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(共33张PPT)
答题类型五　发酵工程类
大题答题规范
1.基础类
(2021·全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。

回答下列问题:
(1)米曲霉发酵过程中,加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质,大豆中的　　▲　　可为米曲霉的生长提供氮源,小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供　　▲　　。
注:▲为基础类题型
【答案】　(1)蛋白质　碳源
【详解】　(1)大豆中含有丰富的蛋白质,可为微生物的生长繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长繁殖提供碳源。
(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖,大量分泌制作酱油过程所需的酶类,这些酶中的　　▲　　、
　　▲　　能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分,如将蛋白质分解为小分子的肽和　　▲　　。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌,由此可以判断米曲霉属于　　▲　　(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。
注:▲为基础类题型
【答案】　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　异养好氧
【详解】　(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸,产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸,使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物和氧气,说明其代谢类型是异养好氧型。
(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于　　▲　　(填“真核生物”或“原核生物”);添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是　　▲　　。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素,据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是
　　▲　　(答出1点即可)。
注:▲为基础类题型
【答案】　(3)原核生物　酒精和二氧化碳　酒精、乳酸、食盐(答1个即可)
【详解】　(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核,属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧型微生物,既可以进行有氧呼吸,也可以进行无氧呼吸,无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长,乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长,同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。
●技巧规范点拨:情境引入,联系教材,识记重点
将新情境考查点进行转化,联系书中已学的知识考点,进行作答。要想拿满分,关键在于进行准确有效的识记背诵。本题以酱油的制作为题材,本质考查果酒和腐乳的制作,对于此类试题,需要考生注意的细节较多,如实验的原理、实验条件、实验现象等,需要考生在平时的学习过程中注意积累。
2.原因分析推理类、判断分析推理类、数据分析推理类
(2021·广东卷)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H,以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液,含较多蔗糖)为原料,在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料,期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如下图。

回答下列问题:
(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液体培养基中将蔗糖作为　　　　　,并不断提高其浓度,经多次传代培养(指培养一段时间后,将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用　　　　　的方法进行菌落计数,评估菌株增殖状况。此外,选育优良菌株的方法还有　　■　　等。(答出2种方法即可)
注:■为判断分析推理类题型,◆为数据分析推理类题型,●为原因分析推理类题型
【答案】　(1)碳源　稀释涂布平板(或活菌计数)　
人工诱变后选育和转基因育种
【详解】　(1)据题意分析,该实验的目的是提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,结合微生物的代谢需求,其液体培养基应该以蔗糖作为唯一碳源 。并不断提高其浓度,经多次传代培养(指培养一段时间后,将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。对液体培养基中的菌落进行计数要采用稀释涂布平板法。选育优良菌株的方法还有诱变育种、基因工程育种等。
