《專家把脈高考與考場零失誤》高考生物總復(fù)習(xí)考點28 發(fā)酵工程簡介

考點28發(fā)酵工程簡介發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容與應(yīng)用發(fā)酵工程的生產(chǎn)實例發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程與微生物營養(yǎng)、代謝、生長等知識的綜合應(yīng)用發(fā)酵工程與生物新陳代謝、生態(tài)學(xué)等知識的綜合應(yīng)用經(jīng)典易錯題會診命題角度一發(fā)酵工程的飆念和內(nèi)容與應(yīng)用發(fā)酵工程的生產(chǎn)實例l不需要利用發(fā)酵工程的是A．生產(chǎn)單細胞蛋白飼料B通過生物技術(shù)培育可移植的皮膚C．利用工程菌生產(chǎn)胰島素D．工廠化生產(chǎn)青霉素[考場錯解]A[專家把脈]明確發(fā)酵工程的概念并了解發(fā)酵工程的應(yīng)用即可。[對癥下藥]B2．下圖表示發(fā)酵罐中各種因素對谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵產(chǎn)生谷氨酸的影響，其中不正確的是[考場錯解]B[專家把脈]對發(fā)酵工程中影響微生物生長的環(huán)境因素理解不透徹，不知道谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型而錯選答案。(1)溫度可以通過影響酶的活性來改變谷氨酸的產(chǎn)生速率，在最適溫度時產(chǎn)生速率最大，高于或低于該點都會使活性降低(甚至喪失)。同理，pH對谷氨酸產(chǎn)生速率的影響也是這樣的；(2)谷氨酸棒狀桿菌是好氧菌，隨著溶氧量的增加(一定范圍內(nèi))，谷氨酸會隨著該菌生長繁殖速率的加快使產(chǎn)生速率增加，但當溶氧量增大到一定值時，由于受其他條件(酶的數(shù)量與活性等)的限制不可能繼續(xù)增加而達到最大產(chǎn)生速率；(3)谷氨酸產(chǎn)生速率隨時間的變化在最初階段可能不斷加快，當活菌數(shù)目達到最多(穩(wěn)定期)時其產(chǎn)生總量會繼續(xù)增加，而產(chǎn)生速率則不再有明顯加快的現(xiàn)象。[對癥下藥]C專家會診結(jié)合課本中發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖以及微生物的代謝類型、影響微生物生長的環(huán)境因紊，理解發(fā)酵工程的實例——谷氨酸發(fā)酵，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出發(fā)酵工程的一般概念，掌握發(fā)酵工程的具體內(nèi)容，包括培養(yǎng)基的選育、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程、產(chǎn)品的分離與提純等步驟?？紙鏊季S訓(xùn)練1有三個盛放葡萄糖液的密封玻璃瓶，已知一瓶混有酵母菌，一瓶混有乳酸菌，一瓶只有葡萄糖，下列敘述正確的是A．有氣泡的瓶子肯定混有酵母菌B．發(fā)熱的瓶子肯定混有乳酸菌C．只盛放葡萄糖液的瓶子能量會增加D．混有乳酸菌的瓶子物質(zhì)種類會減少1．A解析：酵母菌無氧呼吸的產(chǎn)物是酒精和CO2，乳酸菌無氧呼吸的產(chǎn)物是乳酸。2在用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)味精的過程中，要對發(fā)酵罐A．嚴格密封B．不斷通入二氧化碳C．先通風(fēng)，后密封D．