选择性必修3《生物技术与工程》课时跟踪检测（4） 发酵工程及其应用（解析版）

选择性必修3《生物技术与工程》课时跟踪检测
（四） 发酵工程及其应用
一、选择题
1．单细胞蛋白是通过下列哪种方法获得的(　　)
A．基因工程 B．细胞工程
C．发酵工程 D．酶工程
解析：选C　微生物含有丰富的蛋白质，而且微生物生长繁殖速度快，可通过发酵获得大量微生物菌体，这种微生物菌体就叫单细胞蛋白。
2．基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品，不包括(　　)
A．生长激素释放抑制激素
B．干扰素
C．聚乙二醇
D．重组乙肝疫苗
解析：选C　“工程菌”通过发酵工程生产的产品包括生长激素释放抑制激素、干扰素、重组乙肝疫苗等，聚乙二醇是诱导细胞融合的诱导剂，不是通过发酵工程生产的产品。
3．下列选项中有关发酵工程基本环节的叙述，不合理的是(　　)
A．由于工业发酵罐所需接入的菌种总体积一般都比较大，所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
B．在菌种确定之前，要先制备好培养基
C．发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种
D．如果发酵产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品
解析：选B　培养基要在菌种确定之后，再选择原料制备，而且，在生产实践中，培养基的配方要经过反复实验才能确定。
4．下列有关微生物的叙述，错误的是(　　)
A．酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力
B．在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程和细胞工程定向选育出性状优良的生产用菌种
C．细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者
D．在基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素
解析：选B　酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力，A正确；诱变育种的原理是基因突变，突变具有不定向性，故不能通过诱变育种定向选育出性状优良的生产用菌种，B错误；细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者，如硝化细菌可作为生产者，某些致病菌可作为消费者，腐生细菌可作为分解者，C正确；基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素，D正确。
5．下列有关发酵工程的叙述，正确的是(　　)
A．发酵工程常采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品
B．发酵所用的菌种多是通过杂交育种的方式获得
C．发酵工程就是利用微生物的无氧呼吸生产人类所需的产品
D．发酵工程与基因工程和细胞工程无关
解析：选A　发酵工程通常可以采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的产品，A正确；很多微生物是原核生物，不能进行杂交育种，发酵所用的菌种多是通过人工诱变的方式获得，B错误；发酵工程就是利用微生物的有氧呼吸或无氧呼吸生产人类所需的产品，C错误；发酵工程与基因工程和细胞工程密切相关，D错误。
6．发酵工程的第一个重要工作是选育性状优良的纯种微生物。消灭杂菌、获得纯种的方法不包括(　　)
A．根据微生物对碳源需要的差别，使用含不同碳源的培养基
B．根据微生物所需生长因子的种类，在培养基中增减不同的生长因子
C．根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸
D．根据微生物对抗生素敏感性的差异，在培养基中加入不同的抗生素
解析：选C　选育性状优良的纯种微生物，就是在许多种微生物中，杀死其他微生物，使某种特定的微生物存活下来。根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比例的核酸(DNA和RNA)，微生物利用核酸时，需将其分解为核苷酸后才能吸收到细胞内，所以培养基中加入不同比例的核酸，不会对微生物起选择作用，而A、B、D三项所述均能起到选择特定微生物的作用。
7．发酵工程的一项关键措施是灭菌，下列关于灭菌的叙述正确的是(　　)
A．培养基和发酵设备均需要严格灭菌
B．灭菌是杀死培养基中的一切细菌和真菌
C．通入无菌空气可以达到灭菌的目的
D．pH调到7左右灭菌效果最好
解析：选A　灭菌就是杀灭所有微生物，以排除对生产、实验的干扰，关键是要对培养基和发酵设备灭菌，A正确；培养基的灭菌是杀死培养基中的一切微生物，B错误；为防止杂菌污染，通入的空气也要是无菌的，通入无菌空气不能达到灭菌的目的，C错误；灭菌效果与pH无直接关系，D错误。
8．(2024·佛山高二期末)味精是一种鲜味剂，利用发酵技术生产味精的主要过程为原料→淀粉糖化→通气发酵→发酵产物提取→味精制造→包装。下列说法错误的是(　　)
A．生产味精需要的谷氨酸棒状杆菌是好氧型生物
B．淀粉的糖化分解有利于发酵过程的充分进行
C．发酵时需将发酵液的pH调节为中性或弱酸性
D．从发酵液中获得谷氨酸需要采取适当的提取、分离和纯化措施
解析：选C　由题干中生产味精需通气发酵可知，生产味精需要的谷氨酸棒状杆菌是好氧型生物，A正确。淀粉的糖化作用是在发酵过程中继续利用微生物所分泌的淀粉酶等将碳水化合物分解成葡萄糖、麦芽糖、糊精等，淀粉的糖化分解有利于发酵过程的充分进行，B正确。谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要严格控制发酵液的pH，在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺，C错误。发酵结束后，要想获得纯净谷氨酸，应采取适当的提取、分离和纯化措施，D正确。
9．(2024·江西高考)井冈霉素是我国科学家发现的一种氨基寡糖类抗生素，它由吸水链霉菌井冈变种(JGs，一种放线菌，菌体呈丝状生长)发酵而来，在水稻病害防治等领域中得到广泛应用。下列关于JGs发酵生产井冈霉素的叙述，正确的是(　　)
A．JGs可发酵生产井冈霉素，因为它含有能够编码井冈霉素的基因
B．JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程不影响井冈霉素的产量
C．提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量