(2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统,其培养基盐浓度设为60 g/L,pH为10,菌株H可正常持续发酵60 d以上。该系统不需要灭菌的原因是
　　◆　　。(答出2点即可)
注:■为判断分析推理类题型,◆为数据分析推理类题型,●为原因分析推理类题型
【答案】　(2)培养基中高盐浓度、高pH会抑制杂菌的生长
【详解】　(2)已知,菌株H具有嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,因此当培养基盐浓度为60 g/L,pH为10时,菌株H可正常持续发酵60 d以上,而盐浓度为60 g/L的条件下,其他杂菌因失水过多而死亡;pH为10的条件下,其他杂菌的酶变性失活,生长繁殖受抑制,故该系统不需要灭菌。
(3)研究人员在工厂进行扩大培养,在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵,结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期,并产生了少量乙醇等物质,说明发酵条件中
　　■　　可能是高密度培养的限制因素。
注:■为判断分析推理类题型,◆为数据分析推理类题型,●为原因分析推理类题型
【答案】　(3)氧气浓度
【详解】　(3)分析题意,扩大培养时,营养物浓度、温度、pH等条件下适宜,而发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期,并产生了少量乙醇等物质,说明发酵条件中氧气不足,使菌种进行无氧呼吸产生乙醇,即氧气浓度(O2或溶解氧)是限制高密度培养的重要因素。
(4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA,说明其能分泌　　●　　。
注:■为判断分析推理类题型,◆为数据分析推理类题型,●为原因分析推理类题型
【答案】　(4)蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶
【详解】　(4)根据酶的专一性可知,菌株H之所以能通过分解主要含蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾来生产PHA,说明其能分泌蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等。
●技巧规范点拨:审题是关键,答案蕴含在题(文图表)中
解题时要关注题干中的新信息,并画出相应的关键词。此类型题意在考查学生分析判断的能力。如第(2)问,可根据文中的盐浓度和pH数值这两个关键词进行分析,得出该系统不需要灭菌的原因。其中第(3)、(4)问是根据题干信息分析判断出答案,培养学生的科学思维能力。
3.应用技术类
(2021·全国甲卷)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。某同学通过实验比较了几种洗衣粉的去渍效果(“+”越多表示去渍效果越好),实验结果见下表。
根据实验结果回答下列问题:
加酶洗衣粉A 加酶洗衣粉B 加酶洗衣粉C 无酶洗衣粉(对照)
血渍 +++ + +++ +
油渍 + +++ +++ +
(1)加酶洗衣粉A中添加的酶是　　　　　;加酶洗衣粉B中添加的酶是　　　　　;加酶洗衣粉C中添加的酶是　　　　　。
注:★为应用技术类题型
【答案】　(1)蛋白酶　脂肪酶　蛋白酶和脂肪酶
【详解】　本题考查加酶洗衣粉、酶的固定化相关知识点,难度较小,解答本题的关键是明确加酶洗衣粉与普通洗衣粉去污原理的异同,以及固定化酶技术的应用实例和优点。
(1)从表格中信息可知,加酶洗衣粉A对血渍的洗涤效果比对照组的无酶洗衣粉效果好,而血渍含有大分子蛋白质,因此,加酶洗衣粉A中添加的酶是蛋白酶,同理,加酶洗衣粉B中添加的酶是脂肪酶;加酶洗衣粉C对血渍和油渍的洗涤效果比无酶洗衣粉好,油渍中有脂肪,因此加酶洗衣粉C中添加的酶是蛋白酶和脂肪酶。
(2)表中不宜用于洗涤蚕丝织物的洗衣粉有　　　　　,原因是　 。
注:★为应用技术类题型
【答案】　(2)加酶洗衣粉A和加酶洗衣粉C　蚕丝织物的主要成分是蛋白质,会被蛋白酶催化水解
【详解】　(2)蚕丝织物中有蛋白质,因此,表中不宜用于洗涤蚕丝织物的洗衣粉有加酶洗衣粉A、加酶洗衣粉C ,原因是蚕丝织物主要成分是蛋白质,会被蛋白酶催化水解。
(3)相对于无酶洗衣粉,加酶洗衣粉去渍效果好的原因是　 。
注:★为应用技术类题型
【答案】　(3)酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物,小分子有机物易溶于水,从而将污渍与洗涤物分开
【详解】　(3)据分析可知,相对于无酶洗衣粉,加酶洗衣粉去渍效果好的原因是:酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物,小分子有机物易溶于水,从而将污渍与洗涤物分开。
(4)关于酶的应用,除上面提到的加酶洗衣粉外,固定化酶也在生产实践中得到应用,如固定化葡萄糖异构酶已经用于高果糖浆生产。固定化酶技术是指　　★　　。固定化酶在生产实践中应用的优点是　　★　　(答出1点即可)。
注:★为应用技术类题型
【答案】　(4)利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术　固定在载体上的酶可以被反复利用,可降低生产成本(或产物容易分离,可提高产品的产量和质量,或固定化酶稳定性好,可持续发挥作用)
