1、第一节水和无机盐是构成细胞第一节水和无机盐是构成细胞的的第三节发酵工程为人类提供多样的生物第三节发酵工程为人类提供多样的生物产品产品 P83P83第二节纯净的目标微生物可第二节纯净的目标微生物可通过分离通过分离和纯化和纯化获得获得 P33P33第一章 发酵工程一、发酵工程和培养基1.发酵工程2.培养基 【微思考】 大肠杆菌在液体培养基和固体培养基中的繁殖速度是否相同?请说明理由。提示 不相同。由于细胞与固体培养基的接触面积较小,细胞与环境间物质交换速度相对较慢,培养基表面的微生物生长速度比在液体培养基中慢。自我检测1.培养微生物时,需要给它们提供生长所需的各种物质,满足它们生长繁殖所需的各种条
2、件。判断下列关于培养基的描述是否正确。(1)培养基按照物理特征的不同可分为固体培养基和液体培养基等,固体培养基和液体培养基的区别在于前者因加入凝固剂呈固体状态,而后者为液体状态。()(2)培养基的主要成分为水、碳源、氮源、无机盐等,此外还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。() (3)培养细菌时,需要将培养基的pH调至酸性,培养霉菌时则需调至中性或弱碱性。()(4)培养厌氧型微生物时,除需要提供无机碳源之外,还需要提供无氧的条件。()(5)琼脂固体培养基是在液体培养基中加入琼脂制成的,是实验室中最常用的培养基之一,微生物在其表面或内部生长后可形成光镜可见的菌落。()2.不同的
3、微生物对营养物质的需求各不相同。下列关于一种以CO2为唯一碳源的自养型微生物营养的描述,不正确的是()A.氮源为该微生物提供必要的氮元素B.碳源也是该微生物的能源物质C.无机盐是该微生物不可缺少的营养物质D.水是该微生物的营养要素之一答案 B解析 CO2为无机物,只能作碳源而不能作为能源物质。二、灭菌和无菌操作技术可以排除非目标微生物的干扰1.三种控制有害微生物的方法2.灭菌方法 小提示 芽孢对加热、紫外线照射和化学药物都具有极强的抵抗能力。 自我检测1.保证器具和培养基无菌是获得微生物“纯”培养物的基础。判断下列关于无菌技术表述的正误。(1)获得纯净的微生物培养物的关键是防止外来杂菌的入侵。
4、无菌技术应围绕如何避免杂菌的污染展开。()(2)灭菌相比消毒对微生物的杀灭更彻底。()(3)无菌操作的对象只要是没有生物活性的材料(如培养基、接种环等)都可采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。() (4)培养基最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌。()(5)做好消毒和灭菌工作后,要注意避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。()(6)为了避免周围环境中微生物的污染,许多操作都应在超净工作台并在酒精灯火焰的充分燃烧层进行。()(7)在全部培养工作结束后,所有使用过的器具、废弃物等都必须先经过高压灭菌后再洗涤或倾倒。() 2.下列关于灭菌和消毒的理解,错误的是()A.灭菌是指使用强烈的物理、化学方法杀死物体
5、表面以及内部的一切微生物,包括芽孢B.消毒和灭菌实质是相同的C.接种环用灼烧法灭菌D.常用的灭菌方法有灼烧法、高压蒸汽灭菌法等答案 B解析 灭菌与消毒是两个概念。灭菌时要根据不同的材料选用不同的灭菌方法,如接种环用灼烧灭菌法,培养基用高压蒸汽灭菌法。消毒是指使用较为温和的物理、化学方法仅杀死物体表面或内部一部分不需要的微生物。三、活动:配制可用于培养酵母菌的马铃薯蔗糖培养基1.目的要求:配制液体培养基和固体培养基。2.材料用具:马铃薯、蔗糖、琼脂、天平、试管、烧杯、三角瓶、培养皿、封口膜(或纱布)、牛皮纸或报纸、橡皮筋、小刀、高压灭菌锅、玻璃漏斗、移液器等。3.方法步骤 4.注意事项 【微思考
6、】 培养基中的琼脂能否成为酵母菌生长的碳源?提示 不能。琼脂是实验室中常用的凝固剂,绝大多数微生物并不能利用琼脂。探究点一探究点一培养基培养基情境创设 下表是牛肉膏蛋白胨培养基的配方,分析回答下列问题。牛肉膏和蛋白胨来源于动物,含有糖、维生素和有机氮等营养物质材料牛肉膏蛋白胨NaCl琼脂水用量5 g10 g5 g20 g定容至1 000 mL1.根据培养基的物理特征,该培养基属于什么培养基?理由是什么?提示 固体培养基。因为该培养基的配方中含有凝固剂琼脂。2.该培养基中主要提供碳源和氮源的物质分别是什么?属于有机物还是无机物?提示 牛肉膏主要提供碳源,蛋白胨主要提供氮源。二者均属于有机物。3.
