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选填题探析十五　发酵工程
【考情分析】
1.考查题型:该部分内容的命题以选择题为主。
2.考查趋势:(1)以实际发酵的过程为情境考查传统发酵食品制作。(2)以来自生产生活实际、与现实联系密切的实例为情境考查微生物的培养及应用。
考点1　传统发酵技术及应用
【知识归纳】
1.理清三种传统发酵食品的制作技术
2.泡菜腌制过程中,乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
3.发酵工程的过程及应用
【高考真题】
1.(2024·湖北卷,T1)制醋、制饴、制酒是我国传统发酵技术。醋酸菌属于好氧型原核生物,常用于食用醋的发酵。下列叙述错误的是( )。
A.食用醋的酸味主要来源于乙酸
B.醋酸菌不适宜在无氧条件下生存
C.醋酸菌含有催化乙醇氧化成乙酸的酶
D.葡萄糖在醋酸菌中的氧化分解发生在线粒体内
2.(2024·山东卷,T14)在发酵过程中,多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球体,菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧。菌体内铵离子浓度升高时,可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列说法错误的是( )。
A.相同菌体密度下,菌球体越大柠檬酸产生速率越慢
B.发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量
C.发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长
D.发酵结束后,将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品
3.(2024·河北卷,T18改编)中国传统白酒多以泥窖为发酵基础,素有“千年老窖万年糟”“以窖养糟,以糟养泥”之说。多年反复利用的老窖池内壁窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物。下列叙述错误的是( )。
A.传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的
B.窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系,使酿造过程不易污染杂菌
C.从窖泥中分离的酿酒酵母扩大培养时,需在CO2或N2环境中进行
D.从谷物原料发酵形成的酒糟中,可分离出产淀粉酶的微生物
【考向速清】
(1)(2022·江苏卷,T16)泡菜发酵后期,尽管乳酸菌占优势,但仍有产气菌繁殖,需开盖放气。 ( )
(2)(2022·湖北卷,T10)葡萄糖转化为乙醇所需的酶既存在于细胞质基质,也存在于线粒体。 ( )
(3)(2022·湖北卷,T10)在白酒、啤酒和果酒的发酵初期需要提供一定的氧气。 ( )
(4)(2023·北京卷,T13)向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水形成内部无菌环境。 ( )
【对点强化】
1.(原创)大酱的传统发酵过程可分为制曲和制酱2个阶段,获得的大酱中含有大量的细菌和真菌,发酵过程的厌氧和高温条件有利于细菌的快速繁殖。这种复杂的微生物菌群通过多种生化反应,可产生初生代谢物(有机酸和氨基酸)和次生代谢物(生育酚、异黄酮和皂苷),微生物菌群的动态变化对大酱的品质产生一定的影响,并赋予了大酱独特的风味。进一步研究发现乳酸菌属和四联球菌属是影响色度和挥发性风味的核心属。下列说法正确的是( )。
A.乳酸菌属和四联球菌属分别是厌氧型的细菌和真菌
B.大酱的传统发酵过程中优势种产生的初生代谢物能让其占优势
C.大酱的制曲过程中,升高温度有利于细菌的快速繁殖
D.传统发酵技术是利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术
2.(2024·山东泰安三模)右图表示利用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的途径,尿素是谷氨酸生产中培养基的重要成分之一,尿素分解释放的氨会使发酵液的pH上升,而发酵过程中,氨的利用以及有机酸和谷氨酸等进入发酵液又会使发酵液pH下降。与细胞膜通透性有关的基因发生某种碱基替换,可使细胞膜的通透性发生改变。下列叙述错误的是( )。
A.可通过诱变育种增加细胞膜通透性,进而提高谷氨酸产量
B.发酵过程中适时增加尿素的量,可避免酶活性的改变
C.尿素过多时,不易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺
