届人教版生物高考二轮复习专题九 第1讲 微生物的利用和生物技术在食品加工中的应用精品解析.docx

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届人教版生物高考二轮复习专题九第1讲微生物的利用和生物技术在食品加工中的应用精品解析

第1讲　微生物的利用和生物技术在食品加工中的应用

[考纲要求]　1.微生物的分离和培养。

2.某种微生物数量的测定。

3.培养基对微生物的选择作用。

4.利用微生物发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用。

[构建网络]

考点一　微生物的利用

1．有关微生物实验的基本方法

（1）制备培养基：

计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。

（2）无菌技术：

主要指消毒和灭菌。

（3）倒平板操作：

待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。

（4）平板划线法：

是通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。

（5）稀释涂布平板法：

先将菌液进行一系列的梯度稀释后涂布平板，在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而在培养基表面形成单个菌落。

如图：

2．微生物的分离与培养

（1）分离方法：

选择培养基。

（2）某种微生物的分离

①土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

a．筛选菌株：

利用选择培养基筛选菌株。

b．计数方法：

稀释涂布平板法和显微镜直接计数法。

c．过程：

土壤取样→样品的稀释→微生物的培养与观察。

②分解纤维素的微生物的分离

a．实验原理

即：

可根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

b．流程：

土壤取样→选择培养→梯度稀释→涂布平板→挑选菌落。

（3）鉴定方法

鉴定分解尿素的细菌

含酚红指示剂的尿素为唯一氮源的培养基→细菌→指示剂变红，则该菌能分解尿素

鉴定纤维素分解菌

[错混诊断]

1．在涂布接种前，随机取若干灭菌后的空白平板先行培养一段时间，这样做的目的是检测培养基上的细菌含量（2014·新课标Ⅱ，39

（1）改编）（　×　）

2．某研究小组从有机废水中分离微生物用于废水处理。

接种后的培养皿须放在光照培养箱中培养（2013·江苏，18C）（　×　）

3．纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法（2011·新课标，39

（2）改编）（　√　）

4．在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌（2011·重庆，2A）（　×　）

5．检测土壤中细菌总数实验操作中，确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数（2009·安徽，6D）（　×　）

6．培养微生物的培养基分装到培养皿后进行灭菌（2013·江苏，18A改编）（　×　）

题组一　从微生物的实验室培养进行命题

1．（2014·新课标Ⅱ，39）为了调查某河流的水质状况，某研究小组测定了该河流水样中的细菌含量，并进行了细菌分离等工作。

回答下列问题：

（1）该小组采用稀释涂布平板法检测水样中的细菌含量。

在涂布接种前，随机取若干灭菌后的空白平板先行培养了一段时间，这样做的目的是__________________________________；然后，将1mL水样稀释100倍，在3个平板上用涂布法分别接入0.1mL稀释液；经适当培养后，3个平板上的菌落数分别为39、38和37。

据此可得出每升水样中的活菌数为______________。

（2）该小组采用平板划线法分离水样中的细菌。

操作时，接种环通过________灭菌，在第二次及以后划线时，总是从上一次划线的末端开始划线。

这样做的目的是______________________

________________。

（3）示意图A和B中，________表示的是用稀释涂布平板法接种培养后得到的结果。

（4）该小组将得到的菌株接种到液体培养基中并混匀，一部分进行静置培养，另一部分进行振荡培养。

结果发现：

振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。

分析其原因是：

振荡培养能提高培养液中__________的含量，同时可使菌体与培养液充分接触，提高____________的利用率。

答案　

（1）检测培养基平板灭菌是否合格　3.8×107　

（2）灼烧　将聚集的菌体逐步稀释以便获得单个菌落　（3）B　（4）溶解氧　营养物质

解析　

（1）为了检测培养基平板灭菌是否合格，可在涂布接种前，随机取灭菌后的空白平板先行培养一段时间。

0.1mL稀释液中平均有（39＋38＋37）/3＝38个活菌，则每毫升稀释液中活菌的数目为38/0.1＝380，则稀释前每毫升水样中活菌数目为380×100＝3.8×104，则每升水样中活菌数目为3.8×104×1000＝3.8×107。