7、该培养基培养的微生物同化作用类型是什么?理由是什么?提示 异养型。因为该微生物的碳源和氮源是有机物。4.试从碳源和氮源的角度分析不同类型微生物所需的培养基成分的特点。 项目自养型微生物异养型微生物碳源CO2、Na2CO3等无机物 氮源 糖类等有机物 NH3、硝酸盐等无机物 尿素、蛋白质等有机物 归纳总结归纳总结(1)培养自养型微生物,通常需要提供无机碳源,如CO2、NaHCO3等;而培养异养型微生物,则需要提供有机碳源,如糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等。(2)如果培养基里没有有机碳源,则通常培养的是自养型微生物;若培养基里含有有机碳源,则通常培养的是异养型微生物。(3)如果培养基的配方中没有琼
8、脂,则通常为液体培养基;若培养基的配方中含有琼脂,则通常为固体或半固体培养基。探究应用探究应用1.下列有关培养基的叙述,错误的是()A.培养基是为满足微生物生长繁殖或积累代谢产物的需求而配制的混合养料B.培养基只有两类:液体培养基和固体培养基C.培养大肠杆菌的培养基中必须添加有机碳源D.微生物在固体培养基表面生长可形成肉眼可见的菌落答案 B解析 培养基是人们为满足微生物生长繁殖或积累代谢产物的需求而配制的混合养料,A项正确;培养基的分类标准不同,其种类也不同,如培养基按所含化学成分可分为合成培养基和天然培养基,B项错误;大肠杆菌属于异养型微生物,培养异养型微生物的培养基中必须添加有机碳源,C项
9、正确;微生物在固体培养基表面生长可形成肉眼可见的菌落,D项正确。2.下列有关培养基成分及其特殊要求的叙述,正确的是()A.培养基中必须添加碳源B.培养基中必须添加维生素C.培养厌氧型微生物需要提供无氧的条件D.培养霉菌时需要将pH调到碱性答案 C解析 培养以CO2作为碳源的自养型微生物时,培养基中不需要添加碳源,A项错误;不同微生物的营养需求不同,培养基中不一定需要添加维生素,B项错误;培养厌氧型微生物需要提供无氧的条件,C项正确;霉菌要求在中性偏酸的环境中生长,D项错误。探究点二探究点二消毒和灭菌方法消毒和灭菌方法科学思维 消毒、灭菌是生产生活及实验室中控制有害微生物常用的方法。回答下列有关
10、问题。1.消毒和灭菌的原理是什么?提示 消毒和灭菌的原理都是使微生物的蛋白质变性,借此杀死微生物。2.消毒和灭菌都能杀死所有微生物吗?提示 灭菌可杀死处理材料中的全部微生物(包括芽孢),而消毒仅能杀死物体表面或内部的部分微生物(一般不包括芽孢)。3.消毒和灭菌是否适用于所有的生物和物品?提示 不是。无菌技术既要考虑效果,又要考虑操作对象的承受能力,例如,活体生物材料、操作者的双手等只能消毒,而不能灭菌。4.无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外,还有什么目的?提示 无菌技术还能有效避免污染环境以及操作者自身被微生物感染。归纳提升归纳提升消毒与灭菌的比较探究应用探究应用1.金黄
11、色葡萄球菌有很强的致病力,常引起骨髓炎等,还可能引起食物中毒。实验中下列做法错误的是()A.对接种环进行灼烧处理B.带菌培养基必须经高压蒸汽灭菌后才能倒掉C.带菌培养基必须经加热后才能倒掉D.接种后双手必须经肥皂洗净,再用体积分数为70%的酒精棉球擦拭答案 C解析 带菌培养基必须经高压蒸汽灭菌后才能倒掉,简单的加热达不到灭菌效果,C项错误。2.防止外来杂菌的入侵,获得纯净的培养物,是研究和应用微生物的前提。下列叙述错误的是()A.实验室里可以用煮沸消毒法进行消毒B.接种环、接种针等金属用具可以直接在酒精灯火焰的不充分燃烧层灼烧灭菌C.在实验室中,切不可吃东西、喝水,离开实验室时一定要洗手,以防
12、止被微生物感染D.玻璃器皿和金属用具等可以采用高压蒸汽灭菌答案 B解析 灼烧灭菌应该在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧,B项错误。第二节纯净的目标微生物可第二节纯净的目标微生物可通过通过 分离分离和纯化获得和纯化获得一、采用划线或涂布的接种方法能够实现对目标微生物的分离和纯化1.接种方法小提示 划线的过程也是对菌种进行分散的过程。这样接种后经过培养,在划线的尾部就能得到单个细胞生长繁殖成的单菌落。2.活动:接种、培养并分离酵母菌 【微思考】 采用平板划线法接种菌种时,哪些操作可防止杂菌污染?提示 (1)接种前将接种环放在酒精灯火焰上灼烧灭菌。(2)划线操作在酒精灯火焰旁进行。(3)接种环蘸取菌液前后
