专题七 生物技术与工程
第1讲 发酵工程
聚焦新课标：概念3发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品；3.1获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础；3.2发酵工程为人类提供多样的生物产品。
基础自查·明晰考位
纵引横连——建网络
提醒：特设长句作答题，训练文字表达能力
边角扫描——全面清
提醒：判断正误并找到课本原话
1．发酵的实质是将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。(选择性必修3 P5正文)( )
2．乳酸菌是厌氧细菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。(选择性必修3 P5正文与反应简式)( )
3．葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是突变型酵母菌。(选择性必修3 P7“探究·实践”)( )
4．只要O2充足醋酸发酵的产物是一样的。(选择性必修3 P7正文与反应简式)( )
5．培养基只能用以培养、分离、鉴定、保存微生物。(选择性必修3 P9正文)( )
6．培养乳酸菌的营养物质只需水、碳源、氮源和无机盐。(选择性必修3 P10正文)( )
7．在高压蒸汽灭菌锅内进行的灭菌属于湿热灭菌。(选择性必修3 P11“资料卡”)( )
8．由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为培养物。(选择性必修3 P11正文)( )
9．平板划线时要注意将最后一次的划线与第一次的划线相连。(选择性必修3 P13“探究·实践”)( )
10．利用显微镜直接计数法统计的细菌数量便是活菌的数量。(选择性必修3 P18正文)( )
11．细菌计数板与血细胞计数板的计数原理不同。(选择性必修3 P18“相关信息”)( )
12．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。(选择性必修3 P22正文)( )
13．发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。(选择性必修3 P28“概念检测”)( )
考点梳理·整合突破
整合考点20 微生物的培养技术及应用、传统发酵技术的应用和发酵工程及其应用
任务驱动
任务1 图解识记微生物的培养、分离与计数
任务2 图解完善培养基制备与微生物纯化技术
【特别提醒】
①为了确定培养基的灭菌是否合格，微生物实验一般会设置空白对照：随机取若干灭菌后的空白平板培养基在适宜条件下培养一段时间，观察培养基上是否有菌落生成。
②观察菌落需用固体培养基，因此培养基要添加凝固剂，如琼脂。
③倒平板的温度一般在50 ℃左右适宜，温度过高会烫手，温度过低培养基又会凝固。
任务3 完善微生物分离与计数的实例
任务4 理清选择培养基的“4”种制作方法
任务5 正确理解发酵与传统发酵技术
(1)发酵的概念
发酵是人们利用________，在适宜的条件下，将原料通过____________________转化为人类所需要的产物的过程。
(2)传统发酵技术
任务6 理清“3”种传统发酵食品的制作技术
任务7 认清泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
【特别提醒】
亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。
任务8 掌握发酵工程及其应用
(1)发酵工程基本环节
(2)对发酵工程中心环节的分析
(3)发酵工程的特点
(4)发酵工程的应用
①在食品工业上的应用
a．生产传统的发酵产品。
b．生产各种各样的____________。
c．生产________。
②在医药工业上的应用
a．获得具有________生产能力的微生物。
b．直接对________进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
c．利用基因工程，将病原体的________________基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。
③在农牧业上的应用：生产微生物____________________
④其他方面的应用
a．利用纤维废料发酵生产____________等能源物质。
b．极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产________、嗜低温菌有助于提高________________的产量。
过程评价
评价1 依托真题归类比较再体验，明考向
1.[2023·山东卷]以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是( )
A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死
B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌
C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入
D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低
2．[2023·浙江6月]阅读下列材料，完成下面小题。
小曲白酒清香纯正，以大米、大麦、小麦等为原料，以小曲为发酵剂酿造而成。小曲中所含的微生物主要有好氧型微生物霉菌、兼性厌氧型微生物酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等细菌。酿酒的原理主要是酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖发酵产生酒精。传统酿造工艺流程如图所示。
(1)小曲白酒的酿造过程中，酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸。关于酵母菌的呼吸作用，下列叙述正确的是( )
A．有氧呼吸产生的[H]与O2结合，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合
B．有氧呼吸在线粒体中进行，无氧呼吸在细胞质基质中进行
C．有氧呼吸有热能的释放，无氧呼吸没有热能的释放
D．有氧呼吸需要酶催化，无氧呼吸不需要酶催化
(2)关于小曲白酒的酿造过程，下列叙述错误的是( )
A．糖化主要是利用霉菌将淀粉水解为葡萄糖
B．发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测
C．若酿造过程中酒变酸，则发酵坛密封可能不严
D．蒸熟并摊晾的原料加入糟醅，立即密封可高效进行酒精发酵
3．[2023·山东卷]平板接种常用在微生物培养中。下列说法正确的是( )
A．不含氮源的平板不能用于微生物培养
B．平板涂布时涂布器使用前必须进行消毒
C．接种后未长出菌落的培养基可以直接丢弃
D．利用以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物
4．[2023·广东卷]研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断，下列最可能筛选到目标菌的条件组合是( )
A．a点时取样、尿素氮源培养基
B．b点时取样、角蛋白氮源培养基
C．b点时取样、蛋白胨氮源培养基
D．c点时取样、角蛋白氮源培养基
5．[2023·浙江1月]同学想从泡菜汁中筛选耐高盐乳酸菌，进行了如下实验：取泡菜汁样品，划线接种于一定NaCl浓度梯度的培养基，经培养得到了单菌落。下列叙述正确的是( )
A．培养基pH需偏碱性
B．泡菜汁需多次稀释后才能划线接种
C．需在无氧条件下培养
D．分离得到的微生物均为乳酸菌
6．[2023·山东卷](不定项)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点有( )
A．都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理
B．都需要一定的有氧环境供发酵菌种繁殖
C．发酵前都需要对原料进行灭菌
D．发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期
评价2 依托教材专练长句表述，提考能
7.(选择性必修3 P6“探究·实践”拓展)乳酸菌是厌氧菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。
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8．(选择性必修3 P7“探究·实践”)在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
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9．(选择性必修3 P10“旁栏思考题”)为什么培养基需要氮源？
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10．(选择性必修3 P16“思考·讨论”)
(1)如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计？
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(2)该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？
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11．(选择性必修3 P23“思考·讨论”节选)
(1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？
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(2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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12．(选择性必修3 P20“拓展应用2”拓展)在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌的原因是什么？
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评价3 依托真题归类比较再探究，强素养
13.[2023·北京卷]自然界中不同微生物之间存在着复杂的相互作用。有些细菌具有溶菌特性，能够破坏其他细菌的结构使细胞内容物释出。科学家试图从某湖泊水样中分离出有溶菌特性的细菌。
(1)用于分离细菌的固体培养基包含水、葡萄糖、蛋白胨和琼脂等成分，其中蛋白胨主要为细菌提供____________和维生素等。
(2)A菌通常被用做溶菌对象。研究者将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊(如图)，表明____________。
(3)为分离出具有溶菌作用的细菌，需要合适的菌落密度，因此应将含菌量较高的湖泊水样____________后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现____________。采用这种方法，研究者分离、培养并鉴定出P菌。
(4)为探究P菌溶解破坏A菌的方式，请提出一个假设，该假设能用以下材料和设备加以验证(主要实验材料和设备：P菌、A菌、培养基、圆形滤纸小片、离心机和细菌培养箱)____________________________。
14．[2023·湖南卷]某些植物根际促生菌具有生物固氮、分解淀粉和抑制病原菌等作用。回答下列问题：
(1)若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌，培养基的主要营养物质包括水和______________。
(2)现从植物根际土壤中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌H，其产生的抗菌肽抑菌效果见表。据表推测该抗菌肽对______________的抑制效果较好，若要确定其有抑菌效果的最低浓度，需在________ μg·mL－1浓度区间进一步实验。
