步步高人教版高三生物第二轮复习学案专题八 第1讲.docx
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步步高人教版高三生物第二轮复习学案专题八第1讲
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.微生物的实验室培养。
2.土壤中分解尿素的细菌的分离与计数。
3.果酒及果醋的制作。
4.胡萝卜素的提取。
[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．土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
（1）分离——选择培养基。
（2）计数
①筛选菌株：
利用选择培养基筛选菌株。
②计数方法：
稀释涂布平板法和显微镜直接计数法。
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。
[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 果酒和果醋的制作
果酒、果醋的制作
果酒
果醋
原理
控制
条件
O2
无氧
有氧
温度
18～25℃
30～35℃
实验流程图
[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．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）（ × ）
4．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）（ √ ）
5．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、果醋的制作原理和方法进行命题
1.（2014·江苏，24改编）某同学设计了如图所示的发酵装置，下列有关叙述不正确的是（ ）
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 C
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.下图是果醋和果酒的发酵装置，相关描述错误的是（ ）
A．出料口可以用来取样
B．排气口能排出酒精发酵时产生的二氧化碳
C．充气口在醋酸发酵时要连接充气泵进行充气
D．充气口的开关始终要处于打开状态
答案 D
解析 醋酸菌是需氧型微生物，酿制果醋时需一直充气维持有氧环境。
而酵母菌是兼性厌氧菌，酿造果酒时，先通过充气口充气使酵母菌大量繁殖，然后关闭充气口，造成无氧环境，使酵母菌发酵产生酒精。
所以D选项充气口的开关始终要处于打开状态是错误的。
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、果醋菌种的比较
项目
酵母菌
醋酸菌
生物学分类
真核生物
原核生物
代谢类型
异养兼性厌氧型
异养需氧型
生产应用
酿酒、发面
酿醋
氧的需求
前期需氧，后期厌氧
一直需氧
考点三 胡萝卜素的提取
1．胡萝卜素的提取
（1）胡萝卜素的性质：
不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。
（2）实验设计
①方法：
萃取法，石油醚最适宜作萃取剂。
②实验流程
（3）鉴定方法：
纸层析法。
2．萃取过程的注意事项
（1）避免明火加热，采用水浴加热——防止引起燃烧、爆炸。
（2）在加热瓶口安装冷凝回流装置——防止有机溶剂挥发。
（3）萃取液的浓缩可直接使用蒸馏装置，浓缩前要进行过滤。
[错混诊断]
1．用萃取法提取薄荷油时，采用的溶剂是酒精，原理是薄荷油易溶于有机溶剂酒精中（2011·海南，30
（2）改编）（ √ ）
2．用萃取法提取胡萝卜素的主要步骤是：
干燥、粉碎、萃取、浓缩、过滤（ × ）
3．在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中，温度过高和时间过长会导致胡萝卜素分解（2008·宁夏，37（3）改编）（ √ ）
4．提取的胡萝卜素可通过纸层析法进行鉴定，在鉴定过程中不需要对照（2008·宁夏，37（4）改编）（ × ）
题组 从提取胡萝卜素的原理、方法进行命题
（2014·山东，34）胡萝卜素是一种常用的食用色素，可分别从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取获得，流程如下：
（1）筛选产胡萝卜素的酵母菌R时，可选用____________或平板划线法接种。
采用平板划线法接种时需先灼烧接种环，其目的是______________________________________________。
（2）培养酵母菌R时，培养基中的蔗糖和硝酸盐可分别为酵母菌R的生长提供____________和____________。
（3）从胡萝卜中提取胡萝卜素时，干燥过程应控制好温度和________________以防止胡萝卜素的分解；萃取过程中宜采用________________方式加热以防止温度过高；萃取液浓缩前需进行过滤，其目的是________________。
（4）纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素。
鉴定过程中需用胡萝卜素标准品作为_____。
答案
（1）稀释涂布平板法 杀灭接种环上的微生物
（2）碳源 氮源 （3）干燥时间 水浴加热 滤去萃取后的固体物 （4）对照
解析
（1）接种微生物的方法主要是稀释涂布平板法和平板划线法，接种过程为了避免其他杂菌的污染，要做无菌操作，所以接种前需对接种环灭菌操作。
（2）蔗糖主要提供碳源，当然也可以作为能源物质，硝酸盐含氮元素，可提供氮源。
（3）温度过高、干燥时间过长会导致胡萝卜素分解；由于萃取剂往往有挥发性，直接加热时挥发出来的有机溶剂遇明火易爆炸；萃取后需将原料中的固体物滤去。
（4）提取出来的胡萝卜素往往不是纯的，用标准样品主要起一个对照的作用。
胡萝卜素粗品鉴定过程中的5个易错点
（1）层析时没有选择干净的滤纸，导致实验现象不明显：
为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。
（2）点样时点样圆点太大（直径大于2mm），导致最终在滤纸上形成一条线，无法辨认被提取的色素：
点样圆点的直径应为2mm。
（3）将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时不能将滤纸两边相互接触：
以避免由于毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。
（4）层析液没及样品原点，色素溶解于层析液中，造成实验失败：
层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。
（5）没设置标准样品作对照：
层析液中是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的β－胡萝卜素作对比予以确认。
专题突破练
1．下列关于微生物分离和培养的叙述，错误的是（ ）
A．微生物培养前，需对培养基进行消毒
B．测定土壤样品中的细菌数目，常用菌落计数法
C．分离土壤中不同的微生物，要采用不同的稀释度
D．分离能分解尿素的细菌，要以尿素作为培养基中的唯一氮源
答案 A
解析 微生物培养前，需对培养基进行灭菌，而不是消毒；测定土壤样品中的细菌数目，常用菌落计数法；分离土壤中不同的微生物，要采用不同的稀释度，因为不同的微生物在土壤中的含量不同；分离能分解尿素的细菌，要以尿素作为培养基中的唯一氮源。
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（ ）
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．果酒和果醋的制作可用同一装置，但需控制不同的发酵条件
答案 A
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。
3．欲从土壤中分离出能分解尿素的细菌，下列实验操作中，不正确的是（ ）
A．将土壤用无菌水进行一系列的梯度稀释
B．同一浓度的土壤稀释液应至少涂布三个平板
C．可将未接种的培养基在相同条件下培养作为对照
D．用加入刚果红指示剂的培养基可筛选出分解尿素的细菌
答案 D
解析 为了获得单个菌落，应将土壤用无菌水进行一系列的梯度稀释，A正确；为了使结果更加准确，同一浓度的土壤稀释液至少要涂布3个平板进行重复实验，然后计算平均值，B正确；加入刚果红的培养基用来筛选纤维素分解菌，D错误。
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
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