13、,均要将盛有菌液的试管管口通过火焰。(4)划线时将培养皿的皿盖打开一条缝隙,用接种环在培养基表面迅速划线,划线后及时盖上皿盖。自我检测1.接种是指微生物进入培养基质的过程。判断下列关于接种过程的描述是否正确。(1)平板划线操作中,划完一个区域后要将接种环灼烧,再划下一个区域。()(2)若皿盖和皿底之间溅上培养基,这个培养基不可再用。()(3)用平板划线法接种时,每一次划线前都要蘸取菌种。() (4)需要将一个不接种的培养基放在相同的条件下培养,以检验培养基的灭菌是否合格。()(5)涂布器在使用前需要先浸在酒精中,然后再放在火焰上灼烧,待酒精燃尽后应立即进行涂布。()(6)所有稀释倍数的稀释菌液
14、涂布成的培养基,都能观察到和分离出单菌落。() 2.下列有关平板划线操作的叙述,错误的是()A.将接种环放在火焰上灼烧,直到接种环烧红B.接种环在平板上随机划线时不要划破培养基C.在蘸取菌液前后均要将盛有菌液的试管口通过火焰D.平板冷却后倒置,放入恒温培养箱中培养答案 B解析 接种环在平板上划线时并不是随机划线的,B项错误。二、采用稀释涂布平板法和显微镜计数法可测定微生物的数量1.稀释涂布平板法可对微生物进行计数2.显微镜计数法可直接对菌液中的微生物进行计数(1)实验用具(2)步骤 【微思考】 用稀释涂布平板法来统计样品中的活菌数时,为什么通过统计平板上的菌落数就能推测出样品中的活菌数?提示
15、当样品稀释度足够高时,平板上的一个菌落一般来源于样品稀释液中的一个活菌。自我检测1.通过对微生物计数可以研究微生物的繁殖速度等相关特征。判断下列关于微生物计数的描述是否正确。(1)平板划线法只能纯化细菌,不能计数;但稀释涂布平板法能分离细菌,也能计数。()(2)利用显微镜直接计数法统计的细菌数量就是活菌的数量。()(3)在利用血细胞计数板对菌液中的酵母细胞进行计数时,应先吸取菌液滴于计数区内,再加盖盖玻片,最后用吸水纸吸去多余的菌液。()(4)从试管中吸出菌液进行计数之前,应先将试管轻轻振荡几次,这样做是为了让酵母菌全部沉降到试管底部。() 2.若在固体培养基上用稀释涂布平板法培养细菌,看到的
16、结果不可能是() 答案 D解析 A、B、C三项固体培养基上所形成的是一个个分布较为均匀的单个菌落,是用稀释涂布法培养细菌得到的结果。D项固体培养基上所形成的不是均匀的单菌落,是平板划线分离得到的结果。三、调整培养基的配方和培养方式可有目的地培养某种微生物1.选择培养基2.活动:能分解尿素的微生物的分离与计数 小提示 实验过程中要注意无菌操作,如在酒精灯的火焰旁进行倒平板、接种,实验器具的灭菌以及超净工作台的消毒等。【微思考】 1.在“能分解尿素的微生物的分离与计数”实验中,为什么要制备两种培养基(LB固体培养基和尿素固体培养基)?提示 两种培养基形成对照,判断尿素固体培养基是否具有选择作用。2
17、.如何对土壤悬液进行梯度稀释?提示 将1 g土样加入99 mL无菌水中,振荡后即成10-2稀释液。取上清液 1 mL,转移至9 mL无菌水中,制备出10-3稀释液,摇匀。依此方法制备出10-4、10-5、10-6、10-7稀释液。自我检测1.使用选择培养基能从混杂的微生物群体中快速筛选出所需种类的目标微生物。判断下列关于“能分解尿素的微生物的分离和计数”实验描述的正误。(1)筛选分解尿素的微生物的培养基以尿素为唯一氮源,且为液体培养基。()(2)尿素分解菌之所以能分解尿素,是因为其能产生脲酶。()(3)能分解尿素的细菌分解尿素生成了氨,会导致培养基碱性增强,所以可以通过在培养基中添加酚红指示剂
18、(碱性情况下呈红色)来分离出该细菌。()(4)可通过培养未接种的培养基,判断是否存在杂菌污染。() 2.分离能分解尿素的微生物实验中,为了判断培养基是否被杂菌污染和选择培养基是否起到了选择作用,需要设置的对照组的培养基分别是()A.未接种的选择培养基,未接种的LB固体培养基B.未接种的培养基,接种了的LB固体培养基C.接种了的选择培养基,接种了的LB固体培养基D.接种了的培养基,未接种的LB固体培养基答案 B解析 若要判断培养基是否被杂菌污染,可将未接种的培养基放在恒温箱中培养,一段时间后若有菌落产生,说明培养基被污染,若无菌落产生,说明培养基没有被污染。要判断选择培养基是否起到了选择作用,接
