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(共33張PPT)
答題類型五　發(fā)酵工程類
大題答題規(guī)范
1.基礎(chǔ)類
(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。

回答下列問題:
(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　　▲　　。
注:▲為基礎(chǔ)類題型
【答案】　(1)蛋白質(zhì)　碳源
【詳解】　(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。
注:▲為基礎(chǔ)類題型
【答案】　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　異養(yǎng)好氧
【詳解】　(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)物和氧氣,說明其代謝類型是異養(yǎng)好氧型。
(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)。
注:▲為基礎(chǔ)類題型
【答案】　(3)原核生物　酒精和二氧化碳　酒精、乳酸、食鹽(答1個(gè)即可)
【詳解】　(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。
●技巧規(guī)范點(diǎn)撥:情境引入,聯(lián)系教材,識記重點(diǎn)
將新情境考查點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化,聯(lián)系書中已學(xué)的知識考點(diǎn),進(jìn)行作答。要想拿滿分,關(guān)鍵在于進(jìn)行準(zhǔn)確有效的識記背誦。本題以醬油的制作為題材,本質(zhì)考查果酒和腐乳的制作,對于此類試題,需要考生注意的細(xì)節(jié)較多,如實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等,需要考生在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中注意積累。
2.原因分析推理類、判斷分析推理類、數(shù)據(jù)分析推理類
(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。工藝流程如下圖。

回答下列問題:
(1)為提高菌株H對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),評估菌株增殖狀況。此外,選育優(yōu)良菌株的方法還有　　■　　等。(答出2種方法即可)
注:■為判斷分析推理類題型,◆為數(shù)據(jù)分析推理類題型,●為原因分析推理類題型
【答案】　(1)碳源　稀釋涂布平板(或活菌計(jì)數(shù))　
人工誘變后選育和轉(zhuǎn)基因育種
【詳解】　(1)據(jù)題意分析,該實(shí)驗(yàn)的目的是提高菌株H對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。對液體培養(yǎng)基中的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)要采用稀釋涂布平板法。選育優(yōu)良菌株的方法還有誘變育種、基因工程育種等。
(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60 g/L,pH為10,菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60 d以上。該系統(tǒng)不需要滅菌的原因是
　　◆　　。(答出2點(diǎn)即可)
注:■為判斷分析推理類題型,◆為數(shù)據(jù)分析推理類題型,●為原因分析推理類題型
【答案】　(2)培養(yǎng)基中高鹽濃度、高pH會抑制雜菌的生長
【詳解】　(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60 g/L,pH為10時(shí),菌株H可正常持續(xù)發(fā)酵60 d以上,而鹽濃度為60 g/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)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。
注:■為判斷分析推理類題型,◆為數(shù)據(jù)分析推理類題型,●為原因分析推理類題型
【答案】　(3)氧氣濃度
【詳解】　(3)分析題意,擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí),營養(yǎng)物濃度、溫度、pH等條件下適宜,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,即氧氣濃度(O2或溶解氧)是限制高密度培養(yǎng)的重要因素。
(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　　●　　。
注:■為判斷分析推理類題型,◆為數(shù)據(jù)分析推理類題型,●為原因分析推理類題型
【答案】　(4)蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶
【詳解】　(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,說明其能分泌蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等。
●技巧規(guī)范點(diǎn)撥:審題是關(guān)鍵,答案蘊(yùn)含在題(文圖表)中
解題時(shí)要關(guān)注題干中的新信息,并畫出相應(yīng)的關(guān)鍵詞。此類型題意在考查學(xué)生分析判斷的能力。如第(2)問,可根據(jù)文中的鹽濃度和pH數(shù)值這兩個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行分析,得出該系統(tǒng)不需要滅菌的原因。其中第(3)、(4)問是根據(jù)題干信息分析判斷出答案,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。
