新高考高考生物二轮复习第一部分专题突破方略板块六生物技术与工程专题十四发酵工程教学案.docx
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新高考高考生物二轮复习第一部分专题突破方略板块六生物技术与工程专题十四发酵工程教学案
专题十四 发酵工程
1.进行微生物的分离和培养。
2.测定某种微生物的数量。
3.研究培养基对微生物的选择作用。
4.探讨微生物的利用。
5.掌握运用发酵技术制作食品的基本方法。
6.活动：
（1）用大肠杆菌为材料进行平面培养，分离菌落。
（2）分离土壤中分解尿素的细菌，并进行计数。
（3）利用酵母菌、醋酸菌分别制作果酒和果醋。
（4）利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜。
►[疏漏诊断]
1．微生物利用的相关判断
（1）某研究小组从有机废水中分离微生物用于废水处理，接种后的培养皿需放在光照培养箱中培养（×）
（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（√）
（3）在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌（×）
（4）在检测土壤中细菌总数的实验操作中，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（×）
（5）培养微生物的培养基分装到培养皿后进行灭菌（×）
2．传统发酵技术的相关判断
（6）醋酸菌在无氧条件下利用乙醇产生醋酸（×）
（7）酵母菌在无氧条件下利用葡萄汁产生酒精（√）
（8）泡菜腌制利用了乳酸菌的乳酸发酵（√）
►[长句冲关]
1．概述性知识
（1）无菌操作技术包括消毒和灭菌，消毒包括煮沸消毒、巴氏消毒、化学药剂消毒和紫外线消毒等；灭菌包括灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌。
（2）灼烧接种环，待其冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死菌种。
2．程序性诱问
（3）如果用稀释涂布平板法测定某一土壤样品中分解尿素的细菌数，统计的菌落数往往比活菌实际数目低，原因是当两个或多个细胞连在一起时，平板上看到的只是一个菌落。
（4）制作泡菜时，为了缩短制作时间，有人还会在冷却后的盐水中加入少量陈泡菜液，分析其原因是加入陈泡菜液的作用是增加乳酸菌数量，加速乳酸的产生。
微专题1 微生物的培养、分离与计数[学生用书P68]
1．微生物培养中的无菌操作技术
2．培养基制备与微生物纯化技术
3．筛选目的微生物的原理与实例
（1）原理：
人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养、温度、pH等），同时抑制或阻止其他微生物的生长。
因此，可以通过配制选择培养基、控制培养条件等选择目的微生物。
（2）实例
1．（2019·高考北京卷）筛选淀粉分解菌需使用以淀粉为唯一碳源的培养基。
接种培养后，若细菌能分解淀粉，培养平板经稀碘液处理，会出现以菌落为中心的透明圈（如图），实验结果见下表。
菌种
菌落直径：
C（mm）
透明圈直径：
H（mm）
H/C
细菌Ⅰ
5.1
11.2
2.2
细菌Ⅱ
8.1
13.0
1.6
有关本实验的叙述，错误的是（ ）
A．培养基除淀粉外还含有氮源等其他营养物质
B．筛选分解淀粉的细菌时，菌液应稀释后涂布
C．以上两种细菌均不能将淀粉酶分泌至细胞外
D．H/C值反映了两种细菌分解淀粉能力的差异
解析：
选C。
微生物培养基含有四类营养物质：
水、无机盐、碳源、氮源，A项正确；常用稀释涂布平板法筛选淀粉分解菌，涂布前需将菌液稀释，B项正确；由题图可知，细菌Ⅰ和Ⅱ形成的菌落周围都出现了透明圈，说明两种细菌都能将淀粉酶分泌至细胞外，C项错误；淀粉分解菌可分解淀粉，导致菌落周围的淀粉被分解，不能与碘液反应生成蓝色，故而出现透明圈，透明圈直径与菌落直径的比值越大，说明细菌分解淀粉的能力越强，D项正确。
2．（2019·高考全国卷Ⅰ）已知一种有机物X（仅含有C、H两种元素）不易降解，会造成环境污染。
某小组用三种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌（目标菌）。
Ⅰ号培养基：
在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X（5g/L）。
Ⅱ号培养基：
氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（15g/L）。
Ⅲ号培养基：
氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（45g/L）。
