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第 5 部分 生物技术与工程
第 22 章 发酵工程
第 1 节 传统发酵技术与发酵工程
五年高考
1.★★★(2022湖南,21节选)黄酒源于中国,与啤酒、葡萄酒并称世界三大发酵酒。
发酵酒的酿造过程中除了产生乙醇外,也产生不利于人体健康的氨基甲酸乙酯
(EC)。EC主要由尿素与乙醇反应形成,各国对酒中的EC含量有严格的限量标准。
回答下列问题:
(1)某黄酒酿制工艺流程如图所示,图中加入的菌种a是 ,工艺b是
(填“消毒”或“灭菌”),采用工艺b的目的是
。
(2)以尿素为唯一氮源的培养基中加入 指示剂,根据颜色变化,可以初步
鉴定分解尿素的细菌。尿素分解菌产生的脲酶可用于降解黄酒中的尿素,脲酶固
定化后稳定性和利用效率提高。
(3)研究人员利用脲酶基因构建基因工程菌L,在不同条件下分批发酵生产脲酶,结
果如图所示。推测 是决定工程菌L高脲酶活力的关键因素,理由是
。北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
(4)某公司开发了一种新的黄酒产品,发现EC含量超标。简要写出利用微生物降
低该黄酒中EC含量的思路 。
答案 (1)酵母菌 消毒 杀死黄酒中的大多数微生物,延长保存期 (2)酚红 (3)
培养pH 随着培养时间延长,两图形中脲酶活力变化曲线基本一致,而pH维持在
6.5左右与pH约从6.5降为4.5相比较而言,酶活力值要高 (4)方案一:配制一种
选择培养基,筛选出产生EC降解酶的细菌,从细菌中分离得到EC降解酶,纯化的
EC降解酶进行固定化操作后,加入该黄酒中或方案二:配制一种选择培养基,筛选
出产生脲酶的细菌,从细菌中分离得到脲酶,纯化的脲酶进行固定化操作后,在黄酒
工艺流程的发酵环节中加入
2.★★(2024江苏,14,2分)关于“利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜”的实验,下列
叙述正确的是( )
A.制作泡菜的菜料不宜完全淹没在煮沸后冷却的盐水中
B.制作酸奶的牛奶须经过高压蒸汽灭菌后再接种乳酸菌
C.发酵装置需加满菜料或牛奶并封装,以抑制乳酸菌的无氧呼吸
D.控制好发酵时间,以避免过量乳酸影响酸奶或泡菜的口味和品质
答案 D
3.★★★(2022湖北,14,2分)废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产
废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是( )
A.该生产过程中,一定有气体生成
B.微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C.该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
D.沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理
答案 A
4.★★★(2022山东,14,2分)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时,会通过分泌
青霉素杀死细菌,以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化
生产,关于该生产过程,下列说法错误的是( )
A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖
B.可用深层通气液体发酵技术提高产量
C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中
D.青霉素具有杀菌作用,因此发酵罐不需严格灭菌
答案 D
5.★★★(2024山东,14,2分)在发酵过程中,多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球
体,菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足
的氧。菌体内铵离子浓度升高时,可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列
说法错误的是( )
A.相同菌体密度下,菌球体越大柠檬酸产生速率越慢
B.发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量
C.发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长