19、种了的选择培养基是实验组,将等量的稀释相同倍数的菌液接种到LB固体培养基上,作为对照组,在相同的条件下进行培养,观察比较对照组和实验组中的菌落数,在LB固体培养基上生长的菌落数目应明显多于选择培养基上的菌落数目。探究点一探究点一平板划线法平板划线法1.平板划线法的原理是什么?提示 平板划线法的原理是通过接种环在固体培养基表面进行连续平行划线、扇形划线或其他形式的划线操作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。这样接种后经过培养,在划线的尾部就可以得到单菌落。2.灼烧接种环之后,为什么要等其冷却后再进行划线?提示 避免接种环温度太高,杀死菌种。3.多次连续平行划线接种中在做第二次划线以及其后的
20、操作时,为什么总是从上一次划线的末端开始划线?提示 划线末端含有的细菌数目较少,每次从上一次划线的末端开始划线能够使细菌的数目随划线次数的增加而逐渐减少,最终分散成单个的细菌。4.多次连续平行划线接种中为何最后一次划线不能与第一次划线相连?提示 最后一次划线已经将细菌稀释成单个的细胞,如果与第一次划线相连则增加了细菌的数目,起不到纯化的作用。归纳提升归纳提升平板划线操作中三种灼烧的目的不同项目目的蘸取菌液前灼烧避免接种环上可能存在的微生物污染菌种每次划线前灼烧杀死上一次划线结束后接种环上残留的菌种,使下一次划线时接种环上的菌种直接来源于上一次划线的末端划线操作结束后灼烧及时杀死接种环上残留的菌
21、种,避免菌种污染环境和感染操作者探究应用探究应用1.微生物接种的方法很多,平板划线法是常用的一种。下图是平板划线示意图,划线的顺序为。下列相关叙述错误的是()A.划线操作时,将蘸有菌种的接种环插入培养基B.平板划线后,培养微生物时要倒置培养C.不能将第区域的划线与第区域的划线相连D.在第区域中划线前都要对接种环进行灭菌答案 A解析 划线时不能将接种环插入培养基,而是在培养基表面划线,A项错误;用平板培养基培养微生物时,为防止水蒸气凝集滴入培养基造成干扰或污染,应将平板倒置培养,B项正确;划线时要避免最后一区域的划线与第一区域的划线相连,如果连在一起则有可能影响单菌落的分离效果,C项正确;在第区
22、域中划线前都要对接种环进行灼烧灭菌,保证每次划线的菌种都来自上一区域的末端,D项正确。2.下列有关分离酵母菌实验操作的叙述,错误的是()A.在第二次划线时,接种环上的菌种直接来源于菌液B.第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物C.每次划线前,灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后接种环上残留的菌种D.划线结束后,灼烧接种环能及时杀死接种环上的菌种,避免细菌污染环境和感染操作者答案 A解析 在第二次划线时,接种环上的菌种直接来源于第一次划线的末端,A项错误;为避免杂菌的污染,第一步操作时需要灼烧接种环,B项正确;每次划线前,灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后接种环上残留的菌种,
23、C项正确;为避免细菌污染环境和感染操作者,划线结束后,灼烧接种环能及时杀死接种环上的菌种,D项正确。探究点二探究点二利用显微镜、血细胞计数板对微生物进行计数利用显微镜、血细胞计数板对微生物进行计数科学探究 实验室中对酵母菌悬液中的酵母细胞进行计数应怎么操作?思考并回答下列问题。1.从试管中吸出菌液进行计数之前,需将试管轻轻振荡几次,试分析其原因。提示 使菌液中酵母菌分布均匀,以减少误差。2.对于压在小方格界线上的酵母菌应当怎样计数?提示 只计数每一小方格上方和左侧线条上的细胞数(即“数上不数下”“数左不数右”)。3.如果小方格内酵母菌的数目过多,导致细胞重叠,应如何处理?提示 酵母菌溶液的浓度
24、过高,可提前进行稀释。4.视野中的酵母菌是否全部都是活菌,会对实验结果造成什么影响?提示 通过显微镜直接计数时,统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和,会造成实验结果偏大。归纳提升归纳提升(1)血细胞计数板及相关计算(2)影响实验结果的误差分析及改进办法 探究应用探究应用1.红细胞计数区由2516=400个小方格组成,容纳液体的总体积为0.1 mm3。现将1 mL酵母菌样品加99 mL无菌水稀释,用无菌吸管吸取少许摇匀的酵母菌悬液滴在盖玻片边缘,使其自行渗入计数区,并用滤纸吸去多余菌液。现观察到图中所示a、b、c、d、e5个中方格内共有酵母菌44个,则上述1 mL酵母菌样品中约有菌体()A.2.
