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2019-2020年高中生物 第二章 生物科學(xué)與工業(yè) 第一節(jié) 微生物發(fā)酵與食品生產(chǎn)自我小測 浙科版選修2 1下列不屬于微生物范疇的是(　　) A．原核生物 B．原生生物 C．真菌 D．微小生物 2控制細(xì)菌合成抗生素性狀的基因，控制放線菌主要遺傳性狀的基因，控制病毒抗原特異性的基因依次位于 (　　) ①核區(qū)大型環(huán)狀DNA上?、谫|(zhì)粒上?、奂?xì)胞核染色體上?、芤職?nèi)核酸上 A．①③④ B．①②④ C．②①③ D．②①④ 3谷氨酸棒狀桿菌異化作用的方式是需氧型，它的有氧呼吸的酶主要存在于(　　) A．線粒體中 B．核糖體中 C．細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中 D．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中 4測定三種細(xì)菌類型對氧的需要，讓它們在三支不同的試管中生長，下圖顯示了細(xì)菌的生長層。哪個是細(xì)菌類型的正確分類(　　) 只能在需氧培 養(yǎng)基中繁殖 只能在無氧培 養(yǎng)基中繁殖 在每種培養(yǎng)基 中均能繁殖 A Ⅲ Ⅰ Ⅱ B Ⅲ Ⅱ Ⅰ C Ⅰ Ⅱ Ⅲ D Ⅰ Ⅲ Ⅱ 5質(zhì)粒是細(xì)菌中的一種特殊結(jié)構(gòu)，它屬于細(xì)菌的(　　) A．染色體 B．細(xì)胞器 C．主要遺傳物質(zhì)載體 D．某些基因的載體 6抗生素是制藥工業(yè)利潤最高的產(chǎn)品，抗生素的生產(chǎn)常采用的方法是(　　) A．生物的提取 B．化學(xué)合成 C．發(fā)酵工程 D．基因控制合成 7發(fā)酵工程的代謝產(chǎn)品分離提純的方法包括(　　) ①過濾　②沉淀?、壅麴s　④萃取?、蓦x子交換 A．①③⑤ B．②④⑤ C．③④⑤ D．②③④ 8關(guān)于單細(xì)胞蛋白的敘述正確的是(　　) A．是從微生物細(xì)胞中提取的蛋白質(zhì) B．通過發(fā)酵生產(chǎn)的微生物菌體 C．是微生物細(xì)胞分泌的抗生素 D．單細(xì)胞蛋白不能作為食品 9自養(yǎng)型微生物所需的碳源和能源為不同的物質(zhì)，而異養(yǎng)型微生物作為碳源和能源的是(　　) A．CO2 B. NaHCO3 C．碳酸鹽 D．含碳有機(jī)物 10下列不需要利用發(fā)酵工程的是(　　) A．生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料 B．通過生物技術(shù)培育可移植的皮膚 C．利用工程菌生產(chǎn)胰島素 D．工廠化生產(chǎn)青霉素 11下面是家庭釀造甜米酒的具體操作過程。先將米加熱煮至七成熟，待冷卻至30 ℃，加少許的水和一定量的“酒藥”(實際是酵母菌菌種)與米飯混合后置于一瓷壇內(nèi)(其他容器也可)，在米飯中央挖一個小洞，加蓋后置于適當(dāng)?shù)胤奖?28 ℃),12小時后即可。請從以下幾個方面對發(fā)酵過程作一簡單的分析。 (1)先將米煮一煮的目的是__________________________________________。 (2)為什么要冷卻到30 ℃后才能加入“酒藥”？__________________________。 (3)在中央挖一個小洞的原因是_______________________________________________。 (4)發(fā)酵壇并沒有完全密封，壇內(nèi)無氧發(fā)酵的環(huán)境是如何形成的？__________________。 (5)家庭釀酒的關(guān)鍵是保溫和放“酒藥”，如果米的量很多而放的“酒藥”太少，常常導(dǎo)致甜米酒因變質(zhì)而失敗。其主要原因是_________________________________________。 12下圖為發(fā)酵裝置，請據(jù)圖回答： (1)若該裝置的pH檢測及控制裝置出現(xiàn)故障，可以采取的應(yīng)急措施是________________，pH發(fā)生變化的原因是______________________________________________________。 (2)冷卻水的進(jìn)口是______，無菌空氣的進(jìn)口是______。 (3)若此裝置用于酒精發(fā)酵和谷氨酸發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，技術(shù)上的關(guān)鍵區(qū)別是____________________________________________________________________。 (4)若培養(yǎng)過程中進(jìn)料和放料速度未變，但有效產(chǎn)物減少。如果是酒精發(fā)酵應(yīng)該檢查__________，如果是谷氨酸發(fā)酵可能的原因是________________________________。 (5)圖中5]的作用是__________________________。若此裝置損壞，對于無氧發(fā)酵，產(chǎn)量將__________。 13在下列發(fā)酵工程的實例中，需要在培養(yǎng)過程中通氣的是(　　) ①用牛奶生產(chǎn)酸奶　②用糧食釀酒?、塾眉Z食生產(chǎn)味精?、苌a(chǎn)青霉素 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 14下列對微生物連續(xù)培養(yǎng)優(yōu)點的敘述中，不正確的是… (　　) A．能及時補充微生物所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，提高產(chǎn)量 B．有利于微生物盡快將代謝產(chǎn)物釋放到培養(yǎng)基中 C．只有利于初級代謝產(chǎn)物的獲得 D．提高了設(shè)備的利用率 15下列屬于微生物不可缺少的微量有機(jī)物是(　　) ①牛肉膏　②蛋白胨?、郯被帷、芫S生素?、輭A基 ⑥生物素 A．①②③ B．②③④ C．②③④⑤ D．③④⑤⑥ 16黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑如下圖所示，試分析要增加賴氨酸的產(chǎn)量，需要(　　) A．增加天冬氨酸 B．增加天冬氨酸激酶 C．降低(消除)高絲氨酸脫氫酶 D．減少蘇氨酸 17下圖所示是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖，據(jù)圖回答下列問題： (1)能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的，①是__________；高產(chǎn)青霉素菌種是通過②培育的，②是__________，③是__________。 (2)④表示__________，⑤表示__________。 (3)整個過程的中心階段是發(fā)酵，在此階段需隨時取樣、檢測__________等，以了解發(fā)酵進(jìn)程，還要及時添加__________，同時嚴(yán)格控制__________。 (4)若⑥是單細(xì)胞蛋白的話，⑥是__________。 18在啤酒生產(chǎn)過程中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過程大致如下：將經(jīng)過滅菌的麥芽汁充氧，加入啤酒酵母菌菌種后輸入發(fā)酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖濃度下降，產(chǎn)生白色泡沫，溶解氧漸漸耗盡。隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖濃度加速降低，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當(dāng)糖濃度下降到一定程度后，結(jié)束發(fā)酵。最后分別輸出有形物質(zhì)和鮮啤酒。 根據(jù)上述過程回答以下問題： (1)該過程表明啤酒酵母異化作用的特點是______________________________________。 (2)初期酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他發(fā)酵產(chǎn)物，其余1.5%則是用于________。 (3)經(jīng)測定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他發(fā)酵產(chǎn)物，其余1.5%則是用于________。 (4)請寫出麥芽糖→葡萄糖→酒精的反應(yīng)方程式。 (5)如果酵母菌消耗的糖(設(shè)為麥芽糖，其相對分子質(zhì)量為342)有98.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))形成了酒精(相對分子質(zhì)量為46.0)和其他發(fā)酵產(chǎn)物，設(shè)有500 t麥芽汁，其中麥芽糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.00%，發(fā)酵后最多能生產(chǎn)酒精濃度為3.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的啤酒多少噸？ 參考答案 我夯基，我達(dá)標(biāo) 1．D　解析：微生物包括原核微生物(細(xì)菌、放線菌、藍(lán)細(xì)菌、支原體、立克次氏體和衣原體)；真核微生物(酵母菌、絲狀真菌——霉菌)和非細(xì)胞型生物(病毒、亞病毒)。 2．D　解析：細(xì)菌質(zhì)粒上的基因控制著細(xì)菌固氮、抗藥性、抗生素生成等性狀。放線菌是原核生物，核區(qū)大型環(huán)狀DNA分子控制其主要遺傳性狀。病毒的遺傳物質(zhì)是衣殼內(nèi)核酸，病毒的抗原特異性是由病毒的衣殼體現(xiàn)出來的，由核酸控制合成衣殼。 3．