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1.3发酵工程及其应用
——高二生物学人教版（2019）选择性必修三洞悉课后习题
【教材课后习题】
1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。
判断下列表述是否正确。
（1）发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。( )
（2）发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。( )
（3）在发酵工程发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。( )
（4）通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。( )
2.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
（1）青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？（提示：血红蛋白具有携带O2的能力）
（2）在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢？
3.通过微生物发酵，可以将粮食（如玉米、小麦等）及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO2等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这一风险。
【定点变式训练】
4.发酵工程的正确操作过程是( )
①接种与发酵
②培养基的配制
③灭菌
④产品的分离与提纯
⑤菌种的选育
⑥扩大培养
A.①③④⑤②⑥ B.⑤⑥②③①④ C.②⑤③①⑥④ D.⑥⑤②④③①
5.下列关于发酵工程及其应用的说法，正确的是( )
A.黑曲霉可用于生产蛋白酶、柠檬酸
B.接种是发酵工程的中心环节
C.用于发酵工程的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过基因工程育种或单倍体育种获得
D.食品添加剂不会改变食品的保存期
6.下列有关发酵工程的叙述中，正确的是( )
A.发酵工程生产的单细胞蛋白是从微生物菌体细胞中提取出来的
B.发酵工程生产用菌种是对自然界分离的菌种进行定向改造后获得的
C.发酵工程的产品如果是微生物细胞本身，可以采用过滤、沉淀、蒸馏、萃取、离子交换等方法提取
D.发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在很多领域得到广泛的应用
7.下列关于发酵技术的叙述，正确的是( )
A.能按照人的意愿创造出具有特殊性能的微生物，以生产人类需要的发酵产品
B.人们还不能按照人们的意愿去创造新的微生物来满足人们的需要
C.目前，发酵技术仍是传统的发酵技术
D.发酵技术都是应用自然界中原有的微生物进行发酵生产
8.随着人们对发酵原理认识的不断深入，微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的成功设计，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品。下列有关发酵工程过程的叙述，错误的是( )
A.发酵工程的过程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制，灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等
B.选育菌种都是通过基因工程育种、诱变育种等方法获得的
C.扩大培养的目的是使优良菌种大量繁殖，便于得到足够多的菌种
D.产品的分离与提纯要根据产物的类型采用不同的分离方法
9.下列有关传统发酵技术与现代工业发酵的描述，正确的是( )
A.传统发酵技术与现代工业发酵都需要进行严格的无菌操作，防止杂菌的污染，如都要进行培养液的灭菌
B.传统发酵技术对发酵条件的控制主要通过人工控制，而现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统进行全面的监测和控制
C.制作泡菜的菌种是人工接种的纯的乳酸菌菌种
D.果酒制作、果醋制作以及腐乳的制作等都属于现代工业发酵
10.下列关于发酵工程及其应用的说法，正确的是( )
A.黑曲霉可以用于酱油、柠檬酸、凝乳酶的工业生产
B.接种是发酵工程的中心环节
C.用于发酵工程的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过单倍体育种获得
D.可以通过蒸馏、萃取等方法对单细胞蛋白进行分离、提纯
11.微生物纯培养技术的建立和密闭式发酵罐的成功设计，使得人们能够在严格控制的环境下大规模生产发酵产品。如图为谷氨酸发酵装置图。
（1）图中3、6是发酵罐夹层中水的进入口和排出口，水在发酵罐夹层流动的作用是_______。
（2）发酵工程的中心环节是_______。谷氨酸发酵过程中，当培养液呈_______时，会积累谷氨酸；当培养液呈_______时，会生成_______。
（3）如果发醇产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用_______（填“过滤、沉淀”或“提取、分离和纯化”）等方法将菌体分离和干操，即可得到产品。
（4）图中5的作用是_______。发酵工程具有的特点是_______（写出三点即可）。
答案以及解析
1.答案：（1）×
（2）√
（3）√
（4）×
