營養培養液中培養一段時間后，再稀釋涂布平板計數。這樣操作獲得的數據　　　　（填“可信”或“不可信”）。理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　（1）火焰灼燒一段時間
（2）1 mL水樣中的細菌總數　自來水中細菌數量很少　1 mL水樣換成等量無菌水，其他條件完全相同
（3）黑
（4）不可信　細菌會在營養培養液中大量繁殖，其數量不能真實反映水樣中原有的數量
解析　（1）水龍頭是金屬制品且不能移動位置，可用火焰灼燒滅菌。（2）該實驗的自變量是樣品的種類，無關變量需要控制得相同且適宜（蒸餾水不一定是無菌的）。
3.（2021·黑龍江哈爾濱模擬）某研究人員篩選到能高效降解尿素的細菌，培養基成分如下表所示。請回答下列問題：
KH2PO4 Na2HPO4 MgSO4·7H2O 葡萄糖 尿素 瓊脂
1.4 g 2.1 g 0.2 g 10 g 1 g 15 g
（1）依據培養基的功能，該培養基屬于　　　　，加入的瓊脂的功能是　　　　　　　　。
（2）降解尿素的細菌中含有　　　　酶，該酶能催化尿素分解形成　　　　。
（3）土壤中的巴氏芽孢桿菌能高效降解尿素。為了從土樣中篩選出巴氏芽孢桿菌，需將土樣置于選擇培養液中培養24 h，目的是　　　　　　　　　　　　　　。此研究過程中的搖床轉速為200 r/min，推測培養巴氏芽孢桿菌過程中需要使用搖床的原因______________
_____________________________________________________________________。
（3）某湖水中含有巴氏芽孢桿菌。請寫出準確測定湖水中巴氏芽孢桿菌數量的實驗思路：____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　（1）選擇培養基　作凝固劑
（2）脲　二氧化碳和氨
（3）對巴氏芽孢桿菌擴大培養，使巴氏芽孢桿菌的濃度增加　有利于與空氣、培養液中的營養物質充分接觸，從而得到更多的巴氏芽孢桿菌
（4）取湖水稀釋后，涂布在選擇培養基中，對照組涂布等量無菌水，培養后計數
解析　將土樣置于選擇培養液中培養24 h，可使培養液中的巴氏芽孢桿菌大量增殖；使用搖床，有利于與空氣、培養液中的營養物質充分接觸，得到更多的巴氏芽孢桿菌，對湖水中的細菌進行準確計數，需要進行稀釋涂布，再進行計數，同時設置對照。
4.（2021·廣東佛山質檢）由于前些年牛奶制品被爆出安全隱患，很多民眾認為生牛奶更安全。但有專家指出，沒有經過加工的生牛奶中含有大腸桿菌、弧形桿菌、布魯氏菌等近百種致病菌。為了證實該情況，某實驗室按如圖方法對生牛奶進行細菌檢測實驗。分析回答下列問題：
（1）制備該無菌培養基的步驟為：計算→稱量→溶化→滅菌→倒平板。通常，制備培養基時要根據所培養細菌的不同來調節培養基的pH，調節pH應該在　　　　（填步驟名稱）之前。
（2）圖中步驟①的目的是　　　　　　　　　　　　；步驟②能否采用平板劃線法接種，并說明原因　　　　　　　　　　　　　　。圖示操作后，將接種后的培養基和作為對照的　　　　　　　　　　同時放入37 ℃恒溫培養箱中，培養36小時，取出后統計各平板的菌落數。
（3）通過觀察菌落的特征，可知生牛奶中微生物的種類和數量。菌落特征包括　　　　　　　　。兩位工作人員分別進行菌落檢測，取樣后的操作均正確且完全一致，但菌落數目卻有較大區別，你認為原因最可能是　　　　　　　　。
（4）甲、乙兩位工作人員分別對同一樣品進行檢測，在同一稀釋倍數下得到以下結果：
甲涂布了3個平板，統計的菌落數分別是122、163和186，取平均值157；
乙涂布了3個平板，統計的菌落數分別是25、110和186，取平均值107。