3.應(yīng)用技術(shù)類
(2021·全國甲卷)加酶洗衣粉是指含有酶制劑的洗衣粉。某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)比較了幾種洗衣粉的去漬效果(“+”越多表示去漬效果越好),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回答下列問題:
加酶洗衣粉A 加酶洗衣粉B 加酶洗衣粉C 無酶洗衣粉(對照)
血漬 +++ + +++ +
油漬 + +++ +++ +
(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:★為應(yīng)用技術(shù)類題型
【答案】　(1)蛋白酶　脂肪酶　蛋白酶和脂肪酶
【詳解】　本題考查加酶洗衣粉、酶的固定化相關(guān)知識點(diǎn),難度較小,解答本題的關(guān)鍵是明確加酶洗衣粉與普通洗衣粉去污原理的異同,以及固定化酶技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例和優(yōu)點(diǎn)。
(1)從表格中信息可知,加酶洗衣粉A對血漬的洗滌效果比對照組的無酶洗衣粉效果好,而血漬含有大分子蛋白質(zhì),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對血漬和油漬的洗滌效果比無酶洗衣粉好,油漬中有脂肪,因此加酶洗衣粉C中添加的酶是蛋白酶和脂肪酶。
(2)表中不宜用于洗滌蠶絲織物的洗衣粉有　　　　　,原因是　 。
注:★為應(yīng)用技術(shù)類題型
【答案】　(2)加酶洗衣粉A和加酶洗衣粉C　蠶絲織物的主要成分是蛋白質(zhì),會被蛋白酶催化水解
【詳解】　(2)蠶絲織物中有蛋白質(zhì),因此,表中不宜用于洗滌蠶絲織物的洗衣粉有加酶洗衣粉A、加酶洗衣粉C ,原因是蠶絲織物主要成分是蛋白質(zhì),會被蛋白酶催化水解。
(3)相對于無酶洗衣粉,加酶洗衣粉去漬效果好的原因是　 。
注:★為應(yīng)用技術(shù)類題型
【答案】　(3)酶可以將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物,小分子有機(jī)物易溶于水,從而將污漬與洗滌物分開
【詳解】　(3)據(jù)分析可知,相對于無酶洗衣粉,加酶洗衣粉去漬效果好的原因是:酶可以將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物,小分子有機(jī)物易溶于水,從而將污漬與洗滌物分開。
(4)關(guān)于酶的應(yīng)用,除上面提到的加酶洗衣粉外,固定化酶也在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用,如固定化葡萄糖異構(gòu)酶已經(jīng)用于高果糖漿生產(chǎn)。固定化酶技術(shù)是指　　★　　。固定化酶在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)是　　★　　(答出1點(diǎn)即可)。
注:★為應(yīng)用技術(shù)類題型
【答案】　(4)利用物理或化學(xué)方法將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)　固定在載體上的酶可以被反復(fù)利用,可降低生產(chǎn)成本(或產(chǎn)物容易分離,可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,或固定化酶穩(wěn)定性好,可持續(xù)發(fā)揮作用)
【詳解】　(4)固定化酶技術(shù)是指利用物理或化學(xué)方法將酶固定在一定空間內(nèi)的技術(shù),酶既能與反應(yīng)物接觸,又能與產(chǎn)物分離,所以固定在載體上的酶還可以被反復(fù)利用。所以固定化酶在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)是:降低生產(chǎn)成本(或產(chǎn)物容易分離,可提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,或固定化酶穩(wěn)定性好,可持續(xù)發(fā)揮作用)。
●技巧規(guī)范點(diǎn)撥:理論聯(lián)系實(shí)際,關(guān)注科學(xué)技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用問題
應(yīng)用技術(shù)類習(xí)題,可能是題中涉及的一個(gè)小問題或者整道題都在考查生物技術(shù)實(shí)踐問題。解決此類問題需要關(guān)注生物技術(shù)實(shí)踐的原理及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。如加深對固定化酶、植物芳香油和胡蘿卜素的提取和鑒定、血紅蛋白的提取和分離等技術(shù)原理和方法的理解。
4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類
(2021·廣州一模)乳酸菌中的谷氨酸脫羧酶(GAD)能消耗H+將谷氨酸轉(zhuǎn)化為γ-氨基丁酸(GABA),GABA在制藥、食品等方面具有較大應(yīng)用。研究人員從泡菜樣品中篩選高產(chǎn)GABA的乳酸菌株,并優(yōu)化其發(fā)酵條件。回答下列問題:
(1)已知MRS固體培養(yǎng)基因含有碳酸鈣而不透明,乳酸菌所產(chǎn)的酸可與碳酸鈣發(fā)生反應(yīng),從而在培養(yǎng)基上形成　　　　　。從功能上判斷,MRS培養(yǎng)基可作為乳酸菌的　　　　　培養(yǎng)基。
注: 為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類題型
【答案】　(1)透明圈　鑒別
【詳解】　(1)MRS固體培養(yǎng)基因含有碳酸鈣而不透明,乳酸菌所產(chǎn)的酸性物質(zhì)可以與碳酸鈣發(fā)生反應(yīng),碳酸鈣被分解后在培養(yǎng)基上形成透明圈。從功能上來說,MRS培養(yǎng)基可鑒別乳酸菌是否存在,為鑒別培養(yǎng)基。