不斷通入無菌空氣2．D解析：谷氨酸棒狀桿菌為好氧菌。命題角度二發(fā)酵工程的應(yīng)用1．下圖表示制造啤酒的過程，據(jù)此回答下列問題：(1)為什么要把原料放進沸水中混合？。(2)為什么要在混合物冷卻后才把酵母菌加進去?。(3)請寫出酵母菌所進行的生理過程化學(xué)反應(yīng)方程式：。(4)研究者發(fā)現(xiàn)溫度的變化對氣體產(chǎn)量有影響，并在不同溫度下測定氣體的產(chǎn)量(如下表)。請在方格紙上，用表中數(shù)據(jù)，設(shè)計完成曲線圖。溫度(℃)氣體體積[mm3·(10rain)-1]溫度(℃)氣體體積[mm3·(10min)-1]20103025403550206087028011000(5)請解釋這條曲線為什么是這樣的形狀？[考場錯解](1)除去原料中的細菌(2)避免高溫影響酶的活性(3)(4)圖中未注明橫坐標、縱坐標的含義，曲線一直上升或一直下降(5)微生物代謝過程中需要酶的參與，而酶受溫度影響[專家把脈]對發(fā)酵工程中涉及的微生物營養(yǎng)、代謝和種群特點掌握不清楚，或者不能將所學(xué)知識應(yīng)用于生產(chǎn)實際。酵母菌發(fā)酵形成酒精和二氧化碳，原料放入沸水中混合是殺滅細菌、消毒；等到混合物冷卻后才加酵母菌是避免酵母菌失活；發(fā)酵罐加蓋子，是為了滿足無氧呼吸的條件；曲線圖的繪制以溫度為橫坐標，以氣體體積為縱坐標。[對癥下藥](1)殺滅細菌、消毒(2)避免酵母菌受熱失活(3)能量(4)縱坐標標注氣體體積及其數(shù)值，作下圖：(5)該酶的催化作用受溫度的影響。在一定溫度范圍內(nèi)，酶活性隨溫度的升高而增強，40℃是酶作用的最適溫度，當溫度超過40℃，酶的活性隨之下降，高溫使酶失活。專家會診發(fā)酵工程的應(yīng)用主要體現(xiàn)在釀酒、酸奶的生產(chǎn)及抗生素的制造幾個方面。上述考點經(jīng)常會涉及基因工程、酶工程和發(fā)酵工程的交叉與滲透，答題時需引起足夠的重視?？紙鏊季S訓(xùn)練1下圖是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程簡圖，據(jù)圖回答：(1)能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的，①是；高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培育的，②是，③是。(2)④表示；⑤表示。(3)整個過程的中心階段是發(fā)酵，在此階段需隨時取樣，檢測等，以了解發(fā)酵過程，還要及時添加，同時嚴格控制。(4)若⑥是單細胞蛋白的話，⑥是。氨基酸、維生素屬⑦的產(chǎn)物。1．(1)基因工程誘變育種細胞工程(2)接種滅菌(3)細菌數(shù)目和產(chǎn)物濃度培養(yǎng)基發(fā)酵條件(溶氧、溫度、pH、通氣量、轉(zhuǎn)速)(4)微生物菌體初級代謝2谷氨酸是味精的主要成分。最初人們是以蛋白質(zhì)為原料，用加酸水解法制取，現(xiàn)在主要采用微生物發(fā)酵法制取。請分析回答下列問題：(1)谷氨酸生產(chǎn)中常用的菌種是等。(2)下表所示為某味精廠原料的主要成分，請分析填表。成分玉米漿尿素磷酸氫二鉀硫酸鎂生物素作用碳源(3)從上表所示原料成分可知谷氨酸產(chǎn)生菌屬于型，原因是。(4)為提高谷氨酸產(chǎn)量，玉米漿和尿素的比例最好為。(5)發(fā)酵常在發(fā)酵罐中進行，發(fā)酵罐中的攪拌器除了使菌種與培養(yǎng)液充分接觸外，還有一個重要的作用是，由此可想到發(fā)酵罐中要有裝置，因為C。(6)發(fā)酵時，如不加以人工控制，培養(yǎng)液的pH常發(fā)生變化，因為可使pH上升，可使pH下降。