你認為這兩位工作人員的結果中，可信度低的是　　　　，其原因是______________________________________________________________________。
答案　（1）滅菌
（2）梯度稀釋菌液，在平板上獲得單個菌落，便于計數　不能，平板劃線法不能對菌落計數　未接種的牛肉膏蛋白胨培養基
（3）菌落的形狀、大小、隆起程度、顏色等　取樣不相同，不同牛奶中的活菌數不相同
（4）乙　乙的結果中，有1個平板的計數結果與另外2個相差懸殊，結果的重復性差
微專題2　發酵工程的應用
1.理清“4”種傳統發酵食品的制作技術
2.泡菜腌制過程中，乳酸菌、乳酸和亞硝酸鹽的變化
提醒：亞硝酸鹽是硝酸鹽還原菌促進硝酸鹽還原形成的，而不是硝化細菌氧化氨形成的。
1.（2021·廣東深圳高三調研）泡菜是一種獨特且具有悠久歷史的發酵蔬菜制品，回答下列問題：
（1）泡菜發酵的原理是_________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（2）泡菜制作中，需注意控制食鹽用量以及　　　　，否則容易造成　　　　而導致亞硝酸鹽增加，影響泡菜品質，所以泡菜制作過程中需要定期測定亞硝酸鹽的含量，一般采用　　　　（方法）。
（3）在腌制過程中，從外觀上可以看到泡菜瓶中有間歇性的氣泡沖出，壇蓋有響聲，其原因可能是______________________________________________________
______________________________________________________________________。
（4）下圖為兩種發酵方式下的亞硝酸鹽含量的對比。
由圖可知乳酸菌發酵較自然發酵的優點是　　　　　　　　　　　　，兩種發酵方式下的亞硝酸鹽含量都是先增加后下降，出現這種變化可能的原因是______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
答案　（1）在無氧情況下，乳酸菌將葡萄糖分解成乳酸
（2）腌制時間、溫度　細菌大量繁殖　比色法
（3）泡菜中除乳酸菌外，還有酵母菌和大腸桿菌等，酵母菌能將糖分分解為乙醇和二氧化碳等
（4）乳酸菌發酵可降低泡菜中的亞硝酸鹽含量，提前亞硝酸鹽峰值出現的時間，提高了泡菜食用的安全性（合理即可）　與硝酸鹽的還原和pH對亞硝酸鹽的影響有關（與硝酸鹽還原菌等微生物作用和pH對亞硝酸鹽的影響有關）
2.（2021·河北衡水金卷）人類生產、食用果醋有悠久歷史。10世紀時葡萄醋在法國已相當盛行，17世紀以后歐洲各國結合各自的物產和飲食習慣生產出不同品種的果醋，各種類型的果醋產品已是層出不窮。請結合下圖的實驗流程回答與蘋果醋制作相關的問題。
＋→
（1）過程①和過程②所用微生物在代謝類型上的主要區別是　　　　　　　　　　。
（2）和釀制葡萄酒一樣，在蘋果酒的自然發酵過程中，起主要作用的是　　　　上的野生型酵母菌，①中實驗操作中一般將溫度控制在　　　　　　　　　　　　。
（3）在果酒的制作過程中，雖然加入的鮮蘋果汁沒有經過滅菌處理，但在制成的果酒中基本檢測不出酵母菌以外的雜菌，請推測可能的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（4）為了提高蘋果出汁率，在壓榨前可加入一定濃度的纖維素酶和果膠酶處理原材料，當觀察到發酵罐內的果汁中基本上不再產生　　　　時，說明果酒發酵基本完成。
（5）當缺少　　　　時，醋酸菌將乙醇變為乙醛，再將乙醛變為醋酸，反應簡式為　　　　　　　　　　。
答案　（1）前者是兼性厭氧型，后者是需氧型
（2）蘋果皮　18～30 ℃
（3）發酵過程中積累的酒精能夠抑制雜菌的生長繁殖
（4）氣泡
（5）糖源　C2H5OH＋O2→CH3COOH＋H2O＋能量