D.发酵结束后,将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品
答案 D
6.★★★(2023辽宁,13,2分)利用某种微生物发酵生产DHA油脂,可获取DHA(一
种不饱和脂肪酸)。如图为发酵过程中物质含量变化曲线。下列叙述错误的是(
)北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
A.DHA油脂的产量与生物量呈正相关
B.温度和溶解氧的变化能影响DHA油脂的产量
C.葡萄糖代谢可为DHA油脂的合成提供能量
D.12~60 h,DHA油脂的合成对氮源的需求比碳源高
答案 D
三年模拟
1.★★(2024长沙一中一模,12)如图为传统白酒酿造工艺流程,相关叙述正确的是(
)
A.制成的酒曲中的多种微生物参与了糖化和发酵过程
B.糖化时采用的温度越高,淀粉水解速度越快
C.密坛发酵温度控制在18~30 ℃,每隔12 h需将坛盖打开进行排气
D.制成的白酒需经湿热灭菌并窖藏一段时间后才可饮用
答案 A
2.★★(2024长郡中学一模,11)味精是一种重要的调味品。它可由谷氨酸棒状杆菌
发酵得到的谷氨酸,再经过一系列处理制成。下列叙述错误的是( )
A.发酵之前,需要对谷氨酸棒状杆菌进行扩大培养
B.发酵过程中,将pH维持在酸性条件不利于谷氨酸的积累
C.可从谷氨酸棒状杆菌细胞中提取单细胞蛋白制成微生物饲料
D.发酵过程中,应随时检测培养液中谷氨酸棒状杆菌数量、谷氨酸浓度等,以了解
发酵进程
答案 C
3.★★(2024师大附中二模,5)利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。
传统的酱油制作工艺采用面粉、黄豆做成酱饼,通过蒸熟、发酵、摊晒,然后将酱北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
饼捣碎同盐汤加入缸中,主要利用黑曲霉发酵,经5~6个月的日晒夜露,不断搅动酱
缸里的酱,进行“捣缸”,待酱料完全熟化,再进行压榨过滤。下列说法错误的是(
)
A.黄豆中的蛋白质可为黑曲霉提供碳源和氮源
B.“蒸熟”可使大豆蛋白质变性,以利于黑曲霉正常生长繁殖
C.发酵中添加的盐汤既可调节酱油的风味,又可抑制杂菌的生长
D.黑曲霉通过无氧发酵将原料中的蛋白质水解为肽和氨基酸,增加酱油的鲜味
答案 D
4.★★★(2025届师大附中月考一,10)为保障粮食安全,我国科研人员以富含纤维
素的农业残渣(秸秆)为原料,利用基因工程改造面包酵母使其表面携带相关酶,可
同时高效生产人工淀粉和单细胞蛋白。部分生产工艺如图,下列叙述正确的是(
)
注:酵母增殖的适宜温度为28~32 ℃,适宜pH为4.0~5.0;酵母发酵的适宜温度为24~35 ℃,
适宜pH为5.0~5.8。
A.面包酵母的增殖能促进纤维二糖水解及淀粉合成
B.生产单细胞蛋白时选择26 ℃、pH为5.5的条件为宜
C.本生产过程最宜在不加通气和搅拌的啤酒发酵罐中进行
D.生产前可将培养基进行干热灭菌
答案 A
5.★★★(不定项)(2024师大附中三模,14)啤酒生产过程的简要流程如图所示,其中
糖化的目的是将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子物质。下列叙述正确的是(
)北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
A.过程①可用赤霉素处理大麦种子,使种子无需发芽就能产生α-淀粉酶
B.过程②破碎有利于淀粉与α-淀粉酶充分接触,缩短糖化过程的时间
C.过程③的主发酵阶段初期应提供氧气,以便缩短完成酒精发酵的时间
D.发酵过程中要适时往外排气,后发酵时期更应缩短排气时间间隔
答案 ABC
6.★★★★(2024雅礼中学二模,21)《周礼·天官》中记载“大羹不致五味,铡羹加
盐菜”,所谓“盐菜”便是泡菜的雏形。几千年文明传承中,泡菜已深刻融入了我
国饮食文化。某种泡菜的制作流程如下图所示。
回答下列问题。
(1)乳酸菌的代谢类型是 。在泡菜制作过程中如果加入少量白糖,可缩
短发酵周期,其原因可能是白糖为乳酸菌提供了 ,有利于乳酸菌的繁殖和
发酵。
(2)古代因缺乏冷藏技术,人们在制作泡菜的过程中往往会加入大量的食盐,其主要
目的是 。
(3)某同学同一批次制作的多坛泡菜中,有一坛发生了变质。检查发现该坛泡菜位
置摆放不当,每天10:00~16:00会被阳光照射,推测原因可能是 。北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
(4)泡菜工业化生产流程中,出厂前需要测定微生物数量,甲、乙两位同学用稀释涂