如果pH下降到一定程度，產(chǎn)物就成了。生產(chǎn)上為了控制pH，常采用在培養(yǎng)液中的辦法。(7)在適宜的條件下，培養(yǎng)液中的谷氨酸產(chǎn)生菌就會生成大量的谷氨酸，此時若不及時排放到細胞外，就會影響進一步生產(chǎn)，這是因為，為了能迅速排放到細胞外，常用。(8)谷氨酸屬于類產(chǎn)品，常用的分離提純方法是等。(9)20世紀40年代，微生物學(xué)家常用方法選育菌種。80年代后，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，開始用等方法選育菌種，取得很大成效。2．(1)谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌(2)氮源無機鹽無機鹽生長因子(3)異養(yǎng)以含碳有機物為碳源(4)3：l(5)使空氣形成細小的氣泡，迅速地溶解在培養(yǎng)液中通氣谷氨酸棒狀桿菌是好氧菌(6)營養(yǎng)物質(zhì)的消耗代謝產(chǎn)物的積累乙酰谷氨酰胺加人緩沖液(7)會抑制酶的活性誘變處理，改變細胞膜的透性(8)代謝產(chǎn)物蒸餾、萃取、離子交換(9)人工誘變細胞工程或基因工程探究開放題解答綜合問題一發(fā)酵工程與微生物營養(yǎng)、代謝、生長等知識的綜合應(yīng)用1．目前微生物已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，形成了大規(guī)模的發(fā)酵工程，為人類創(chuàng)造出了巨大的財富。(1)自然界細菌變異的主要來源有。圖甲表示利用某種好氧細菌生產(chǎn)人生長激素的發(fā)酵工程流程圖，欲獲得該菌種首先要通過方法獲得目的基因，通過技術(shù)獲得工程菌。(2)選擇好的菌種進行擴大培養(yǎng)后，應(yīng)選用期的菌種接種到發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)液中，原因是。(3)該發(fā)酵過程的產(chǎn)物屬于代謝產(chǎn)物，一般在期大量合成，為了盡可能多地提取人的生長激素，采用圖乙的方法，圖中1、2所表示的物質(zhì)分別是、，圖中3表示流出物，其中包括的物質(zhì)有。(4)在發(fā)酵過程中發(fā)酵罐需要冷卻系統(tǒng)，冷卻的原因是。[解題思路]細菌因為沒有染色體，不能進行有性生殖，變異來源主要有基因突變，可以通過基因工程的方法使細菌獲得特定的基因，從而獲得特定的產(chǎn)物。菌種擴大培養(yǎng)是采用對數(shù)期的細菌作菌種，而獲得的發(fā)酵產(chǎn)物屬于次級代謝產(chǎn)物。[解答](1)基因突變?nèi)斯ず铣苫蚧蚬こ?2)對數(shù)細菌代謝旺盛，形態(tài)和生理特征穩(wěn)定(3)次級穩(wěn)定新鮮培養(yǎng)液無菌空氣人的生長激素(代謝產(chǎn)物、老的培養(yǎng)基、菌體等均可)(4)微生物代謝旺盛，產(chǎn)生大量熱量2．下圖為酵母菌細胞的模式圖和生長曲線。請回答：(1)從細胞核的結(jié)構(gòu)來看，下列選項中，與該酵母菌屬同一類型的生物是A．乳酸菌B．放線菌C．變形蟲D．噬菌體(2)[4]的通透性是，圖示的酵母菌正在進行。(3)要收獲酵母菌的代謝產(chǎn)物，應(yīng)選擇生長曲線的[]。為了獲得更多的代謝產(chǎn)物，要延長該時期，工業(yè)上采用的方法是。(4)細胞出現(xiàn)多種形態(tài)，甚至畸形的是曲線中的[]期。(5)如果在有氧和無氧情況下，酵母菌細胞中[](結(jié)構(gòu))數(shù)量會發(fā)生明顯差異。