版高考生物二轮复习 考前三个月 专题10 生物技术实践 考点31 微生物的利用及在传统发酵技术中的应用.docx

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版高考生物二轮复习考前三个月专题10生物技术实践考点31微生物的利用及在传统发酵技术中的应用

专题10生物技术实践考点31微生物的利用及在传统发酵技术中的应用

[直击考纲]　1.微生物的实验室培养。

2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。

3.果胶酶在果汁生产中的作用。

4.果酒及果醋的制作。

5.胡萝卜素的提取。

6.菊花的组织培养。

7.血红蛋白的提取和分离。

考点31　微生物的利用及在传统发酵技术中的应用

1．微生物的培养

（1）无菌技术：

主要包括消毒和灭菌。

①消毒方法：

常用煮沸消毒法、巴氏消毒法。

②常用灭菌方法：

灼烧灭菌——接种环、接种针等金属器具；干热灭菌——主要针对玻璃器皿等；高压蒸汽灭菌——主要针对培养基等。

（2）如图为倒平板操作过程，操作时要待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近进行。

制备固体培养基最后要将平板倒置，其主要目的是防止培养皿盖上的水珠滴入培养基造成污染。

（3）平板划线操作

（4）稀释涂布平板法：

先将菌液进行一系列梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。

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。

如图所示：

2．土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

（1）分离——选择培养基

①培养基中加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。

②培养基中加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌。

③培养基中缺乏氮源时，可以分离得到固氮微生物。

④当培养基的某种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果。

⑤改变微生物的培养条件，也可以达到分离微生物的目的，如将培养基放在高温环境中培养只能得到耐高温的微生物。

⑥土壤中的细菌之所以能分解尿素，是因为它们能合成脲酶，这种物质在把尿素分解成无机物的过程中起到催化作用。

（2）计数

①筛选菌株：

利用以尿素为唯一氮源的选择培养基筛选菌株。

②计数方法：

活菌计数法和显微镜直接计数法。

前者为了增强实验的说服力和准确性，需设置重复组，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。

③过程：

土壤取样→样品的稀释→微生物的培养与观察。

（3）鉴定方法

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。

3．微生物在传统发酵技术中的应用

果酒制作

果醋制作

制作原理

菌种

酵母菌

醋酸菌

反应

有氧条件下，大量繁殖：

C6H12O6＋6O2＋6H2O―→6CO2＋12H2O

无氧条件下，酒精发酵：

C6H12O6―→2C2H5OH＋2CO2

氧气、糖源充足时：

C6H12O6＋2O2―→2CH3COOH＋2CO2＋2H2O

缺少糖源、氧气充足时：

C2H5OH＋O2―→CH3COOH＋H2O

发酵条件

最适发酵温度

18～25℃

30～35℃

空气

前期：

需氧；后期：

不需氧

需要充足的氧气

时间

10～12d

7～8d

1．判断下列有关微生物的培养与传统发酵技术的叙述

（1）常用液体培养基分离获得细菌单菌落（2012·大纲全国，5B）（　×　）

（2）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·新课标全国，39

（2））（　√　）

（3）测定培养液中微生物数量，可选用显微镜直接计数法计数（2010·山东，34节选）（　√　）

（4）玉米秸秆中的纤维素经充分水解后的产物可被酵母菌利用发酵生产酒精。

培养酵母菌时，该水解产物为酵母菌的生长提供碳源。

发酵过程中检测酵母菌数量可采用显微镜直接计数法或稀释涂布平板法计数（2014·山东，35节选）（　√　）

（5）在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长（2012·江苏，21A）（　√　）

（6）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）（　×　）

（7）在果酒和果醋制作过程中，果酒的制作过程是在缺氧条件下，而果醋整个制作过程一直处于有氧条件下（2010·江苏，7AC改编）（　×　）

2．（2014·江苏，24）某同学设计了右图所示的发酵装置，下列有关叙述正确的是（多选）（　　）

A．该装置可阻止空气进入，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　ABD

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。

3．（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，在第二次及以后的划线时，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和图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。

