高中生物苏教版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第四节 发酵工程及其应用习题

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课后素养落实(五)　发酵工程及其应用(建议用时：40分钟)题组一　发酵工程利用了微生物的特定功能1．(多选)发酵工程的第一个重要工作是选取优良单一的菌种。消灭杂菌获得纯种的方法包括(　　)A．根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基B．根据微生物缺乏生长因子的种类，在培养基中增减不同的生长因子C．根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸D．根据微生物对抗生素敏感性的差异，在培养基中加入不同的抗生素ABD　[根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基可以选择微生物种类，A正确；在培养基中增减不同的生长因子，也能选择微生物，B正确；根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸(DNA和RNA)，不会直接影响微生物自身的遗传组成，即使被微生物利用，也是被分解为核苷酸后利用，所以培养基中加入不同比例的核酸，不会对微生物起选择作用，C错误；抗生素也可对微生物起选择作用，D正确。]2．发酵离不开微生物的作用，下列关于微生物的特定功能的说法错误的是(　　)A．微生物具有生长旺盛、繁殖快的特点B．微生物具有吸收多、转化快的功能C．微生物种类多，分布广D．微生物的种类繁多仅体现在物种的种类上D　[微生物种类繁多不仅体现在物种的种类上，还体现在微生物的生理代谢类型上。]题组二　发酵工程的一般过程3．利用酵母菌酿酒时，从开始便持续向发酵罐内通入无菌空气，结果是(　　)A．酵母菌大量死亡，酒精减产B．酵母菌数量不多，酒精产量不变C．酵母菌数量增多，酒精减产D．酵母菌数量增多，不产生酒精D　[酵母菌是兼性厌氧菌，有氧呼吸产生的能量多、繁殖快，无氧呼吸产生酒精。如果从开始便持续通入无菌空气，酵母菌进行有氧呼吸，会导致酵母菌大量繁殖，但不产生酒精。]4．严格控制发酵条件是保证发酵正常进行的关键，直接关系到是否能得到质量高、产量多的理想产物，通常所说的发酵条件不包括(　　)A．温度控制　　　　 B．溶氧控制C．pH控制 D．酶的控制D　[通常所说的发酵条件包括温度、pH、溶氧、通气与转速等。酶是自身调节物质，不属于发酵条件。]5．下列对连续培养优点的叙述，不正确的是(　　)A．能及时补充所需的营养，提高产量B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中C．能消除不利于微生物生长的某些环境因子D．提高了设备的利用率B　[连续培养能及时补充所需的营养，提高产量；能消除不利于微生物生长的某些环境因子；提高了设备的利用率。A、C、D正确。连续培养对微生物将代谢产物释放到培养基中没有作用，B错误。]6．利用微生物分解玉米淀粉生产糖浆，具有广阔的应用前景。但现在野生菌株对淀粉的转化效率低，某同学尝试对其进行改造，以获得高效菌株。实验步骤：(1)配制____________(填“固体”“半固体”或“液体”)培养基，该培养基的碳源应为____________________。(2)将_____________________接入已灭菌的培养基上。(3)立即用适当剂量的紫外线照射，其目的是_______________________。(4)菌落形成后，加入碘液，观察菌落周围培养基的颜色变化和变化范围的大小。周围出现_______________________现象的菌落即初选菌落。经分离、纯化后即可达到实验目的。[解析]　利用微生物分解玉米淀粉生产糖浆，首先应配制固体培养基，其碳源是玉米淀粉；其次要将野生菌株接种到培养基上；用紫外线照射的目的是对野生菌株进行诱变处理；加碘液是为了检验淀粉有没有被分解，如果颜色变浅，说明淀粉被分解了，这种菌落即初选菌落。[答案]　(1)固体　玉米淀粉　(2)野生菌株　(3)对野生菌株进行诱变　(4)浅色范围大7.某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。他们用酶将木薯淀粉降解成单糖。查阅资料后，安装的酒精发酵装置、采用的发酵条件如图所示。(1)向发酵瓶中加入5 g酵母菌开始实验，发酵初期，通气阀①需要偶尔短时间打开，并在A通气口处打气，以利于________________；实验过程中，通气阀②需要偶尔短时间打开，目的是_______________________________________________________________________________________________________。(2)第3天，取出少量发酵液，滴加含有________的浓硫酸溶液来检测酒精。