(2021·廣州一模)乳酸菌中的谷氨酸脫羧酶(GAD)能消耗H+將谷氨酸轉(zhuǎn)化為γ-氨基丁酸(GABA),GABA在制藥、食品等方面具有較大應(yīng)用。研究人員從泡菜樣品中篩選高產(chǎn)GABA的乳酸菌株,并優(yōu)化其發(fā)酵條件。回答下列問題:
(2)利用MRS培養(yǎng)基分離純化乳酸菌時(shí),首先需用　　　　對泡菜濾液進(jìn)行梯度稀釋,然后再結(jié)合其他方法篩選出具高產(chǎn)GABA特性的乳酸菌。進(jìn)行梯度稀釋的目的是　 　。
注: 為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類題型
【答案】　(2)無菌水　通常選用一定稀釋范圍的樣品液進(jìn)行培養(yǎng),以保證獲得菌落數(shù)在30~300之間、適于計(jì)數(shù)的平板
【詳解】　(2)由于濾液中的菌體密度大,不容易得到單菌落,所以需要進(jìn)行稀釋。為避免引入雜菌,應(yīng)使用無菌水。進(jìn)行梯度稀釋的目的是使聚集在一起的乳酸菌分散成單個(gè)細(xì)胞,能在固體培養(yǎng)基表面形成單個(gè)菌落。通常選用一定稀釋范圍的樣品液進(jìn)行培養(yǎng),以保證獲得菌落數(shù)在30~300之間,適于計(jì)數(shù)的平板。
(2021·廣州一模)乳酸菌中的谷氨酸脫羧酶(GAD)能消耗H+將谷氨酸轉(zhuǎn)化為γ-氨基丁酸(GABA),GABA在制藥、食品等方面具有較大應(yīng)用。研究人員從泡菜樣品中篩選高產(chǎn)GABA的乳酸菌株,并優(yōu)化其發(fā)酵條件。回答下列問題:
(3)研究人員對高產(chǎn)菌株產(chǎn)GABA的發(fā)酵時(shí)間和溫度分別進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示,發(fā)酵時(shí)間在48~60 h范圍內(nèi),GABA的相對產(chǎn)量較高;發(fā)酵溫度在35~39 ℃范圍內(nèi),GABA的相對產(chǎn)量較高。研究人員認(rèn)為,要進(jìn)一步提高GABA相對產(chǎn)量,以達(dá)到最佳生產(chǎn)效果,還需同時(shí)對發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度進(jìn)行優(yōu)化。請為該優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表。

注: 為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類題型
【答案】　(3)不同溫度、不同發(fā)酵時(shí)間GABA的相對產(chǎn)量
【詳解】　(3)據(jù)題意知,該實(shí)驗(yàn)的目的是探索最佳的發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度組合,因此需要對自變量時(shí)間和溫度的范圍進(jìn)行設(shè)定,并設(shè)置一定的梯度,因變量是GABA相對產(chǎn)量。具體表格見答案。
溫度 時(shí)間
48小時(shí) 49小時(shí) 50小時(shí) 51小時(shí) 52小時(shí) 53小時(shí) 54小時(shí) 55小時(shí) 56小時(shí) 57小時(shí) 58小時(shí) 59小時(shí) 60小時(shí) ——
35 ℃ ——
36 ℃ ——
37 ℃ ——
38 ℃ ——
39 ℃ ——
●技巧規(guī)范點(diǎn)撥:補(bǔ)充、完善和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)方案的完善題型屬于半開放試題,在解決這類試題時(shí)要充分獲取題目中所給的信息,包括實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)用具,并注意模仿或借鑒題干中已給出的實(shí)驗(yàn)方法和步驟,全面掌握實(shí)驗(yàn)整體思路和方法后,再去補(bǔ)充和完善實(shí)驗(yàn)。具體操作如下:
(1)聯(lián)系實(shí)驗(yàn)原理、讀懂實(shí)驗(yàn)?zāi)康?構(gòu)思實(shí)驗(yàn)的整體思路。
(2)結(jié)合對照實(shí)驗(yàn)的一般步驟(下圖),簡化已給出的實(shí)驗(yàn)步驟、對比尋找缺陷。
(3)模仿補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟
①當(dāng)已給實(shí)驗(yàn)步驟有多個(gè)變量時(shí),通過拆分法,減少實(shí)驗(yàn)變量,遵循單一變量原則,構(gòu)建多組實(shí)驗(yàn),模式如下圖。例如:要驗(yàn)證光合作用需要葉綠體和光照兩個(gè)條件,已給出的實(shí)驗(yàn)步驟為:“1號試管加入葉綠體的蔗糖懸浮液5 mL,并給予光照處理”。那么,補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)為:“2號試管加入葉綠體的蔗糖懸浮液5 mL,并遮光處理;3號試管加入蔗糖溶液5 mL,并給予光照處理”。
②當(dāng)自變量到因變量的邏輯推理因中間環(huán)節(jié)被忽視而難以得出結(jié)論時(shí),再加入某些因素處理進(jìn)行設(shè)計(jì),予以進(jìn)一步確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的發(fā)生是自變量處理所致,模式如下圖。例如:要驗(yàn)證胰島素具有降低血糖的作用,給出的實(shí)驗(yàn)是:A組小鼠注射適量的胰島素溶液,B組小鼠注射等量的生理鹽水;一段時(shí)間后,A組小鼠出現(xiàn)活動減少、甚至昏迷等癥狀,B組小鼠活動狀況無變化。以上實(shí)驗(yàn)還難以說明胰島素具有降低血糖的作用,還應(yīng)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟:給出現(xiàn)癥狀的A組小鼠補(bǔ)充一定量的葡萄糖后,癥狀消失。這樣才能進(jìn)一步說明胰島素是通過降低血糖導(dǎo)致該癥狀的出現(xiàn),實(shí)驗(yàn)才更有說服力。

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