(6)自然環(huán)境中的酵母菌屬于生態(tài)系統(tǒng)中的成分。[解題思路]酵母菌和變形蟲都是真核生物，由圖可以得知酵母菌正在進行出芽生殖，結(jié)合微生物生長曲線可知代謝產(chǎn)物積累量最大時期為穩(wěn)定期，細胞出現(xiàn)多種形態(tài)的時期是衰亡期，酵母菌代謝類型為異養(yǎng)兼性厭氧型，故有氧無氧情況下，其線粒體數(shù)量會有明顯差異，酵母菌在生態(tài)系統(tǒng)中屬分解者。[解答](1)C(2)全透性出芽(3)CD穩(wěn)定期連續(xù)培養(yǎng)(4)DE衰亡(5)2線粒體(6)分解者規(guī)律總結(jié)結(jié)合課本中發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程簡圖，認真閱讀相關(guān)內(nèi)容，務(wù)必弄清其生產(chǎn)流程及注意事項，培養(yǎng)讀圖、用圖能力。綜合問題二發(fā)酵工程與生物新陳代謝、生態(tài)學(xué)等知識的綜合應(yīng)用1．人造蛋白食品的生產(chǎn)可利用現(xiàn)代微生物發(fā)酵工程技術(shù)，食用真菌蛋白是人造蛋白的一種。下面為真菌蛋白的制造過程圖解，請據(jù)下圖回答問題：(1)下列關(guān)于“單細胞蛋白”的敘述正確的是A．是從微生物細胞中提取的蛋白質(zhì)B．通過發(fā)酵生產(chǎn)的微生物菌體C．單細胞蛋白不能作為人類食品D．是微生物細胞分泌的抗生素(2)由圖中向發(fā)酵罐里加入的物質(zhì)看，真菌的代謝方式為型。發(fā)酵過程中活菌數(shù)目達到最多的時期是在期。(3)向發(fā)酵罐里添加少量氨水的目的是。向發(fā)酵罐添加的所有物品都要進行滅菌，從生態(tài)學(xué)角度分析，其原因是。(4)添加的糖可被真菌利用、轉(zhuǎn)化形成真菌蛋白，必須經(jīng)過的生理過程是。真菌蛋白常作為家畜(豬)的飼料添加劑，豬在食用這些添加劑后能被加速育肥的原因是。(5)下列關(guān)于對“微生物連續(xù)培養(yǎng)優(yōu)點”的敘述，不正確的是A．及時補充微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，提高產(chǎn)量B．有利于微生物盡快將代謝產(chǎn)物釋放到培養(yǎng)基中C．能消除不利于微生物生長的一些環(huán)境因素D．提高了設(shè)備的利用率(6)下面關(guān)于“溫度對發(fā)酵過程的影響”不正確的敘述是A．溫度過高，發(fā)酵周期縮短，產(chǎn)量下降B．溫度不會影響生物合成的途徑C．溫度能影響菌種對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收D．菌體生長和產(chǎn)物合成所需的最適溫度不一定相同(7)通常所說的“微生物”，包括病毒、放線菌和細菌，還包括真菌，如等。[解題思路]從圖中看，發(fā)酵罐需加入糖和滅菌空氣，可知真菌的代謝類型為異養(yǎng)需氧型。發(fā)酵過程中加氨水，一方面是調(diào)節(jié)pH使環(huán)境符合真菌的生存環(huán)境；另一方面提供氮源滿足真菌營養(yǎng)的需要。由糖類轉(zhuǎn)化為氨基酸，必須與含氮部分結(jié)合，即氨基轉(zhuǎn)換作用過程。而蛋白質(zhì)飼料育肥，是蛋白質(zhì)經(jīng)動物消化吸收后，經(jīng)脫氨基作用，其不合氮部分轉(zhuǎn)化為脂肪。