布平板法测定同一批样品中微生物的数量,在同一稀释倍数下得到以下结果:甲同
学涂布了3个平板,统计的菌落数分别是110、140和149,取平均值133;乙同学涂
布了3个平板,统计的菌落数分别是33、169和176,取平均值126。有人认为这两
位同学的结果中, 同学的结果可信度低,若要使其数据具有较强的可信度,
应采取的措施是 。
答案 (1)异养厌氧型 碳源和能源 (2)抑制微生物的生长,防腐保鲜 (3)阳光照
射使得泡菜坛内温度上升,杂菌大量繁殖,导致泡菜变质 (4)乙 在相同条件下重
做
7.(2024雅礼中学一模,21)酵母菌絮凝是指菌体细胞间通过细胞壁相互粘附、聚
集成团的现象。适当提高酵母的絮凝能力,有助于发酵结束时细胞和产物的分离,
可大幅节约生产成本。科研人员研究了R基因对絮凝能力的影响。
(1)啤酒生产中,酵母菌产酒过程的反应式为:C H O 。
6 12 6
(2)科研人员利用基因工程技术获得R基因被敲除的酵母菌菌株。
①构建含有卡那霉素抗性基因的重组质粒,用LiCl处理酵母菌,使其处于一种能吸
收周围环境DNA分子的生理状态,以实现 。质粒上的卡那霉素抗
性基因通过重组,替换酵母菌的R基因。
②利用含有卡那霉素的培养基获得单菌落。挑取单菌落,利用PCR技术进行扩增,
以确定酵母细胞的R基因是否被成功敲除。若单菌落扩增后的DNA样品电泳结
果如图1,则图2中对应泳道1和泳道2的引物组合分别为 。(填序号)北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
(3)科研人员对野生菌株和R基因敲除菌株的酒精发酵能力和絮凝能力进行了测
定,结果如下表。
种类 酒精发酵能力 絮凝能力
野生菌株 4.5% 63.06%
R基因敲除菌株 4.5% 83.12%
①检测酒精发酵能力时,将菌液接种到装有麦芽汁的锥形瓶中,11 ℃静置发酵7天。
发酵期间,每个锥形瓶应注意保持 条件和定时排气。
②实验结果表明,获得的R基因敲除菌株符合生产需求,依据是 。
(4)科研人员进一步研究R基因影响絮凝能力的作用机制。
①将R基因敲除菌株和野生菌株分别用 水进行梯度稀释。将不同浓度
梯度的酵母菌液点样于含30 μg/mL钙荧光白(细胞壁组装抑制剂)并添加了凝固
剂 的YPD平板培养基上,培养适当时间后结果如图3。
②综合上述实验结果,推测R基因敲除菌株絮凝能力变化的原因是
。
(5)若要将R基因敲除菌株应用于工业生产制作啤酒,请尝试提出一个还需要进一
步研究的问题: 。
答案 (1)2C H OH(酒精)+2CO +能量 (2)①重组质粒的导入 ②3和4、2和1
2 5 2
(3)①密闭 ②不影响酒精发酵能力,但絮凝能力提高 (4)①无菌 琼脂 ②R基北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
因敲除使菌株的细胞壁组装能力提高,絮凝能力提高 (5)R基因敲除菌株的食用
安全性/R基因敲除菌株的遗传稳定性
第 2 节 微生物的培养技术与应用
五年高考
1.★★(2024湖南,6,2分)微生物平板划线和培养的具体操作如图所示,下列操作正
确的是( )北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
A.①②⑤⑥ B.③④⑥⑦
C.①②⑦⑧ D.①③④⑤
答案 D
2.★★★(2021湖南,21节选)大熊猫是我国特有的珍稀野生动物,每只成年大熊猫
每日进食竹子量可达12~38 kg。大熊猫可利用竹子中8%的纤维素和27%的半纤
维素。研究人员从大熊猫粪便和土壤中筛选纤维素分解菌。回答下列问题:
(1)为筛选纤维素分解菌,将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以 为唯一
碳源的固体培养基上进行培养,该培养基从功能上分类属于 培养基。
(2)配制的培养基必须进行灭菌处理,目的是 。检测固体培养基
灭菌效果的常用方法是 。
(3)简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路 。
(4)为高效降解农业秸秆废弃物,研究人员利用从土壤中筛选获得的3株纤维素分
解菌,在37 ℃条件下进行玉米秸秆降解实验,结果如表所示。在该条件下纤维素
酶活力最高的是菌株 ,理由是 。
秸秆总 秸秆残 秸秆失 纤维素降
菌株
重(g) 重(g) 重(%) 解率(%)
A 2.00 1.51 24.50 16.14
B 2.00 1.53 23.50 14.92
C 2.00 1.42 29.00 23.32
答案 (1)纤维素 选择 (2)杀死培养基中的所有微生物(包括芽孢和孢子) 将
未接种的培养基放在适宜条件下作对照培养,观察平板上有无菌落形成 (3)将大
熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后,取0.1 mL涂布到若干个平板(同一稀释度至少
涂布三个平板),放在适宜条件下培养,对菌落数为30~300的平板进行计数,取平均北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
值,然后根据公式计算出大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌的活菌数 (4)C 菌株
C组秸秆残重最低,秸秆失重率最大,纤维素降解率最高
3.★★(2023河北,12,2分)为筛选能平衡肠道菌群和降解胆固醇的乳酸菌,下列相
关实验设计错误的是( )
A.从酸奶和泡菜中采样分离乳酸菌
B.平板倒置培养为筛选乳酸菌创造无氧环境
C.对目的菌株进行胆固醇降解能力的测定
D.检测目的菌株对消化道环境的耐受力
答案 B
4.★★★(2024山东,15,2分)酵母菌在合成色氨酸时需要3种酶X、Y和Z,trpX、
trpY和trpZ分别为相应酶的编码基因突变的色氨酸依赖型突变体。已知3种酶
均不能进出细胞,而色氨酸合成途径的中间产物积累到一定程度时可分泌到胞外。
将这3种突变体均匀划线接种到含有少量色氨酸的培养基上,生长情况如图。据
图分析,3种酶在该合成途径中的作用顺序为( )
A.X→Y→Z
B.Z→Y→X
C.Y→X→Z
D.Z→X→Y
答案 A
5.★★★(不定项)(2024黑、吉、辽,19,3分)某些香蕉植株组织中存在的内生菌可
防治香蕉枯萎病,其筛选流程及抗性检测如图。下列操作正确的是( )北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
A.在大量感染香蕉枯萎病的香蕉种植园内,从感病植株上采集样品
B.将采集的样品充分消毒后,用蒸馏水冲洗,收集冲洗液进行无菌检测
C.将无菌检测合格的样品研磨,经稀释涂布平板法分离得到内生菌的单菌落
D.判断内生菌的抗性效果需比较有无接种内生菌的平板上的病原菌菌斑大小
答案 CD
6.★★★★(2024甘肃,21,11分)源于细菌的纤维素酶是一种复合酶,能降解纤维素。
为了提高纤维素酶的降解效率,某课题组通过筛选高产纤维素酶菌株,克隆表达降
解纤维素的三种酶(如图),研究了三种酶混合的协同降解作用,以提高生物质资源
的利用效率。回答下列问题。
(1)过程①②采用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的培养基筛选菌株X,能起到筛选
作用的原因是 。高产纤维素酶菌株筛
选时,刚果红培养基上的菌落周围透明圈大小反映了 。
(2)过程④扩增不同目的基因片段需要的关键酶是 。
(3)过程⑤在基因工程中称为 ,该过程需要的主要
酶有 。
(4)过程⑥大肠杆菌作为受体细胞的优点有 。该过程用
Ca2+处理细胞,使其处于一种 的生理状态。北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
(5)课题组用三种酶及酶混合物对不同生物质原料进行降解处理,结果如表。表中
协同系数存在差异的原因是 (答出两
点)。
注:混1和混2表示三种酶的混合物。
答案 (1)只有能产纤维素酶,可利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖 菌
落产生的纤维素酶的活性和量 (2)耐高温的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶) (3)
基因表达载体的构建 限制酶(或限制性内切核酸酶)、DNA连接酶 (4)繁殖能
力强、结构简单、操作较容易等 能吸收周围环境中DNA分子 (5)不同生物质
原料中含有的纤维素的种类不同、混合物中三种酶的比例不同
三年模拟
1.★★★(2024百师联盟二模,11)双层平板法是对噬菌体进行计数的常用方法。具
体做法是在无菌培养皿中倒入琼脂含量为2%的培养基凝固成底层平板后,将琼脂
含量为1%的培养基熔化并冷却至45~48 ℃,然后加入敏感指示菌和待测噬菌体稀
释悬液的混合液,充分混匀后立即倒入底层平板上形成双层平板(如图所示)。培
养一段时间后,在双层培养基的上层会出现透亮的无菌圆形空斑——噬菌斑,下列
有关说法正确的是( )北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
A.实验用到的培养基和培养皿常用干热灭菌法进行灭菌
B.若利用双层平板法对T2噬菌体进行计数,可选用农杆菌作敏感指示菌
C.上层平板上出现的透亮无菌圆形空斑是噬菌体单独在培养基上繁殖形成的噬
菌斑