(3)检测后发现，尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH适宜，但酒精含量比预期低。他们展开了讨论，认为还有其他影响因素，如________________，请设计实验对此因素进行探究并预测实验结果(用表格形式呈现；用“＋”表示酒精含量，最高含量为“＋＋＋＋＋”)。(4)请对预测的结果进行分析，并得出结论。[解析]　(1)酵母菌为兼性厌氧微生物，在A通气口处打气可让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，从而增加酵母菌的数量。通气阀②偶尔短时间打开，是为了排出细胞代谢产生的二氧化碳。(2)橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应变成灰绿色。(3)依题意“尽管酵母菌菌种合适、木薯淀粉酶解物充足、操作正确、发酵温度和pH适宜”，排除了氧气、温度、pH、营养物质含量等因素对酒精产生量的影响，可能是培养液的浓度影响酒精的产生量。设计一系列不同浓度梯度的淀粉酶解物培养基进行实验，其他操作、条件等都相同，最后检测酒精的含量。(4)若培养液的浓度过高，则酵母菌会失水死亡，影响酒精的产生量。[答案]　(1)酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖　排出细胞代谢产生的二氧化碳　(2)重铬酸钾　(3)木薯淀粉酶解物浓度　见下表锥形瓶编号12345淀粉酶解物浓度浓度1浓度2浓度3浓度4浓度5酒精含量＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋(4)外界溶液浓度过高时，酵母菌会因失水过多而死亡，酒精产生量反而减少。一定范围内，随着淀粉酶解物浓度的增大，产生的酒精量增多，但超过一定范围后，随着淀粉酶解物浓度的增大，产生的酒精含量逐渐减少。题组三　发酵工程的应用8．下列不属于发酵工程的产品的是(　　)A．青霉素　　　　　 B．柠檬酸C．除草剂 D．α­淀粉酶C　[除草剂是人工合成的植物生长素类调节剂，不是发酵工程的产品。]9．下列关于发酵工程的产品及所利用的菌种，对应错误的是(　　)A．利用酵母菌生产各种酒类B．利用白僵菌生产酱油和柠檬酸C．利用根瘤菌生产微生物肥料D．利用酵母菌生产乙型肝炎疫苗B　[酱油和柠檬酸是利用黑曲霉菌生产的。]10．天津独流老醋历史悠久、独具风味，其生产工艺流程如下图。(1)在糖化阶段添加酶制剂需要控制反应温度，这是因为酶______________。(2)在酒精发酵阶段，需添加酵母菌。在操作过程中，发酵罐先通气，后密闭。通气能提高________的数量，有利于密闭时获得更多的酒精产物。(3)在醋酸发酵阶段，独流老醋采用独特的分层固体发酵法，发酵30天。工艺如下：①发酵过程中，定期取样测定醋酸菌密度变化，趋势如图。据图分析，与颠倒前相比，B层醋酸菌在颠倒后密度变化的特点是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，由此推测，影响醋酸菌密度变化的主要环境因素是___________________________________________________________________________________。②乳酸含量高是独流老醋风味独特的重要成因。发酵过程中，发酵缸中____________________层的醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。③成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等环境因素的改变，加剧了不同种类乳酸菌的________，淘汰了部分乳酸菌种类。[解析]　(1)酶的活性受温度的影响，在最适温度下酶的催化能力最强。(2)发酵过程中先通气的目的是让酵母菌大量繁殖，使发酵液中的酵母菌总数达到一定程度，有利于发酵的进行。(3)①醋酸菌是好氧菌，据图分析，第15天将A、B层颠倒，颠倒后使原来处于下层缺氧状态的醋酸菌来到上层有氧的环境，醋酸菌大量繁殖，其数量上升，后来因为培养液中营养物质被逐渐消耗以及呼吸产物对pH的影响，其数量不再增长而趋于稳定。由此推测，影响醋酸菌密度变化的主要因素是氧气、营养物质、pH等。②因为乳酸菌是厌氧菌，故下层有利于乳酸菌繁殖。未颠倒前B层处于下层，颠倒后A层处于下层。③由题目信息可知，由于营养物质消耗、发酵环境发生改变等，生物个体之间的斗争、不同种类之间的竞争会加剧。[答案]　(1)在最适温度条件下催化能力最强　 (2)酵母菌　(3)①先快速增长后趋于稳定　氧气、营养物质、pH②颠倒前的B层和颠倒后的A(或不翻动，或下)　③种间竞争11．某实验室用两种方法进行酵母菌发酵葡萄糖生产酒精。甲发酵罐中保留一定量的氧气，乙发酵罐中没有氧气，其余条件相同且适宜。实验过程中，每小时测定两发酵罐中氧气和酒精的量，记录数据并绘成坐标曲线图。下列有关叙述正确的是(　　)A．实验结束时，消耗葡萄糖较多的是甲发酵罐B．