解析　（4）酒精發酵的產物之一是CO2，使得發酵罐內的果汁中出現氣泡（CO2無法被“觀察”到）。
3.（2021·安徽富城聯考）某生物興趣小組設計如圖裝置進行果酒和果醋發酵，回答下列問題：
（1）果酒的制作離不開酵母菌。酒精發酵時，酒精產生的場所是酵母菌的　　　　　　　　　　。若用平板劃線法和稀釋涂布平板法分別純化培養酵母菌時，則這兩種接種方法操作過程中的共同點是_____________________________________________________________________
______________________________________________________________________（答出兩點）。
（2）制作果酒時，發酵瓶中需預留1/3空間的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　；每隔一段時間要打開氣體出口的主要目的是　　　　　　　　　　　　。
（3）利用獲得的果酒生產果醋時，氣體入口應持續通入無菌空氣的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。要鑒定果醋是否釀制成功，除可以通過觀察菌膜、嗅氣味之外，還可以通過檢測和比較　　　　　　　　　　　　　　做進一步的鑒定。
（4）果醋釀制成功后，某同學用稀釋涂布平板法測定果醋中某菌種的數量時，在同一稀釋倍數下涂布了3個平板，統計的菌落數分別是35、167和176。其他同學建議不宜將這三個數據求平均值來計算該菌種數量，理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　（1）細胞質基質　采用固體培養基、在酒精燈火焰旁接種等（合理即可）
（2）先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖，耗盡氧氣后再進行無氧呼吸產生酒精，同時防止發酵旺盛時汁液的溢出　排出發酵過程中產生的二氧化碳
（3）果醋發酵時需要醋酸菌，醋酸菌為好氧型細菌　發酵前后溶液的pH（合理即可）
（4）此同學的結果中，一個平板的計數結果與另兩個相差懸殊，結果的重復性差，若計算平均值會導致結果可信度低（合理即可）
專題強化練
（時間：40分鐘　滿分：100分）
一、微專題強化練
微專題1　微生物的分離、培養與應用
1.（2021·河北唐山期中）在生產、生活和科研實踐中，經常通過消毒和滅菌來避免雜菌的污染。下列相關操作正確的是（　　）
A.實驗操作者需使用酒精棉球對雙手進行滅菌，從而防止外來雜菌的入侵
B.接種室內的空氣可先噴灑適量石炭酸，再用紫外線照射，從而加強消毒效果
C.培養皿等玻璃器具不可以進行干熱滅菌，以防高溫、干燥條件下爆裂受損
D.使用高壓蒸汽滅菌鍋對培養基滅菌時，將鍋密封加熱至設定的壓力值即可
答案　B
解析　實驗操作者需使用酒精棉球對雙手進行消毒，從而防止外來雜菌的入侵，A錯誤；接種室內的空氣可先噴灑適量石炭酸，再用紫外線照射，從而加強消毒效果，B正確；培養皿等玻璃器具可以進行干熱滅菌，C錯誤；在利用高壓蒸汽滅菌鍋對培養基滅菌時，鍋內水加熱煮沸后，必須將鍋內冷空氣徹底排除，D錯誤。
2.（2021·江蘇無錫期末）尿素是一種重要的農業氮肥。當土壤中的細菌將尿素分解成氨之后，才能被植物利用。下列關于土壤中分解尿素的細菌的分離與計數的敘述，正確的是（　　）
A.分離分解尿素的細菌應以尿素為唯一碳源
B.尿素的分解產物使培養基pH降低，從而使酚酞指示劑變成紅色
C.實驗組一平板上有56個菌落，空白對照平板上有3個菌落，則該實驗組菌落數記為53
D.利用稀釋涂布平板法測定的細菌數量可能會偏低
答案　D