测试菌 抗菌肽浓度/(μg·mL－1)
55.20 27.60 13.80 6.90 3.45 1.73 0.86
金黄色葡萄球菌 － － － － － ＋ ＋
枯草芽孢杆菌 － － － － － ＋ ＋
禾谷镰孢菌 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
假丝酵母 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
注：“＋”表示长菌，“－”表示未长菌。
(3)研究人员利用解淀粉芽孢杆菌H的淀粉酶编码基因M构建高效表达质粒载体，转入大肠杆菌成功构建基因工程菌A。在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中，传代多次后，生产条件未变，但某子代菌株不再产生淀粉酶M。分析可能的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
(4)研究人员通过肺上皮干细胞诱导生成肺类器官，可自组装或与成熟细胞组装成肺类装配体，如图所示。肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、渗透压、pH以及________________________________________________________(答出两点)等基本条件。肺类装配体形成过程中是否运用了动物细胞融合技术________(填“是”或“否”)。
(5)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种耐药菌，严重危害人类健康。科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型，来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。以下实验材料中必备的是__________________________。
①金黄色葡萄球菌感染的肺类装配体 ②MRSA感染的肺类装配体 ③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽 ④生理盐水 ⑤青霉素(抗金黄色葡萄球菌的药物) ⑥万古霉素(抗MRSA的药物)
模拟预测·题组集训
题组预测一 聚焦微生物的利用
1．[2023·山东德州第一中学三模]桑黄是生物治癌效率最高的药用真菌，人工栽培难度较大，利用发酵罐进行发酵培养具有广阔前景。科研人员研究发现，发酵罐中蔗糖为70 g/L、氯化铵为10 g/L、搅拌转速为150 r/min、28 ℃下发酵120 h，产生的菌丝量最大。下列说法正确的是( )
A.蔗糖、氯化铵分别为桑黄生长提供碳源和氮源
B.控制温度、营养等都可提高桑黄的种间竞争力
C.适当提高搅拌转速可增加培养液溶氧量提高菌丝产量
D.发酵120 h后，因发酵环境改变可导致菌丝量增加
2．[2023·北京东城一模]近年来发酵酸豆奶的营养价值和独特风味已得到消费者的认可。下图是酸豆奶的生产工艺流程，利用大豆与奶粉混合，经乳酸菌发酵制成的酸豆奶，不但具有动、植物蛋白的双重营养，还能有效缓解牛奶资源的匮乏。下列相关分析不合理的是( )
A.在两者混合液中加入适量的葡萄糖有利于发酵的进行
B.巴氏消毒在杀死大部分微生物的同时不破坏营养成分
C.发酵过程早期需密封，后期需不断地通入无菌空气
D.一定范围内，随着发酵时间的增加，酸度会逐渐增加
3．[2023·江苏省百校高三联考]黄粉虫可以吞食、降解塑料，利用黄粉虫肠道微生物对白色污染进行生物降解，是一种绿色环保的处理工艺。下图是从黄粉虫肠道中分离、纯化目的微生物的过程，相关叙述正确的是( )
A.富集培养基中含有酵母膏、蛋白胨、琼脂等，蛋白胨能提供所需的碳源、氮源和维生素
B.分离、纯化目的微生物的选择培养基中需加入PVC塑料膜作为唯一碳源
C.将转接至固体斜面培养基上的不同菌落置于4 ℃的冰箱长期保存
D.与传统填埋、焚烧相比，黄粉虫肠道微生物对白色污染的降解会造成二次污染
4．[2023·江西二模]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是由嗜盐细菌合成的一种胞内聚酯，它具有类似于合成塑料的理化特性，且废弃后易被生物降解，可用于制造无污染的“绿色塑料”。科学家从某咸水湖中寻找生产PHA菌种的流程图如下。
回答下列问题：
(1)若从土壤中寻找生产PHA的菌种，从土壤取样后，在进行步骤②之前需要进行的操作有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)步骤②通常采用________________________进行接种，对接种工具的灭菌方法通常有____________________(写出2种)。步骤③所用的培养基中营养物质浓度越高，对嗜盐细菌的生长反而越不利，原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤④使用固体培养基，其目的是________________________________，要筛选高产PHA的嗜盐菌，应注意的操作是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)为了进一步提高嗜盐菌生产PHA的能力，对分离所得的菌株，采用的育种方法是____________________。
题组预测二 聚焦发酵工程及其应用
5．[2023·江苏南通高三调研]老坛酸菜古称菹，《周礼》中就有其名。北魏的《齐民要术》中更是详细介绍了祖先用白菜(古称菘)等原料腌渍酸菜的多种方法。2022年3·15消费者权益日曝光的“土坑酸菜”由于制作过程中操作不规范导致其中含有的杂质较多，给食品安全留下隐患。下列说法正确的是( )
A.腌制酸菜主要是利用植物体表面天然的醋酸菌在无氧环境中进行发酵
B.腌制的酸菜“咸而不酸”的原因很可能是加入食盐过多，抑制了菌种发酵
C.酸菜要尽快食用，以免腌制发酵时间过长导致亚硝酸盐含量增加
D.“土坑酸菜”发酵过程中可以添加一定量的抗生素抑制杂菌生长，防止其腐败变质
6．[2023·山东潍坊一模]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是某些细菌以蔗糖为原料合成的一种胞内聚酯，具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性。PHA进入海洋后，可以被动物食用，约1～3年完全自然降解。下图为PHA的生产工艺流程，有关分析正确的是( )
A.培养基A需添加蔗糖，为选择培养基
B.菌株M用血细胞计数板进行直接计数
C.发酵罐内不需严格控制温度、pH等条件
D.采用过滤、沉淀的方法得到PHA产品
7．[2023·河南三模]传统的玉米淀粉作为原料生产酒精燃料，虽然是目前较为成熟的技术，但已受到限制。在绿色理念的指导下，对可再生能源的研发已经成为全世界关注的焦点。如图为利用玉米秸秆生产酒精燃料的过程，该技术不仅能节约能源，还能保护环境。回答下列问题：
(1)欲筛选出产纤维素酶的酵母菌，现称取1.0 g某土壤样品，进行梯度稀释，分别取0.1 mL经104倍稀释后的悬液涂布于固体培养基上，一段时间后每个培养基平均长出了25个酵母菌菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌____________个。
(2)筛选出的酵母菌产生的纤维素酶活性较低，研究人员利用基因工程育种得到3株纤维素分解菌株，在37 ℃条件下进行玉米秸秆降解实验，结果如表所示。纤维素酶活性最高的是菌株________，理由是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
菌株 秸秆总重(g) 秸秆残重(g) 秸秆失重(%) 纤维素降解率(%)
A 1.00 0.75 25.00 17.24
B 1.00 0.79 21.00 15.93
C 1.00 0.68 32.00 25.28
(3)以玉米秸秆为发酵底物时，将秸秆进行粉碎、蒸煮的目的是________________________________________________。发酵温度一般控制在18～30 ℃，原因是________________________________________。酒精发酵前期需要通入一定的无菌空气，目的是________________________________________。
(4)在生产酒精燃料过程中，通常不以粮食为发酵底物，原因是________________________________________。料渣可用于制作沼气或肥料，从能量流动的角度分析，其意义是________________________________________。
专题拓展·素养落地20 发酵工程的应用
知识拓展
1.谷氨酸生产
谷氨酸发酵生产菌种都是需氧微生物，需要以生物素为生长因子。这些菌株的斜面培养pH为7.0～7.2的琼脂培养基，32 ℃培养。
糖化是指淀粉转化为谷氨酸生产菌可直接利用的葡萄糖的过程。该过程可采用酸水解和酶水解。味精厂多数采用酸水解工艺。
提取谷氨酸的方法一般有等电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法等，其中应用较为普遍的是等电点法和离子交换法。
2．青霉素生产
最初的点青霉只能产生2 U/mL的青霉素。20世纪70年代前，育种采用诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已达85 000 U/mL以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂，在－70 ℃冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。
最适生长温度(25～26 ℃)和充分通气、搅拌；
发酵过程中pH一般控制在6.4～6.6，发酵温度前期为25～26 ℃，后期为23 ℃，以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。
1、2、3、5、6－培养；4－基质储备罐；7－发酵罐；8－消沫剂；9－前体；10－冷却罐；11－板片冷却器；12－真空转动滤器；13－培养物滤液贮放罐；14－第一次抽提；15－中间容器；16－第二次抽提；17－第三次抽提；18－脱水器；19－沉淀罐；20－抽滤器；21－溶剂回收；22－青霉素的干燥及进一步提纯
专项提升
1.[2021·辽宁卷]利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是( )
A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖
B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖
C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同
D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
2．[2023·山东济宁二模]青霉素是人类发现的第一种抗生素，其工业化生产流程如图所示。下列叙述错误的是( )
A．青霉素具有杀菌作用，不需对发酵罐进行灭菌
B．过程③中需从下方的充气口通入无菌空气以提高溶解氧
C．过程⑤常用的方法是过滤和沉淀，分离出的菌种还能再使用
D．发酵过程中温度、pH、溶解氧可能发生变化，需及时调整或补充
3．[2023·江苏省南通市高三调研]柠檬酸广泛应用于食品、医疗和化工领域，具有重要的商业价值。以玉米粉为原料，利用黑曲霉有氧发酵生产柠檬酸的基本流程如图所示。下列分析错误的是( )
A．玉米清液可以为黑曲霉提供碳源和能源
B．发酵前将黑曲霉孢子接种到种子培养基进行扩大培养
C．发酵培养基和种子培养基灭菌后加入到发酵罐内发酵
D．需严格控制发酵罐内的温度、溶解氧和pH等条件
专题七 生物技术与工程
第1讲 发酵工程
纵引横连——建网络
①水、碳源、氮源、无机盐 ②消毒和灭菌 ③平板划线法和稀释涂布平板法 ④选择培养基 ⑤稀释涂布平板法和显微镜直接计数法 ⑥混合菌种 ⑦毛霉 ⑧乳酸菌 ⑨醋酸菌 ⑩选育菌种 灭菌 接种 发酵罐内发酵
边角扫描——全面清