25、2108个 B.2.2107个 C.2.2106个 D.2.2104个答案 A解析 a、b、c、d、e 5个中方格中共有酵母菌44个,则1 mL酵母菌样品中酵母菌的总数约为(44516)400104100=2.2108(个)。2.在对菌液中的酵母细胞进行计数时,下列有关实验方法与注意事项的描述,错误的是()A.计数菌液中酵母细胞数量可用五点取样法B.改变菌液的pH,对酵母细胞的数量有影响C.从试管中吸取菌液时要将试管轻轻振荡几次D.应先向计数区中滴加菌液后再盖盖玻片进行显微镜观察答案 D解析 统计菌液中酵母菌数量一般用五点取样法,A项正确;该实验中,pH对酵母细胞的数量有影响,B项正确;为了使
26、酵母菌分布均匀和计数准确,取样前要将试管轻轻振荡几次,C项正确;滴加菌液时,应先盖盖玻片再将菌液滴在盖玻片的边缘,让菌液渗入盖玻片下方,D项错误。探究点三探究点三土壤中分解尿素的细菌的分离与计数土壤中分解尿素的细菌的分离与计数科学探究 甲、乙两名同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。在对应稀释倍数为106的培养基中,得到以下统计结果。1.甲同学在该浓度下涂布了1个平板,统计的菌落数为230。该同学的统计结果是否真实可靠?为什么?提示 不真实可靠。为增加实验的说服力与准确性,应设置重复实验,在同一稀释度下至少涂布3个平板,统计结果后计算平均值。2.乙同学在该浓度下涂布了3个平板,统计的
27、菌落数分别为21、212、256,该同学将21舍去,然后取平均值。该同学对实验结果的处理是否合理?为什么?提示 不合理。微生物计数时,如果实验中出现重复实验的结果差别很大的情况,应分析实验过程中可能的影响因素,找出差异的原因,而不能简单地将结果舍弃后进行计数。3.某同学在三种稀释度下吸取0.1 mL的菌液涂布平板,统计菌落数,得到以下的数据,试计算1 g样品中的活菌数。菌液稀释度平板1平板2平板3104320360356105212234287106212318提示 105的稀释度下取0.1 mL的菌液涂布的三个平板上的菌落数在30300之间,计算其平均值为(212+234+287)3244。
28、进一步可以换算出1 g样品中的活菌数约为2440.1105=2.44108。归纳提升归纳提升测定微生物数量的方法的比较探究应用探究应用1.用稀释涂布平板法来统计样品中尿素分解菌的数目,为了提高实验结果的可信度,往往要设置对照实验,对于对照组的要求不包括()A.对照组培养基也严格灭菌,且不接种任何微生物B.培养基的量与实验组必须绝对相同C.所用培养基成分及pH大小与实验组完全一致D.对照组和实验组培养基放在相同且适宜的条件下培养答案 B解析 对照组培养基也要严格灭菌,且不接种任何微生物,为空白对照,A项不符合题意;倒平板时对照组培养基用量与实验组不一定绝对相同,B项符合题意;培养基的成分、pH为
29、无关变量,因此对照组所用培养基的成分及pH应与实验组完全一致,C项不符合题意;对照组和实验组的培养基都要置于相同且适宜的条件下培养,以保证单一变量,D项不符合题意。2.用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数,在对应稀释倍数为106的培养基中,下列对该实验的有关叙述,正确的是()A.涂布了3个平板,统计的菌落数分别是210、240和250,取平均值233B.涂布了1个平板,统计的菌落数是230C.设置对照实验的主要目的是排除实验组中测试因素和非测试因素对实验结果的影响,提高实验结果的可信度D.统计某一稀释度的5个平板的菌落数依次为M1、M2、M3、M4、M5,以M3作为该样品菌落数估计值答案
30、 A解析 用稀释涂布平板法测定同一样品中的细菌数时,为了保证结果准确,在每一个稀释度下,至少要涂布3个平板,确定对照组无菌后,选择菌落数在30300的平板进行计数,求其平均值,再通过计算得出土壤样品中的细菌总数,A项正确,B、D两项错误;设置对照实验的主要目的是排除实验组中非测试因素对实验结果的影响,提高实验结果的可信度,C项错误。第三节发酵工程为人类提供多样的生物产品第三节发酵工程为人类提供多样的生物产品一、某些食品、饮料及调味品是运用传统发酵技术生产的1.传统发酵技术2.活动:体验传统发酵利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋 3.活动:体验传统发酵利用乳酸菌发酵制作泡菜 【微思考】 利用醋酸菌
31、进行醋酸发酵时,无论是利用糖源还是乙醇,都需要氧气这一重要条件,请说明原因。提示 醋酸菌是好氧菌,在生活过程中始终需要氧气,如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。自我检测1.生活中的一些食品、饮料及调味品是经过微生物发酵后制成的。判断下列有关传统发酵技术描述的正误。(1)传统发酵技术中所用到的酵母菌、乳酸菌和醋酸菌中,属于真核生物的是酵母菌,能进行需氧呼吸的是醋酸菌。()(2)乳酸菌是一类细菌的统称,包括植物乳杆菌、短乳杆菌等,在有氧条件下,可以将葡萄糖分解成乳酸,常用于乳制品的发酵、泡菜的制作等。()(3)醋酸菌属于异养需氧型细菌,在氧气、糖源充足时,能将糖分解成水和CO2,缺氧时能将糖分解成醋
