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1、难点38 微生物与发酵工程微生物与自然界的物质循环、人类健康及生产活动有着密切的关系；发酵工程是一种生物技术，在食品工业和医药工业中有着广泛的应用前景。难点磁场 1.以下不属于发酵工程范畴的是（ ）A.利用需氧型青霉菌生产青霉素B.缺氧时人的某些组织细胞产生乳酸C.利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精D.利用乳酸菌制作泡菜2.微生物的生长包括四个时期，其中微生物的增长接近于“J”型增长的是（ ）A.调整期 B.对数期 C.稳定期 D.衰亡期3.在细菌的群体生长曲线中，产生初级代谢产物和次级代谢产物的最佳时期分别是（ ）A.调整期、对数期B.调整期、稳定期C.对数期、稳定期D.稳定期、稳定期案例探究1.
2、发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于（ ）冷水供应不足 微生物代谢旺盛 培养基不新鲜 搅拌 放料口排出产物A.B.C. D.命题意图：本题重在考查学生对发酵工程及其原理的理解能力和知识分析能力。知识依托：微生物代谢的知识；培养基的相关知识；发酵罐的结构。错解分析：有些学生容易选B项。其思维障碍主要是培养基的新鲜程度可影响代谢速度，与产热无关。解题的方法与技巧：此题用排除法较易做。首先题目问的是使温度升高的热量来源，而冷却水只能带走热量，不能产生热量，故排除了答案A和C；其次培养基的新鲜程度可影响代谢速度，但与热量无直接关系，放料口排出产物属同理，故排除选项B；再分析答案D中的，微生物发酵
3、过程中要进行呼吸作用可产生大量的化学能，且大部分转变成了热能可使温度升高，而搅拌除了增加溶氧、加快反应速度外，同时还通过摩擦产生了热能也可使温度升高。答案：D2.有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是（ ）A.发酵中要不断地通入空气B.培养条件不当将不能得到产品C.搅拌的惟一目的是使空气成为小泡D.冷却水可使酶活性下降命题意图：本题重在考查学生对发酵过程的理解能力和理论与实践结合的能力。知识依托：微生物的代谢类型；发酵过程的控制；微生物代谢的调节。错解分析：有些学生容易选A项或D项。其思维障碍主要是考虑问题不全面。通入空气满足氧的需求，同时为避免杂菌污染，要通入无菌空气。冷却水是为降低因细菌代谢或机械
4、摩擦产热而引起的培养液温度过高，保证酶的活性。解题的方法与技巧：进行谷氨酸发酵的菌种谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌是异养需氧型微生物，所以要在培养过程中不断通入无菌空气，防止杂菌污染。搅拌能使空气成为小泡增加培养液的溶氧量，还能使培养液与菌种充分接触，提高原料利用率。在培养过程中，微生物的代谢产热和机械摩擦生热会使培养液的温度升高，达到一定的程度，会破坏酶和核酸的结构而影响培养。降低温度，是保证酶正常活性的条件之一，而不会使酶活性下降。当培养条件不恰当时，不能得到谷氨酸。如pH降低时，将得到乙酰谷氨胺，溶氧量低时将得到乳酸或琥珀酸。答案：B3.右图是我国农村采用的一种沼气池的剖面示意图。使用时由进
5、料口放进农作物的废弃物，如秸秆、杂草、树叶等以及人、畜、家禽的排泄物，然后加水到一定位置以留下贮气空间。经过一段时间的发酵以后，便有沼气产生。（1）在沼气发酵过程中，有一种微生物具有除臭作用，这种微生物是什么？是如何除臭的？（2）在沼气发酵过程中，进行着非常复杂的微生物代谢活动。其呼吸作用有：好氧型、厌氧型和兼气型（如酵母菌）三种。试分析这三种微生物数量在沼气池中的消长规律。命题意图：本题考查学生运用所学生物和化学知识分析实际问题的能力。知识依托：微生物的代谢类型；发酵工程的应用知识错解分析：学生易将（2）错答为以好氧型微生物为主，到兼气型微生物为主，最后厌氧型微生物数量增加。思维障碍在于忽略
6、了兼气型细菌即能在有氧环境中生存，也能在无氧环境中生存。解题的方法与技巧：（1）中应首先明确具有臭味的物质是氨，只有硝化细菌能将氨氧化成亚硝酸或硝酸，从而起到除臭的作用。在沼气池开始发酵时，贮气空间有氧存在，呼吸代谢类型主要以好氧型微生物为主，随着密闭沼气池中氧气浓度的不断下降，好氧型微生物数量减少，兼气型和厌氧微生物数量增加，并成为主要类型。答案：（1）硝化细菌;硝化细菌能将氨氧化成亚硝酸和硝酸，起到除臭的作用。（2）沼气池中发酵的开始阶段好氧型和兼气型微生物大量活动和繁殖。但随着密闭沼气池中氧气浓度的不断下降，好氧型微生物受到抑制，而兼气型和厌氧型微生物活动加强，最终好氧型微生物大量死亡，
7、厌氧型和兼气型微生物大量繁殖。锦囊妙计1.微生物的营养、代谢和生长是发酵工程的理论基础，这部分内容要熟练掌握。2.由于微生物无处不在且混杂在一起，在发酵工程中为避免杂菌污染，在发酵过程的每一环节都要有灭菌意识，并掌握灭菌的常用方法。3.注意发酵工程中所用微生物的代谢类型是需氧型，还是厌氧型，以便严格控制发酵条件。4.发酵工程的特点是生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，产物专一，废弃物对环境污染小和容易处理等。歼灭难点训练1.用放置太久的洗碗水做水质污染实验时，不能使0.01%亚甲基蓝溶液褪色，对此的合理解释是（ ）A.溶解氧太低，好氧细菌已死亡B.好氧细菌大量繁殖C.亚甲基蓝溶液浓度太低D.