解析　分離分解尿素的細菌應為尿素為唯一氮源，A錯誤；尿素的分解產物氨使培養基pH升高，從而使酚酞指示劑變成紅色，B錯誤；在完全正確的操作情況下，空白對照組中不應出現菌落，若空白對照組出現菌落，說明操作過程中存在微生物污染，屬于實驗失誤，所有實驗數據均不應采用，C錯誤；統計菌落數目的方法有顯微鏡直接計數法和稀釋涂布平板法，前者可用血細胞計數板直接計數，而用稀釋涂布平板法測定細菌數時，可能會把連接在一起的兩個或多個細菌統計成一個菌落，所以用該方法統計的細菌數可能會偏低，D正確。
3.（2021·河北衡水五校聯考）如圖甲、乙是微生物接種常用的兩種方法，圖丙是接種后培養的效果圖解。下列相關敘述不正確的是（　　）
A.圖甲是平板劃線法，圖乙是稀釋涂布平板法
B.這兩種方法所用的接種工具分別是接種針和接種環
C.圖丙是采用圖乙所示方法得到的結果
D.兩種方法的接種操作都一定要在火焰附近進行，因為火焰附近存在著無菌區域
答案　B
解析　據圖分析，圖甲是平板劃線法，圖乙是稀釋涂布平板法，這兩種方法所用的接種工具分別是接種環和涂布器，B錯誤。
4.（2021·湖北襄陽四中調研）難以處理的土壤重金屬污染是當前所面臨的環境問題之一。研究人員篩選出了一種鉛鎘復合重金屬高耐性菌株，為微生物修復重金屬污染土壤提供重要的微生物種質資源。回答下列問題：
（1）實驗前，實驗人員應在　　　　的土壤中尋找目的菌株，將制備好的菌懸液放入基礎培養基中待用，基礎培養基能夠滿足培養菌生長所需的4類營養物質是　　　　　　　　　　　　；同時需要制備篩選所用的培養基，在相應基礎培養基中加入　　　　即可制成選擇培養基。
（2）經過富集培養的菌液，在平板培養基上可采用　　　　法分離純化，依據　　　　特征可以初步確定菌株類型。
（3）研究人員對篩選出的菌株進行耐鉛鎘性篩選，8種菌株在不同鉛鎘離子濃度下的生長情況如表所示。
菌株 Pb2＋/Cd2＋（mg·L－1）
0 200 400 600 800 900 1 000 1 200 1 400
0 20 40 60 80 90 100 120 140
K 1 ＋ ＋ ＋ － － － － － －
K 2 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － －
K 3 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
K 4 ＋ ＋ － － － － － － －
K 5 ＋ ＋ － － － － － － －
K 6 ＋ ＋ ＋ － － － － － －
K 7 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － －
K 8 ＋ ＋ ＋ － － － － － －
注：“＋”生長；“－”無生長。
由表可知，K 3菌株是篩選出的耐鉛鎘優勢菌株，依據是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（4）研究人員將耐性菌株K 3轉接到無鉛鎘基礎培養基上進行10次傳代培養，K 3菌株生長良好；隨后將其轉接于鉛鎘選擇培養基上再進行10次傳代培養，K 3菌株仍能生長，并且菌株形態特征未改變，該實驗結果說明_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　（1）被鉛和鎘等重金屬污染　水、碳源、氮源和無機鹽　一定濃度的含鉛離子和鎘離子的溶液
（2）平板劃線（或稀釋涂布平板）　菌落
（3）K 3菌株在較高的鉛鎘離子濃度下生長仍良好，具有良好的耐鉛鎘性（或8種菌株中只有K 3菌株在0～1 400/0～140 mg/L鉛離子/鎘離子濃度下均能生長）
（4）K 3菌株耐鉛鎘特性由遺傳物質控制，并且能穩定遺傳