4．（2013·新课标Ⅱ，39）临床使用抗生素前，有时需要做细菌耐药实验。

实验时，首先要从病人身上获取少量样本，然后按照一定的实验步骤操作，以确定某致病菌对不同抗生素的敏感性。

回答下列问题：

（1）为了从样本中获取致病菌单菌落，可用____________法或____________法将样本接种于固体培养基表面，经过选择培养、鉴别等步骤获得。

（2）取该单菌落适当稀释，用__________________法接种于固体培养基表面，在37℃培养箱中培养24h，使其均匀生长，布满平板。

（3）为了检测该致病菌对于抗生素的敏感性，将分别含有A、B、C、D四种抗生素的滤纸片均匀置于该平板上的不同位置，培养一段时间后，含A的滤纸片周围出现透明圈，说明该致病菌对抗生素A____________；含B的滤纸片周围没有出现透明圈，说明该致病菌对抗生素B____________；含C的滤纸片周围的透明圈比含A的小，说明_______________；含D的滤纸片周围的透明圈也比含A的小，且透明圈中出现了一个菌落，在排除杂菌污染的情况下，此菌落很可能是抗生素D的__________________。

（4）根据上述实验结果，为达到抗菌目的，最好应选用抗生素__________。

答案　

（1）划线（平板划线）　稀释涂布（或涂布）

（2）涂布　（3）敏感　不敏感　该致病菌对C的敏感性比对A的弱　耐药菌　（4）A

解析　

（1）微生物纯化的方法主要有平板划线法和稀释涂布平板法。

（2）根据微生物的特点对其进行一系列浓度梯度稀释，然后用涂布法接种于固体培养基表面，再在适宜条件下培养。

（3）对某种抗生素越敏感的致病菌，在该抗生素存在的范围内越不易生存，形成的透明圈就越大。

故含A的滤纸片周围出现透明圈，说明有抗生素A的地方该致病菌受到抑制；B的周围没有透明圈，说明致病菌对抗生素B不敏感，含C的透明圈要比A的透明圈小，说明该致病菌对C的敏感性比A的弱；D出现了透明圈，说明该致病菌对D敏感，但是在透明圈上出现一个菌落，又排除杂菌污染，判断此菌落的微生物对抗生素D产生了耐药性。

（4）根据以上分析，为达到抗菌的目的，最好选择抗生素A。

5．（2013·四川，10节选）普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，有人将地衣芽孢杆菌的α淀粉酶基因转入酵母菌中，经筛选得到了可高效利用淀粉的工程酵母菌菌种（过程如图甲所示）。

（1）图甲中，过程①需要的酶有________________________________。

为达到筛选目的，平板内的固体培养基应以________作为唯一碳源。

②、③过程需重复几次，目的是____________________________________________。

（2）某同学尝试过程③的操作，其中一个平板经培养后的菌落分布如图乙所示。

该同学的接种方法是______________________________；推测该同学接种时可能的操作失误是__________________________。

（3）以淀粉为原料，用工程酵母菌和普通酵母菌在相同的适宜条件下密闭发酵，接种________菌的发酵罐需要先排气，其原因是______________________________。

答案　

（1）限制性核酸内切酶、DNA连接酶　淀粉　进一步筛选纯化获得分解淀粉能力强的酵母菌　

（2）稀释涂布平板法　涂布不均匀　（3）工程酵母　工程酵母菌分解淀粉产生葡萄糖的能力强，导致酒精发酵产生CO2的速率更快

解析　

（1）图甲中过程①为构建基因表达载体，需要的酶有限制性核酸内切酶及DNA连接酶；欲筛选可直接利用淀粉的菌种，宜制备以淀粉为唯一碳源的选择培养基；图示②、③过程需重复几次，其作用在于“纯化”，从而进一步筛选出分解淀粉能力更强的酵母菌。