C　解析：對于真核細(xì)胞來說有氧呼吸的酶主要在線粒體的內(nèi)膜和基質(zhì)中，谷氨酸棒狀桿菌是原核細(xì)胞沒有線粒體，有氧呼吸的酶主要存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。 4．A　解析：從各試管中細(xì)菌生長層可看出：Ⅰ試管中細(xì)菌在培養(yǎng)液下層生長，屬厭氧型細(xì)菌；Ⅱ試管中細(xì)菌均勻地分布于培養(yǎng)液中，說明該菌既可在有氧環(huán)境中生長，也可在無氧環(huán)境中生長；Ⅲ試管中細(xì)菌只在表層生長，說明是需氧型細(xì)菌。 5．D　解析：細(xì)菌是原核生物，它沒有染色體和除核糖體外的細(xì)胞器。主要遺傳物質(zhì)是存在于核區(qū)內(nèi)的環(huán)狀DNA分子，存在于核區(qū)外的質(zhì)?？刂浦?xì)菌的抗藥性、固氮、抗生素生成等。 6．C　解析：抗生素是利用微生物通過發(fā)酵工程來生產(chǎn)的。 7．C　解析：發(fā)酵工程的代謝產(chǎn)品分離提純的方法是蒸餾、萃取、離子交換等，發(fā)酵工程的菌體提純的方法是過濾、沉淀等。 8．B　解析：解答此題需從如下幾個方面入手：首先單細(xì)胞蛋白是利用淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液、石化產(chǎn)品等原料，通過發(fā)酵獲得的大量的微生物菌體，所以不是特指微生物的某種蛋白質(zhì)或抗生素；第二，單細(xì)胞蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)，如真菌蛋白可作為食品。 9．D　解析：碳源主要用于構(gòu)成微生物的細(xì)胞物質(zhì)和一些代謝產(chǎn)物，有些碳源還是異養(yǎng)微生物的主要能源物質(zhì)，而異養(yǎng)微生物不能自己制造有機(jī)物，通常只能夠利用現(xiàn)成的含碳有機(jī)物作碳源。 10．B　解析：移植的皮膚是通過細(xì)胞工程技術(shù)培育的，不需要利用發(fā)酵工程。而A、C、D都需要發(fā)酵工程來生產(chǎn)。 11．解析：家庭釀造甜米酒實際上是利用酵母菌進(jìn)行發(fā)酵，在無氧的條件下產(chǎn)生酒精的過程。為達(dá)到良好效果，先將米煮一煮殺滅其他雜菌。大多數(shù)微生物的最適生長溫度為25～37 ℃，若溫度過高，會抑制酵母菌的生命活動或殺死酵母菌。因此，要將米飯冷卻至30 ℃時方可加入菌種。發(fā)酵壇中央挖一個洞，可以讓酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，大量繁殖，當(dāng)酵母菌增殖到一定數(shù)目時，有氧呼吸產(chǎn)生的水等就會淹沒了米飯，形成無氧環(huán)境，酵母菌進(jìn)行發(fā)酵，酒精產(chǎn)物多，米酒質(zhì)量高。高濃度的酒精(臨床上用70%酒精進(jìn)行消毒)可以抑制(殺死)微生物，再者容器封閉不嚴(yán)，有氧集中抑制了酵母菌的無氧呼吸，所以家庭自制的米酒，其酒精的含量不會太高。 答案：(1)為了殺死其他雜菌，防止其分解淀粉，以利于酵母菌的利用 (2)過高的溫度會抑制或殺死酵母菌 (3)有利于透氣，可保證酵母菌在開始生長時有足夠的氧氣，在短時間內(nèi)迅速增殖 (4)有氧呼吸消耗大量的氧氣，同時產(chǎn)生一部分水，容器中發(fā)酵液增多淹沒了米飯，形成無氧環(huán)境 (5)加的“藥酒”少，造成酵母菌起始密度過低，不能迅速增殖形成優(yōu)勢種群，往往導(dǎo)致雜菌感染而變質(zhì)。家用容器封閉不嚴(yán)，有氧條件抑制無氧呼吸產(chǎn)生酒精 12．解析：圖中1～5分別是指加料口、排氣口、無菌空氣口、冷卻水進(jìn)口和攪拌器。其中攪拌器的作用是把無菌空氣打成細(xì)小氣泡，增加溶解氧，并能使菌種與培養(yǎng)液充分接觸，以利于發(fā)酵更好地進(jìn)行。 答案：(1)添加緩沖液　代謝產(chǎn)物的積累或酸堿物質(zhì)的消耗不均等 (2)4　3 (3)無菌空氣是否通入 (4)通氣量　溶氧降低或pH降低 (5)把無菌空氣打成細(xì)小氣泡，增加溶解氧，并能使菌種與培養(yǎng)液充分接觸　不受大的影響 我綜合，我發(fā)展 13．C　解析：在發(fā)酵過程中通氣與否取決于菌種的代謝類型和產(chǎn)物類型。菌種按異養(yǎng)類型分為厭氧型、好氧型、兼氣型。厭氧型不通氣，如生產(chǎn)酸奶的乳酸菌；好氧型需通氣，如產(chǎn)味精的谷氨酸棒狀桿菌和青霉菌。兼性厭氧的酵母菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生酒精。 14．C　解析：所謂連續(xù)培養(yǎng)就是在一個流動裝置中，以一定的速度不斷添加新的培養(yǎng)基，同時又以同樣的速度不斷放出老的培養(yǎng)基，這樣保證了及時補充微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，延長穩(wěn)定期，能提高產(chǎn)量，同時有利于微生物盡快將代謝產(chǎn)物釋放到培養(yǎng)基中，提高了設(shè)備的利用率。 