（2）接种环、接种针等金属用具可直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，以达到迅速彻底灭菌的目的。

在第二次及以后的划线时，总是从上一次划线的末端开始划线，其目的是将聚集的菌体逐步稀释以便获得单个菌落。

（3）比较图A和图B可以看出：

A培养基中细菌的分布呈线性，是用平板划线法接种培养后得到的结果；B培养基中细菌均匀分布，是用稀释涂布平板法接种培养后得到的结果。

（4）振荡培养可以提高培养液中溶解氧的含量，还可以使菌体与培养液充分接触，提高了营养物质的利用率，因此振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。

题组二　从微生物培养基的组成成分及纯化方法进行命题

2．（2014·四川，10）有机农药苯磺隆是一种除草剂，长期使用会污染环境。

研究发现，苯磺隆能被土壤中某些微生物降解。

分离降解苯磺隆的菌株和探索其降解机制的实验过程如图甲、乙所示。

（1）微生物生长繁殖所需的主要营养物质有碳源、水、________________四类，该实验所用的选择培养基只能以苯磺隆作为唯一碳源，其原因是___________________________________。

（2）与微生物培养基相比，植物组织培养的培养基常需添加生长素和________________，这些植物激素一般需要事先单独配制成________保存备用。

（3）纯化菌株时，通常使用的划线工具是________。

划线的某个平板培养后，第一划线区域的划线上都不间断地长满了菌，第二划线区域所划的第一条线上无菌落，其他划线上有菌落。

造成划线无菌落可能的操作失误有__________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）为探究苯磺隆的降解机制，将该菌种的培养液过滤离心，取上清液做图乙所示实验。

该实验的假设是________________________________，该实验设计是否合理？

为什么？

________________________。

答案　

（1）氮源和无机盐　只有能利用苯磺隆的微生物能正常生长繁殖　

（2）细胞分裂素　母液　（3）接种环　①接种环灼烧后未冷却；②划线未从第一区域末端开始

（4）目的菌株能分泌降解苯磺隆的蛋白质　不合理，缺少空白对照

解析　

（1）微生物生长繁殖需要的主要营养物质包括碳源、氮源、水和无机盐四类。

根据题意可知，土壤中某些微生物有降解苯磺隆的能力，该实验的目的是探索其降解机制，因此，需要分离出有降解苯磺隆能力的土壤中的某些微生物，故选择培养时为了排除其他碳源的干扰，培养基中唯一碳源只能是苯磺隆。

（2）与微生物培养基相

比，植物组织培养的培养基需要添加生长素和细胞分裂素，用于调节植物细胞脱分化和再分化；这些植物激素一般需要事先单独配制成母液保存备用。

（3）纯化菌株时，通常使用的划线工具是无菌接种环。

划线的平板培养后，发现第一划线区域的划线上不间断地长满了菌，第二划线区域所划的第一条线上无菌落，而其他划线上有菌落。

造成此现象的原因可能有两个：

一是接种环灼烧后未冷却，菌种接触到高温的接种环而死亡；二是划第二划线区域第一条线时未从第一区域末端开始。

（4）根据图乙所示实验中的上清液加入蛋白酶溶液推测，实验目的是探究目的菌株是否能分泌降解苯磺隆的蛋白质，实验设计不合理之处是缺少不加蛋白酶溶液、其他条件同图乙的空白对照。