（2）图乙所示培养基平板中的菌落呈分散分布，应为采用稀释涂布平板法接种的结果，然而，该平板上菌落并非均匀分布而是相对集中于左侧，这可能是由于制作平板时涂布不均匀所致。

（3）若以淀粉为原料，则相对于普通菌种，工程酵母菌因转入了α淀粉酶基因，其利用淀粉的能力将更强，故发酵产生CO2的能力更强，因此需要先排气。

6．（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、图乙所示。

（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。

1．（2015·江苏，19）做“微生物的分离与培养”实验时，下列叙述正确的是（　　）

A．高压灭菌加热结束时，打开放气阀使压力表指针回到零后，开启锅盖

B．倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖上

C．为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落

D．用记号笔标记培养皿中菌落时，应标记在皿底上

答案　D

解析　A项错，高压灭菌加热结束后，让其自然冷却后再慢慢打开排气阀以排除余气，然后才能开盖取物；B项错，倒平板时左手拿培养皿，右手拿锥形瓶，左手将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，倒入培养基后立即盖上培养皿皿盖；C项错，灼烧接种环之后，要冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死菌种；D项对，在微生物的培养中，一般将培养皿倒置，在皿底上用记号笔做标记。

2．下图表示培养和纯化X细菌的部分操作步骤，下列有关叙述正确的是（　　）

A．步骤①操作时，倒好平板后应立即将其倒置，防止水蒸气落在培养基上造成污染

B．步骤②接种环和试管口应先在酒精灯火焰上灼烧，接种环冷却后再放入试管中蘸取菌液

C．步骤③沿多个方向划线，使接种物逐渐稀释，培养后可根据出现的单个菌落计数

D．步骤④是将培养皿放在恒温培养箱中培养，一段时间后所得到的都是X细菌的菌落

答案　B

解析　步骤①操作时，倒好平板后应待其冷却凝固后，立即将其倒置，防止水蒸气落在培养基上造成污染，A错误；步骤②接种环和试管口应先在酒精灯火焰上灼烧，接种环冷却后再放入试管中蘸取菌液，B正确；步骤③沿多个方向划线，使接种物逐渐稀释，培养后可出现单个菌落，但不能用于计数，C错误；步骤④是将培养皿放在恒温培养箱中培养，一段时间后所得到的不一定都是X细菌的菌落，D错误。

3．下面是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。

下列相关叙述中，错误的是（　　）

A．根据图1可知，利用葡萄制作果醋时，必须先进行酒精发酵然后再进行果醋发酵

B．冲洗葡萄时不能次数过多，否则果酒的制作会失败

C．图2中的装置中排气口弯曲可防止被空气中的杂菌污染

D．制作果酒要关闭充气口、打开排气口，制作果醋时充气口和排气口都要打开

答案　A

解析　图1中的流程是酵母菌发酵产生果酒，及醋酸菌利用果酒发酵产生果醋的过程，但醋酸菌也可以在糖源和氧气充足的条件下直接利用糖类进行果醋发酵，A错误。

个人用简易装置制作果酒时，所利用的酵母菌来自葡萄皮的表面，所以不能将葡萄冲洗次数过多，否则会冲洗掉野生酵母菌，B正确。

图2中的排气口弯曲可避免被空气中的杂菌污染，C正确。

由于酵母菌在有氧呼吸阶段利用的氧气来自装置中的空气，且无氧呼吸阶段需要保持无氧状态，所以无需打开充气口，而发酵过程中都会有二氧化碳产生，所以要打开排气口；醋酸菌属于需氧菌，所以要始终将充气口打开，D正确。

4．用酵母菌使葡萄汁产生葡萄酒，当酒精含量达到12%～16%时，发酵就停止了。

有关叙述不正确的是（　　）

A．酒精对酵母菌有毒害作用，后期细胞生命活动减弱

B．产生酒精的同时也有CO2生成，所以发酵过程中需拧松瓶盖放气

C．产物积累使pH值下降，同时营养物质减少，种群数量下降

D．氧气过少导致其无法呼吸，细胞中即无法合成ATP

答案　D

解析　酒精具有消毒的作用，对酵母菌同样有毒害作用，A正确；产生酒精的同时也有CO2生成，所以发酵过程中需拧松瓶盖放气，B正确；酒精发酵过程中，产物积累使pH值发生改变，营养物质减少，种群数量下降，C正确；酒精发酵是在无氧条件下，不需要氧气，D错误。

