第1章發(fā)酵工程本

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合章末解題?釋疑解惑直擊高考?真題體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建?素養(yǎng)展示網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建?素養(yǎng)展示章末解題?釋疑解惑

復(fù)習(xí)與提高?P301．解析：(1)答案：篩選出能降解化合物A的細(xì)菌選擇(2)答案：低增多(3)答案：稀釋涂布平板培養(yǎng)液中目的菌的種群數(shù)量在開始一段時(shí)間范圍內(nèi)，由于營養(yǎng)充分、空間充裕，種群數(shù)量類似于“J”形增長，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，種群增長速率逐漸下降，最終會(huì)達(dá)到K值，繼續(xù)培養(yǎng)，由于營養(yǎng)物質(zhì)缺乏、有害代謝物積累、pH改變等，種群數(shù)量將會(huì)下降。(4)答案：將目的菌用于環(huán)境保護(hù)實(shí)踐之前，還要對(duì)目的菌進(jìn)行研究，檢測其是否會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的代謝物；當(dāng)使用大量目的菌時(shí)會(huì)不會(huì)使目的菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，對(duì)其他微生物的生存構(gòu)成威脅，從而打破微生物菌群的平衡等。(5)答案：可以利用基因工程的方法，將能降解化合物A的基因?qū)胧荏w菌中來實(shí)現(xiàn)。但在使用之前要檢驗(yàn)其安全性。2．解析：(1)答案：①不同意。對(duì)一個(gè)冰激凌進(jìn)行檢測，沒有遵循實(shí)驗(yàn)的平行重復(fù)原則，實(shí)驗(yàn)誤差可能會(huì)很大。②有必要。若不進(jìn)行梯度稀釋，可能會(huì)由于菌體數(shù)量過多，兩個(gè)或多個(gè)細(xì)菌連在一起當(dāng)作一個(gè)菌落計(jì)數(shù)，從而使計(jì)數(shù)結(jié)果偏低。③需要設(shè)計(jì)對(duì)照組，需要設(shè)計(jì)未接種的培養(yǎng)基作為空白對(duì)照，來檢測培養(yǎng)基滅菌是否徹底。(2)答案：B(3)答案：說明冰激凌中除了大腸桿菌外，還有其他細(xì)菌等微生物的污染。若以菌落數(shù)代表樣品中的大腸桿菌數(shù)量，則統(tǒng)計(jì)結(jié)果比實(shí)際值偏小，因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)菌連在一起時(shí)，平板上觀察到的只是一個(gè)菌落。(4)答案：如果大腸桿菌含量超標(biāo)，應(yīng)該向衛(wèi)生檢疫部門反映，停止售賣該種冰激凌，同時(shí)檢測是冰激凌生產(chǎn)過程中大腸桿菌污染超標(biāo)，還是水源中大腸桿菌污染超標(biāo)。若是前者，冰激凌生產(chǎn)廠家應(yīng)停止生產(chǎn)，進(jìn)行設(shè)備滅菌等，直到達(dá)標(biāo)；若是后者，應(yīng)找到水源所在處，進(jìn)行水源污染治理。直擊高考?真題體驗(yàn)1．(2022·山東高考，14)青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環(huán)境中時(shí)，會(huì)通過分泌青霉素殺死細(xì)菌，以保證自身生存所需的能量供應(yīng)。目前已實(shí)現(xiàn)青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，關(guān)于該生產(chǎn)過程，下列說法錯(cuò)誤的是

(

)A．發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B．可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量C．選育出的高產(chǎn)菌株經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后才可接種到發(fā)酵罐中D．青霉素具有殺菌作用，因此發(fā)酵罐不需嚴(yán)格滅菌D

解析：青霉菌處于葡萄糖濃度不足的環(huán)境中會(huì)通過分泌青霉素殺死細(xì)菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液單位體積中溶質(zhì)微粒較多，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞失水，發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解為半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生長的最佳碳源，可以被青霉菌緩慢利用而維持青霉素分泌的有利條件，A正確；青霉菌的代謝類型為異養(yǎng)需氧型，可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量，B正確；選育出的高產(chǎn)青霉素菌株經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)純化后，才可接種到發(fā)酵罐中進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，C正確；為了防止細(xì)菌、其他真菌等微生物的污染，獲得純凈的青霉素，發(fā)酵罐仍需嚴(yán)格滅菌，D錯(cuò)誤。2．(2022·廣東高考，21)研究深海獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境對(duì)于開發(fā)海洋資源具有重要意義。近期在“科學(xué)號(hào)”考察船對(duì)中國南?？瓶贾?，中國科學(xué)家采集了某海域1146米深海冷泉附近沉積物樣品，分離、鑒定得到新的微生物菌株并進(jìn)一步研究了其生物學(xué)特性?；卮鹣铝袉栴}：(1)研究者先制備富集培養(yǎng)基，然后采用________________(或濕熱滅菌)法滅菌，冷卻后再接入沉積物樣品，28℃厭氧培養(yǎng)一段時(shí)間后，獲得了含擬桿菌的混合培養(yǎng)物，為了獲得純種培養(yǎng)，除了稀釋涂布平板法，還可采用___________法。據(jù)圖分析，擬桿菌新菌株在以_________為碳源時(shí)生長狀況最好。(2)研究發(fā)現(xiàn)，將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍有很多微生物不能被分離篩選出來，推測其原因可能是____________________________________________________________________________________。(答一點(diǎn)即可)高壓蒸汽滅菌平板劃線纖維素