1．√ 2.× 3.× 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.× 9.× 10.× 11.× 12.× 13.×
整合考点20
任务驱动
任务1 ①平板划线法 ②紫外线 ③碳源 ④氮源 ⑤湿热灭菌 ⑥稀释涂布平板法
任务2 称量 灭菌 接种环 梯度稀释
任务3 酚红 变红
任务5 (1)微生物 微生物的代谢 (2)固体 半固体 有氧或无氧
任务8 (1)诱变育种 基因工程育种 菌种 培养基 发酵设备 微生物数量 产物浓度 营养成分 过滤、沉淀 产物的性质 (3)温和 丰富 低廉 专一 污染小 容易处理 (4)食品添加剂 酶制剂 某种药物 菌种 某个或某几个抗原 肥料、农药和饲料 酒精、乙烯 洗涤剂 热敏性产品
过程评价
1．解析：①沸盐水冷却后再倒入坛中，是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A错误；②盐水需要浸没全部菜料，造成无氧环境，有利于乳酸菌无氧呼吸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，是排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量时，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。
答案：C
2．解析：(1)有氧呼吸产生的[H]在第三阶段与O2结合生成水，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合，A正确；有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二和第三阶段分别在线粒体基质和线粒体内膜上进行，无氧呼吸的两个阶段都在细胞质基质中进行，B错误；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸过程中释放的能量均大多以热能散失，但无氧呼吸是不彻底的氧化分解过程，大部分能量存留在酒精中，C错误；有氧呼吸和无氧呼吸过程都需要酶的催化，只是酶的种类不完全相同，D错误。
(2)由于酿酒酵母不能直接利用淀粉发酵产生酒精(乙醇)，故糖化过程主要是利用霉菌分泌的淀粉酶将淀粉分解为葡萄糖，以供发酵利用，A正确；发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测，若存在酒精，则酒精与酸性的重铬酸钾反应呈灰绿色，B正确；酿造过程中应在无氧条件下进行，若密封不严，会导致醋酸菌在有氧条件下发酵产生醋酸而使酒变酸，C正确；蒸熟并摊晾的原料需要冷却后才可加入糟醅，以免杀死菌种，且需要在有氧条件下培养一段时间，让酵母菌大量繁殖，此后再密封进行酒精发酵，D错误。
答案：(1)A (2)D
3．解析：不含氮源的平板可用于固氮菌的培养，A错误；平板涂布时涂布器使用前必须浸在酒精中，然后在火焰上灼烧灭菌，这种操作属于灭菌，不属于消毒，B错误；使用后的培养基即使未长出菌落也要在丢弃前进行灭菌处理，不能直接丢弃，以免污染环境，C错误；脲酶可以催化尿素分解，在以尿素为唯一氮源的平板上，能合成脲酶的微生物可以分解尿素获得氮源而进行生长繁殖，但是不能合成脲酶的微生物因缺乏氮源而无法生长，因此以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物，D正确。
答案：D
4．解析：研究目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌，因此既要耐高温，又要能够高效降解角蛋白，所以在c点取样，并且用角蛋白氮源培养基进行选择培养，所以D正确，A、B、C错误。
答案：D
5．解析：因为乳酸菌经过无氧呼吸产生乳酸，故其生活的环境是酸性，培养基pH需偏酸性，A错误；平板划线接种时不需要稀释，B错误；乳酸菌是厌氧型微生物，所以需在无氧条件下培养，C正确；参与泡菜发酵的微生物有乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等，所以分离得到的微生物除了乳酸菌，还会有其他耐高盐的微生物，D错误。
答案：C
6．解析：二者均利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理，A正确；发酵前期，均需要一定的有氧环境，使酵母菌大量繁殖，B正确；果酒的家庭制作不需对原料进行灭菌，C错误；果酒的家庭制作发酵结束后不需要进行消毒，D错误。
答案：AB
7．答案：①选择气密性好的泡菜坛。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，盐水没过全部菜料。④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。
8．答案：制作果酒的过程中，除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长。它们会在酒精发酵中污染发酵液。避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁后，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。
9．答案：微生物细胞内有蛋白质、核酸、磷脂等多种含氮的营养物质或代谢产物，培养基中的氮源可以作为合成这些营养物质及代谢产物的原料。
10．答案：(1)设计一种选择培养基，用尿素作为唯一氮源，可以将分解尿素的细菌分离出来。
(2)这种培养基与普通培养基相比，只是用尿素作为唯一氮源，培养基的其他营养成分基本相同。
11．答案：(1)在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高，发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。
(2)要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养成分。
12．答案：由于生物与环境的相互依存关系，在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对较高，从这种土样中获得目的微生物的概率高于普通环境。
13．解析：(1)蛋白胨主要为细菌提供氮源、碳源和维生素等。(2)将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊，表明A菌能在培养平板中生长繁殖。(3)将含菌量较高的湖泊水样稀释后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现溶菌圈。(4)根据提供的实验材料和设备，圆形滤纸小片可用于吸收某种物质，离心机可用于分离菌体和细菌分泌物，为探究P菌溶解破坏A菌的方式，可假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂。
答案：(1)氮源、碳源
(2)A菌能在培养平板中生长繁殖
(3)稀释 溶菌圈
(4)假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂
14．解析：(1)由题意可知，根际促生菌具有固氮作用，因此用于筛选根际促生菌的培养基的主要营养物质包括水、无机盐和碳源。(2)由题表可知，在抗菌肽浓度为3.45～55.20 μg·mL－1范围内，金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌均不能生长，表明该抗菌肽对它们的抑菌效果较好。因为抗菌肽的浓度为1.73 μg·mL－1时，它们均能生长，所以要确定抗菌肽抑菌效果的最低浓度，应在1.73～3.45 μg·mL－1的浓度区间进一步实验。(3)A菌株在传代过程中，淀粉酶编码基因M可能发生突变导致其不能产生淀粉酶M；或者在遗传过程中能产生淀粉酶M的个体产生后代时发生性状分离。(4)动物细胞培养的条件除需要适宜的营养、温度、渗透压、pH外，还需要无菌、无毒环境以及含95%空气和5%CO2的气体环境。肺类装配体形成过程中涉及不同类型的细胞，但仅是将不同类型细胞组装起来，而非使不同类型的细胞融合。(5)实验的目的是探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。因此自变量为是否使用解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽，因变量为MRSA引起的肺炎的症状是否缓解。所以实验组用解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽处理，实验对象为MRSA感染的肺炎装配体，另外用万古霉素(抗MRSA的药物)来检测解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽的抗菌效果。因此所选实验材料有②③⑥。
答案：(1)无机盐、碳源
(2)金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌 1.73～3.45
(3)淀粉酶编码基因M发生突变；能产生淀粉酶M的个体产生后代时发生性状分离
(4)无菌、无毒环境，含95%空气和5% CO2的气体环境 否
(5)②③⑥
模拟预测·题组集训
1．解析：蔗糖为糖类为桑黄生长提供碳源，氯化铵含有N元素为桑黄生长提供氮源，A正确；发酵工程中只有单一物种桑黄，因此不存在种间竞争力的影响，B错误；匀速搅拌主要能使发酵液中的营养物质分布均匀，进而提高发酵效率，C错误；发酵120 h后，发酵环境内营养物质减少，代谢产物增加等改变可导致菌丝量下降，D错误。
答案：A
2．解析：乳酸菌可以利用葡萄糖进行乳酸发酵，因此在两者混合液中加入适量的葡萄糖有利于发酵的进行，A正确；巴氏消毒的消毒温度较低，时间较短，能在杀死大部分微生物的同时不破坏营养成分，B正确；乳酸菌为厌氧菌，发酵过程中需密封，不需要通入无菌空气，C错误；一定范围内，随着发酵时间的增加，乳酸含量增加，因此酸度会逐渐增加，D正确。
答案：C
3．解析：富集培养基为液体培养基，不应含有琼脂，A错误；分离、纯化能降解PVC塑料膜的微生物的选择培养基中需加入PVC塑料膜作为唯一碳源，B正确；转接至固体斜面培养基上的不同菌落置于4 ℃的冰箱临时保存，对于需要长期保存的菌种，可用甘油管藏的方法，C错误；如果对白色污染进行传统填埋、焚烧容易造成二次污染，黄粉虫肠道微生物对白色污染的降解不会造成二次污染，D错误。
答案：B
4．解析：(1)若从土壤中寻找生产PHA的菌种，从土壤取样后，在进行步骤②之前需要制备土壤浸出液并进行(梯度)稀释。(2)步骤②通常采用稀释涂布平板法进行接种，该接种方法中接种工具是涂布器，其灭菌的方法是灼烧灭菌、干热灭菌。步骤③所用的培养基中营养物质浓度越高，对嗜盐细菌的生长反而越不利，这是因为培养基浓度过高，会导致菌体失水死亡，不利于嗜盐细菌的生长，从而导致实验失败。(3)步骤④使用固体培养基，因为在固体培养基上才能获得菌落，便于鉴定，因而这样操作可获得单菌落并纯化菌株，要筛选高产PHA的嗜盐菌，还应进行的操作是挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌培养液中PHA含量，最后进行比较，选择出培养液中PHA含量最低的菌株作为目的菌。(4)为了进一步提高嗜盐菌生产PHA能力，对分离所得的菌株，采用诱变育种的方法获得高分解能力的菌株，因为诱变能够提高突变频率，进而可从中筛选出目标类型。
答案：(1)制备土壤浸出液并进行(梯度)稀释
(2)稀释涂布平板法 灼烧灭菌、干热灭菌 培养基浓度过高，会导致菌体失水死亡，不利于嗜盐细菌的生长
(3)以便获得单菌落并纯化菌株 应挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌的PHA含量，最后进行比较
(4)诱变育种
5．解析：制作酸菜所用微生物是乳酸菌，其代谢类型是异养厌氧型，在无氧条件下，分解葡萄糖产生乳酸，A错误；“咸而不酸”的原因为加盐过多，使乳酸菌生长的环境溶液浓度过高，使乳酸菌失水，抑制了乳酸菌的发酵，B正确；发酵初期，由于硝酸盐还原菌的作用，使亚硝酸盐增加；发酵中期，硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解含量下降；发酵后期，硝酸盐含量下降至相对稳定，通常在腌制泡菜的第10天食用，亚硝酸盐含量较少，C错误；乳酸菌属于细菌，抗生素能够杀死或抑制乳酸菌的生长，D错误。