[解答](1)B(2)異養(yǎng)需氧穩(wěn)定(3)調(diào)節(jié)pH、提供氮源防止雜菌與真菌間的競爭(4)氨基轉(zhuǎn)換作用蛋白質(zhì)(消化吸收后、經(jīng)脫氨基不含氮部分)可轉(zhuǎn)化為脂肪(5)B(6)B(7)霉菌(青霉、根霉、曲霉)、酵母菌(答一項即可)2．下面是利用大腸桿菌生產(chǎn)人的生長激素的發(fā)酵工程流程簡圖，請回答：(1)菌種選育時需進行怎樣的處理。獲取人的生長激素基因，通常采用的方法是。(2)選擇好的大腸桿菌經(jīng)過擴大培養(yǎng)后，接種到發(fā)酵罐內(nèi)的培養(yǎng)液中，接種的最佳時期是——，原因是————0(3)配制好的培養(yǎng)基必須經(jīng)過滅菌，其目的是，常用的方法是一。(4)該發(fā)酵過程中的產(chǎn)物屬于代謝產(chǎn)物，一般在期大量合成。[解題思路]由于是利用大腸桿菌生產(chǎn)人的生長激素，故采用基因工程進行菌種選育；根據(jù)微生物生長曲線結(jié)合發(fā)酵工程生產(chǎn)實際，應(yīng)在對數(shù)期進行接種；生產(chǎn)的生長激素是次級代謝產(chǎn)物，一般在穩(wěn)定期大量合成。[解答](1)將大腸桿菌的質(zhì)粒取出，連接上人生長激素基因后，重新置入大腸桿菌細胞內(nèi)人工合成基因(2)菌體生長的對數(shù)期處于對數(shù)期的細菌代謝旺盛，個體的形態(tài)和生理特性比較穩(wěn)定(3)防止雜菌污染高壓蒸汽滅菌(4)次級穩(wěn)定規(guī)律總結(jié)熟知發(fā)酵工程流程簡圖及注意事項。如注意控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件?？键c高分解題綜合訓(xùn)練1發(fā)酵工程的第一個重要工作是選擇優(yōu)良的單一純種，消滅雜種，獲得純種的方法不包括A根據(jù)微生物對碳源需要的差別，使用含不同碳源的培養(yǎng)基B．根據(jù)微生物遺傳組成的差異，在培養(yǎng)基中加入不同比例的核酸C．根據(jù)微生物缺乏生長因子的種類，在培養(yǎng)基中增減不同的生長因子D．根據(jù)微生物對抗菌素敏感性的差異，在培養(yǎng)基中加入不同的抗菌素1．B解析：每種生物的遺傳物質(zhì)在正常條件下是穩(wěn)定的，培養(yǎng)基中核酸不能改變生物原有的遺傳組成。2谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)過程中，控制好發(fā)酵條件是十分重要的，下列關(guān)于谷氨酸發(fā)酵過程中的處理正確的是A從控制磷脂合成或使細胞膜受損入手，提高谷氨酸棒狀桿菌細胞膜的通透性，有利于提高谷氨酸的合成速度B谷氨酸發(fā)酵屬于無氧發(fā)酵，發(fā)酵過程中不需要通氣和攪拌C．控制碳氮比例為3：1，既有利于谷氨酸棒狀桿菌的大量繁殖，又有利于谷氨酸的大量合成D在發(fā)酵過程中應(yīng)保持pH在5.0～6.0的恒定范圍，以利于谷氨酸高效持久的大量合成2．A解析：在谷氨酸生產(chǎn)過程中，可以采取一定的手段改變細胞膜的透性，使谷氨酸能迅速排放到細胞膜外面，解除谷氨酸對谷氨酸脫氫酶的抑制作用，提高谷氨酸的產(chǎn)量。谷氨酸發(fā)酵是需氧發(fā)酵，應(yīng)采取措施提高溶氧量。C：N為3：1時，谷氨酸合成量增大，菌體繁殖受抑制。真菌的適宜pH為5．0～6．0，細菌發(fā)酵的適宜pH為7～8。3家庭制作泡菜并無刻意的滅菌環(huán)節(jié)，在發(fā)酵過程中，乳酸菌產(chǎn)生的乳酸可以抑制其他微生物的生長。當環(huán)境中的乳酸積累到一定濃度時，又會抑制乳酸菌自身的增殖。