回答下列问题。
（1）在Ⅰ号培养基中，为微生物提供氮源的是________。
Ⅱ、Ⅲ号培养基中为微生物提供碳源的有机物是________。
（2）若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会________________________________________________________________________，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）Ⅱ号培养基加入琼脂后可以制成固体培养基，若要以该固体培养基培养目标菌并对菌落进行计数，接种时，应采用的方法是____________。
（4）假设从Ⅲ号培养基中得到了能高效降解X的细菌，且该菌能将X代谢为丙酮酸，则在有氧条件下，丙酮酸可为该菌的生长提供________和_________________________。
解析：
（1）在Ⅰ号牛肉膏蛋白胨培养基中，牛肉膏、蛋白胨为微生物提供了氮源，而Ⅱ号、Ⅲ号培养基中除X外的其他物质均不含碳，所以能为微生物提供碳源的有机物是X。
（2）因为Ⅱ号培养基中的碳源只有X，相当于是选择培养基，只有能降解X的细菌才能增殖，而不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖。
（3）要对菌落进行计数，应采用稀释涂布平板法进行接种。
（4）在有氧条件下，丙酮酸参与细菌的有氧呼吸，可以为该菌的生长提供能量和合成其他物质的原料。
答案：
（1）牛肉膏、蛋白胨 X
（2）下降 不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖
（3）稀释涂布平板法
（4）能量 合成其他物质的原料
3．（2019·高考全国卷Ⅲ）回答下列与细菌培养相关的问题。
（1）在细菌培养时，培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是________（填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”）。
通常，制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH，其原因是________________________________________________________________________。
硝化细菌在没有碳源的培养基上________（填“能够”或“不能”）生长，原因是________________________________________________________________________
________________________。
（2）用平板培养细菌时一般需要将平板________（填“倒置”或“正置”）。
（3）单个细菌在平板上会形成菌落，研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物，原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）有些使用后的培养基在丢弃前需要经过________处理，这种处理可以杀死丢弃物中所有的微生物。
解析：
（1）细菌培养时常用牛肉膏蛋白胨培养基，牛肉膏能提供碳源、氮源、磷酸盐、维生素，蛋白胨能提供碳源、氮源、维生素，而葡萄糖不能提供氮源，NaNO3不能提供碳源。
不同细菌生长繁殖所需要的最适pH是不同的，应该根据培养细菌的不同来调节培养基的pH。
硝化细菌是化能自养型细菌，可以利用空气中的CO2作为碳源，因此硝化细菌在没有碳源的培养基上能够生长。
（2）在平板培养基上培养细菌时，一般需将平板倒置，这样可以防止皿盖上的水珠落入培养基。
（3）不同种类的细菌所形成的菌落，在大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等方面具有一定的特征，不同种细菌在一定培养条件下表现出各自稳定的菌落特征，可以作为菌种鉴定的重要依据。
（4）使用后的培养基在丢弃前需进行灭菌处理，以免污染环境。
答案：
（1）蛋白胨 不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同 能够 硝化细菌可以利用空气中的CO2作为碳源
（2）倒置
（3）在一定的培养条件下，不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征
（4）灭菌
本部分属于高考的高频考点，考查内容主要体现在微生物培养的无菌技术，微生物筛选、分离、计数及菌种保藏技术等方面，其中对微生物筛选方案制定的考查较多。