解析　（1）實驗前，根據目的菌株對生存環境的要求，到相應的環境中去尋找，實驗人員應在鉛鎘復合重金屬污染土壤中尋找目的菌株，將制備好的菌懸液放入基礎培養基中待用，基礎培養基能夠滿足培養菌生長所需的水、碳源、氮源和無機鹽；同時需要制備篩選所用的培養基，在相應基礎培養基中加入不同濃度的鉛、鎘離子溶液即可制成選擇培養基。（2）經過富集培養的菌液，在平板培養基上可采用平板劃線或稀釋涂布平板法分離純化，依據菌落特征可以初步確定菌株類型。（3）表中顯示，8種菌株中只有K 3菌株在0～1 400/0～140 mg/L鉛離子/鎘離子濃度下均能生長，隨著鉛鎘離子濃度的增加，K 3菌株在最大濃度下仍能生長，其余菌株在最大濃度之前就停止生長，說明K 3菌株是篩選出的耐鉛鎘優勢菌株。（4）研究人員將耐性菌株K 3轉接到無鉛鎘基礎培養基上進行10次傳代培養，K 3菌株生長良好；隨后將其轉接于鉛鎘選擇培養基上再進行10次傳代培養，K 3菌株仍能生長，并且菌株形態特征未改變，該實驗結果說明K 3菌株耐鉛鎘特性是由遺傳物質控制的，并且能穩定遺傳。
微專題2　發酵工程的應用
5.（2021·河北正定調研）下列關于家庭制作葡萄酒的敘述錯誤的是（　　）
A.制作過程中，不應對葡萄進行消毒處理，以保存野生菌種
B.適當加大接種量可以提高發酵速度，抑制雜菌生長繁殖
C.葡萄酒制作過程中酵母菌種群數量呈“S”形增長
D.發酵過程中每隔一定時間進行排氣
答案　C
解析　家庭制作葡萄酒時的菌種是附著在葡萄皮上的野生酵母菌，因此制作過程中，不應對葡萄進行消毒處理，以保存野生菌種，A正確；適當加大接種量可以提高發酵速率，抑制雜菌生長繁殖，B正確；葡萄酒制作過程中，先通氣后密封，通氣的目的是讓酵母菌進行有氧呼吸而大量繁殖，后密封進行酒精發酵，因此該過程中酵母菌種群數量沒有呈“S”形增長，C錯誤；發酵過程中酵母菌無氧呼吸產生CO2，應每隔一段時間進行排氣，D正確。
6.（2021·山東聊城調研）我國利用不同微生物的發酵作用制作食品的歷史悠久，在多種文獻中均有記載：
①《齊民要術》中記載：“作鹽水，令極咸，于鹽水中洗菜，即內雍中。”
②《北山酒經》中記載：“每壇加蠟三錢，竹葉五片，隔水煮開，乘熱灌封壇口。”
③《齊民要術》中記載了多種利用谷物釀制食醋的工藝。其經歷的三個主要發酵過程為糖化→酒化→醋化。
④《本草綱目拾遺》中記述：“豆腐又名菽乳，以豆腐腌過酒糟或醬制者，味咸甘心。”
下列說法錯誤的是（　　）
A.①介紹的是泡菜制作技術，配制的鹽水要煮沸冷卻后使用
B.②中加熱殺菌保存酒液的原理和方法，與釀酒中普遍使用的巴氏消毒法基本相同
C.③中醋化過程指乙醇轉變為乙醛，再變為醋酸
D.④從微生物培養的角度看，豆腐是固體培養基，接種時不需要對其進行嚴格滅菌
答案　C
解析　分析可知，①介紹的是泡菜制作技術，配制的鹽水要煮沸冷卻后使用，以殺滅鹽水中的微生物，防止雜菌污染，A正確；②中加熱殺菌保存酒液的原理和方法，與釀酒中普遍使用的巴氏消毒法基本相同，都是采用了低溫加熱處理的方法，B正確；③中的釀醋工藝是淀粉先在微生物作用下分解成葡萄糖，葡萄糖再在相關酶的作用下反應生成乙醇，在氧氣充足、缺少糖源的條件下，醋酸菌可將乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變為醋酸，C錯誤；從微生物培養的角度看，豆腐是固體培養基，接種時不需要對其進行嚴格滅菌，D正確。
7.（2021·山東威海模擬）人類利用微生物發酵制作果酒、果醋的歷史源遠流長，果酒、果醋在人類生活中有眾多的用途。下列關于果酒、果醋制作的說法正確的是（　　）
A.在缺氧呈酸性的發酵液中，酵母菌和絕大多數微生物都能夠生長繁殖
B.在變酸的酒的表面觀察到的菌膜是乳酸菌大量繁殖而形成的
C.在氧氣、糖源充足的條件下，醋酸菌能將葡萄汁中的糖分解成醋酸