15．D　解析：微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物叫做生長因子，主要包括維生素、氨基酸、堿基和生物素等，它們一般是酶和核酸的組成成分。 16．C　解析：從黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑可以看出，蘇氨酸和賴氨酸都積累，就抑制天冬氨酸激酶的活性，使細(xì)胞內(nèi)難以積累賴氨酸，而賴氨酸單獨積累時就不會出現(xiàn)此現(xiàn)象。因此，要提高賴氨酸產(chǎn)量就必須阻止蘇氨酸的生成，而消除高絲氨酸脫氫酶可以實現(xiàn)這一目的。 17．解析：在發(fā)酵工程中，要想通過發(fā)酵工程得到在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，首先要有性狀優(yōu)良的菌種，選育菌種的方法有三種：基因工程、誘變育種和細(xì)胞工程。發(fā)酵工程的第二步是配制培養(yǎng)基。第三步是滅菌，要對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌，才能獲取人類需要的發(fā)酵產(chǎn)品。第四步是擴(kuò)大培養(yǎng)和接種。所謂擴(kuò)大培養(yǎng)就是對選育的菌種進(jìn)行多次培養(yǎng)，讓它們達(dá)到一定數(shù)量以后，再進(jìn)行接種。第五步是發(fā)酵過程，是發(fā)酵的中心階段，在這個階段除了要隨時取樣檢測培養(yǎng)液中的細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度等以了解發(fā)酵進(jìn)程外，還要及時添加必需的培養(yǎng)基成分，以滿足菌種的營養(yǎng)需要，同時要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等。因為環(huán)境條件的變化，不僅會影響菌種的生長繁殖，還會影響菌種代謝產(chǎn)物的形成。所謂單細(xì)胞蛋白就是通過發(fā)酵獲得的大量微生物菌體。 答案：(1)基因工程　誘變育種　細(xì)胞工程 (2)接種　滅菌 (3)細(xì)菌數(shù)目和產(chǎn)物濃度　培養(yǎng)基　發(fā)酵條件(溫度、pH、溶解氧、轉(zhuǎn)速) (4)微生物菌體 18．解析：酵母菌是一種真菌，在生態(tài)系統(tǒng)中屬于分解者，其同化作用方式為異養(yǎng)型，異化作用方式在有氧條件下可進(jìn)行有氧呼吸，在無氧條件下可進(jìn)行無氧呼吸。在有氧條件下酵母菌通過有氧呼吸獲得的能量多，能夠進(jìn)行繁殖，繁殖的主要方式是出芽生殖。在無氧條件下酵母菌通過無氧呼吸獲得的能量少，繁殖慢。酵母菌在有氧條件下通過有氧呼吸只需分解少量的葡萄糖即能獲得足夠的能量用于生長、發(fā)育和繁殖。但在無氧條件下，通過無氧呼吸獲得的能量很少，只有通過分解大量的葡萄糖才能獲得生命活動所需的最低能量。第(4)小題酵母菌以麥芽糖為基質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)方程式為： 第一步將麥芽糖分解為葡萄糖： C12H22O11＋H2O2C6H12O6； 第二步將葡萄糖分解為酒精和CO2： C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。 第(5)小題的計算是在生產(chǎn)實際中的一種知識的應(yīng)用。由于題目中提供的數(shù)量都是質(zhì)量分?jǐn)?shù)，所以計算時均以質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。計算的思路是：先計算500 t麥芽汁中含有的麥芽糖的實際質(zhì)量為：500 t8.0%＝40 t；其中用于發(fā)酵的麥芽糖的質(zhì)量為40 t98.5%＝39.4 t；按1個麥芽糖分子經(jīng)酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)生4分子酒精計算，39.4 t麥芽糖經(jīng)酵母菌完全發(fā)酵最多可產(chǎn)生的酒精質(zhì)量為： 設(shè)產(chǎn)生的酒精為x。 1C12H22O11―→4C2H5OH 　342　　　　　446 　39.4 t　　　　　x x＝39.4 t446/342＝21.197 661 t 由于啤酒的酒精濃度為3.2%，所以可生產(chǎn)啤酒的量為：21.197 661 t3.2%≈662.43 t 總算式為：500 t8.0%98.5%(46.04)/342](1/3.2%)≈662.43 t。 答案：(1)既能進(jìn)行有氧呼吸又能進(jìn)行無氧呼吸 (2)出芽生殖 (3)酵母菌自身的生長和繁殖 (4)C12H22O11＋H2O2C6H12O6；C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 (5)662 t。