答案：B
6．解析：由题干信息“聚羟基脂肪酸酯是某些细菌以蔗糖为原料合成的一种胞内聚酯”可知：生产聚羟基脂肪酸酯需要以蔗糖为原料，故培养基中需添加蔗糖，在盐浓度60 g/L，PH为10的培养基中，只有耐盐碱的微生物才能生存，其他微生物因无法适应这一环境而被淘汰，所以该培养基是选择培养基，A正确；血细胞计数板比细菌计数板厚，常用于相对大的真菌等的计数，菌株M属于细菌个体较小，应用细菌计数板进行直接计数，B错误；在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量和产物浓度，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养成分，严格控制温度pH和溶解氧等发酵条件，因为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物的形成，C错误；结合题意可知，PHA是细菌的代谢物，应采用提取、分离、纯化措施来获取产品，D错误。
答案：A
7．解析：(1)称取1.0 g某土壤样品，稀释104倍后，获得细胞密度不同的菌悬液，分别取0.1 mL菌悬液涂布在固体培养基上，计数时应选择菌落在30～300之间的菌落进行计数，一段时间后每个培养基平均长出了25个酵母菌菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌25/0.1×104＝2.5×106个。(2)据表可知，C菌株降解后，秸秆残重最低，纤维素降解率最高，可知纤维素酶活性最高的是C菌株。(3)将秸秆进行粉碎的目的是增大原料的表面积，加快反应速率，蒸煮的主要目的是杀菌，防止杂菌污染；酒精发酵时的菌种是酵母菌，酵母菌生长所需的适宜温度是18～30 ℃，故发酵温度一般控制在18～30 ℃；酒精发酵前期需要通入一定的无菌空气，目的是让酵母菌在有氧条件下大量繁殖。(4)为节约生产成本，降低引发粮食危机的风险，通常不以粮食为发酵底物；料渣可用于制作沼气或肥料，从能量流动的角度分析，这样处理农业废弃物的意义是实现了能量的多级利用，从而提高能量的利用率。
答案：(1)2.5×106
(2)C 接种菌株C后，秸秆残重最小，纤维素降解率也最大
(3)增大原料的表面积，加快反应速率；杀菌，防止杂菌污染 酵母菌生长繁殖所需的适宜温度是18～25 ℃ 让酵母菌在有氧条件下大量繁殖
(4)节约生产成本，降低引发粮食危机的风险 实现了能量的多级利用，从而提高能量的利用率
专题拓展·素养落地
专项提升
1．解析：当缺少糖原时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，同时乙醇还可以抑制杂菌繁殖，A正确；酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸杆菌以二分裂的方式进行增殖，B错误；酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭发酵产乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确；酵母菌适宜温度是18～30 ℃，醋酸杆菌最适温度为30～35 ℃，D正确。
答案：B
2．解析：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，A错误；青霉菌代谢类型属于异养需氧型，在发酵过程中需从下方的充气口通入无菌空气以提高溶解氧，B正确；发酵完成后，菌种常用过滤和沉淀的方法获取，分离出的菌种可以再使用，C正确；发酵过程中温度、pH、溶解氧可能发生变化，需及时调整或补充，使发酵全过程处于最佳状态，D正确。
答案：A
3．解析：玉米清液中含有蛋白质和糖类等物质，故可以为黑曲霉提供碳源和能源，A正确；据图可知，发酵前将黑曲霉孢子接种到种子培养基，目的是进行扩大培养，增加黑曲霉孢子的数量，B正确；种子培养基中有发酵所需的菌种，若进行灭菌处理会杀灭菌种而导致发酵失败，C错误；黑曲霉属于需氧生物，且微生物发酵过程需要适宜条件，所以在发酵罐内发酵需严格控制溶解氧、温度、pH等条件，D正确。
答案：C(共75张PPT)
第1讲 发酵工程
纵引横连——建网络
提醒：特设长句作答题，训练文字表达能力
①水、碳源、氮源、无机盐 ②消毒和灭菌 ③平板划线法和稀释涂布平板法 ④选择培养基 ⑤稀释涂布平板法和显微镜直接计数法 ⑥混合菌种 ⑦毛霉 ⑧乳酸菌 ⑨醋酸菌 ⑩选育菌种 灭菌 接种 发酵罐内发酵
边角扫描——全面清
提醒：判断正误并找到课本原话
1．发酵的实质是将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。(选择性必修3 P5正文)( )
2．乳酸菌是厌氧细菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。(选择性必修3 P5正文与反应简式)( )
3．葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是突变型酵母菌。(选择性必修3 P7“探究·实践”)( )
4．只要O2充足醋酸发酵的产物是一样的。(选择性必修3 P7正文与反应简式)( )
√
×
×
×
5．培养基只能用以培养、分离、鉴定、保存微生物。(选择性必修3 P9正文)( )
6．培养乳酸菌的营养物质只需水、碳源、氮源和无机盐。(选择性必修3 P10正文)( )
7．在高压蒸汽灭菌锅内进行的灭菌属于湿热灭菌。(选择性必修3 P11“资料卡”)( )
8．由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为培养物。(选择性必修3 P11正文)( )
9．平板划线时要注意将最后一次的划线与第一次的划线相连。(选择性必修3 P13“探究·实践”)( )
×
×
√
×
×
10．利用显微镜直接计数法统计的细菌数量便是活菌的数量。(选择性必修3 P18正文)( )
11．细菌计数板与血细胞计数板的计数原理不同。(选择性必修3 P18“相关信息”)( )
12．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。(选择性必修3 P22正文)( )
13．发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。(选择性必修3 P28“概念检测”)( )
×
×
×
×
整合考点20 微生物的培养技术及应用、传统发酵技术的应用和发酵工程及其应用
任务驱动
任务1 图解识记微生物的培养、分离与计数
平板划线法
紫外线
碳源
氮源
湿热灭菌
稀释涂布平板法
任务2 图解完善培养基制备与微生物纯化技术
称量
灭菌
接种环
梯度稀释
【特别提醒】
①为了确定培养基的灭菌是否合格，微生物实验一般会设置空白对照：随机取若干灭菌后的空白平板培养基在适宜条件下培养一段时间，观察培养基上是否有菌落生成。
②观察菌落需用固体培养基，因此培养基要添加凝固剂，如琼脂。
③倒平板的温度一般在50 ℃左右适宜，温度过高会烫手，温度过低培养基又会凝固。
任务3 完善微生物分离与计数的实例
酚红
变红
任务4 理清选择培养基的
“4”种制作方法
任务5 正确理解发酵与传统发酵技术
(1)发酵的概念
发酵是人们利用_______，在适宜的条件下，将原料通过__________转化为人类所需要的产物的过程。
微生物
微生物的代谢
(2)传统发酵技术
固体
半固体
有氧或无氧
任务6 理清“3”种传统发酵食
品的制作技术
任务7 认清泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
【特别提醒】
亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。
任务8 掌握发酵工程及其应用
(1)发酵工程基本环节
诱变育种
基因工程育种
菌种
培养基
发酵设备
微生物数量
产物浓度
营养成分
过滤、沉淀
产物的性质
(2)对发酵工程中心环节的分析
(3)发酵工程的特点
温和
丰富
低廉
专一
污染小
容易处理
(4)发酵工程的应用
①在食品工业上的应用
a．生产传统的发酵产品。
b．生产各种各样的____________。
c．生产________。
②在医药工业上的应用
a．获得具有________生产能力的微生物。
b．直接对________进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
c．利用基因工程，将病原体的________________基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。
食品添加剂
酶制剂
某种药物
菌种
某个或某几个抗原
③在农牧业上的应用：生产微生物________________
④其他方面的应用
a．利用纤维废料发酵生产____________等能源物质。
b．极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产________、嗜低温菌有助于提高__________的产量。
肥料、农药和饲料
酒精、乙烯
洗涤剂
热敏性产品
过程评价
评价1 依托真题归类比较再体验，明考向
1.[2023·山东卷]以下是以泡菜坛为容器制作泡菜时的4个处理：①沸盐水冷却后再倒入坛中；②盐水需要浸没全部菜料；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量。下列说法正确的是( )
A．①主要是为了防止菜料表面的醋酸杆菌被杀死
B．②的主要目的是用盐水杀死菜料表面的杂菌
C．③是为了使气体只能从泡菜坛排出而不能进入
D．④可检测到完整发酵过程中亚硝酸盐含量逐渐降低
答案：C
解析：①沸盐水冷却后再倒入坛中，是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响，A错误；②盐水需要浸没全部菜料，造成无氧环境，有利于乳酸菌无氧呼吸，B错误；③盖好坛盖后，向坛盖边沿的水槽中注满水，是排气减压、隔绝空气、防止杂菌污染等，C正确；④检测泡菜中亚硝酸盐的含量时，腌制泡菜过程中亚硝酸盐的含量先增多后减少，D错误。
2．[2023·浙江6月]阅读下列材料，完成下面小题。
小曲白酒清香纯正，以大米、大麦、小麦等为原料，以小曲为发酵剂酿造而成。小曲中所含的微生物主要有好氧型微生物霉菌、兼性厌氧型微生物酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等细菌。酿酒的原理主要是酵母菌在无氧条件下利用葡萄糖发酵产生酒精。传统酿造工艺流程如图所示。
(1)小曲白酒的酿造过程中，酵母菌进行了有氧呼吸和无氧呼吸。关于酵母菌的呼吸作用，下列叙述正确的是( )
A．有氧呼吸产生的[H]与O2结合，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合
B．有氧呼吸在线粒体中进行，无氧呼吸在细胞质基质中进行
C．有氧呼吸有热能的释放，无氧呼吸没有热能的释放
D．有氧呼吸需要酶催化，无氧呼吸不需要酶催化
答案：A
解析：有氧呼吸产生的[H]在第三阶段与O2结合生成水，无氧呼吸产生的[H]不与O2结合，A正确；有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中进行，第二和第三阶段分别在线粒体基质和线粒体内膜上进行，无氧呼吸的两个阶段都在细胞质基质中进行，B错误；酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸过程中释放的能量均大多以热能散失，但无氧呼吸是不彻底的氧化分解过程，大部分能量存留在酒精中，C错误；有氧呼吸和无氧呼吸过程都需要酶的催化，只是酶的种类不完全相同，D错误。
(2)关于小曲白酒的酿造过程，下列叙述错误的是( )
A．糖化主要是利用霉菌将淀粉水解为葡萄糖
B．发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测
C．若酿造过程中酒变酸，则发酵坛密封可能不严
D．蒸熟并摊晾的原料加入糟醅，立即密封可高效进行酒精发酵
答案：D
解析：由于酿酒酵母不能直接利用淀粉发酵产生酒精(乙醇)，故糖化过程主要是利用霉菌分泌的淀粉酶将淀粉分解为葡萄糖，以供发酵利用，A正确；发酵液样品的蒸馏产物有无酒精，可用酸性重铬酸钾溶液检测，若存在酒精，则酒精与酸性的重铬酸钾反应呈灰绿色，B正确；酿造过程中应在无氧条件下进行，若密封不严，会导致醋酸菌在有氧条件下发酵产生醋酸而使酒变酸，C正确；蒸熟并摊晾的原料需要冷却后才可加入糟醅，以免杀死菌种，且需要在有氧条件下培养一段时间，让酵母菌大量繁殖，此后再密封进行酒精发酵，D错误。