解析：（1）发酵工程与传统发酵技术都要利用微生物来进行发酵。
（4）通过发酵工程获得的大量的微生物菌体是单细胞蛋白。
2.答案：（1）利用基因工程将血红蛋白基因转移至青霉菌细胞内，使青霉菌细胞内合成血红蛋白，增加其携带O2的能力，从而保证在发酵过程中给青霉菌持续高效地供氧。
（2）通过改造青霉素生产菌，使产生青霉素或头孢霉素的酶的基因不能表达，这样就能使其只生产头孢霉素或只生产青霉素了。
3.答案：按照我国的国家标准，乙醇汽油是90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成的，由于燃料乙醇所占比例较低，所以虽然需要消耗大量粮食，但不会增加粮食短缺的风险。而且在生产燃料乙醇时，可以利用秸秆、稻草等加工转化为乙醇，粮食、稻米用于人们生活，以降低粮食短缺的风险。
4.答案：B
解析：结合分析可知，发酵工程的基本操作过程为：菌种的选育→扩大培养→培养基的配制→灭菌→接种与发酵过程→产品的分离提纯。因此正确的操作过程是⑤⑥②③①④，即B正确。故选B。
5.答案：A
解析：生产柠檬酸需要筛选产量高的黑曲霉，以大豆为主要原料，利用黑曲霉可生产蛋白酶，A正确；发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，B错误；发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种和基因工程育种获得，C错误；有些食品添加剂可以延长食品的保存期，D错误。
6.答案：D
解析：A、发酵工程生产的单细胞蛋白是通过发酵获得的大量的微生物菌体，A错误；B、发酵所用的菌种多是通过人工诱变的方式获得，B错误；C、发酵工程的产品如果是微生物细胞本身，可采用过滤，沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来，C错误；D、发酵过程一般来说都是在常温常压下进行，条件温和、反应安全，原料简单、污染小，反应专一性强，因而可以得到较为专一的产物，在很多领域得到广泛的应用，D正确。故选D。
7.答案：A
解析：现代的发酵技术能够按照人们的意愿创造出具有特殊性能的微生物，以生产人类需要的发酵产品，如用基因工程改造的微生物发酵生产生长激素释放抑制激素，A正确，B错误；目前的发酵技术已经发展到人们能够严格控制发酵条件，大规模生产发酵产品的工业发酵，不再是传统的手工作坊式的发酵，C错误；发酵技术可以应用自然界原有的微生物，也可以应用基因工程菌，D错误。
8.答案：B
解析：A、发酵工程的过程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制，灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等，A正确；B、选育菌种的方法总体上分为两种，一种是直接从自然界中筛选出常规菌种，另一种是通过基因工程育种或者诱变育种获得工程菌种，B错误；C、发酵工程的发酵装置足够大，必须接种足量的菌种才能保证其产量，因此接种前要进行扩大培养来增加菌种的数量，C正确；D、发酵工程的产品有两种类型，如果发酵产品是菌体本身，可以采用过滤、沉淀等方法进行分离提纯，如果发酵产品是代谢物，需要根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离提纯，D正确。故选B。
9.答案：B
解析：A、传统发酵技术与现代工业发酵都要进行无菌操作，但传统发酵技术防止发酵液污染的措施主要是进行有关发酵装置的消毒，灭菌不是很严格，传统发酵技术利用的是原料中存在的微生物，培养液是不能灭菌的，A错误；B、传统发酵技术对发酵条件的控制主要是通过人工控制的，现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统自动进行监测和控制的，B正确；C、制作泡菜属于传统发酵技术的应用，菌种来源于附着在原材料上的天然的乳酸菌，不需要接种，C错误；D、果酒制作、果醋制作以及腐乳制作属于传统发酵技术的应用，D错误。故选B。
10.答案：A
解析：A、黑曲霉广泛分布于世界各地的粮食、植物性产品和土壤中，是重要的发酵工业菌种，黑曲霉可以用于酱油、柠檬酸、凝乳酶的工业生产，A正确；B、发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，B错误；C、发酵工程的优良性状的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种和基因工程育种获得，C错误；D、单细胞蛋白是微生物菌体，可采用沉淀、过滤等方法分离，而代谢产物则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法，D错误。故选A。
11.答案：（1）冷却（或降温）
（2）发酵罐内发酵；中性或弱碱性；酸性；谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺
（3）过滤、沉淀
（4）把无菌空气打成细小气泡。增加溶解氧，并能使菌种与培养液充分接触；生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小、容易处理等
解析：（1）略。
（2）在谷氨酸发酵过程中，当培养液星中性或弱碱性时，会积累谷氨酸；当培养液呈酸性时，会生成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
（3）略。
（4）图中的5为搅拌叶轮，其作用是把无菌空气打成细小气泡，增加溶解氧，并能使菌种与培养液充分接触。

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