D．稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化
解析：选D　基因表达的产物是蛋白质，而井冈霉素是JGs发酵生产的一种氨基寡糖类抗生素，是JGs的代谢物，A错误；JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程会影响JGs的数量，进而影响井冈霉素的产量，B错误；在一定范围内提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量，但若浓度过大，反而会降低井冈霉素的产量，C错误；JGs是一种放线菌，菌体呈丝状生长，形成的菌落难以区分，因此稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化，D正确。
二、非选择题
10．赖氨酸是人体的必需氨基酸。人们利用黄色短杆菌合成赖氨酸的途径如图所示，通常利用发酵工程进行规模化生产。请回答下列问题：
(1)黄色短杆菌中含有遗传物质的结构是_______________________________________
_____________________________________________________。
(2)用黄色短杆菌生产赖氨酸的培养基按物理性质分属于____________。在培养基中要添加含C、H、O、N等元素的某相应有机化合物，从微生物的营养物质种类看，该化合物可以为黄色短杆菌提供哪些营养物质？__________________。
(3)根据细菌的繁殖特点，科学家常采用________的方法培育新菌种。由图可知，在筛选过程中要增加赖氨酸产量，就必须选育____________________的菌种。
(4)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积累。所以，在微生物培养过程中要严格控制____________________等发酵条件。
解析：(1)黄色短杆菌属于原核生物，细胞内没有细胞核，所以含有遗传物质的结构是拟核和质粒。(2)此发酵工程是为了获得细胞代谢产物赖氨酸，应用液体培养基进行培养；在培养基中要添加含C、H、O、N等元素的某相应有机化合物，该化合物可以为黄色短杆菌提供碳源、氮源、生长因子。(3)细菌为原核生物，进行无性繁殖，细胞内没有染色体，所以能发生的变异只有基因突变，故科学家常采用诱变育种的方法培育新菌种。由图可知，在筛选过程中要增加赖氨酸产量，就必须选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，原因是代谢产物甲硫氨酸和苏氨酸会抑制赖氨酸的合成。(4)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积累。所以，培养过程中要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
答案：(1)拟核和质粒 　(2)液体培养基　碳源、氮源、生长因子　(3)诱变育种　不能合成高丝氨酸脱氢酶　(4)温度、pH和溶解氧
11．(2023·全国乙卷)某研究小组设计了一个利用作物秸秆生产燃料乙醇的小型实验，其主要步骤是：先将粉碎的作物秸秆堆放在底部有小孔的托盘中，喷水浸润、接种菌T，培养一段时间后，再用清水淋洗秸秆堆(清水淋洗时菌T不会流失)，在装有淋洗液的瓶中接种酵母菌，进行乙醇发酵(酒精发酵)，实验流程如图所示。
回答下列问题。
(1)在粉碎的秸秆中接种菌T，培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解，其原因是____________________。
(2)采用液体培养基培养酵母菌，可以用淋洗液为原料制备培养基，培养基中还需要加入氮源等营养成分，氮源的主要作用是______________________________________________
__________________________________________________(答出1点即可)。通常，可采用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。在使用该方法时，为了达到良好的灭菌效果，需要注意的事项有________________________________________________________________________
_____________________________________________________________(答出2点即可)。
(3)将酵母菌接种到灭菌后的培养基中，拧紧瓶盖，置于适宜温度下培养、发酵。拧紧瓶盖的主要目的是________________________________________________________________。
但是在酵母菌发酵过程中，还需适时拧松瓶盖，原因是_________________________________。
发酵液中的乙醇可用________________________溶液检测。
(4)本实验收集的淋洗液中的________可以作为酵母菌生产乙醇的原料。与以粮食为原料发酵生产乙醇相比，本实验中乙醇生产方式的优点是___________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)纤维素的分解需要纤维素酶的催化，菌T可以分泌纤维素酶来催化秸秆中的纤维素大量分解。(2)氮源主要用于菌T细胞中蛋白质、核酸等含氮物质的合成。高压蒸汽灭菌注意事项参见答案。(3)在无氧条件下，酵母菌才能进行酒精发酵，则拧紧瓶盖的主要目的是创造无氧环境，利于酒精的产生。酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的过程中，会不断产生CO2，要适时拧松瓶盖放出CO2，以免发酵瓶破裂。在酸性条件下，橙色的重铬酸钾溶液可与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。(4)菌T可分泌纤维素酶，纤维素酶可以催化纤维素分解成葡萄糖，则本实验收集的淋洗液中的葡萄糖可以作为酵母菌生产乙醇的原料。用秸秆替代粮食生产乙醇，一方面提高了能量利用率，减少了环境污染，另一方面减少了对粮食的消耗，从而保障粮食安全。
答案：(1)菌T可以分泌纤维素酶　(2)用于合成蛋白质、核酸等含氮物质　待灭菌的物品不宜放置过挤；密闭灭菌前必须将锅内的冷空气充分排出；灭菌完毕后，不可立即打开排气阀，待压力表的压力降到零时，才能打开；锥形瓶与试管口不要与桶壁接触，以免冷凝水淋湿包裹瓶口的牛皮纸而透入棉塞　(3)创造无氧环境，利于酒精的产生　酒精发酵过程中产生的CO2会导致瓶内压强升高，及时排出CO2可以防止发酵瓶破裂　酸性重铬酸钾　(4)葡萄糖　提高了能量利用率、减少了对环境的污染、保障粮食安全