某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物質(zhì)才能生存(或需要在深海冷泉的特定環(huán)境中才能存活)

(3)藻類細(xì)胞解體后的難降解多糖物質(zhì)，通常會(huì)聚集形成碎屑沉降到深海底部。從生態(tài)系統(tǒng)組成成分的角度考慮，擬桿菌對(duì)深海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的作用可能是____________________________________________________________________________________________________________。(4)深海冷泉環(huán)境特殊，推測此環(huán)境下生存的擬桿菌所分泌的各種多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能還有____________。

擬桿菌作為分解者，將沉降到深海底部的難降解多糖物質(zhì)分解為無機(jī)物，歸還到無機(jī)環(huán)境中，有利于碳循環(huán)的順利進(jìn)行耐低溫解析：(1)培養(yǎng)基通常采用高壓蒸汽滅菌法(或濕熱滅菌法)進(jìn)行滅菌。可以采用稀釋涂布平板法或平板劃線法，將單個(gè)微生物分散在固體培養(yǎng)基上，經(jīng)過培養(yǎng)得到單菌落，從而獲得純凈培養(yǎng)物。分析圖可知，在以纖維素為碳源的培養(yǎng)基中，細(xì)胞數(shù)量最多，可推知擬桿菌新菌株在以纖維素為碳源時(shí)生長狀況最好。(2)深海冷泉中可能存在某些微生物，只有利用冷泉中的特有物質(zhì)才能生存(或需要在深海冷泉的特定環(huán)境中才能存活)，故將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍可能有很多微生物不能被分離篩選出來。(3)擬桿菌為異養(yǎng)生物，作為該生態(tài)系統(tǒng)的分解者，能將沉降到深海底部的難降解多糖物質(zhì)分解為無機(jī)物，歸還到無機(jī)環(huán)境中，有利于碳循環(huán)的順利進(jìn)行。(4)深海冷泉溫度較低，故生活在其中的擬桿菌所分泌的各種多糖降解酶，應(yīng)具有耐低溫的特性，保證擬桿菌的正常生命活動(dòng)所需，才能高效降解多糖。3．(2022·全國甲卷，37)某同學(xué)從被石油污染的土壤中分離得到A和B兩株可以降解石油的細(xì)菌，在此基礎(chǔ)上采用平板培養(yǎng)法比較二者降解石油的能力，并分析兩個(gè)菌株的其他生理功能。實(shí)驗(yàn)所用的培養(yǎng)基成分如下。培養(yǎng)基Ⅰ：K2HPO4，MgSO4，NH4NO3，石油。培養(yǎng)基Ⅱ：K2HPO4，MgSO4，石油。操作步驟：①將A、B菌株分別接種在兩瓶液體培養(yǎng)基Ⅰ中培養(yǎng)，得到A、B菌液；②液體培養(yǎng)基Ⅰ、Ⅱ中添加瓊脂，分別制成平板Ⅰ、Ⅱ，并按圖中所示在平板上打甲、乙兩孔。回答下列問題。(1)實(shí)驗(yàn)所用培養(yǎng)基中作為碳源的成分是________。培養(yǎng)基中NH4NO3的作用是為菌株的生長提供氮源，氮源在菌體內(nèi)可以參與合成_________________________________(答出2種即可)等生物大分子。(2)步驟①中，在資源和空間不受限制的階段，若最初接種N0個(gè)A細(xì)菌，繁殖n代后細(xì)菌的數(shù)量是____________。石油DNA、RNA和蛋白質(zhì)(合理即可)