甲、乙两发酵罐分别在第4 h和第0 h开始进行无氧呼吸C．甲、乙两发酵罐实验结果表明，酵母菌为异养厌氧型生物D．该实验证明向发酵罐中连续通入大量的氧气可以提高酒精的产量A　[实验结束时，甲发酵罐的酒精产量是18 mol，故无氧呼吸消耗的葡萄糖为9 mol，有氧呼吸消耗的氧气是6 mol，则有氧呼吸消耗的葡萄糖是1 mol，故呼吸共消耗葡萄糖10 mol；乙发酵罐产生的酒精是15 mol，无氧呼吸消耗的葡萄糖是7.5 mol，因此实验结束时，消耗葡萄糖较多是甲发酵罐，A正确。分析题图可知，甲发酵罐从第2 h开始生成酒精，因此从第2 h开始进行无氧呼吸，B错误。分析题图可知，酵母菌既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，为兼性厌氧微生物，C错误。向发酵罐中连续通入大量O2会抑制酒精发酵，降低酒精的产量，D错误。]12．利用农作物秸秆等纤维质原料生产的乙醇，经加工可制成燃料乙醇，从而减少了对石油资源的依赖。下图为生产燃料乙醇的简要流程，据图分析，下列叙述错误的是(　　)A．要得到微生物A，最好选择富含纤维素的土壤采集土样B．图中②过程常用的微生物B是酵母菌C．微生物A和微生物B可利用的碳源相同D．可用纤维素酶制剂代替微生物A起作用C　[微生物A所用碳源为纤维素，微生物B所用碳源为纤维素降解物。]13．酵母的蛋白质含量可达自身干重的一半，可作为饲料蛋白的来源。有些酵母可以利用工业废甲醇作为碳源进行培养，这样既可减少污染又可降低生产成本。研究人员拟从土壤样品中分离该类酵母，并进行大量培养。下图所示为操作流程，请回答下列问题：(1)配制培养基时，按照培养基配方准确称量各组分，将其溶解、定容后，调节培养基的________，及时对培养基进行分装，并进行________灭菌。(2)取步骤②中不同梯度的稀释液加入标记好的无菌培养皿中，在步骤③中将温度约________(填“25 ℃”“50 ℃”或“80 ℃”)的培养基倒入培养皿混匀，冷凝后倒置培养。(3)挑取分离平板中长出的单菌落，按步骤④所示进行划线。下列叙述合理的有________。a．为保证无菌操作，接种针、接种环使用前都必须灭菌b．划线时应避免划破培养基表面，以免不能形成正常菌落c．挑取菌落时，应挑取多个菌落，分别测定酵母细胞中甲醇的含量d．可以通过逐步提高培养基中甲醇的浓度，获得甲醇高耐受菌株(4)步骤⑤中，为使酵母数量迅速增加，培养过程中需保证充足的营养和________供应。为监测酵母的活细胞密度，将发酵液稀释1 000倍后，经等体积台盼蓝染液染色，用25×16型血细胞计数板计数5个中格中的细胞数，理论上________色细胞的个数应不少于________，才能达到每毫升3×109个活细胞的预期密度。[解析]　(1)配制培养基的操作步骤为称量→溶化→定容→调节pH→培养基的分装→包扎→灭菌，因此微生物的培养基配制好后应该先调节pH，再分装。常见的灭菌方法有干热灭菌、高压蒸汽灭菌、灼烧灭菌。培养基适宜用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。(2)在步骤③中，待培养基冷却至50 ℃左右时进行倒平板。(3)在划线过程中，接种针、接种环使用前都必须灭菌，以防止杂菌污染，a正确；划线时应避免划破培养基表面，否则将不能形成正常菌落，b正确；该实验的目的是获得利用工业废甲醇作为碳源的酵母菌，不需要测定酵母菌中的甲醇含量，c错误；培养基中的甲醇浓度越高，此种培养基中得以生存的酵母菌利用甲醇的能力越强，因此可以通过逐步提高培养基中甲醇的浓度，获得甲醇高耐受株，d正确。(4)酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖，因此为使酵母数量迅速增加，培养过程中需保证充足的营养和氧气供应；台盼蓝是大分子物质，不能将活细胞染色，再根据25×16型的血球计数板：1毫升悬液中待测标本(菌体)总数＝80小方格内菌体数/80×400×104×稀释倍数。而台盼蓝与菌液等体积加入，因此要达到每毫升3×109个活细胞的预期密度，理论上无色细胞数应该不少于(3×109)÷(1 000×2×104×400÷80)＝30(个)。[答案]　(1)pH　高压蒸汽(湿热)　(2)50 ℃　(3)a、b、d　(4)氧气　无　30对发酵工程产品应用的原理弄不清14．近年来，在农业生产上微生物肥料、微生物农药和微生物饲料得到广泛使用，关于微生物肥料、微生物农药和微生物饲料的说法，错误的是(　　)A．微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力的B．微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治农林害虫的C．微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体来生产饲料的D．微生物肥料、农药和饲料利用的都是微生物的代谢产物D　[微生物饲料利用的是微生物的菌体，而不是微生物的代谢产物。]