　用选择培养基分离微生物的方法

（1）在基础培养基中加入抗性物质。

举例：

①加高浓度食盐分离金黄色葡萄球菌；②加青霉素分离酵母菌和细菌。

（2）通过改变培养基的成分。

举例：

①培养基中缺乏氮源时，可分离自生固氮微生物，非自生固氮微生物因缺乏氮源而无法生存。

②培养基中若缺乏有机碳源则异养微生物无法生存，而自养微生物可利用空气中的CO2制造有机物生存。

（3）利用培养基的特定成分。

举例：

①当石油是唯一碳源时，可抑制不能利用石油的微生物的生长，使能够利用石油的微生物生存，从而分离出能消除石油污染的微生物。

②当纤维素为唯一碳源时，分离纤维素分解菌。

考点二　传统发酵技术的应用

果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作

果酒

果醋

腐乳

泡菜

原理

无氧：

酿酒C6H12O6

2CO2＋2C2H5OH；有氧：

酿醋C2H5OH＋O2

CH3COOH＋H2O

蛋白质

小分子肽＋氨基酸；脂肪

甘油＋脂肪酸

无氧：

C6H12O6

2C3H6O3

控制

O2

无氧

有氧

有氧

无氧

条件

温度

18～25℃

30～35℃

15～18℃

常温

实验流程图

让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制

[错混诊断]

1．醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸（2014·广东，4A）（　×　）

2．酵母菌在无氧条件下利用葡萄汁产生酒精（2014·广东，4B）（　√　）

3．泡菜腌制利用了乳酸菌的乳酸发酵（2014·广东，4C）（　√　）

4．腐乳制作利用了毛霉等微生物的蛋白酶和脂肪酶（2014·广东，4D）（　√　）

5．某研究性学习小组以樱桃番茄为材料进行果酒、果醋发酵实验。

先供氧进行果醋发酵，然后隔绝空气进行果酒发酵（2012·江苏，14B改编）（　×　）

6．在制作果醋时，如果条件适宜，醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸（2012·江苏，21B改编）（　√　）

7．在制作腐乳时，将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，底层和近瓶口处需加大用盐量（2012·江苏，21D改编）（　×　）