32、酸、水和CO2。()(4)在泡菜制作过程中,向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水,其目的是创造无氧环境,以利于醋酸菌进行无氧发酵。()(5)在泡菜制作过程中,为了防止杂菌污染,可以向发酵坛中加入少量的抗生素。()2.下列有关酵母菌和醋酸菌的叙述,错误的是()A.两者均可进行需氧呼吸B.在无氧条件下,酵母菌可以产生乙醇,醋酸菌则不能产生醋酸C.两者都是异养生物,生存都离不开葡萄糖D.醋酸菌可以用酵母菌的某种代谢产物为原料来合成醋酸答案 C解析 醋酸菌是好氧菌,在氧气充足的环境中才能完成其正常的生命现象;酵母菌属于兼性厌氧型微生物,在有氧和无氧环境中都能生存,A、B两项正确。醋酸菌在缺少糖源时,能以乙醇为
33、原料合成醋酸,而酵母菌在无氧环境中能产生乙醇,C项错误,D项正确。二、发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品自我检测1.微生物发酵是一个复杂的过程,现代发酵工业发展迅猛。判断下列有关发酵工业描述的正误。(1)环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢产物的形成。()(2)将菌种扩大培养是发酵工业的前提条件。()(3)发酵工程中所用的都是单一菌种,一旦有杂菌污染,可能导致产量大大下降。()(4)现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种,以提高生产效率。() 2.发酵工程基本环节主要包括:获得产品、扩大培养、分离提纯产物、灭菌、配制培养基、发酵罐内发酵、菌种
34、选育、接种。正确的顺序是()答案 C 三、发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值 自我检测1.发酵工程在食品工业、医药工业、冶金工业、农业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用。判断下列有关发酵工程应用描述的正误。(1)发酵工程生产条件温和,原料来源丰富,但废弃物对环境污染很大,不易处理。()(2)目前的酶制剂全部是微生物发酵生产的。()(3)借助基因工程,通过发酵生产的生长激素释放抑制激素,解决了传统生产方式受制于原料限制的问题,使其价格大大降低,可以大量生产和使用。()(4)发酵工程在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面作出了越来越大的贡献。() 2.下列关于发酵工程应用的叙
35、述,错误的是()A.生产传统发酵产品,如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油B.生产各种各样的食品添加剂,可以改善食品的口味,但不能增加食品的营养C.生产食品酸度调节剂,如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得D.生产酶制剂,少数酶制剂由动植物生产,绝大多数通过发酵工程生产答案 B探究点一探究点一果酒、果醋的制作果酒、果醋的制作结合下列流程图思考回答问题。1.制作果酒、果醋过程中利用的微生物分别是什么?其代谢类型分别是什么?提示 制作果酒:酵母菌,兼性厌氧型;制作果醋:醋酸菌,需氧型。2.以上微生物如何产生果酒、果醋?提示 酵母菌在无氧条件下,通过厌氧呼吸,将葡萄糖氧化为乙醇和二氧化碳;醋酸菌在有氧条件下,将
36、乙醇氧化为醋酸。3.制作果酒时,哪些措施保证了无氧条件?提示 用凡士林密封吸管与小洞的连接处;吸管的长臂插入水中阻止氧气进入;等等。4.制作果酒时,放入瓶中的葡萄体积为什么不要超过矿泉水瓶体积的1/2?提示 一是提供部分氧气促进酵母菌的需氧呼吸,进而促进酵母菌的大量繁殖,提供更多的菌种;二是发酵过程中会产生气泡,便于气体的排出。5.制作果醋时,为什么要给发酵好的果酒通入空气?提示 将空气通入果酒时,空气中的醋酸菌进入发酵液,在有氧条件下将乙醇氧化成醋酸,进而制作果醋。特别提醒 制作果酒、果醋的注意事项(1)果酒发酵过程中产生的部分CO2会溶于发酵液而使发酵液的pH下降。(2)由于果酒发酵旺盛期
37、CO2产生量大,因此需及时排气,以防止发酵瓶爆裂。(3)在缺氧、呈酸性的发酵液中,酵母菌可以生长繁殖,而绝大多数其他微生物因无法适应这一环境而受到抑制。(4)乙醇与酸性条件下的重铬酸钾反应形成灰绿色,可对乙醇进行检测;闻味(出现酸味)可判断是否产生醋酸。(5)当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄中的糖分解成醋酸;当缺少糖源时,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为醋酸。探究应用探究应用下列关于果酒和果醋制作原理的叙述,正确的是()A.果酒和果醋制作分别需要醋酸菌和酵母菌B.制作果酒或果醋,都需要不断充入氧气C.果酒和果醋制作过程中一定都有气体产生D.酵母菌和醋酸菌都可以利用糖源进行发酵答案 D解析