5．（2015·江苏，24改编）下图为苹果酒的发酵装置示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．发酵过程中酒精的产生速率越来越快

B．集气管中的气体是酵母菌无氧呼吸产生的CO2

C．发酵过程中酵母种群呈“J”型增长

D．若发酵液表面出现菌膜，最可能原因是发酵瓶漏气

答案　D

解析　A项错，发酵后期，底物减少、酒精浓度增加等因素，都会造成酒精产生速率减慢；B项错，发酵初期，由于发酵瓶中有氧气，酵母菌能进行有氧呼吸产生二氧化碳；C项错，发酵后期，酵母菌种群增长曲线呈下降趋势；D项对，发酵瓶漏气，会使醋酸菌大量繁殖而形成表面观察到的菌膜。

6．（2015·江苏，31）人工瘤胃模仿了牛羊等反刍动物的胃，可用来发酵处理秸秆，提高秸秆的营养价值。

为了增强发酵效果，研究人员从牛胃中筛选纤维素酶高产菌株，并对其降解纤维素能力进行了研究。

请回答下列问题：

（1）在样品稀释和涂布平板步骤中，下列选项不需要的是________（填序号）。

①酒精灯　②培养皿　③显微镜　④无菌水

（2）在涂布平板时，滴加到培养基表面的菌悬液量不宜过多的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）向试管内分装含琼脂的培养基时，若试管口粘附有培养基，需要用酒精棉球擦净的原因是________________________________________________________________________。

（4）刚果红可以与纤维素形成红色复合物，但并不与纤维素降解产物纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。

研究人员在刚果红培养基平板上，筛到了几株有透明降解圈的菌落（见下图）。

图中降解圈大小与纤维素酶的________有关。

图中降解纤维素能力最强的菌株是______（填图中序号）。

（5）研究人员用筛选到的纤维素酶高产菌株J1和J4，在不同温度和pH条件下进行发酵，测得发酵液中酶活性的结果见下图，推测菌株________更适合用于人工瘤胃发酵，理由是__________________________________________________________________。

答案　

（1）③

（2）培养基表面的菌悬液会出现积液，导致菌体堆积，影响分离效果

（3）避免培养基污染棉塞

（4）量与活性　①

（5）J4　发酵过程会产热和产酸，J4菌株在较高温度和酸性环境下酶的活性更高

解析　

（1）样品稀释和涂布平板的操作不需要显微镜。

（2）涂布平板时若培养基表面的菌悬液过多，菌体堆积，影响分离效果。

（3）试管口粘附的培养基，需要用酒精棉球擦净，避免培养基污染棉塞。

（4）菌株产生的降解纤维素酶的量越多、活性越高，会使降解圈越大。

降解纤维素能力最强的菌株是①，因其菌株菌落小，但降解圈最大。

（5）分析图中曲线可知，J4菌株在较高温度和酸性环境下酶的活性更高，而发酵过程会产热和酸，故该菌株最适合用于人工瘤胃发酵。

7．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。

8．（2015·成都三诊）大肠杆菌是人和动物肠道中普遍存在的一种兼性厌氧菌，在无氧条件下，大肠杆菌通过发酵能将葡萄糖转变为多种有机酸并产生CO2等气体。

某研究机构使用“滤膜法”对受污染的河流水体进行了大肠杆菌活菌数目的测定。

请回答：

（1）研究人员向葡萄糖蛋白胨培养液中加入适量的溴麝香草酚蓝水条件下培养一段时间后可观察到溶液颜色的变化为____________________，并且在倒置的小管中出现__________。

（2）测定大肠杆菌活菌数目