N0·2n

(3)為了比較A、B降解石油的能力，某同學(xué)利用步驟②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表所示(“＋”表示有透明圈，“＋”越多表示透明圈越大，“－”表示無透明圈)，推測該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)思路是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________。菌株透明圈大小平板Ⅰ平板ⅡA＋＋＋＋＋B＋＋－在平板Ⅰ和平板Ⅱ的甲孔中均滴加A菌液，在平板Ⅰ和平板Ⅱ的乙孔中均滴加等量的B菌液，培養(yǎng)相同時(shí)間，觀察透明圈大小(分解石油的能力越強(qiáng)，透明圈越大)

(4)現(xiàn)有一貧氮且被石油污染的土壤，根據(jù)上表所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，治理石油污染應(yīng)選用的菌株是__________，理由是______________________________________________________________________________________________________________________________。菌株A

菌株A在無NH4NO3的培養(yǎng)基上可以生長繁殖，而菌株B在無NH4NO3的培養(yǎng)基上不能生長繁殖，且菌株A分解石油的能力較強(qiáng)(合理即可)

解析：(1)石油中含有含碳有機(jī)物，可以作為碳源。菌體內(nèi)的含氮生物大分子有蛋白質(zhì)和核酸。(2)在資源和空間不受限制的階段，細(xì)菌呈“J”型增長。若最初接種N0個(gè)A細(xì)菌，繁殖n代后A細(xì)菌的數(shù)量是N0·2n。(3)由題表可知，Ⅰ平板培養(yǎng)基，菌株AB都可生長，可用來比較A和B菌株分解石油的能力大?。虎蚱桨迦鄙俚?，可用來比較此條件下兩種菌株分解石油能力的大小，可據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。(4)據(jù)表格信息可知，菌株A在無NH4NO3的培養(yǎng)基上可以生長繁殖，而菌株B在無NH4NO3的培養(yǎng)基上不能生長繁殖，而且Ⅰ平板中，A的透明圈大于B的，能說明A菌株分解石油能力強(qiáng)于B菌，因此對(duì)于貧氮且被石油污染的土壤來說，治理石油污染應(yīng)該選用菌株A。4．(2021·全國乙卷)工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業(yè)通過發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如下?；卮鹣铝袉栴}：(1)米曲霉發(fā)酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，大豆中的__________可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供________。(2)米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的__________、__________能分別將發(fā)酵池中的蛋白質(zhì)和脂肪分解成易于吸收、風(fēng)味獨(dú)特的成分，如將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和__________。米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質(zhì)、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于____________(填“自養(yǎng)厭氧”“異養(yǎng)厭氧”或“異養(yǎng)好氧”)微生物。蛋白質(zhì)碳源蛋白酶脂肪酶氨基酸異養(yǎng)好氧(3)在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的乳酸菌屬于____________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)物是__________________。在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質(zhì)量的重要因素，據(jù)圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質(zhì)是____________________(答出1點(diǎn)即可)。原核生物酒精和二氧化碳酒精、乳酸、

食鹽

解析：(1)大豆中含有豐富的蛋白質(zhì)，可為微生物的生長繁殖提供氮源。小麥中的淀粉可以為微生物的生長繁殖提供碳源。(2)米曲霉在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的蛋白酶能將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和氨基酸，產(chǎn)生的脂肪酶能將脂肪分解為甘油和脂肪酸，使發(fā)酵的產(chǎn)物具有獨(dú)特的風(fēng)味。米曲霉發(fā)酵時(shí)需要利用現(xiàn)有的有機(jī)物且需要氧氣，說明其代謝類型是異養(yǎng)好氧型。(3)乳酸菌沒有核膜包被的細(xì)胞核，屬于原核生物。酵母菌屬于兼性厭氧型微生物，既可以進(jìn)行有氧呼吸，也可以進(jìn)行無氧呼吸，無氧呼吸的產(chǎn)物是酒精和二氧化碳。在發(fā)酵池中酵母菌產(chǎn)生的酒精能抑制雜菌的生長，乳酸菌產(chǎn)生的乳酸使發(fā)酵液呈酸性也能抑制雜菌的生長，同時(shí)往發(fā)酵池中添加的食鹽也能抑制雜菌的生長。5．(2021·廣東卷)中國科學(xué)家運(yùn)用合成生物學(xué)方法構(gòu)建了一株嗜鹽單胞菌H，以糖蜜(甘蔗榨糖后的廢棄液，含較多蔗糖)為原料，在實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵生產(chǎn)PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整體利用價(jià)值。工藝流程如圖。回答下列問題：(1)為提高菌株H對(duì)蔗糖的耐受能力和利用效率，可在液體培養(yǎng)基中將蔗糖作為____________，并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時(shí)間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標(biāo)菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用________________的方法進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，評(píng)估菌株增殖狀況。此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有______________________________等。(答出兩種方法即可)唯一碳源稀釋涂布平板誘變育種、