D.过滤、沉淀是从培养液中提取谷氨酸最常用的方法
考点2　微生物培养技术及应用
【知识归纳】
1.微生物培养中的无菌操作技术
2.两种纯化细菌方法的比较
3.微生物分离与计数的实例
【高考真题】
1.(2023·山东卷,T15)平板接种常用在微生物培养中。下列说法正确的是( )。
A.不含氮源的平板不能用于微生物培养
B.平板涂布时涂布器使用前必须进行消毒
C.接种后未长出菌落的培养基可以直接丢弃
D.利用以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物
2.(2023·广东卷,T10)研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断,下列最可能筛选到目标菌的条件组合是( )。
A.a点时取样、尿素氮源培养基
B.b点时取样、角蛋白氮源培养基
C.b点时取样、蛋白胨氮源培养基
D.c点时取样、角蛋白氮源培养基
3.(2024·黑吉辽卷,T19改编)某些香蕉植株组织中存在的内生菌可防治香蕉枯萎病,其筛选流程及抗性检测如图。下列操作错误的是( )。
A.在大量感染香蕉枯萎病的香蕉种植园内,从未感病植株上采集样品
B.将采集的样品充分消毒后,用蒸馏水冲洗,收集冲洗液进行无菌检测
C.将无菌检测合格的样品研磨,经稀释涂布平板法分离得到内生菌的单菌落
D.判断内生菌的抗性效果需比较有无接种内生菌的平板上的病原菌菌斑大小
【考向速清】
(1)(2022·湖北卷,T4)可用湿热灭菌法对实验中所使用的微量离心管、细胞培养瓶等进行灭菌。 ( )
(2)(2023·江苏卷,T7)通常细菌培养基用高压蒸汽灭菌法灭菌,酵母菌培养基用过滤除菌法除菌。 ( )
(3)[2022·湖南卷,T21(2)]以尿素为唯一氮源的培养基中加入　　　　指示剂,根据颜色变化,可以初步鉴定分解尿素的细菌。
【对点强化】
1.[考查无菌技术及微生物的分离与计数](2024·山西运城二模)研究者尝试用蜻蜓肠道共生菌的代谢物开发新型抑菌药物,下图表示从蜻蜓肠道分离共生菌的部分步骤,图中数字代表步骤。下列相关叙述错误的是( )。
A.步骤③研磨蜻蜓肠道时需加入无菌生理盐水,且需在无菌条件下操作
B.所用培养基需置于高压蒸汽灭菌锅内,在100 kPa、121 ℃条件下灭菌15~30 min
C.步骤④通过梯度稀释使聚集在一起的微生物分散成单个菌落,便于在平板上观察计数
D.统计菌落数时,应选择菌落数为30~300的平板计数,但统计的菌落数往往多于实际数目
2.[考查微生物培养技术](2024·湖南长沙二模)研究人员将结核杆菌分别接种在含有不同浓度抗生素A与B的培养基中(“+”代表含抗生素,“+”的数量代表抗生素浓度,“-”代表不含抗生素),对两种抗生素进行药性分析。在37 ℃环境下培养24 h后,细菌生长情况如图。下列说法错误的是( )。
A.为排除杂菌的影响,倒平板前需对培养基采用高压蒸汽灭菌
B.该实验使用稀释涂布平板法接种结核杆菌,待菌液被吸收后方可倒置培养
C.长期使用抗生素A可能会增加结核杆菌的抗药性基因频率
D.与单独使用抗生素A相比,联合使用抗生素B对结核杆菌的抑制作用显著增强
参考答案
考点1　传统发酵技术及应用
知识归纳
1.①酒精　②乙酸
高考真题
1.D　解析　食用醋的酸味主要来自乙酸,A正确;醋酸菌是好氧细菌,不适宜在无氧的条件下生存,B正确;在制醋时,缺失糖源的情况下,醋酸菌将乙醇转化为乙醛,再将乙醛变为乙酸,因此醋酸菌体内含有催化乙醇氧化成乙酸的酶,C正确;醋酸菌属于细菌,没有核膜包被的细胞核和众多的细胞器,因此没有线粒体,D错误。
2.D　解析　黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧,则在相同菌体密度下,菌球体越大越不利于菌体与氧气接触,柠檬酸产生速率越慢,A正确;由“菌体内铵离子浓度升高时,可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制”可知,发酵中期添加一定量的硫酸铵,菌体内铵离子浓度升高,柠檬酸产量增加,B正确;发酵过程中pH下降使细菌生命活动所必需的酶失活,可抑制大部分细菌的生长,C正确;发酵结束后,将过滤所得的固体物质进行分离、干燥等一系列操作后才能获得柠檬酸产品,D错误。
3.C　解析　白酒的酿造主要依靠酿酒酵母,由于窖泥中含有大量与酿酒相关的微生物,故传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成的,A正确;窖池内各种微生物形成了相对稳定的体系,且酿造过程产生的酒精也会抑制杂菌的生长与繁殖,使酿造过程不易污染杂菌,B正确;酵母菌是兼性厌氧菌,与无氧呼吸相比,细胞有氧呼吸产生的能量更多,更能满足酵母菌大量繁殖时的需求,因此,对分离的酿酒酵母扩大培养时需要在有氧的条件下进行,C错误;谷物原料如高粱、玉米、大米等富含淀粉,因此从谷物原料发酵形成的酒糟中,可分离出产淀粉酶的微生物,D正确。