3．[2023·山东卷]平板接种常用在微生物培养中。下列说法正确的是( )
A．不含氮源的平板不能用于微生物培养
B．平板涂布时涂布器使用前必须进行消毒
C．接种后未长出菌落的培养基可以直接丢弃
D．利用以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物
答案：D
解析：不含氮源的平板可用于固氮菌的培养，A错误；平板涂布时涂布器使用前必须浸在酒精中，然后在火焰上灼烧灭菌，这种操作属于灭菌，不属于消毒，B错误；使用后的培养基即使未长出菌落也要在丢弃前进行灭菌处理，不能直接丢弃，以免污染环境，C错误；脲酶可以催化尿素分解，在以尿素为唯一氮源的平板上，能合成脲酶的微生物可以分解尿素获得氮源而进行生长繁殖，但是不能合成脲酶的微生物因缺乏氮源而无法生长，因此以尿素为唯一氮源的平板能分离出合成脲酶的微生物，D正确。
4．[2023·广东卷]研究者拟从堆肥中取样并筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌。根据堆肥温度变化曲线(如图)和选择培养基筛选原理来判断，下列最可能筛选到目标菌的条件组合是( )
A．a点时取样、尿素氮源培养基
B．b点时取样、角蛋白氮源培养基
C．b点时取样、蛋白胨氮源培养基
D．c点时取样、角蛋白氮源培养基
答案：D
解析：研究目的是筛选能高效降解羽毛、蹄角等废弃物中角蛋白的嗜热菌，因此既要耐高温，又要能够高效降解角蛋白，所以在c点取样，并且用角蛋白氮源培养基进行选择培养，所以D正确，A、B、C错误。
5．[2023·浙江1月]同学想从泡菜汁中筛选耐高盐乳酸菌，进行了如下实验：取泡菜汁样品，划线接种于一定NaCl浓度梯度的培养基，经培养得到了单菌落。下列叙述正确的是( )
A．培养基pH需偏碱性
B．泡菜汁需多次稀释后才能划线接种
C．需在无氧条件下培养
D．分离得到的微生物均为乳酸菌
答案：C
解析：因为乳酸菌经过无氧呼吸产生乳酸，故其生活的环境是酸性，培养基pH需偏酸性，A错误；平板划线接种时不需要稀释，B错误；乳酸菌是厌氧型微生物，所以需在无氧条件下培养，C正确；参与泡菜发酵的微生物有乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等，所以分离得到的微生物除了乳酸菌，还会有其他耐高盐的微生物，D错误。
6．[2023·山东卷](不定项)果酒的家庭制作与啤酒的工业化生产相比，共同点有( )
A．都利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理
B．都需要一定的有氧环境供发酵菌种繁殖
C．发酵前都需要对原料进行灭菌
D．发酵结束后都必须进行消毒以延长保存期
答案：AB
解析：二者均利用了酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的原理，A正确；发酵前期，均需要一定的有氧环境，使酵母菌大量繁殖，B正确；果酒的家庭制作不需对原料进行灭菌，C错误；果酒的家庭制作发酵结束后不需要进行消毒，D错误。
评价2 依托教材专练长句表述，提考能
7.(选择性必修3 P6“探究·实践”拓展)乳酸菌是厌氧菌，发酵时需控制严格的无氧环境。尝试说出泡菜制作过程中制造无氧环境的措施。
答案：①选择气密性好的泡菜坛。②盐水煮沸后冷却待用。③装坛时压实，盐水没过全部菜料。④盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满水；发酵期间不宜开盖，并注意在发酵过程中经常向水槽中补充水。
8．(选择性必修3 P7“探究·实践”)在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
答案：制作果酒的过程中，除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长。它们会在酒精发酵中污染发酵液。避免发酵液污染需要从发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净，装入葡萄汁后，封闭充气口；每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。
9．(选择性必修3 P10“旁栏思考题”)为什么培养基需要氮源？
答案：微生物细胞内有蛋白质、核酸、磷脂等多种含氮的营养物质或代谢产物，培养基中的氮源可以作为合成这些营养物质及代谢产物的原料。
10．(选择性必修3 P16“思考·讨论”)
(1)如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计？
(2)该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？
答案：设计一种选择培养基，用尿素作为唯一氮源，可以将分解尿素的细菌分离出来。
答案：这种培养基与普通培养基相比，只是用尿素作为唯一氮源，培养基的其他营养成分基本相同。
11．(选择性必修3 P23“思考·讨论”节选)
(1)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？
(2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
答案：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高，发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。
答案：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养成分。
12．(选择性必修3 P20“拓展应用2”拓展)在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌的原因是什么？
答案：由于生物与环境的相互依存关系，在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对较高，从这种土样中获得目的微生物的概率高于普通环境。
评价3 依托真题归类比较再探究，强素养
13.[2023·北京卷]自然界中不同微生物之间存在着复杂的相互作用。有些细菌具有溶菌特性，能够破坏其他细菌的结构使细胞内容物释出。科学家试图从某湖泊水样中分离出有溶菌特性的细菌。
(1)用于分离细菌的固体培养基包含水、葡萄糖、蛋白胨和琼脂等成分，其中蛋白胨主要为细菌提供____________和维生素等。
(2)A菌通常被用做溶菌对象。研究者将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊(如图)，表明_______________________。
氮源、碳源
A菌能在培养平板中生长繁殖
解析：(1)蛋白胨主要为细菌提供氮源、碳源和维生素等。(2)将含有一定浓度A菌的少量培养基倾倒在固体培养平板上，凝固形成薄层。培养一段时间后，薄层变浑浊，表明A菌能在培养平板中生长繁殖。
(3)为分离出具有溶菌作用的细菌，需要合适的菌落密度，因此应将含菌量较高的湖泊水样________后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现_________。采用这种方法，研究者分离、培养并鉴定出P菌。
(4)为探究P菌溶解破坏A菌的方式，请提出一个假设，该假设能用以下材料和设备加以验证(主要实验材料和设备：P菌、A菌、培养基、圆形滤纸小片、离心机和细菌培养箱)___________________________ __________。
解析：(3)将含菌量较高的湖泊水样稀释后，依次分别涂布于不同的浑浊薄层上。培养一段时间后，能溶解A菌的菌落周围会出现溶菌圈。(4)根据提供的实验材料和设备，圆形滤纸小片可用于吸收某种物质，离心机可用于分离菌体和细菌分泌物，为探究P菌溶解破坏A菌的方式，可假设P菌通过分泌某种化学物质使A菌溶解破裂。
稀释
溶菌圈
假设P菌通过分泌某种化学物质使A
菌溶解破裂
14．[2023·湖南卷]某些植物根际促生菌具有生物固氮、分解淀粉和抑制病原菌等作用。回答下列问题：
(1)若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌，培养基的主要营养物质包括水和______________。
解析：由题意可知，根际促生菌具有固氮作用，因此用于筛选根际促生菌的培养基的主要营养物质包括水、无机盐和碳源。
无机盐、碳源
(2)现从植物根际土壤中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌H，其产生的抗菌肽抑菌效果见表。据表推测该抗菌肽对________________________的抑制效果较好，若要确定其有抑菌效果的最低浓度，需在________ μg·mL－1浓度区间进一步实验。
注：“＋”表示长菌，“－”表示未长菌。
测试菌 抗菌肽浓度/(μg·mL－1)
55.20 27.60 13.80 6.90 3.45 1.73 0.86
金黄色葡萄球菌 － － － － － ＋ ＋
枯草芽孢杆菌 － － － － － ＋ ＋
禾谷镰孢菌 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
假丝酵母 － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌
1.73～3.45
解析：由题表可知，在抗菌肽浓度为3.45～55.20 μg·mL－1范围内，金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌均不能生长，表明该抗菌肽对它们的抑菌效果较好。因为抗菌肽的浓度为1.73 μg·mL－1时，它们均能生长，所以要确定抗菌肽抑菌效果的最低浓度，应在1.73～3.45 μg·mL－1的浓度区间进一步实验。
(3)研究人员利用解淀粉芽孢杆菌H的淀粉酶编码基因M构建高效表达质粒载体，转入大肠杆菌成功构建基因工程菌A。在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中，传代多次后，生产条件未变，但某子代菌株不再产生淀粉酶M。分析可能的原因是__________________________ __________________________________ (答出两点即可)。
淀粉酶编码基因M发生突变；能产
生淀粉酶M的个体产生后代时发生性状分离
解析：A菌株在传代过程中，淀粉酶编码基因M可能发生突变导致其不能产生淀粉酶M；或者在遗传过程中能产生淀粉酶M的个体产生后代时发生性状分离。
(4)研究人员通过肺上皮干细胞诱导生成肺类器官，可自组装或与成熟细胞组装成肺类装配体，如图所示。肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、渗透压、pH以及________________________________ ________ (答出两点)等基本条件。肺类装配体形成过程中是否运用了动物细胞融合技术________(填“是”或“否”)。
无菌、无毒环境，含95%空气和5% CO2的
气体环境
否
解析：动物细胞培养的条件除需要适宜的营养、温度、渗透压、pH外，还需要无菌、无毒环境以及含95%空气和5%CO2的气体环境。肺类装配体形成过程中涉及不同类型的细胞，但仅是将不同类型细胞组装起来，而非使不同类型的细胞融合。
(5)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种耐药菌，严重危害人类健康。科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型，来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。以下实验材料中必备的是________。
①金黄色葡萄球菌感染的肺类装配体 ②MRSA感染的肺类装配体 ③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽 ④生理盐水 ⑤青霉素(抗金黄色葡萄球菌的药物) ⑥万古霉素(抗MRSA的药物)
②③⑥