38、果酒制作需要的菌种是酵母菌,果醋制作需要的菌种是醋酸菌,A项错误;由于酵母菌要在无氧条件下才能够产生乙醇,所以在乙醇发酵阶段不能充入氧气,B项错误;酵母菌在发酵过程中始终有CO2产生,而醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸的发酵过程中无气体产生,C项错误;酵母菌可以通过厌氧呼吸将葡萄糖转化成乙醇,醋酸菌可以在氧气和糖源都充足的条件下将葡萄糖转化成醋酸,D项正确。探究点二探究点二泡菜的制作泡菜的制作图甲为制作泡菜的过程,图乙为制作泡菜过程中亚硝酸盐的含量变化情况。请据图思考回答问题。甲 乙 1.制作泡菜时,为什么要使用冷开水?提示 冷开水是煮沸后冷却的水。煮沸有两大作用,一是除去水中的氧气,二是杀
39、灭水中的微生物。冷却是为了防止水温度过高杀死蔬菜表面的乳酸菌。2.在泡菜腌制过程中,泡菜坛中冒出气体说明什么?提示 蔬菜上存在酵母菌,气泡是酵母菌等微生物进行细胞呼吸产生CO2形成的。3.在腌制过程中,要随时将泡菜坛盖加满水的目的是什么?提示 乳酸发酵需在无氧条件下进行,加满水可以防止外界空气进入。4.据图乙分析,泡菜在什么时间食用比较合适?为什么?提示 11 d以后,此时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平。归纳提升归纳提升泡菜发酵过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化项目 乳酸菌乳酸亚硝酸盐初期少(有氧气,乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)中期 最多(乳酸抑制其他菌活动) 增多,pH
40、下降下降(硝酸盐还原菌受抑制,部分亚硝酸盐被分解)后期减少(乳酸继续积累,pH继续下降,抑制自身活动)继续增多,pH继续下降下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)探究应用探究应用1.在制作泡菜的过程中,下列叙述不正确的是()A.用盐和冷开水配制成10%的盐水B.盐水没过蔬菜,基本装满泡菜坛C.腌制过程中,要注意控制腌制的时间、温度和食盐用量D.在坛盖边沿的水槽中要注满水,以保证坛内的无氧环境答案 A解析 在制作泡菜的过程中,用盐和冷开水配制成6%的盐水,A项错误;盐水没过蔬菜,基本装满泡菜坛,B项正确;腌制过程中,要注意控制时间、温度和食盐用量,防止杂菌的大量繁殖和亚硝酸盐含量过高,C项正确
41、;乳酸菌在无氧条件下,将葡萄糖分解成乳酸,在坛盖边沿的水槽中要注满水,以保证坛内的无氧环境,D项正确。2.回答下列有关泡菜制作的问题。(1)制作泡菜时,所用水要煮沸,其目的是。为了缩短制作时间,有人还会在盐水中加入少量陈泡菜液,加入陈泡菜液的目的是。 (2)泡菜制作过程中,乳酸发酵过程即乳酸菌进行的过程。该过程发生在乳酸菌的中。 (3)泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素有、和等。 (4)从开始制作到泡菜质量最佳这段时间内,泡菜液逐渐变酸,这段时间内泡菜坛中乳酸菌和其他杂菌的消长规律是,原因是。 答案 (1)杀灭水中的微生物并除去水中氧气增加乳酸菌的数量(2)厌氧呼吸细胞质基质(3)温度腌制时
42、间食盐用量(4)乳酸菌数量增多,杂菌数量减少乳酸菌比杂菌更耐酸解析 (1)制作泡菜时需要先形成无菌环境,所用水需煮沸,以杀灭水中的微生物并除去水中氧气。想要缩短制作时间,应该缩短菌株的生长时间,陈泡菜液中含有一定量的乳酸菌,加入陈泡菜液可以使菌体数量扩增速度加快。(2)乳酸菌进行厌氧呼吸产生乳酸,该过程只能在细胞质基质中进行。(3)温度过高、腌制时间过短、食盐用量不足等,容易造成杂菌大量繁殖,亚硝酸盐含量增加。(4)从开始制作到泡菜品质最佳这段时间内,氧气浓度逐渐降低,泡菜液逐渐变酸,不适宜杂菌生长,而适宜乳酸菌生长,因此乳酸菌数量增加,其他杂菌数量减少。探究点三探究点三发酵工程的基本环节和影
43、响因素发酵工程的基本环节和影响因素随着微生物生理学、生物化学研究的深入,整个微生物发酵工业得到了迅猛的发展。请根据发酵工程的基本环节和发酵罐的结构,思考回答下列问题。发酵罐示意图 1.选育高产、优质的菌种是发酵工业的前提条件。选择发酵工业所使用的菌种时需要满足哪些条件?提示 (1)选择高产的菌种,使菌种的发酵产物中,需要的产物多,不需要的产物少;(2)培养基来源充足且廉价,被转化的效率高;(3)菌种发酵产物易于分离;(4)菌种对环境没有明显或潜在的危害;(5)菌种的遗传特性和生产能力稳定。2.为什么要对发酵过程进行控制?主要在哪些方面进行调控?提示 因为环境不同,同种微生物的代谢产物可能不同。