1．（2019·济宁模拟）下表表示某培育基的配方，下列叙述正确的是（ ）
成分
蛋白胨
葡萄糖
K2HPO4
伊红
美蓝
蒸馏水
含量
10g
10g
2g
0.4g
0.065g
1000mL
A.从用途看，该培养基属于选择培养基
B．培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖，属于氮源的物质是蛋白胨
C．该培养基没有提供生长因子的物质
D．该培养基调节到合适的pH后就可以接种菌种使用
解析：
选B。
从用途看，该培养基中有伊红和美蓝，属于鉴别培养基，A错误；微生物的营养物质主要包括氮源、碳源、水和无机盐等，培养基中属于碳源的物质主要是葡萄糖，属于氮源的物质是蛋白胨，B正确；生长因子主要包括维生素、氨基酸等，表格中的蛋白胨可以提供生长因子，C错误；该培养基调节到合适的pH经灭菌后才可以接种使用，D错误。
2．下图是微生物平板划线示意图，划线的顺序为1、2、3、4、5。
下列相关叙述正确的是（ ）
A．在1、2、3、4、5区域中划线前都要对接种环灼烧灭菌，灼烧灭菌后立即进行划线
B．1和5划线可以如图所示，也可以相连在一起
C．在划线操作结束后，要对接种环灼烧灭菌
D．在5区域中才可以得到单细胞菌落
解析：
选C。
接种前要灼烧接种环，杀灭接种环上的残留菌，待冷却后再进行划线，A错误；划线时注意不要将最后一区即5区的划线与第一区即1区相连，B错误；在划线操作结束时，要对接种环灼烧灭菌，以防止污染环境，C正确；5区域是最后一个区域，有可能在5区域获得所需要的菌落，在4区域或其他区域也有可能得到所需要的菌落，D错误。
3．（不定项）（2020·山东省高三等级考模拟）生长图形法是一种测定微生物营养需求的简便方法。
为探究某嗜热菌所需生长因子的种类，研究小组把该菌的悬浮液与不含任何生长因子但含有其他必需营养物质的培养基混合后倒成平板，然后在平板上划分数区，将甲、乙、丙三种生长因子分别添加到不同区域，培养结果如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．倒成平板后直接培养可判断有无污染
B．倒成平板后需要进行灭菌处理
C．图示结果表明该菌需要生长因子乙或丙
D．生长图形法还可用于某些菌种的筛选
答案：
AD
4．（不定项）漆酶属于木质素降解酶类，在环境修复、农业生产等领域有着广泛用途。
下图是分离、纯化和保存漆酶菌株的过程，下列相关叙述正确的是（ ）
A．生活污水中含有大量微生物，是分离产漆酶菌株的首选样品
B．选择培养基中需要加入漆酶的底物，通过菌落特征挑出产漆酶的菌落
C．在涂布平板上长出的菌落，再通过划线进一步纯化
D．斜面培养基中含有大量营养物质，可在常温下长期保存菌株
解析：
选BC。
漆酶降解木质素，则漆酶菌株多存在于木质素丰富的场所，生活污水中含有大量微生物，但不一定含有产漆酶的菌株，A错误；产漆酶菌株可降解木质素，在选择培养基中加入木质素可筛选产漆酶的菌株，筛选时可通过菌落特征挑出产漆酶的菌落，B正确；在涂布平板上长出的菌落，再通过划线进一步纯化，C正确；斜面培养基中含有大量营养物质，可在低温下长期保存菌株，D错误。
5．据图回答下列问题：
（1）生牛奶在饮用前一般要经过________（填具体方法）处理，以保证人体健康。
（2）培养微生物时必须进行无菌操作，实验前所需的各种器材如培养皿等常用________法灭菌。
（3）牛奶是微生物生长的良好培养基，为检测消毒前后牛奶中细菌含量的变化情况，依图甲所示操作：
用无菌吸管从锥形瓶中吸取1mL生牛奶稀释液移至盛有9mL无菌水的试管中，混合均匀，如此再重复2次后，得到的溶液稀释度为________。
（4）配制的培养基在接种之前需进行无菌检测，具体做法是_________________。
（5）图乙中统计的菌落数比实际活菌数____________________________________，原因是
________________________________________________________________________。
（6）从培养基的作用来看，图丙所示的培养基称为________，能起到分离微生物作用的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）牛奶常用巴氏消毒法进行消毒处理。
（2）培养微生物过程中，吸管、培养皿等玻璃器皿常用干热灭菌法进行灭菌。
（3）由题图可知，从锥形瓶中吸取1mL生牛奶稀释液移至盛有9mL无菌水的试管中，稀释了10倍，又重复了2次，因此得到的溶液稀释度为103。
（4）对配制的培养基在接种之前进行无菌检测的常用方法是将未接种的培养基置于适宜条件下一段时间，如果没有形成菌落说明灭菌彻底，反之，有菌落生长则说明灭菌不彻底。
（5）图乙是通过稀释涂布平板法接种得到的菌落，由于两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落，因此统计的菌落数比实际活菌数要少。