解析：实验的目的是探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。因此自变量为是否使用解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽，因变量为MRSA引起的肺炎的症状是否缓解。所以实验组用解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽处理，实验对象为MRSA感染的肺炎装配体，另外用万古霉素(抗MRSA的药物)来检测解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽的抗菌效果。因此所选实验材料有②③⑥。
题组预测一 聚焦微生物的利用
1．[2023·山东德州第一中学三模] 桑黄是生物治癌效率最高的药用真菌，人工栽培难度较大，利用发酵罐进行发酵培养具有广阔前景。科研人员研究发现，发酵罐中蔗糖为70 g/L、氯化铵为10 g/L、搅拌转速为150 r/min、28 ℃下发酵120 h，产生的菌丝量最大。下列说法正确的是( )
A.蔗糖、氯化铵分别为桑黄生长提供碳源和氮源
B.控制温度、营养等都可提高桑黄的种间竞争力
C.适当提高搅拌转速可增加培养液溶氧量提高菌丝产量
D.发酵120 h后，因发酵环境改变可导致菌丝量增加
答案：A
解析：蔗糖为糖类为桑黄生长提供碳源，氯化铵含有N元素为桑黄生长提供氮源，A正确；发酵工程中只有单一物种桑黄，因此不存在种间竞争力的影响，B错误；匀速搅拌主要能使发酵液中的营养物质分布均匀，进而提高发酵效率，C错误；发酵120 h后，发酵环境内营养物质减少，代谢产物增加等改变可导致菌丝量下降，D错误。
2．[2023·北京东城一模]近年来发酵酸豆奶的营养价值和独特风味已得到消费者的认可。下图是酸豆奶的生产工艺流程，利用大豆与奶粉混合，经乳酸菌发酵制成的酸豆奶，不但具有动、植物蛋白的双重营养，还能有效缓解牛奶资源的匮乏。下列相关分析不合理的是( )
A.在两者混合液中加入适量的葡萄糖有利于发酵的进行
B.巴氏消毒在杀死大部分微生物的同时不破坏营养成分
C.发酵过程早期需密封，后期需不断地通入无菌空气
D.一定范围内，随着发酵时间的增加，酸度会逐渐增加
答案：C
解析：乳酸菌可以利用葡萄糖进行乳酸发酵，因此在两者混合液中加入适量的葡萄糖有利于发酵的进行，A正确；巴氏消毒的消毒温度较低，时间较短，能在杀死大部分微生物的同时不破坏营养成分，B正确；乳酸菌为厌氧菌，发酵过程中需密封，不需要通入无菌空气，C错误；一定范围内，随着发酵时间的增加，乳酸含量增加，因此酸度会逐渐增加，D正确。
3．[2023·江苏省百校高三联考] 黄粉虫可以吞食、降解塑料，利用黄粉虫肠道微生物对白色污染进行生物降解，是一种绿色环保的处理工艺。下图是从黄粉虫肠道中分离、纯化目的微生物的过程，
相关叙述正确的是( )
A.富集培养基中含有酵母膏、蛋白胨、琼脂等，蛋白胨能提供所需的碳源、氮源和维生素
B.分离、纯化目的微生物的选择培养基中需加入PVC塑料膜作为唯一碳源
C.将转接至固体斜面培养基上的不同菌落置于4 ℃的冰箱长期保存
D.与传统填埋、焚烧相比，黄粉虫肠道微生物对白色污染的降解会造成二次污染
答案：B
解析：富集培养基为液体培养基，不应含有琼脂，A错误；分离、纯化能降解PVC塑料膜的微生物的选择培养基中需加入PVC塑料膜作为唯一碳源，B正确；转接至固体斜面培养基上的不同菌落置于4 ℃的冰箱临时保存，对于需要长期保存的菌种，可用甘油管藏的方法，C错误；如果对白色污染进行传统填埋、焚烧容易造成二次污染，黄粉虫肠道微生物对白色污染的降解不会造成二次污染，D错误。
4．[2023·江西二模]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是由嗜盐细菌合成的一种胞内聚酯，它具有类似于合成塑料的理化特性，且废弃后易被生物降解，可用于制造无污染的“绿色塑料”。科学家从某咸水湖中寻找生产PHA菌种的流程图如下。
回答下列问题：
(1)若从土壤中寻找生产PHA的菌种，从土壤取样后，在进行步骤②之前需要进行的操作有___________________________。
(2)步骤②通常采用______________进行接种，对接种工具的灭菌方法通常有________________(写出2种)。步骤③所用的培养基中营养物质浓度越高，对嗜盐细菌的生长反而越不利，原因是__________________________________________________。
(3)步骤④使用固体培养基，其目的是______________________，要筛选高产PHA的嗜盐菌，应注意的操作是__________________________________________________。
(4)为了进一步提高嗜盐菌生产PHA的能力，对分离所得的菌株，采用的育种方法是________。
制备土壤浸出液并进行(梯度)稀释
稀释涂布平板法
灼烧灭菌、干热灭菌
培养基浓度过高，会导致菌体失水死亡，不利于嗜盐细菌的生长
以便获得单菌落并纯化菌株
应挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌的PHA含量，最后进行比较
诱变育种
解析：(1)若从土壤中寻找生产PHA的菌种，从土壤取样后，在进行步骤②之前需要制备土壤浸出液并进行(梯度)稀释。(2)步骤②通常采用稀释涂布平板法进行接种，该接种方法中接种工具是涂布器，其灭菌的方法是灼烧灭菌、干热灭菌。步骤③所用的培养基中营养物质浓度越高，对嗜盐细菌的生长反而越不利，这是因为培养基浓度过高，会导致菌体失水死亡，不利于嗜盐细菌的生长，从而导致实验失败。(3)步骤④使用固体培养基，因为在固体培养基上才能获得菌落，便于鉴定，因而这样操作可获得单菌落并纯化菌株，要筛选高产PHA的嗜盐菌，还应进行的操作是挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌培养液中PHA含量，最后进行比较，选择出培养液中PHA含量最低的菌株作为目的菌。(4)为了进一步提高嗜盐菌生产PHA能力，对分离所得的菌株，采用诱变育种的方法获得高分解能力的菌株，因为诱变能够提高突变频率，进而可从中筛选出目标类型。
题组预测二 聚焦发酵工程及其应用
5．[2023·江苏南通高三调研]老坛酸菜古称菹，《周礼》中就有其名。北魏的《齐民要术》中更是详细介绍了祖先用白菜(古称菘)等原料腌渍酸菜的多种方法。2022年3·15消费者权益日曝光的“土坑酸菜”由于制作过程中操作不规范导致其中含有的杂质较多，给食品安全留下隐患。下列说法正确的是( )
A.腌制酸菜主要是利用植物体表面天然的醋酸菌在无氧环境中进行发酵
B.腌制的酸菜“咸而不酸”的原因很可能是加入食盐过多，抑制了菌种发酵
C.酸菜要尽快食用，以免腌制发酵时间过长导致亚硝酸盐含量增加
D.“土坑酸菜”发酵过程中可以添加一定量的抗生素抑制杂菌生长，防止其腐败变质
答案：B
解析：制作酸菜所用微生物是乳酸菌，其代谢类型是异养厌氧型，在无氧条件下，分解葡萄糖产生乳酸，A错误；“咸而不酸”的原因为加盐过多，使乳酸菌生长的环境溶液浓度过高，使乳酸菌失水，抑制了乳酸菌的发酵，B正确；发酵初期，由于硝酸盐还原菌的作用，使亚硝酸盐增加；发酵中期，硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解含量下降；发酵后期，硝酸盐含量下降至相对稳定，通常在腌制泡菜的第10天食用，亚硝酸盐含量较少，C错误；乳酸菌属于细菌，抗生素能够杀死或抑制乳酸菌的生长，D错误。
6．[2023·山东潍坊一模]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是某些细菌以蔗糖为原料合成的一种胞内聚酯，具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性。PHA进入海洋后，可以被动物食用，约1～3年完全自然降解。下图为PHA的生产工艺流程，有关分析正确的是( )
A.培养基A需添加蔗糖，为选择培养基
B.菌株M用血细胞计数板进行直接计数
C.发酵罐内不需严格控制温度、pH等条件
D.采用过滤、沉淀的方法得到PHA产品
答案：A
解析：由题干信息“聚羟基脂肪酸酯是某些细菌以蔗糖为原料合成的一种胞内聚酯”可知：生产聚羟基脂肪酸酯需要以蔗糖为原料，故培养基中需添加蔗糖，在盐浓度60 g/L，PH为10的培养基中，只有耐盐碱的微生物才能生存，其他微生物因无法适应这一环境而被淘汰，所以该培养基是选择培养基，A正确；血细胞计数板比细菌计数板厚，常用于相对大的真菌等的计数，菌株M属于细菌个体较小，应用细菌计数板进行直接计数，B错误；在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量和产物浓度，以了解发酵进程，还要及时添加必需的营养成分，严格控制温度pH和溶解氧等发酵条件，因为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物的形成，C错误；结合题意可知，PHA是细菌的代谢物，应采用提取、分离、纯化措施来获取产品，D错误。
7．[2023·河南三模]传统的玉米淀粉作为原料生产酒精燃料，虽然是目前较为成熟的技术，但已受到限制。在绿色理念的指导下，对可再生能源的研发已经成为全世界关注的焦点。如图为利用玉米秸秆生产酒精燃料的过程，该技术不仅能节约能源，还能保护环境。回答下列问题：
(1)欲筛选出产纤维素酶的酵母菌，现称取1.0 g某土壤样品，进行梯度稀释，分别取0.1 mL经104倍稀释后的悬液涂布于固体培养基上，一段时间后每个培养基平均长出了25个酵母菌菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌____________个。
2.5×106
解析：称取1.0 g某土壤样品，稀释104倍后，获得细胞密度不同的菌悬液，分别取0.1 mL菌悬液涂布在固体培养基上，计数时应选择菌落在30～300之间的菌落进行计数，一段时间后每个培养基平均长出了25个酵母菌菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌25/0.1×104＝2.5×106个。
(2)筛选出的酵母菌产生的纤维素酶活性较低，研究人员利用基因工程育种得到3株纤维素分解菌株，在37 ℃条件下进行玉米秸秆降解实验，结果如表所示。纤维素酶活性最高的是菌株________，理由是_________________________________________。
菌株 秸秆总重(g) 秸秆残重(g) 秸秆失重(%) 纤维素降解率(%)
A 1.00 0.75 25.00 17.24
B 1.00 0.79 21.00 15.93
C 1.00 0.68 32.00 25.28
C
接种菌株C后，秸秆残重最小，纤维素降解率也最大
解析：据表可知，C菌株降解后，秸秆残重最低，纤维素降解率最高，可知纤维素酶活性最高的是C菌株。
(3)以玉米秸秆为发酵底物时，将秸秆进行粉碎、蒸煮的目的是____________________________________________。发酵温度一般控制在18～30 ℃，原因是__________________________________。酒精发酵前期需要通入一定的无菌空气，目的是__________________________。
(4)在生产酒精燃料过程中，通常不以粮食为发酵底物，原因是_________________________________。料渣可用于制作沼气或肥料，从能量流动的角度分析，其意义是
________________________________________。
增大原料的表面积，加快反应速率；杀菌，防止杂菌污染
酵母菌生长繁殖所需的适宜温度是18～25 ℃
让酵母菌在有氧条件下大量繁殖
节约生产成本，降低引发粮食危机的风险
实现了能量的多级利用，从而提高能量的利用率
解析：(3)将秸秆进行粉碎的目的是增大原料的表面积，加快反应速率，蒸煮的主要目的是杀菌，防止杂菌污染；酒精发酵时的菌种是酵母菌，酵母菌生长所需的适宜温度是18～30 ℃，故发酵温度一般控制在18～30 ℃；酒精发酵前期需要通入一定的无菌空气，目的是让酵母菌在有氧条件下大量繁殖。(4)为节约生产成本，降低引发粮食危机的风险，通常不以粮食为发酵底物；料渣可用于制作沼气或肥料，从能量流动的角度分析，这样处理农业废弃物的意义是实现了能量的多级利用，从而提高能量的利用率。
知识拓展
1.谷氨酸生产
谷氨酸发酵生产菌种都是需氧微生物，需要以生物素为生长因子。这些菌株的斜面培养pH为7.0～7.2的琼脂培养基，32 ℃培养。