下面對這些現(xiàn)象的描述不正確的是A在乳酸菌的調(diào)整期和對數(shù)期，種內(nèi)關(guān)系主要表現(xiàn)為互助B進入乳酸菌增長的穩(wěn)定期，由于次級代謝產(chǎn)物的積累，種內(nèi)斗爭趨于激烈C．密閉的發(fā)酵環(huán)境使乳酸菌在調(diào)整期和對數(shù)期的種問斗爭中占據(jù)優(yōu)勢D進入穩(wěn)定期，泡菜壇內(nèi)各種生物的抵抗力、穩(wěn)定性維持在較高的水平3．D解析：乳酸菌在發(fā)酵初期共同抑制其他微生物的生長，表現(xiàn)為種內(nèi)互助；并且在種間斗爭中占據(jù)優(yōu)勢；當它們大量繁殖后，因資源空間等條件的限制，表現(xiàn)為種內(nèi)斗爭。4在一普通的錐形瓶中，加入含有酵母菌和葡萄糖的溶液，然后將瓶口封閉，在下列有關(guān)坐標圖中，正確的是A①②③B①③④C．②③④D．①②④4．B解析：在有限的培養(yǎng)基環(huán)境中，酵母菌不會呈“J”形增長。5下列關(guān)于發(fā)酵工程的說法，錯誤的是A．通過人工誘變、基因工程、細胞工程都能選育新品種B環(huán)境條件的變化，不僅會影響菌種的生長繁殖，而且會影響菌種代謝產(chǎn)物的形成C．發(fā)酵工程的產(chǎn)品是指微生物的代謝產(chǎn)物D．培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備必須經(jīng)過嚴格的滅菌5．C解析：發(fā)酵工程的產(chǎn)品有兩個，一是微生物的代謝產(chǎn)物；二是微生物菌體本身。6發(fā)酵罐發(fā)酵的過程中，使溫度升高的熱量來源于①冷卻水供應(yīng)不足②微生物代謝旺盛③培養(yǎng)基不新鮮④攪拌⑤放料口排出產(chǎn)物A①②③④⑤B②③④C．①④D_②④6．D解析：冷卻水帶走熱量不會使溫度升高，排除A、C；微生物代謝旺盛呼吸作用產(chǎn)生了大量能量，且大部分轉(zhuǎn)變成了熱能；攪拌通過摩擦產(chǎn)生了熱能；培養(yǎng)基的新鮮程度及放料口排出產(chǎn)物影響代謝速度，但與熱量的產(chǎn)生無直接關(guān)系。7用發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品，如果是菌體，則進行分離提純時可采用的方法是A．蒸餾、過濾B過濾、沉淀C．萃取、離子交換D．沉淀、萃取7．B解析：發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品有兩類：一類是代謝產(chǎn)物，另一類是菌體本身。產(chǎn)品不同，分離提純的方法一般不同。如果產(chǎn)品是菌體，可采用過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來；如果產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物，可用萃取、蒸餾、離子交換等方法進行提取。8(1)發(fā)酵工程中選育優(yōu)良品種的方法有多種，其中能定向培育新品種的方法是①人工誘變②基因移植③細胞雜交④雜交育種A．①②B②③C．③④D．①④(2)發(fā)酵罐一般都有攪拌器，但在利用乳酸菌生產(chǎn)乳酸時不用，這是因為。(3)單細胞蛋白是市場上較受歡迎的發(fā)酵產(chǎn)品，它利用的是微生物的。(4)不同的微生物有各自的代謝特點，人們常據(jù)此來分離、鑒別微生物種類，某實驗室有兩個菌種，可能是胱氨酸依賴型細菌(無胱氨酸不能生長)、甲基營養(yǎng)細菌(只能利用甲醇、甲烷作碳源)，但試管上標簽脫落，請根據(jù)它們的代謝特點設(shè)計實驗方案加以鑒定。實驗步驟：第一步：在兩個菌種的試管上分別標上A、B。以下步驟是：①；②。結(jié)果分析：①