D.在果酒、果醋的制作過程中，需要注意隨時通過充氣口充氣
答案　C
解析　在缺氧呈酸性的發酵液中，酵母菌能夠生長繁殖，而其他絕大多數微生物都不能生長繁殖，A錯誤；在變酸的酒的表面觀察到的菌膜是醋酸菌大量繁殖而形成的，B錯誤；在氧氣、糖源充足的條件下，醋酸菌能將葡萄汁中的糖分解成醋酸，C正確；在果醋的制作過程中，需要注意隨時通過充氣口充氣，而在果酒的制作過程中，要關閉充氣口，D錯誤。
二、專題綜合提升
8.（2021·選擇性考試廣東卷，21）
中國科學家運用合成生物學方法構建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖）為原料，在實驗室發酵生產PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價值。工藝流程如圖。
回答下列問題：
（1）為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液體培養基中將蔗糖作為　　　　，并不斷提高其濃度，經多次傳代培養（指培養一段時間后，將部分培養物轉入新配的培養基中繼續培養）以獲得目標菌株。培養過程中定期取樣并用　　　　　　　　的方法進行菌落計數，評估菌株增殖狀況。此外，選育優良菌株的方法還有_______________________________________________________
______________________________________________________________________等（答出兩種方法即可）。
（2）基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強等特性，研究人員設計了一種不需要滅菌的發酵系統，其培養基鹽濃度設為60 g/L，pH為10，菌株H可正常持續發酵60 d以上。該系統不需要滅菌的原因是____________________________________
_____________________________________________________________________（答出兩點即可）。
（3）研究人員在工廠進行擴大培養，在適宜的營養物濃度、溫度、pH條件下發酵，結果發現發酵液中菌株H細胞增殖和PHA產量均未達到預期，并產生了少量乙醇等物質，說明發酵條件中　　　　可能是高密度培養的限制因素。
（4）菌株H還能通過分解餐廚垃圾（主要含蛋白質、淀粉、油脂等）來生產PHA，說明其能分泌_________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　（1）碳源　稀釋涂布平板法（血細胞計數法）　誘變育種、基因工程育種　（2）培養基是高鹽濃度的液體環境，雜菌會由于滲透失水而死亡；培養基的液體環境是堿性的，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制　（3）氧氣　（4）蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和PHA合成相關的酶
解析　（1）為提高菌株H對蔗糖的耐受能力和利用效率，在液體培養基中，可將蔗糖作為碳源。培養過程中可定期取樣并采用稀釋涂布平板法（血細胞計數法）進行菌落計數，評估菌株增殖狀況。除了上述方法選育能耐受高濃度蔗糖的菌株H外，還可通過誘變育種、基因工程育種來選育優良菌株。（2）由題意可知，菌株H具有嗜鹽、酸堿耐受能力強的特性，在該系統中，其他雜菌會因鹽濃度過高或pH不適宜而死亡，故不用滅菌。（3）由于產物中產生了少量乙醇，說明發酵液缺氧導致菌株H進行了無氧呼吸，最終菌株H由于能量供應不足而使得其細胞增殖和PHA的產量均未達到預期，所以發酵條件中氧氣可能是高密度培養的限制因素。（4）餐廚垃圾主要含有蛋白質、淀粉、油脂等，菌株H能利用餐廚垃圾來生產PHA，說明其能分泌蛋白質酶、淀粉酶、脂肪酶，還有與PHA合成相關的酶。