糖化是指淀粉转化为谷氨酸生产菌可直接利用的葡萄糖的过程。该过程可采用酸水解和酶水解。味精厂多数采用酸水解工艺。
提取谷氨酸的方法一般有等电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法等，其中应用较为普遍的是等电点法和离子交换法。
2．青霉素生产
最初的点青霉只能产生2 U/mL的青霉素。20世纪70年代前，育种采用诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已达85 000 U/mL以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂，在－70 ℃冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。
最适生长温度(25～26 ℃)和充分通气、搅拌；
发酵过程中pH一般控制在6.4～6.6，发酵温度前期为25～26 ℃，后期为23 ℃，以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。
1、2、3、5、6－培养；4－基质储备罐；7－发酵罐；8－消沫剂；9－前体；10－冷却罐；11－板片冷却器；12－真空转动滤器；13－培养物滤液贮放罐；14－第一次抽提；15－中间容器；16－第二次抽提；17－第三次抽提；18－脱水器；19－沉淀罐；20－抽滤器；21－溶剂回收；22－青霉素的干燥及进一步提纯
专项提升
1.[2021·辽宁卷]利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是( )
A．乙醇既是醋酸发酵的底物，又可以抑制杂菌繁殖
B．酵母菌和醋酸杆菌均以有丝分裂的方式进行增殖
C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同
D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
答案：B
解析：当缺少糖原时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，同时乙醇还可以抑制杂菌繁殖，A正确；酵母菌一般以出芽的方式繁殖，醋酸杆菌以二分裂的方式进行增殖，B错误；酵母菌发酵过程中先通气使其大量繁殖，再密闭发酵产乙醇；醋酸杆菌为好氧菌，需持续通入无菌氧气，C正确；酵母菌适宜温度是18～30 ℃，醋酸杆菌最适温度为30～35 ℃，D正确。
2．[2023·山东济宁二模] 青霉素是人类发现的第一种抗生素，其工业化生产流程如图所示。下列叙述错误的是( )
A．青霉素具有杀菌作用，不需对发酵罐进行灭菌
B．过程③中需从下方的充气口通入无菌空气以提高溶解氧
C．过程⑤常用的方法是过滤和沉淀，分离出的菌种还能再使用
D．发酵过程中温度、pH、溶解氧可能发生变化，需及时调整或补充
答案：A
解析：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，A错误；青霉菌代谢类型属于异养需氧型，在发酵过程中需从下方的充气口通入无菌空气以提高溶解氧，B正确；发酵完成后，菌种常用过滤和沉淀的方法获取，分离出的菌种可以再使用，C正确；发酵过程中温度、pH、溶解氧可能发生变化，需及时调整或补充，使发酵全过程处于最佳状态，D正确。
3．[2023·江苏省南通市高三调研]柠檬酸广泛应用于食品、医疗和化工领域，具有重要的商业价值。以玉米粉为原料，利用黑曲霉有氧发酵生产柠檬酸的基本流程如图所示。下列分析错误的是( )
A．玉米清液可以为黑曲霉提供碳源和能源
B．发酵前将黑曲霉孢子接种到种子培养基进行扩大培养
C．发酵培养基和种子培养基灭菌后加入到发酵罐内发酵
D．需严格控制发酵罐内的温度、溶解氧和pH等条件
答案：C
解析：玉米清液中含有蛋白质和糖类等物质，故可以为黑曲霉提供碳源和能源，A正确；据图可知，发酵前将黑曲霉孢子接种到种子培养基，目的是进行扩大培养，增加黑曲霉孢子的数量，B正确；种子培养基中有发酵所需的菌种，若进行灭菌处理会杀灭菌种而导致发酵失败，C错误；黑曲霉属于需氧生物，且微生物发酵过程需要适宜条件，所以在发酵罐内发酵需严格控制溶解氧、温度、pH等条件，D正确。整合训练（十五）
1．解析：PHA是由嗜盐细菌合成的一种胞内聚酯，要筛选嗜盐细菌，步骤②可用稀释涂布平板法接种到含盐量较高的选择培养基上，A错误；步骤③培养基浓度过高，会导致菌体失水死亡，不利于嗜盐细菌的生长，B错误；步骤④扩大培养应选用液体培养基，液体培养基中无需加入琼脂，C错误；要挑选高产聚羟基脂肪酸酯（PHA）的嗜盐菌，挑取菌落时，应挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌的PHA含量，进行比较，D正确。
答案：D
2．解析：该培养基中含有琼脂，所以该培养基是固体培养基，A正确；该平板中菌落分布均匀，采用的接种方法是稀释涂布平板法，所以需要用到涂布器和酒精灯，B正确；根据题干信息培养基中含有餐厨垃圾的成分，而微生物将这些成分分解后，可以产生透明圈，C正确；D0是菌落直径，D是透明圈大小，所以D0/D的值越小，说明菌种的降解效果越好，D错误。
答案：D
3．解析：根据题意，熔喷布是口罩生产的重要原料，主要成分是聚丙烯，本实验目的是筛选出可以高效降解一次性口罩的细菌，②中的选择培养基要以聚丙烯为唯一碳源，A正确；步骤③接种方法为稀释涂布平板法，接种工具为涂布器，B错误；在配制步骤②、③的培养基时，为避免杂菌污染，应先调pH值后再进行高压蒸汽灭菌，C错误；对③中平板上的菌落进行计数，可以计算出土壤浸出液中高效降解聚丙烯的细菌的浓度，D错误。
答案：A
4．解析：检测前需要对水样收集瓶、滤膜、培养基、镊子灭菌，防止杂菌干扰，A正确；完成过滤后需将滤膜置于固体培养基上，在37 ℃下培养观察，B正确；为减少实验误差，按照上述实验步骤多次取样重复进行检测，取平均值作为实验数据，C正确；大肠杆菌较小，不能用血细胞计数板直接计数法替代膜过滤法检测其数量，D错误。
答案：D
5．解析：蛋白胨可以提供碳源、氮源、维生素，琼脂是凝固剂的一种，并不是营养物质，在培养液中加入琼脂可以使液体培养基成为琼脂固体培养基，A正确；白地霉、桔梅奇酵母的接种都采用了涂布平板法，B错误；随培养基中FeCl3浓度的增加，普切明酸与Fe3＋的结合增强，抑菌圈的红色加深，C错误；普切明酸与Fe3＋形成红色复合物，但随培养基中FeCl3浓度的增加，抑菌圈变窄，说明FeCl3能降低桔梅奇酵母对白地霉的防治效果，D错误。
答案：A
6．解析：（1）心脑浸液琼脂培养基中的琼脂的作用是作为凝固剂；血琼脂培养基的成分包括蛋白胨、牛肉膏、氯化钠、脱纤维羊血、琼脂、水等，可为微生物的生长提供水、碳源、氮源和无机盐；心脑浸液液体培养基培养的主要目的是扩增菌体（数量）。（2）培养基的灭菌方法是湿热灭菌法；从第二次划线操作起，每次总是要从上一次划线的末端开始划线，并划线数次，其原因是线条末端细菌的数目比线条起始处少，细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少。（3）振荡速度保持80～130 r/min的目的是提供微需氧条件，使菌体与营养物质充分接触；分析题意可知，幽门螺杆菌对万古霉素（抗生素）不敏感，对青霉素（抗生素）高度敏感，培养过程中为抑制杂菌的生长，同时为保证幽门螺杆菌的正常生长，培养液中需加入万古霉素。（4）幽门螺杆菌能分解尿素形成氨和二氧化碳，受试者口服14C标记的尿素胶囊后，检测收集受试者呼出的CO2气体，可作为诊断幽门螺杆菌的指标。医院针对幽门螺杆菌的常用治疗方案是连续服用青霉素2周，至放射性检测阴性后停药，其依据是幽门螺杆菌对青霉素高度敏感，连续使用青霉素可有效抑制幽门螺杆菌生长，受试者呼出的气体中没有14CO2，说明幽门螺杆菌被清除。
答案：（1）凝固剂 为微生物的生长提供水、碳源、氮源和无机盐 扩增菌体（数量）
（2）湿热灭菌 线条末端细菌的数目比线条起始处少，细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少
（3）提供微需氧条件，使菌体与营养物质充分接触 万古霉素
（4）14C 幽门螺杆菌对青霉素高度敏感，连续使用青霉素可有效抑制幽门螺杆菌生长，受试者呼出的气体中没有14 CO2，说明幽门螺杆菌被清除
7．解析：（1）培养基是人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质，培养基中一般含有水、碳源、氮源和无机盐；青霉素属于抗生素，能够抑制杂菌生长，故培养基中需要添加青霉素。（2）用平板划线法分离扩展青霉菌时，划线的某个平板培养后第一划线区域的划线上都不间断地长满了菌落，其他区域的划线上却均无菌落，操作失误的原因可能是第一区域划线结束，接种环灼烧后未冷却烫死菌种或划线未从第一区域末端开始，从空白区域开始也没有菌落；用固体培养基对其培养，每隔24 h统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果，这样可以防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目，提高实验结果的准确性。（3）由图2分析可知，病斑部位的Pat含量最高，而随着与病斑部位距离越来越远，Pat含量就会越来越少；由题图信息分析可知，该实验的自变量是病斑大小和离病斑距离大小，根据实验结果不能根据病斑大小来确认腐烂部位的果肉中Pat含量的高低，这是因为病斑直径3 cm的①部位比病斑直径2 cm的①部位Pat的含量要稍低，故病斑越大腐烂部位的Pat含量不一定越高，即病斑大小与腐烂部位果肉中Pat含量不一定呈正相关；去除腐烂部位后的苹果不建议食用，这是因为Pat是一种具有多种危害的毒素，具有致突变作用，将腐烂苹果的腐烂部位去除后，结合图2可知，未腐烂部位仍含一定量的Pat，食用仍存在健康风险。
答案：（1）水、碳源、氮源和无机盐 抑制杂菌生长
（2）第一区域划线结束，接种环灼烧后未冷却或划线未从第一区域末端开始 因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目
（3）病斑部位的Pat含量最高，随着与病斑部位距离越来越远，Pat含量就会越来越少 在曲线图中，病斑直径3 cm的①部位比病斑直径2 cm的①部位Pat的含量要稍低 未腐烂部位仍含一定量的Pat，食用仍存在健康风险
8．解析：刚果红可以与纤维素形成红色复合物，当纤维素被纤维素分解菌降解后，红色复合物无法形成，出现以纤维素分解菌为中心的透明圈，因此鉴定该细菌是否为纤维素分解菌，可在培养基中加入刚果红试剂，A错误；纤维素的组成元素为C、H、O，可以为产氢细菌提供碳源，B正确；温度、pH等会影响酶活性，底物作为发酵的原料，因此底物浓度、温度、pH等是影响发酵产氢量的重要因素，C正确；与传统农业相比，发酵制氢技术通过将秸秆中的含碳有机物转换成有机酸等工业原料，减少了CO2的排放量，又获得了新能源——氢，D正确。
答案：A
9．解析：选择培养基就是在牛肉膏蛋白胨培养基的基础上加上一定的限制条件，所以会把那些不能在选择培养基上的细菌淘汰掉，剩下的就是符合条件的，牛肉膏蛋白胨培养基不是选择培养基，A错误；据题意可知，将琼脂含量是1%的培养基融化并冷却至45～48 ℃，然后加入宿主细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，是培养基和混合液一起倒平板，不是混合液涂布在培养基表面，B错误；加了底层培养基后，可使原来底面不平的玻璃皿的缺陷得到了弥补，使所形成全部噬菌斑都接近处于同一平面上，C正确；双层平板法因上层培养基中琼脂较稀，故形成的噬菌斑较大，更有利于计数，D错误。
答案：C
10．解析：土壤不需要灭菌，A错误；丙草胺可提供碳源、氮源，配制以丙草胺为唯一氮源的选择培养基进行培养，可提高降解菌的浓度，属于选择培养基，B正确；用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数时，在每一个梯度浓度内，至少要涂布3个平板，选择菌落数在30～300的进行记数，求其平均值，据图可知，该实验结果只有两个30～300之间的平板，按30～300之间的两个计算则约为1.5×1010个，C正确；图示采用的计数方法是稀释涂布平板法，由于两个或多个细胞连在一起时，在平板上观察到一个菌落，因此用该方法计数结果往往比实际活菌数要低，D正确。
答案：A