基因工程育種(2)基于菌株H嗜鹽、酸堿耐受能力強(qiáng)等特性，研究人員設(shè)計(jì)了一種不需要滅菌的發(fā)酵系統(tǒng)，其培養(yǎng)基鹽濃度設(shè)為60g/L，pH為10，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60d以上。該系統(tǒng)不需要滅菌的原因是_______________________________________________________________________________________________________________。(答出兩點(diǎn)即可)

鹽濃度為60g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制(3)研究人員在工廠進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，在適宜的營養(yǎng)物濃度、溫度、pH條件下發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中菌株H細(xì)胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達(dá)到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中__________________可能是高密度培養(yǎng)的限制因素。(4)菌株H還能通過分解餐廚垃圾(主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等)來生產(chǎn)PHA，說明其能分泌____________________________。氧氣(O2或溶解氧)

蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等解析：(1)根據(jù)題意分析，該實(shí)驗(yàn)的目的是提高菌株H對(duì)蔗糖的耐受能力和利用效率，結(jié)合微生物的代謝需求，其液體培養(yǎng)基應(yīng)該以蔗糖作為唯一碳源

。并不斷提高其濃度，經(jīng)多次傳代培養(yǎng)(指培養(yǎng)一段時(shí)間后，將部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入新配的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng))以獲得目標(biāo)菌株。培養(yǎng)過程中定期取樣并用稀釋涂布平板的方法進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，評(píng)估菌株增殖狀況。

此外，選育優(yōu)良菌株的方法還有誘變育種、基因工程育種等。(2)已知，菌株H具有嗜鹽、酸堿耐受能力強(qiáng)等特性，因此當(dāng)培養(yǎng)基鹽濃度為60g/L，pH為10時(shí)，菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60d以上，而鹽濃度為60g/L的條件下，其他雜菌因失水過多而死亡；pH為10的條件下，其他雜菌的酶變性失活，生長繁殖受抑制，故該系統(tǒng)不需要滅菌。(3)分析題意，擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí)，營養(yǎng)物濃度、溫度、pH等條件適宜，而發(fā)酵液中菌株H細(xì)胞增殖和PHA產(chǎn)量均未達(dá)到預(yù)期，并產(chǎn)生了少量乙醇等物質(zhì)，說明發(fā)酵條件中氧氣不足，使菌種進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生乙醇，即氧氣(O2或溶解氧)是限制高密度培養(yǎng)的重要因素。(4)根據(jù)酶的專一性可知，菌株H之所以能通過分解主要含蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等的餐廚垃圾來生產(chǎn)PHA，是因?yàn)槠淠芊置诘鞍酌?、淀粉酶、脂肪酶等?．(2021·湖南卷)大熊貓是我國特有的珍稀野生動(dòng)物，每只成年大熊貓每日進(jìn)食竹子量可達(dá)12～38kg。大熊貓可利用竹子中8%的纖維素和27%的半纖維素。研究人員從大熊貓糞便和土壤中篩選纖維素分解菌?；卮鹣铝袉栴}：(1)纖維素酶是一種復(fù)合酶，一般認(rèn)為它至少包括三種組分，即__________________________。為篩選纖維素分解菌，將大熊貓新鮮糞便樣品稀釋液接種至以__________為唯一碳源的固體培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，該培養(yǎng)基從功能上分類屬于________培養(yǎng)基。C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶纖維素選擇(2)配制的培養(yǎng)基必須進(jìn)行滅菌處理，目的是____________________________________________________。檢測固體培養(yǎng)基滅菌效果的常用方法是____________________________。(3)簡要寫出測定大熊貓新鮮糞便中纖維素分解菌活菌數(shù)的實(shí)驗(yàn)思路____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

為了殺死培養(yǎng)基中的所有微生物(微生物和芽孢、孢子)

不接種培養(yǎng)(或空白培養(yǎng)將大熊貓新鮮糞便樣液稀釋適當(dāng)倍數(shù)后，取0.1mL涂布到若干個(gè)平板(每個(gè)稀釋度至少涂布三個(gè)平板)，對(duì)菌落數(shù)在30～300的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可根據(jù)公式推測大熊貓新鮮糞便中纖維素分解菌活菌數(shù)(4)為高效降解農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物，研究人員利用從土壤中篩選獲得的3株纖維素分解菌，在37℃條件下進(jìn)行玉米秸稈降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表所示。在該條件下纖維素酶活力最高的是菌株______，理由是________________________________________________。C

菌株秸稈總