9.（2021·南京市學情調研）某研究小組分離提純葡萄皮上的野生型酵母菌時，選取了從自然界中采集到的葡萄，用無菌水將葡萄皮上的微生物沖洗到無菌的三角瓶中進行培養。回答下列問題：
（1）配制酵母菌培養液時，需控制培養液的濃度，濃度過高則會導致　　　　　　　　　　，另需加入一定劑量的青霉素等抗生素，其目的是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
對培養液進行滅菌時，切斷高壓蒸汽滅菌鍋電源后，須待觀察到　　　　　　　　　　　　時，才能打開放氣閥以釋放鍋內余氣，最后開啟鍋蓋取出培養液。
（2）該研究小組成功分離出某品種的酵母菌后，取等量菌液分別接種于3個盛有等量液體培養基的錐形瓶中，并分別置于轉速為150 r/min、200 r/min、250 r/min的搖床上培養，檢測結果如圖1所示，搖床轉速為250 r/min的酵母菌種群密度最大的原因是_________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
（3）圖2是采用血細胞計數板直接計數和稀釋涂布平板法計數兩種方法統計培養液中酵母菌數量時得到的結果，其中采用稀釋涂布平板法計數得到的是曲線　　　　，下列判斷依據中正確的有　　　　。
①稀釋涂布平板法只計數活的酵母細胞，死細胞無法形成菌落
②采用血細胞計數板直接計數時，可能會將死細胞與活細胞一起計數
③采用稀釋涂布平板法計數時，兩個或多個細胞連在一起長成一個菌落
（4）通過如圖3所示的方法進行純化培養時，用移液槍取最終的酵母菌稀釋液0.1 mL滴在培養基表面，然后將蘸有少量酒精的涂布器　　　　　　　　后再進行涂布。在恒溫培養箱中培養一段時間后，其中某組的4個平板上的菌落數分別為69個、52個、44個、26個，則可以推測原酵母菌菌液中每毫升含菌數為　　　　個。
圖3
答案　（1）酵母菌失水過多死亡　抑制細菌生長（防止雜菌污染）　壓力表指針降到零　（2）溶解氧多、酵母菌與培養液接觸充分　（3）乙　①②③
（4）灼燒（引燃）并冷卻　5.5×107
解析　（1）配制酵母菌培養液時，培養液濃度不能過高，原因是培養液濃度過高會使酵母菌失水過多死亡。青霉素可以抑制細菌的生長，而不影響酵母菌等真菌的生長，因此可以用青霉素等抗生素抑制細菌生長，防止雜菌污染。對培養液進行滅菌時，切斷高壓蒸汽滅菌鍋電源后，須待觀察到壓力表指針降到0時，才能打開放氣閥以釋放鍋內余氣，最后開啟鍋蓋取出培養液。（2）搖床轉速為250 r/min的酵母菌種群密度最大，原因是該轉速下培養基中的溶解氧含量更高，酵母菌與培養液接觸充分，更有利于酵母菌的繁殖。（3）用稀釋涂布平板法對培養液中的酵母菌計數時，所得數值偏低，因此用稀釋涂布平板法計數得到的是曲線乙。由于稀釋涂布平板法是通過菌落計數的，只有活的酵母細胞才能形成菌落，死細胞無法形成菌落，①正確；采用血細胞計數板直接計數時，可能會將死細胞與活細胞一起計數，因此用血細胞計數板計數所得數值比用稀釋涂布平板法計數所得數值高，②正確；兩個或多個細胞連在一起時，平板上觀察到的只是一個菌落，這是導致用稀釋涂布平板法計數所得數值偏低的原因，③正確。（4）涂布之前，應將涂布器蘸下酒精，然后在酒精燈火焰上灼燒，待涂布器冷卻之后再進行涂布。原酵母菌菌液中每毫升含菌數為（69＋52＋44）÷3×105÷0.1＝5.5×107（個）。

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