【详解】　(4)固定化酶技术是指利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术,酶既能与反应物接触,又能与产物分离,所以固定在载体上的酶还可以被反复利用。所以固定化酶在生产实践中应用的优点是:降低生产成本(或产物容易分离,可提高产品的产量和质量,或固定化酶稳定性好,可持续发挥作用)。
●技巧规范点拨:理论联系实际,关注科学技术发展的应用问题
应用技术类习题,可能是题中涉及的一个小问题或者整道题都在考查生物技术实践问题。解决此类问题需要关注生物技术实践的原理及科学技术的发展。如加深对固定化酶、植物芳香油和胡萝卜素的提取和鉴定、血红蛋白的提取和分离等技术原理和方法的理解。
4.实验设计类
(2021·广州一模)乳酸菌中的谷氨酸脱羧酶(GAD)能消耗H+将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸(GABA),GABA在制药、食品等方面具有较大应用。研究人员从泡菜样品中筛选高产GABA的乳酸菌株,并优化其发酵条件。回答下列问题:
(1)已知MRS固体培养基因含有碳酸钙而不透明,乳酸菌所产的酸可与碳酸钙发生反应,从而在培养基上形成　　　　　。从功能上判断,MRS培养基可作为乳酸菌的　　　　　培养基。
注: 为实验设计类题型
【答案】　(1)透明圈　鉴别
【详解】　(1)MRS固体培养基因含有碳酸钙而不透明,乳酸菌所产的酸性物质可以与碳酸钙发生反应,碳酸钙被分解后在培养基上形成透明圈。从功能上来说,MRS培养基可鉴别乳酸菌是否存在,为鉴别培养基。
(2021·广州一模)乳酸菌中的谷氨酸脱羧酶(GAD)能消耗H+将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸(GABA),GABA在制药、食品等方面具有较大应用。研究人员从泡菜样品中筛选高产GABA的乳酸菌株,并优化其发酵条件。回答下列问题:
(2)利用MRS培养基分离纯化乳酸菌时,首先需用　　　　对泡菜滤液进行梯度稀释,然后再结合其他方法筛选出具高产GABA特性的乳酸菌。进行梯度稀释的目的是　 　。
注: 为实验设计类题型
【答案】　(2)无菌水　通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以保证获得菌落数在30~300之间、适于计数的平板
【详解】　(2)由于滤液中的菌体密度大,不容易得到单菌落,所以需要进行稀释。为避免引入杂菌,应使用无菌水。进行梯度稀释的目的是使聚集在一起的乳酸菌分散成单个细胞,能在固体培养基表面形成单个菌落。通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以保证获得菌落数在30~300之间,适于计数的平板。
(2021·广州一模)乳酸菌中的谷氨酸脱羧酶(GAD)能消耗H+将谷氨酸转化为γ-氨基丁酸(GABA),GABA在制药、食品等方面具有较大应用。研究人员从泡菜样品中筛选高产GABA的乳酸菌株,并优化其发酵条件。回答下列问题:
(3)研究人员对高产菌株产GABA的发酵时间和温度分别进行了研究,结果显示,发酵时间在48~60 h范围内,GABA的相对产量较高;发酵温度在35~39 ℃范围内,GABA的相对产量较高。研究人员认为,要进一步提高GABA相对产量,以达到最佳生产效果,还需同时对发酵时间和发酵温度进行优化。请为该优化实验设计一个实验结果记录表。

注: 为实验设计类题型
【答案】　(3)不同温度、不同发酵时间GABA的相对产量
【详解】　(3)据题意知,该实验的目的是探索最佳的发酵时间和发酵温度组合,因此需要对自变量时间和温度的范围进行设定,并设置一定的梯度,因变量是GABA相对产量。具体表格见答案。
温度 时间
48小时 49小时 50小时 51小时 52小时 53小时 54小时 55小时 56小时 57小时 58小时 59小时 60小时 ——
35 ℃ ——
36 ℃ ——
37 ℃ ——
38 ℃ ——
39 ℃ ——
●技巧规范点拨:补充、完善和优化实验
实验方案的完善题型属于半开放试题,在解决这类试题时要充分获取题目中所给的信息,包括实验要求和实验用具,并注意模仿或借鉴题干中已给出的实验方法和步骤,全面掌握实验整体思路和方法后,再去补充和完善实验。具体操作如下:
(1)联系实验原理、读懂实验目的,构思实验的整体思路。
(2)结合对照实验的一般步骤(下图),简化已给出的实验步骤、对比寻找缺陷。
(3)模仿补充实验步骤
①当已给实验步骤有多个变量时,通过拆分法,减少实验变量,遵循单一变量原则,构建多组实验,模式如下图。例如:要验证光合作用需要叶绿体和光照两个条件,已给出的实验步骤为:“1号试管加入叶绿体的蔗糖悬浮液5 mL,并给予光照处理”。那么,补充的实验步骤应为:“2号试管加入叶绿体的蔗糖悬浮液5 mL,并遮光处理;3号试管加入蔗糖溶液5 mL,并给予光照处理”。
②当自变量到因变量的逻辑推理因中间环节被忽视而难以得出结论时,再加入某些因素处理进行设计,予以进一步确认实验结果的发生是自变量处理所致,模式如下图。例如:要验证胰岛素具有降低血糖的作用,给出的实验是:A组小鼠注射适量的胰岛素溶液,B组小鼠注射等量的生理盐水;一段时间后,A组小鼠出现活动减少、甚至昏迷等症状,B组小鼠活动状况无变化。以上实验还难以说明胰岛素具有降低血糖的作用,还应补充实验步骤:给出现症状的A组小鼠补充一定量的葡萄糖后,症状消失。这样才能进一步说明胰岛素是通过降低血糖导致该症状的出现,实验才更有说服力。

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