8、溶解氧过多2.细菌培养过程中分别采用了高压蒸气、酒精、火焰灼烧的几种不同的处理，这些方法依次用于杀灭哪些部位的杂菌（ ）A.接种针、手、培养基B.高压锅、手、接种针C.培养基、手、接种针D.接种针、培养基、手3.下列属于发酵工程的内容依次是（ ）提取目的基因 发酵过程 动物细胞融合 菌种的选育 固定化 灭菌 扩大培养 植物组织培养 培养基配制 分离提纯A.B.C.D.4.在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后，输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖浓度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度
9、渐渐上升，泡沫不断增多。当浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程，回答以下问题：（1）该过程表明酵母菌异化作用的特点是 。（2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是 。（3）酒精主要是啤酒酵母菌 期产生的代谢产物 。（4）经测定酶母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他发酵产物.其余1.5%则用于 。5.右图为发酵装置，请据图回答：（1）在培养过程中，发现放料口所排的培养基中，微生物细胞形态多样。这时，微生物生长处于 期，添加培养基的速度应该 。（2）若该装置的pH检测及控制装置出现故障，可以采取的应急措施是 ，pH发生变化的原因是 。（3）冷却水的进口是 ，
10、无菌空气的进口是 。（4）若此装置用于酒精发酵和谷氨酸发酵，在发酵过程中，技术上的关键区别是 。（5）若培养过程中进料和放料速度未变，但有效产物减少。如果是酒精发酵应该检查 ，如果是谷氨酸发酵可能的原因是 。（6）图中5的作用是 。若此装置损坏，对于无氧发酵，产量将 。（7）若进料和放料速度都加快，微生物细胞的变化是 ，在群体生长规律中将处于 期，代谢产物的产量将 。参考答案难点磁场1.解析：发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。所以A、C、D属于发酵工程。答案： B2.解析：调整期细菌对新环境有一个短暂的适
11、应过程，一般不立即分裂。对数期细菌进入快速分裂阶段，细胞数目以等比数列的形式增加。稳定期活菌数目达到最高峰。衰亡期细菌死亡速率超过繁殖速率，活菌数目急剧下降。答案： B3.解析：初级代谢产物是指微生物通过代谢活动产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，调整期合成量较大。次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，稳定期细胞内大量积累次级代谢产物。答案： B歼灭难点训练1.解析：0.01%亚甲基蓝溶液是活体染色剂，不影响细菌的正常生理活动，好氧细菌能将蓝色的亚甲基蓝阳离子吸收而使其褪色，根据蓝色的褪色程度来鉴定水质污染的
12、程度。当洗碗水放置时间过长，水中溶氧量过低，好氧性细菌死亡，就不能进行有效的鉴定。答案：A2.解析：培养基是用高压蒸气灭菌锅灭菌；手用酒精灭菌；接种针是金属制作，可用火焰灼烧。答案：C3.解析：本题考查学生对基础知识的识记能力。发酵过程依次应是D。答案：D4.解析：由题意可知酵母菌接入发酵罐初期代谢和繁殖旺盛，溶解氧随有氧呼吸的进行渐渐耗尽，随后进行无氧呼吸产生酒精。酵母菌繁殖方式有出芽生殖和孢子生殖等，但初期条件适宜，因此（2）的主要方式应为出芽生殖；酒精应为次级代谢产物，产生于微生物生长的稳定期；环境中的糖是作为酵母菌繁殖的生命活动的碳源和能源，除了形成酒精和其他代谢产物外，其余部分则用在
13、了自身的生长繁殖上。答案：（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸 （2）出芽生殖 （3）稳定期 次级代谢产物 （4）微生物自身的生长和繁殖5.解析：本题考查了发酵工程的概念和内容以及发酵的工艺流程。（1）中细菌细胞形态多样，表明微生物生长处于衰亡期。此时应加快培养基的添加速度，补充营养物质，使细菌处在稳定期，提高代谢产物的产量。（4）中酒精发酵是通过酵母菌的无氧呼吸进行；谷氨酸发酵是利用谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌进行有氧呼吸的产物。（7）进料和放料速度加快后，微生物生长处于对数期，此时细菌繁殖加快，代谢产物积累减慢。答案：（1）衰亡 加快 （2）添加缓冲液 代谢产物的积累或酸碱物质的消耗不均 （3）4 （4）无菌空气是否输送 （5）通气量 溶氧降低和pH降低 （6）把无菌空气打成细小的气泡，增加溶氧和使菌种与培养液充分接触 下降 （7）进入高速繁殖状态 对数 下降