44、pH、氧气、温度等。3.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么?提示 不能。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境造成污染。归纳提升归纳提升发酵工程的影响因素及相应的调节和控制方法(1)温度微生物分解有机物释放的能量,一部分用于合成ATP,另一部分散发到培养基中时,会引起发酵温度升高;机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。调节和控制培养液温度的方法:用冷却水进行温度的调节。(2)pHpH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。如当谷氨酸
45、棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时,培养液的pH就会下降;而碱性物质的生成则会导致培养液的pH上升。调节和控制培养液pH的方法:在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸或碱。(3)溶解氧对于需氧型微生物,发酵过程要保证充足的溶解氧;对于厌氧型微生物,要保证严格的无氧环境。调节和控制溶解氧的方法:利用发酵罐的通气口控制氧气的量。探究应用探究应用1.下列关于发酵工程基本环节的叙述,正确的是()A.需要根据确定的菌种选择合适的原料配制培养基,且一般需要反复试验B.需要对培养基和发酵设备进行消毒,以防止因杂菌污染导致产量下降C.选育出的菌种可以直接接种,也可以先进行扩大培养后再进行接种D.计算机控制系
46、统可以通过正反馈机制,使发酵罐内的发酵全过程处于最佳状态答案 A解析 需要根据确定的菌种选择合适的原料配制培养基,且一般需要反复试验,A项正确;需要对培养基和发酵设备进行灭菌,以防止因杂菌污染导致产量下降,B项错误;选育出的菌种不能直接接种,要先进行扩大培养后再进行接种,C项错误;计算机控制系统可以通过负反馈机制,使发酵罐内的发酵全过程处于最佳状态,D项错误。2.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述错误的是()A.夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理B.乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的进气量不宜太大C.正常发酵过程中,罐内的压力不会低于大气压D.可以通过监测发酵
47、过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵答案 B解析 果酒发酵的适宜温度为25 左右,因此夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理,A项正确;乙醇是酵母菌厌氧呼吸的产物,因此发酵过程中不需要通入空气,B项错误;酵母菌厌氧呼吸产生了二氧化碳,但是没有消耗氧气,因此发酵罐中的气压不会低于大气压,C项正确;葡萄酒发酵的原料是糖类,因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵,D项正确。探究点四探究点四发酵工程应用发酵工程应用发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域,在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上,作出了越来越大的贡献。请思考回答以下问题。1.发酵工程在许多领域得到了广泛的应用,
48、它的优势体现在什么地方?提示 发酵工程具有生产条件温和、原料丰富且价格低廉、废弃物对环境影响小且容易处理等特点。2.利用微生物将纤维素发酵产生乙醇,和汽油按一定比例混合后形成乙醇汽油,请描述一下乙醇汽油的优点。提示 乙醇可通过粮食发酵制得,是可再生能源,推广使用乙醇汽油可以节省石油资源;乙醇燃烧生成二氧化碳和水,能减少汽车尾气的污染等。3.请列举说明发酵工程在其他行业中的应用。提示 在农业生产中,可以利用农作物废弃物生产食用菌,利用菌糠生产有机肥或部分替代动物饲料等;在植物保护方面,应用微生物产生的抗生素来生产生物农药,治理病虫害;等等。特别提醒 发酵工程生产的相关产品及所用的微生物 探究应用
49、探究应用1.啤酒的工厂化生产主要包括以下流程:发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止。下列有关糖浆蒸煮的叙述,错误的是()A.蒸煮可以终止淀粉酶的进一步作用B.蒸煮可以起到对糖浆灭菌的作用C.蒸煮是通过高温使蛋白质变性的原理起作用的D.蒸煮后应立即加入酵母菌进行乙醇发酵答案 D解析 蒸煮后糖浆温度很高,应待其冷却后,再加入菌种进行发酵,否则高温会引起酵母菌死亡。2.下列对发酵工程应用的描述,错误的是()A.微生物肥料利用了微生物在发酵过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的C.微生物饲料主要利用的是微生物菌体D.以谷物或水果等为原料,利用醋酸杆菌发酵生产各种酒类答案 D解析 以谷物或水果等为原料,利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。