11．解析：（1）斜面培养基是固体培养基，配制时要加入凝固剂，如琼脂。对接种环一般采用灼烧灭菌的方法进行灭菌处理。（2）实验组有含红酵母的培养液，方案一湿热灭菌后排除了培养液无关变量的干扰，且方案一所添加的蒸馏水的量为无关变量，应与实验组相同，故对照组宜选择方案一。（3）红酵母发酵消耗醋糟中的粗脂肪和总糖，并合成蛋白质和β 胡萝卜素，提高了醋糟的营养价值，因此红酵母发酵有利于提高醋糟的利用价值。
答案：（1）琼脂 作为凝固剂 灼烧灭菌法
（2）一 实验组有含红酵母的培养液，方案一湿热灭菌后排除了培养液无关变量的干扰
（3）红酵母发酵消耗醋糟中的粗脂肪和总糖并合成蛋白质和β 胡萝卜素，提高了醋糟的营养价值整合训练(十五) 发酵工程
全员必做题
1.[2023·山东济南一模]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是由嗜盐细菌合成的一种胞内聚酯，它具有类似于合成塑料的理化特性，且废弃后易被生物降解，可用于制造无污染的“绿色塑料”。科学家从某咸水湖中寻找生产PHA菌种的流程图如下。下列叙述正确的是( )
A．步骤②可用稀释涂布平板法接种到含合成塑料的选择培养基上
B．步骤③所用的培养基中营养物质浓度越高，对嗜盐细菌的生长越有利
C．步骤④所用到的培养基应加入琼脂，以便挑取单菌落获得纯化菌株
D．挑取菌落时，应挑取多个菌落并分别测定嗜盐细菌的PHA含量
2．[2023·江苏扬州高三调研]拟从餐厨垃圾中分离具有高效降解能力的微生物制成菌剂，用于餐厨垃圾高效无害化处理。配制用于培养菌种的培养基(如下表)，为比较这些菌种的降解效果，分别配制含有餐厨垃圾主要成分(淀粉、蛋白质、脂肪和纤维素)的培养基，检测效果如图。相关说法不正确的是( )
培养菌种用培养基
成分 蛋白胨 牛肉膏 氯化钠 琼脂
含量(g/L) 10 15 10 5
A.根据配方可知，该培养基属于固体培养基
B．在涂布过程中需要用到涂布器和酒精灯
C．透明圈表示菌种可降解培养基中含有的餐厨垃圾成分
D．D0/D的值越大，说明菌种的降解效果越好
3．[2023·山东青岛一模]熔喷布是口罩生产的重要原料，主要成分是聚丙烯，其易降解程度是评价口罩合格性的重要指标之一。某研究小组从土壤中分离出高效降解聚丙烯的细菌，部分流程如图所示。下列说法正确的是( )
A．②中的选择培养基以聚丙烯为唯一碳源
B．步骤③所用的接种工具是接种环
C．在配制步骤②、③的培养基时，应先高压蒸汽灭菌后调pH
D．对③中平板上的菌落进行计数，可以计算出土壤浸出液中细菌的浓度
4．[2023·江苏省南京市高三调研]为保障公共健康，需要定期对公共饮用水进行卫生检测。饮用水的卫生标准是100 mL不得检出大肠杆菌或者1 000 mL不超过3个大肠杆菌。若要确定饮用水是否合格，可采用膜过滤法检测，过程如下图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．检测前一般需要对水样收集瓶、培养皿、镊子等进行干热灭菌
B．完成过滤后需将滤膜置于固体培养基上，在37 ℃下培养观察
C.为减少实验误差，应按照上述实验步骤多次取样重复进行检测
D．可用血细胞计数板直接计数法替代膜过滤法检测饮用水中的大肠杆菌数量
5．[2023·山东枣庄二模]白地霉侵染是导致柑橘酸腐病的主要原因，实验证明桔梅奇酵母通过分泌普切明酸对白地霉具有生物防治能力。已知铁是真菌生长的必需元素，是胞内重要酶活性中心的组成部分。普切明酸是桔梅奇酵母产生的一种水溶性铁螯合剂，能快速在培养基中扩散并与其中的Fe3＋形成稳定红色复合物。研究配制的含有不同浓度FeCl3的培养基如下表所示。实验结果为随FeCl3浓度增大，抑菌圈红色加深但变窄，如下图所示。相关叙述正确的是( )
成分 MgSO4 NaH2PO4 蛋白胨 FeCl3溶液 水 琼脂
用量 5 g 7 g 15 g 500 mL 7 g 20 g
A．蛋白胨可以提供碳源、氮源、维生素，琼脂不是营养物质
B．白地霉采用了平板划线法，桔梅奇酵母采用了涂布平板法
C．结果表明，FeCl3浓度增大，普切明酸与Fe3＋结合的数量减少
D．结果表明，FeCl3能提高桔梅奇酵母对白地霉的防治效果
6．[2023·辽宁校联考三模]幽门螺杆菌(Hp)是一种螺旋状、微需氧的致病菌，对万古霉素(抗生素)不敏感，对青霉素(抗生素)高度敏感，其危害主要是引起胃炎、胃溃疡甚至胃癌等，体检时可通过14C尿素呼气试验来检测幽门螺杆菌的感染情况。研究人员利用消化道溃疡患者胃活组织标本进行了Hp临床菌株的分离和培养，所用的培养基配方如下。回答下列问题：
制取心脑浸液琼脂培养基：称取23.5 g心脑浸液溶解在500 mL蒸馏水中，加入适量琼脂煮沸至完全溶解，121 ℃高压灭菌15分钟。取出自然冷却至50 ℃，加入2 mL幽门螺杆菌选择剂(万古霉素5 mg、头孢磺啶2.5 mg、磺胺增效剂2.5 mg、两性霉素B 2.5 mg，溶于2 mL无菌蒸馏水中)，再加入35 mL (7%)脱纤维羊血。制取心脑浸液液体培养基：称取0.37 g心脑浸液肉汤于50 mL的小烧杯中，再加入10 mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀。
(1)上述心脑浸液琼脂培养基中，琼脂的作用是作为________；培养基中加入脱纤维羊血的作用是________________________________________(答两点)等成分；心脑浸液液体培养基培养的主要目的是________________。
(2)对上述配制好的心脑浸液琼脂培养基用________________法灭菌，采用平板划线法纯化培养得到单菌落。从第二次划线操作起，每次总是要从上一次划线的末端开始划线，并划线数次，其原因是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若要研究幽门螺杆菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，培养过程需设置好培养条件，摇床培养24小时，振荡速度保持80～130 r/min的目的是____________________________________________。培养过程中为抑制杂菌的生长，培养液中需加入____________(填“万古霉素”或“青霉素”)。
(4)幽门螺杆菌能分解尿素形成氨和二氧化碳，受试者口服________标记的尿素胶囊后，检测收集受试者呼出的CO2气体，可作为诊断幽门螺杆菌的指标。医院针对幽门螺杆菌的常用治疗方案是连续服用青霉素2周，至放射性检测阴性后停药，其依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
7．[2023·河南安阳三模]扩展青霉是腐烂苹果中的常见微生物，其产生的棒曲霉素(Pat)是一种具有多种危害的毒素。甘肃农业大学的研究团队做了如图1所示的实验，其中“病健交界处”为腐烂部位(病斑)与未腐烂部位的交界处。⑤为去除①～④号部位后的剩余部分。回答下列问题：
(1)培养扩展青霉菌种使用的培养基中应含有________________________________等营养成分，有人认为还应该向培养基中添加青霉素，目的是____________________。
(2)用平板划线法分离扩展青霉菌时，划线的某个平板培养后第一划线区域的划线上都不间断地长满了菌落，其他区域的划线上却均无菌落。操作失误的原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
为了对①～⑤部位的菌落进行计数，取0.1 mL稀释度为10－4的稀释液涂布，接种在固体培养基上，每隔24 h统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果，这样可以防止________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)研究人员测定了病斑直径为1、2、3 cm的苹果中①～⑤号部位的Pat含量，结果如图2。据图可以得出的结论是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
有人认为该实验不支持病斑大小与腐烂部位果肉中Pat含量呈正相关，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
食用去除腐烂部位的苹果有风险，结合图中信息阐述理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
重点选做题
8.[2023·江苏南京六校调研]发酵制氢技术是我国为早日实现“碳中和”开发的新能源技术之一。传统农业中，水稻、小麦的秸秆常被焚烧，既产生浓烟污染环境，又增加了CO2排放，研究团队将秸秆制成发酵液培养某种细菌，进行发酵制氢。下列说法错误的是( )
A．鉴定该细菌是否为纤维素分解菌，可在培养基中加入伊红美蓝试剂
B．水稻、小麦的秸秆中富含纤维素，可为产氢细菌提供碳源
C．底物浓度、温度、pH等是影响发酵产氢量的重要因素
D．与传统农业相比，发酵制氢技术既能减少CO2的排放量又能获得新能源
9．[2023·山东济南一模]双层平板法是一种利用底层和上层均为牛肉膏蛋白胨培养基对噬菌体进行检测的常用方法。具体操作如下：先在无菌培养皿中倒入琼脂含量是2%的培养基凝固成底层平板后，将琼脂含量是1%的培养基融化并冷却至45～48 ℃，然后加入宿主细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。培养一段时间后，在上层平板上看见由于噬菌体侵染周围细菌而使宿主细胞裂解死亡形成的空斑即噬菌斑。通常一个噬菌斑来自原液中的一个噬菌体。根据噬菌斑的数目计算原液中噬菌体的数量，如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．牛肉膏蛋白胨培养基可作为选择培养基选择出噬菌体的宿主细胞
B．加入混合液后，使用灭菌后的涂布器将混合液均匀地涂布在培养基表面
C．双层平板法中加了底层培养基后弥补了培养皿底面不平的缺陷
D．上层培养基中琼脂浓度较低，因此形成的噬菌斑较大，不利于计数
10．[2023·江苏宿迁高三测试]丙草胺(C17H26ClNO2)是一种广泛应用的除草剂。某研究小组从某地土壤中分离获得能有效降解丙草胺的细菌菌株，并对其计数，如下图所示，以期为修复污染土壤提供微生物资源。下列有关叙述不正确的是( )
A．实验过程中应避免已灭菌处理的土壤与周围物品接触
B．以丙草胺为唯一氮源配制的培养基属于选择培养基
C．依据实验结果计算出每克土壤中的菌株数约为1.5×1010个
D．利用稀释涂布平板法得到的结果往往比实际活菌数要低
11．[2023·河南校联考三模]红酵母无酒精发酵能力，但富含高营养菌体蛋白、不饱和脂肪酸和β 胡萝卜素等，广泛应用于食品、医药和饲料等领域。醋糟是酿醋业的下脚料，直接作为饲料营养价值低。醋糟可用于红酵母发酵。回答下列问题：
(1)一般将红酵母菌种接种在斜面培养基上。斜面培养基的成分包括牛肉膏、蛋白胨、水、NaCl和KH2PO4，此外还含有____________，该物质的作用是____________。对接种环灭菌的方法是____________。
(2)某成员的实验设计方案如表所示。对照组宜选择方案________(填“一”或“二”)，原因是________________________________________________________________________
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实验步骤 实验组 方案一 方案二
① 100 g醋糟＋132 mL蒸馏水 100 g醋糟＋132 mL蒸馏水 100 g醋糟＋140 mL蒸馏水
② 8 mL含红酵母的培养液 8 mL湿热灭菌的含红酵母的培养液 不添加物质
③ 30 ℃培养箱发酵85 h
④ 测定醋糟的营养成分
(3)醋糟经红酵母发酵后，检测其中的营养成分及含量，结果如表所示。红酵母发酵有利于提高醋糟的利用价值，据表分析，依据是________________________________________________________________________
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营养成 分含量 干物质 /% 粗纤维 /% 粗蛋白 /% 真蛋白 /% 粗脂肪 /% 总糖 /% β 胡萝卜素/(mg·kg－1)
未发酵 醋糟 91.33 36.83 17.63 14.54 7.37 14.61 0.02
发酵 醋糟 89.79 37.23 22.51 19.78 3.21 9.66 6.62