8．在家庭中用鲜葡萄制作果酒时，让发酵装置接受光照并放在45℃处（2010·北京，1AD改编）（　×　）

题组　从果酒、果醋和腐乳制作进行命题

1．（2014·江苏，24改编）某同学设计了如图所示的发酵装置，下列有关叙述正确的是（双选）（　　）

A．该装置不能阻止空气进入，不可用于果酒发酵

B．该装置便于果酒发酵中产生的气体排出

C．去除弯管中的水，该装置可满足果醋发酵时底层发酵液中大量醋酸菌的呼吸

D．去除弯管中的水后，该装置与巴斯德的鹅颈瓶作用相似

答案　BD

解析　A项，该装置中注水的弯曲部分可阻止空气进入，能用于果酒发酵。

B项，果酒发酵产生的CO2可溶解在弯管的水中，CO2量多时可进一步通过水排出。

C项，醋酸菌是好氧菌，因没有将无菌空气通入发酵液中，故去除弯管中的水后也不能满足底层发酵液中醋酸菌有氧呼吸

的需求。

D项，去除弯管中的水后，该装置的弯管部分既能排出CO2，也能防止空气中的微生物进入，与巴斯德的鹅颈瓶作用类似。

2．下列有关果酒、果醋和腐乳制作的叙述，正确的是（　　）

A．参与果酒发酵和果醋发酵的微生物都含有线粒体

B．果酒制成后只需将装置转移至温度较高的环境中即可制作果醋

C．在腐乳制作过程中必须有能产生蛋白酶的微生物参与

D．在腐乳装瓶时自下而上随层数的增加逐渐减少盐量

答案　C

解析　参与果酒发酵的酵母菌是真核生物，有线粒体；参与果醋发酵的醋酸菌是原核生物，无线粒体。

果酒制成后将装置转移至温度较高的环境中，同时要通入无菌空气，可制作果醋。

在腐乳装瓶时自下而上随层数的增加逐渐增加盐量。

1.果酒和果醋发酵装置的设计思路

（1）酵母菌繁殖需要氧气，醋酸菌是好氧细菌，则果酒制作前期和果醋制作整个过程都需要氧气；酵母菌产生酒精时是厌氧的，则在充气口处应该设置开关。

（2）发酵过程中产生CO2，需要设置排气口；为了防止空气中微生物污染，排气口应该连接一个长而弯曲的胶管。

（3）为便于取样及监测发酵情况，需要设置出料口。

2．制作果酒、果醋、腐乳、泡菜菌种的比较

项目

酵母菌

醋酸菌

毛霉

乳酸菌

生物学分类

真核生物

原核生物

真核生物

原核生物

代谢类型

异养兼性厌氧型

异养需氧型

异养需氧型

异养厌氧型

生产应用

酿酒、发面

酿醋

制作腐乳

制作酸奶、泡菜

氧的需求

前期需氧，后期厌氧

一直需氧

一直需氧

厌氧

专题突破练

1．下列关于微生物培养和利用的叙述，不正确的是（　　）

A．利用稀释涂布平板法只能分离微生物不能对微生物进行计数

B．接种时连续划线的目的是将聚集的菌种逐步稀释获得单菌落

C．以尿素为唯一氮源且含酚红的培养基可选择和鉴别尿素分解菌

D．用大白菜腌制泡菜的过程中亚硝酸盐含量变化是先增加后减少

答案　A

解析　用稀释涂布平板法可以分离微生物，也可以对微生物进行计数；接种划线可以将菌体分散，经过培养可以得到单菌落；以尿素为唯一氮源且含酚红的培养基可选择和鉴别尿素分解菌；在泡菜腌制过程中，开始时亚硝酸盐含量增加，一般腌制10天后含量开始下降。

2．下列关于果酒和果醋的制作原理、发酵过程的叙述中，错误的是（双选）（　　）

A．果酒和果醋的发酵菌种不同，但代谢类型相同

B．制作果酒和果醋时都应用体积分数为70%的酒精对发酵瓶消毒

C．变酸果酒的表面观察到的菌膜可能是醋酸菌的菌落

D．果酒和果醋的制作不可用同一装置，因为发酵条件不同

答案　AD

解析　果酒发酵利用的是酵母菌，酵母菌的代谢类型是异养兼性厌氧型，果醋发酵利用的是醋酸菌，醋酸菌的代谢类型是异养需氧型。

果酒和果醋的制作可用同一装置，但需控制不同的发酵条件。

3．（2014·新课标Ⅰ，39）植物秸秆中的纤维素可被某些微生物分解。

回答下列问题：

（1）分解秸秆中纤维素的微生物能分泌纤维素酶，该酶是由3种组分组成的复合酶，其中的葡萄糖苷酶可将________________分解成________。

（2）在含纤维素的培养基中加入刚果红（CR）时，CR可与纤维素形成________色复合物。

用含有CR的该种培养基培养纤维素分解菌时，培养基上会出现以该菌的菌落为中心的________。

（3）为从富含纤维素的土壤中分离获得纤维素分解菌的单菌落，某同学设计了甲、乙两种培养基（成分见下表）：

酵母膏

无机盐

淀粉

纤维素粉

琼脂

CR溶液

水

培养基甲

＋

＋

＋

＋

－

＋

＋

培养基乙

＋

＋

＋

－

＋

＋

＋

注：

“＋”表示有，“－”表示无。

据表判断，培养基甲________（填“能”或“不能”）用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是________________________________；培养基乙________（填“能”或“不能”）用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是________________________________________________________。

答案　

（1）纤维二糖　葡萄糖　

（2）红　透明圈　（3）不能　液体培养基不能用于分离单菌落　不能　培养基中没有纤维素，不会形成CR纤维素红色复合物，即使出现单菌落也不能确定其为纤维素分解菌

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，前两种酶能使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶能将纤维二糖分解成葡萄糖。