D.倒上层平板时需将培养基冷却至45~48 ℃时进行接种,目的是防止培养基温度
过高引起敏感指示菌和待测噬菌体死亡
答案 D
2.★★★(2024长沙四区调研,11)野生型大肠杆菌能在基础培养基上生长,氨基酸
营养缺陷型突变株由于无法合成某种氨基酸,只能在完全培养基上生长。如图为
纯化某氨基酸营养缺陷型突变株的部分流程图,①②③④代表培养基,A、B、C表
示操作步骤,D、E为菌落。下列叙述正确的是( )
A.A操作的目的是提高基因突变的概率,使其发生定向突变,增加突变株的数量
B.B的正确操作是用接种环蘸取菌液后在②表面涂布来接种菌种
C.图中①②③为完全培养基,培养基一般用高压蒸汽灭菌法进行灭菌
D.若要获得氨基酸营养缺陷型突变株,可从④中挑取D进行纯化培养
答案 D
3.★★★(不定项)(2024雅礼中学三模,14)科研人员创造了一种全新的、能以二氧
化碳为碳源合成有机物的大肠杆菌,是自养生物。首先将碳固定和还原所需要的
基因通过基因工程技术导入大肠杆菌,同时定向突变了大肠杆菌参与异养代谢的
三个酶的基因。再进行选择培养,筛选出能利用甲酸钠被氧化成二氧化碳过程中
释放的能量,将二氧化碳和水合成有机物的大肠杆菌。下列说法错误的是( )
A.为获得自养的大肠杆菌单菌落,可用平板划线法将菌液接种于固体培养基进行
培养
B.进行选择培养时,培养基中需加入葡萄糖,该培养基为选择培养基北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
C.该全新培养的自养大肠杆菌一定能在自然条件下顺利完成合成有机物的过程
D.选择过程中,应该设置不接种菌种、其他条件相同的培养基作为空白对照
答案 BC
4.★★★(不定项)(2024长沙一中二模,16)研究人员将结核杆菌分别接种在含有不
同浓度抗生素A与B的培养基中(+代表含抗生素,+多少代表抗生素浓度,-代表不
含抗生素),对两种抗生素药性进行分析。在37 ℃环境下培养24小时后,细菌生长
情况如图。下列说法错误的是( )
A.为排除杂菌的影响,倒平板前需对培养基采用高压蒸汽灭菌
B.该实验使用稀释涂布平板法接种结核杆菌,待菌液被吸收后方可倒置培养
C.长期使用抗生素A不会增加结核杆菌的抗药性基因频率
D.与单独使用抗生素A相比,联合使用抗生素B可显著增强对结核杆菌的抑制作
用
答案 CD
5.★★★(不定项)(2024师大附中二模,13)田间常施用的草铵膦(含碳有机物)农药,
在环境中难以降解。科学家通过图1所示方法筛选出了可降解草铵膦的植物乳
杆菌(ST-3),并研究了固定态(固定在多孔载体上)和培养液中游离态的ST-3的降
解效果,结果如图2所示。下列相关叙述错误的有( )北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
A.图1中②过程可使用无菌水,③④⑤过程应用以草铵膦为唯一碳源的培养基
B.图1中配制好的培养基可放入干热灭菌箱内进行灭菌处理
C.由图2可知,固定态ST-3对土壤中草铵膦的降解效果优于游离态ST-3
D.固定态ST-3降解率高可能是因为载体避免ST-3直接接触高浓度草铵膦
答案 BD
6.★★★(2025届雅礼中学月考一,21)链格孢菌可导致烟草赤星病的发生。研究人
员在烟草根部土壤中分离纯化出芽孢杆菌L,发现其对链格孢菌有抑制作用。请
回答下列问题。
(1)称取烟草根部土样制成悬液,接种在 (物理性质)培养基上培养,挑取不
同形态的菌落,再接种于含有 的培养基中,筛选出芽孢杆菌L。
(2)为探究芽孢杆菌L抑制链格孢菌生长的原理,实验组将芽孢杆菌L接种在A 平
1
板上,B 平板中央接种直径为0.5 cm的链格孢菌菌落,把两个培养皿对扣,菌株无
1
接触,5 d后观察菌株生长情况,结果如下图。
①据图可知,对照组处理为A 平板 ,B 平板 。
2 2
②根据实验结果推测,芽孢杆菌L抑制链格孢菌生长的原理是 。北京曲一线图书策划有限公司 高考项目部
(3)除上述原因外,研究人员认为芽孢杆菌L的发酵液中可能也存在抑制链格孢菌
生长的物质。他们将芽孢杆菌L发酵液离心后,取上清液过滤,获得无菌滤液并进
行如下实验:
组别 实验处理 接种 检测
甲组 ? 将直径为0.5 cm的
链格孢菌菌落接种 一段时间后,测量链格孢菌的
无菌水+固
在平板中心,在恒 菌落直径,计算抑菌率
乙组
体培养基 温培养箱内培养
①请补充完善该实验方案,表格中的“?”为
。
②若抑菌率=(R -R)/(R -0.5)×100%,则R应为 组测量的菌落直径。
0 0
答案 (1)固体 链格孢菌 (2)①不接种微生物(接种无菌水) 中央接种直径为
0.5 cm的链格孢菌菌落 ②芽孢杆菌L可能产生某种挥发性物质抑制链格孢菌
的生长 (3)①芽孢杆菌L的无菌滤液+固体培养基 ②甲