（6）图丙用的是含尿素的培养基，只有能分解尿素的微生物才能生长，其他微生物因不能利用尿素而不能生长，因此含尿素的培养基属于选择培养基。
答案：
（1）巴氏消毒法
（2）干热灭菌 （3）103 （4）将未接种的培养基置于适宜条件下一段时间，若没有菌落形成，则未被污染 （5）少 当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落 （6）选择培养基 这种培养基允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长
6．塑料袋的自然分解需要20至1000年不等，由此造成的“白色污染”早已成为地球公害。
加拿大一名叫丹尼尔·伯德的高中生从土壤中找到了一类假单胞杆菌，能将聚乙烯塑料的降解过程缩短至3个月，而且分解产物只有水和二氧化碳，伯德也因此被誉为“塑料袋的克星”。
下图是伯德寻找聚乙烯降解菌的大致过程。
请回答下列问题：
（1）为避免杂菌污染培养物和环境，用于微生物培养的培养基接种前和完成实验后都要进行________；接种时要在________旁操作。
（2）图中的“土壤样品”最可能取自________。
“……”过程表示对土壤悬浮液进行一系列的________________________________________________________________________，
目的是使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，从而能在Ⅰ号培养基表面形成单个________。
（3）Ⅰ号培养基采用的接种方法为_______________________________________。
Ⅰ号培养基属于________培养基，其作用是使目的菌能“脱颖而出”，为证明Ⅰ号培养基的作用，常用方法是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）使用Ⅱ号培养基的目的是使目的菌数目增多，培养基中必须包含水、无机盐、________等基本营养成分。
从物理性质来看，Ⅱ号培养基中不能添加________。
解析：
（1）为避免杂菌污染培养物和环境，需将培养基在接种前和完成实验后进行高压蒸汽灭菌。
接种时，为避免周围空气中的杂菌污染，操作需在酒精灯火焰旁进行。
（2）据题可知，要寻找的目的菌是聚乙烯降解菌，聚乙烯塑料袋在垃圾场中较多，因此图中的土壤样品最可能来自垃圾场或其他塑料袋较多的地方。
图中“……”过程表示对土壤悬浮液进行一系列的浓度梯度稀释，使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，接种到培养基上后能够形成单个的菌落。
（3）Ⅰ号培养基上菌落比较分散，因此采用的接种方法是稀释涂布平板法。
Ⅰ号培养基是用来筛选聚乙烯降解菌的，属于选择培养基。
要证明选择培养基的作用，常用的方法是将同种菌种接种到牛肉膏蛋白胨培养基上进行比较。
（4）使用Ⅱ号培养基是为了增加目的菌的数量，培养基中必须含水、无机盐、氮源和碳源等基本营养成分。
增加目的菌的数量需用液体培养基，因此该培养基中不能添加凝固剂（琼脂）。
答案：
（1）（高压蒸汽）灭菌 酒精灯火焰
（2）垃圾场（答案合理即可） 浓度梯度稀释 菌落 （3）稀释涂布平板法 选择 把相同菌种接种到牛肉膏蛋白胨培养基中，并在相同且适宜的条件下培养，比较两培养基上的菌落数 （4）碳源、氮源 凝固剂（或琼脂）
归纳微生物分离与计数中的5个“两”
（1）两种无菌技术——消毒与灭菌。
（2）两类培养基——选择培养基、鉴别培养基。
（3）两类纯化菌种方法——平板划线法、稀释涂布平板法。
（4）两种对照组——培养基制备是否合格；培养基是否起到“筛选”作用。
（5）微生物两类计数方法——活菌计数法与显微镜直接计数法。
微专题2 传统发酵技术
果酒、果醋和泡菜制作的比较
项目
内容
果酒和果
醋的制作
制作泡菜并检测亚硝酸盐含量
作用
菌种
果酒：
酵母菌；果醋：
醋酸菌
乳酸菌
原理
（1）酵母菌在无氧条件下将葡萄糖转化成乙醇；
（2）醋酸菌在有氧条件下将乙醇转化为醋酸
乳酸菌将糖转化为乳酸
原料
选择
新鲜葡萄（或苹果等）
大白菜、花椰菜等新鲜干净的蔬菜
实验
流程
制作装置
1.（不定项）（2017·高考江苏卷）下图是探究果酒与果醋发酵的装置示意图。
下列相关叙述正确的是（ ）
A.改变通入气体种类，可以研究呼吸作用类型对发酵的影响
B.果酒发酵中期通入氮气，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸
C.果醋的发酵周期与实验设定的温度密切相关
D.气体入口与气体出口可以交换使用
解析：
选ABC。