（2）刚果红是一种染料，可以与培养基中的纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素酶分解后，红色复合物就无法形成，培养基中就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，我们可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。

（3）纤维素分解菌的选择培养基为液体培养基，而用于分离和鉴别纤维素分解菌的培养基为固体培养基，并且培养基中需含有纤维素，才能与CR形成红色复合物，有纤维素分解菌时才能形成以纤维素分解菌为中心的透明圈。

4．微生物强化采油（MEOR）是利用某些微生物能降解石油，增大石油的乳化度，降低石油粘度的原理，通过向油井中注入含微生物的水来提高采油率的新技术。

以下是筛选、纯化和扩大培养该类微生物的实验操作。

请回答下列问题：

（1）土壤是微生物的大本营，该类微生物应取自________________的土壤。

（2）为筛选和纯化该类微生物，从功能上分，应选用________________培养基。

常用的接种方法是________________________和________________。

（3）接种后，应密封培养的原因是________________，培养一段时间后在培养基上形成降油圈，此时选取________________的菌落就可获得高效菌株。

（4）扩大培养过程中需要对微生物进行计数。

取0.2mL样品，用固体培养基对其培养，最后统计三个平板，菌落数分别是200、180、220。

则样品中微生物的数量为________个/mL。

该统计结果________（填“低于”或“高于”）实际值。

答案　

（1）长期被石油污染（含石油多的）　

（2）选择　平板划线法　稀释涂布平板法　（3）该类微生物是厌氧型微生物　降油圈大　（4）1000　低于

解析　

（1）根据微生物对生存环境的要求，该类微生物应到相应的环境中寻找，即被石油污染的环境或含石油较多的环境。

（2）筛选微生物常用选择培养基，纯化微生物常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法。

（3）由于该类微生物是厌氧微生物，因此接种后应密封培养，一段时间后在培养基上形成降油圈，此时选取降油圈较大的菌落就可获得高效菌株。

（4）根据公式计算菌株数：

C＝（200＋180＋220）÷3＝200，V＝0.2，M＝1，则样品中微生物数量为

·M＝1000个/mL。

在统计菌落时，有些活菌在培养过程中死亡，另外有些菌落是由多个活菌共同形成的，所以按形成的菌落数目来计算活菌数目的话，结果往往会低于活菌实际数目。

5．如图简单表示葡萄酒的酿制过程，请据图分析：

（1）葡萄酒的酿制原理是：

先通气使酵母菌进行________________，以增加酵母菌的数量，然后使酵母菌发酵获得葡萄酒。

（2）随着发酵过程的加深，液体密度会逐渐变低（可用密度计测量）。

其原因是_______________

______________________________________________________。

（3）在甲中进行搅拌的目的是________________，丙中一段时间后，揭开盖子是否能够产生果醋？

________（填“能”或“不能”）。

（4）苹果醋是最受欢迎的饮料之一，其生产过程中利用了________________的发酵作用。

在传统发酵技术中，果醋制作往往在果酒制作的基础上进行，其相关的反应式为：

________________________________________________________________________。

答案　

（1）有氧呼吸　

（2）发酵时糖被消耗，产生了酒精和CO2，而酒精密度比糖和水低　（3）增加溶氧量　能　（4）醋酸菌　C2H5OH＋O2醋酸菌,CH3COOH＋H2O

解析　

（1）酵母菌为一种兼性厌氧真菌，在有氧情况下可进行有氧呼吸，缺氧则进行无氧呼吸。

（2）由于发酵时糖被消耗，产生酒精和CO2，而酒精的密度比糖和水低，这是液体密度降低的原因。

（3）搅拌可增加甲内溶氧量，酵母菌有氧呼吸需要氧。

揭盖后氧气充足，丙中酒精可在醋酸菌作用下被氧化生成醋酸。

（4）果醋制作过程中，起作用的微生物主要是醋酸菌。

6．（2014·江苏，30）为了获得β胡萝卜素产品，某小组开展了产β胡萝卜素酵母的筛选与色素提取实验。

请回答下列问题：

（1）实验用的培养皿常用的两种灭菌方法是________________________________；为了减少灭菌后器皿被污染，灭菌前应该________________________。