考向速清
(1)×　提示:乳酸菌属于厌氧菌,开盖放气会影响乳酸菌发酵,因此不能开盖放气。
(2)×　提示:葡萄糖转化为乙醇所需的酶存在于细胞质基质。
(3)√
(4)×　提示:向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水形成内部无氧环境,而不是无菌环境。
对点强化
1.D　解析　乳酸菌属是厌氧型的细菌,四联球菌属是细菌,A错误;大酱的传统发酵过程中优势种产生的次生代谢物能让其占优势,B错误;大酱的制曲过程中,只有在一定范围内升高温度才有利于细菌的快速繁殖,C错误。
2.D　解析　与细胞膜通透性有关的基因发生碱基的替换,可使细胞膜的通透性发生改变,而细胞膜通透性改变会减少细胞内的谷氨酸积累,降低谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用,进而提高谷氨酸的产量,A正确。在培养细菌时,一般需要将培养基调至中性或弱碱性。发酵过程中,有机酸和谷氨酸等进入发酵液,会使发酵液pH下降,pH下降可能导致某些酶活性改变,而加入尿素后分解释放氨,会使发酵液的pH上升,从而避免酶活性的改变,B正确。谷氨酸的发酵生产中,在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸,在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。加入尿素过多,分解产生的氨增多,不会使溶液呈酸性,故尿素过多时,不易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺,C正确。若发酵产品是菌体,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥;谷氨酸为代谢物,需根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品,D错误。
考点2　微生物培养技术及应用
知识归纳
1.①化学药物　②培养基
2.①接种环　②涂布器
高考真题
1.D　解析　不含氮源的平板可用于固氮菌的培养,A错误;平板涂布时涂布器使用前必须浸在酒精中,然后在火焰上灼烧灭菌,这种操作属于灭菌,不属于消毒,B错误;使用后的培养基即使未长出菌落也要在丢弃前进行灭菌处理,而不能直接丢弃,以免污染环境,C错误。
2.D　解析　研究目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌,因此目标菌既要耐高温,又要能够高效降解角蛋白,所以应在c点时取样,并且用角蛋白氮源培养基进行选择培养,D正确。
3.B　解析　由“某些香蕉植株组织中存在的内生菌可防治香蕉枯萎病”可知,在大量感染香蕉枯萎病的香蕉种植园内,应从未感病植株上采集样品,A正确;将采集的样品充分消毒后,用无菌水冲洗,收集冲洗液进行无菌检测,B错误;由题图可知,样品研磨后进行了稀释涂布,可见将无菌检测合格的样品研磨,经稀释涂布平板法分离可得到内生菌的单菌落,C正确;由抗性检测图可知,判断内生菌的抗性效果需设置对照组和实验组,对照组不接种内生菌得到病原菌菌斑,实验组接种内生菌得到病原菌菌斑,然后比较对照组和实验组的菌斑大小,实验组病原菌菌斑越小表明内生菌抗性效果越好,D正确。
考向速清
(1)√
(2)×　提示:通常细菌培养基和酵母菌培养基都可以用高压蒸汽灭菌法灭菌。
(3)酚红
对点强化
1.D　解析　步骤③研磨蜻蜓肠道时需加入无菌生理盐水,且需在无菌条件下操作,以防止杂菌污染,A正确;培养基常采用高压蒸汽灭菌法灭菌,即在压力为100 kPa、温度为121 ℃条件下灭菌15~30 min,B正确;步骤④的目的是通过梯度稀释使聚集在一起的微生物分散成单个菌落,便于后续观察计数,C正确;采用稀释涂布平板法统计菌落数时,应选择菌落数为30~300的平板计数,但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,所以统计的菌落数往往比活菌的实际数目少,D错误。
2.D　解析　为排除杂菌的影响,倒平板前应该用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌,待培养基冷却到50 ℃左右倒平板,A正确;图中菌落分布均匀,说明该实验利用了稀释涂布平板法接种结核杆菌,待菌液被吸收后方可倒置培养,B正确;长期使用抗生素A后,在抗生素A的选择作用下,结核杆菌的抗药性基因频率可能会增加,C正确;由图中平板上菌落的分布可知,与单独使用抗生素A相比,联合使用抗生素B对结核杆菌的抑制作用并未增强,D错误。

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