改变通入气体的种类，例如分别通入氮气和氧气，可研究无氧呼吸和有氧呼吸对发酵的影响，A项正确；果酒发酵中期通入氮气，更利于创造无氧条件，酵母菌将从有氧呼吸转变为无氧呼吸，B项正确；果醋发酵的菌种是醋酸菌，其生长的适宜温度是30～35℃，温度能影响醋酸菌的代谢，从而影响果醋的发酵周期，C项正确；气体的入口必须伸入培养液中，气体出口不能伸入培养液中，如果气体的入口和出口交换，会导致发酵液喷出，D项错误。
2.（2018·高考海南卷）葡萄酒是葡萄汁经酵母菌发酵而成的，酿制葡萄酒的两个简易装置如图所示。
回答下列问题：
（1）试管中的X溶液有助于维持甲装置瓶中的气压相对稳定，与乙装置相比，用甲装置酿制葡萄酒的优点是____________________________________________
________________________________________________________________________（答出两点即可）。
（2）葡萄汁装入甲装置时，要留有约1/3的空间，这种做法的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________（答出两点即可）。
（3）某同学若用乙装置进行发酵，并设置两个不同处理组（乙A和乙B），乙A装置中保留一定量的氧气，乙B装置中没有氧气。
在其他条件相同且适宜的情况下，测得一段时间内乙A和乙B中酒精含量的变化趋势及乙A中氧气含量的变化趋势如曲线图所示。
图中曲线①、②、③依次表示 、 、 含量的变化趋势。
（4）从细胞呼吸类型看，酵母菌属于 生物；从同化作用的类型看，酵母菌属于 （填“自养”或“异养”）生物。
解析：
（1）乙装置为密闭状态，为防止发酵过程中产生的二氧化碳导致装置炸裂，要经常开盖放气，而放气过程中可能导致杂菌污染。
装置甲中，发酵过程中产生的二氧化碳导入X溶液，不需要开盖放气，也就避免了因开盖引起的杂菌污染。
（2）甲装置中留的约1/3的空间中，含有大量氧气，可使酵母菌通过有氧呼吸大量增殖。
酵母菌有氧呼吸、无氧呼吸均能产生二氧化碳，发酵过于旺盛会导致发酵装置中汁液溢出，装置留有空间，可防止汁液溢出。
（3）由题图可知，乙B装置中，由于没有氧气，酵母菌从一开始就进行无氧呼吸产生酒精，即曲线②为乙B装置中的酒精的含量变化趋势；乙A装置中由于酵母菌有氧呼吸不断消耗氧气，氧气的含量不断下降，即曲线①为乙A装置中的氧气的含量变化趋势；有氧呼吸减弱时，才开始进行无氧呼吸，即曲线③为乙A装置中的酒精的含量变化趋势。
（4）从细胞呼吸类型看，酵母菌既可进行无氧呼吸，也可进行有氧呼吸，属于兼性厌氧型生物。
从同化作用的类型看，酵母菌只能将外界的有机物转化为自身的有机物，属于异养型生物。
答案：
（1）不需要开盖放气；避免了因开盖引起的杂菌污染
（2）为酵母菌大量繁殖提供适量的氧气；防止发酵旺盛时汁液溢出 （3）乙A装置中的氧气 乙B装置中的酒精 乙A装置中的酒精 （4）兼性厌氧型 异养
本部分属于高考中的中频考点，主要体现在果酒、果醋及泡菜制作技术、发酵条件控制，相关菌种特点等方面，对亚硝酸盐测定及酶的应用也偶有考查。
近年高考中本部分常与细胞结构、细胞呼吸、酒精检测等进行综合考查，备考时应多加关注。
1.（2020·山东省高三等级考模拟）在实验室中可利用酵母菌发酵的方式制作葡萄酒，下列说法正确的是（ ）
A.葡萄糖在酵母菌细胞的线粒体内被分解
B.制作葡萄酒时酵母菌先在有氧条件下大量增殖
C.制作过程中酵母菌始终处于碱性环境
D.酵母菌的发酵产物不会抑制自身的代谢活动
答案：
B
2.（不定项）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。
下列相关叙述正确的是（ ）
A.实验中不需要接种酵母菌，但需要人工接种醋酸菌
B.先隔绝空气进行果酒发酵后供氧进行果醋发酵
C.实验中可通过控制发酵温度防止杂菌污染
D.在进入果醋发酵前，需要适当调节发酵液的pH等
解析：
选BCD。
本题制作原料是樱桃番茄而不是葡萄，前者因果皮表面聚集的野生型酵母菌很少，实验中需要人工接种酵母菌，制作果醋时，也需要人工接种醋酸菌，以保证醋酸发酵迅速进行，A错误；酵母菌产酒过程为无氧发酵，果醋发酵为需氧发酵，B正确；不同的微生物生长最适温度、pH不同，实验中可通过控制发酵温度防止杂菌污染，进入果醋发酵前，需适当调节发酵液的pH等，C、D正确。
3.（不定项）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慢
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”型曲线增长
D.若发酵液表面出现菌膜，最可能的原因是发酵瓶
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