（2）为了筛选出酵母菌，培养基中添加了青霉素，其目的是______________________________。

（3）下图是灭菌锅及其局部剖面示意图，图中甲、乙、丙指示的依次是________。

（填序号）

①安全阀、放气阀、压力表

②放气阀、安全阀、压力表

③安全阀、放气阀、温度表

④放气阀、安全阀、温度表

（4）为了将分离到的菌株纯化，挑取了菌落在3块相同平板上划线，结果其中一块平板的各划线区均未见菌生长，最可能的原因是________________________________________。

（5）为增加β胡萝卜素提取量，在研磨酵母细胞时，添加石英砂的目的是______________

____________；研磨时__________（填“需要”或“不需要”）添加CaCO3，理由是____________________________。

答案　

（1）干热灭菌和湿热灭菌（高压蒸汽灭菌）　用牛皮纸（报纸）包扎器皿　

（2）抑制细菌（放线菌）生长

（3）①　（4）接种环温度过高，菌被杀死　（5）有助于研磨充分　不需要　β胡萝卜素较耐酸

解析　

（1）培养皿灭菌常用的方法有湿热灭菌（高压蒸汽灭菌）、干热灭菌等。

将培养皿放入灭菌锅之前通常用牛皮纸或报纸包扎，避免灭菌后的再次污染。

（2）青霉素能抑制细菌和放线菌的生长繁殖，但对酵母菌等真菌不起作用，因此添加青霉素可筛选出酵母菌。

（3）图中乙连接软管，为排（放）气阀，甲为安全阀，丙是压力表。

（4）三块平板中有两块平板长有菌落，说明含有菌株并可在培养基上生长；而其中一块平板未见菌落，说明接种不成功，可能是接种环灼烧后未冷却或未充分冷却，使菌株因温度过高而被杀死。

（5）从β胡萝卜素酵母中提取β胡萝卜素，参照叶绿体中色素提取的方法，可添加石英砂，因为石英砂有助于研磨充分。

在提取叶绿体中色素时，CaCO3的作用是中和酸性物质，防止叶绿素被分解，而β胡萝卜素较耐酸，不易被分解，故在研磨酵母细胞时无需添加CaCO3。

7．从自然菌样中筛选理想的生产菌种的一般步骤是：

采集菌样→选择培养→纯种分离→性能测定。

（1）不同微生物的生存环境不同，获得理想微生物的第一步是从适合的环境采集菌样，然后再按一定的方法分离、纯化。

若培养噬盐菌的菌样应从________环境中采集。

（2）选择培养指创设特定环境条件，使待分离微生物在群落中的数量大大增加，从而达到从自然菌样中分离到所需特定微生物的培养方法。

人们对富含耐高温淀粉酶的微生物选择培养应选择以____________为唯一碳源的选择培养基，并在________条件下培养。

（3）实验室最常用的灭菌方法是利用高温处理达到杀菌的效果。

高温灭菌的原理是高温使微生物的________________等物质发生变性。

________灭菌法是微生物研究中应用最广、效果最好的湿热灭菌法。

（4）下图甲表示在平板培养基上的第一次和第二次划线，请在图乙中画出第三次划线。

划线后在恒温培养箱中培养时，培养皿须倒置，目的是__________________。

（5）植物组织培养过程中也要十分注意灭菌及避免被杂菌污染。

在配制好的MS培养基中，若要促进愈伤组织的生长，需要进行的处理是________________________。

答案　

（1）高盐　

（2）淀粉　高温　（3）蛋白质和核酸　高压蒸汽　（4）如右图　避免培养皿盖上的水滴污染培