2023高三二轮总复习生物-第一篇-专题十-考点一-发酵工程.docx

明考点·析考情·谈趋势
考点
1.微生物的培养及应用。2.植物组织培养和植物体细胞杂交技术。3.动物细胞工程。4.胚胎工程的理论基础及应用。5.基因工程的基本工具、操作程序及应用。6.DNA的粗提取与鉴定。7.DNA片段的扩增及电泳鉴定。8.蛋白质工程。9.生物技术的安全性与伦理问题。
考情
1.考查题型：发酵工程、细胞工程多以选择题呈现，基因工程多以简答题呈现。
2.命题趋势：发酵工程主要考察传统发酵食品制作的原理、过程、条件控制；以及微生物培养基的配制、消毒、灭菌、计数和分离等技术，尤其是培养和分离。基因工程几乎每年均有考查，多以基因工程的基本程序为背景，既可单独考查其中相关的生物学原理和注意事项，也可结合细胞工程进行综合考查。

1.(选择性必修3 P5正文)乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。
2．(选择性必修3 P6正文)温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃。
3．(选择性必修3 P7正文)醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸；当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。
4．(选择性必修3 P7探究·实践)制作果酒和果醋时，先用清水冲洗葡萄1～2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒。
5．(选择性必修3 P10正文)在培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素；在培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性；在培养细菌时，一般需要将培养基调至中性或弱碱性；在培养厌氧微生物时，需要提供无氧的条件。
6．(选择性必修3 P10正文)获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。
7．(选择性必修3 P12探究·实践)采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上。
8．(选择性必修3 P13探究·实践)通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。
9．(选择性必修3 P16思考·讨论)尿素分解菌之所以能分解尿素，是因为它们能合成脲酶，脲酶催化尿素分解产生NH3，NH3可作为细菌生长的氮源。
10．(选择性必修3 P18正文)利用稀释涂布平板法计数，统计的菌落数往往比活菌的实际数目少，这是因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。
11．(选择性必修3 P27正文)以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。
12．(选择性必修3 P40正文)由于大多数单倍体植株的细胞中只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
13．(选择性必修3 P48～49正文)单克隆抗体制备过程中涉及两次筛选，第一次是利用特定的选择培养基，筛选出杂交瘤细胞；第二次是进行克隆化培养和抗体检测，目的是筛选出足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
14．(选择性必修3 P54相关信息)目前动物细胞核移植技术中普遍使用的去核方法是显微操作法。也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法。这些方法是在没有穿透卵母细胞透明带的情况下去核或使其中的DNA变性。
15．(选择性必修3 P58相关信息)在实际胚胎工程操作中，常以观察到两个极体或者雌、雄原核作为受精的标志。
16．(选择性必修3 P62思考·讨论)胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
17．(选择性必修3 P74探究·实践)在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。
18．(选择性必修3 P81资料卡)农杆菌细胞内含有Ti质粒，当它侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T－DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体DNA上。
19．(选择性必修3 P84探究·实践)在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关。
20．(选择性必修3 P90正文)构建乳腺生物反应器时需要将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。
21．(选择性必修3 P109思考·讨论)设计试管婴儿在植入前需要对胚胎进行遗传学诊断。
考点一　发酵工程

1．理清“3”种传统食品的制作技术

2．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 ℃左右较为适宜，温度过高会烫手，温度过低培养基又会凝固。
3．微生物分离与计数的实例

1．(2021·江苏，14)某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋，下列相关叙述正确的是(　　)
A．果酒发酵时，每日放气需迅速，避免空气回流入发酵容器
B．果酒发酵时，用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖含量变化，砖红色沉淀逐日增多
C．果醋发酵时，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时
D．果醋发酵时，用重铬酸钾测定醋酸含量变化时，溶液灰绿色逐日加深
答案　C
解析　酒精发酵利用的是酵母菌的无氧呼吸，随着果酒发酵的进行，装置内会产生气体(二氧化碳)，容器内压强大于外界，所以空气不会回流，A错误；果酒发酵时，发酵液中的葡萄糖不断被消耗，因此用斐林试剂检测葡萄汁中还原糖的含量变化，砖红色沉淀逐日减少，B错误；以酒精为底物进行醋酸发酵，酒精与氧气发生反应产生乙酸和水，几乎没有气泡产生，发酵液产生的气泡量明显少于果酒发酵时，C正确；重铬酸钾用于检测酒精，不能用于测定醋酸含量，D错误。
2．(2022·山东，20改编)啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法不正确的是(　　)
A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶
B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌
C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵
D．通过转基因技术可减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期
答案　B
解析　赤霉素能促进种子的萌发，据此可推测若用赤霉素处理大麦，可诱导α-淀粉酶相关基因的表达，促进α-淀粉酶的合成，进而使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶，A正确；焙烤可以杀死大麦种子的胚，但不使淀粉酶失活，没有进行灭菌，B错误；糖浆经蒸煮(产生风味组分、终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌)、冷却后再接种酵母菌进行发酵，防止高温杀死菌种，C正确；转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的发酵周期，属于转基因技术在微生物领域的应用，D正确。
思维延伸——判断与填充
(1)某同学在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋时，将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁，待酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵(2020·江苏，18)(　×　)
(2)利用乳酸菌制作酸奶过程中，先通气培养，后密封发酵(2019·江苏，9)(　×　)
(3)果醋制作过程中发酵液pH逐渐降低，果酒制作过程中情况相反(2019·江苏，9)(　×　)
(4)利用发酵罐进行葡萄酒主发酵过程中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(2018·江苏，16)(　√　)
(5)(2020·全国Ⅲ，37节选)制作果酒需要酵母菌，这一过程中也需要O2，O2的作用是促进有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖。
(6)(2018·全国Ⅲ，37节选)制作面包时，为使面包松软通常要在面粉中添加一定量的酵母菌，酵母菌引起面包松软的原因是酵母菌分解葡萄糖会产生CO2，CO2使面包松软。
(7)(2021·重庆，25节选)先酿制果酒再生产果醋的优势有①③(填编号)。
①先酿制果酒，发酵液能抑制杂菌的生长，有利于提高果醋的产率
②酿制果酒时形成的醋酸菌膜，有利于提高果醋的产率
③果酒有利于溶出水果中的风味物质并保留在果醋中
3．(2020·江苏，31)产脂肪酶酵母可用于含油废水处理。为筛选产脂肪酶酵母菌株，科研人员开展了相关研究。请回答下列问题：
(1)常规微生物实验中，下列物品及其灭菌方法错误的是________(填编号)。
编号
①
②
③
④
物品
培养基
接种环
培养皿
涂布器
灭菌方法
高压蒸汽
火焰灼烧
干热
臭氧

(2)称取1.0 g某土壤样品，转入99 mL无菌水中，制备成菌悬液，经__________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，其中10倍稀释的菌悬液培养后平均长出了46个酵母菌落，则该样本中每克土壤约含酵母菌________个。
(3)为了进一步提高酵母菌产酶能力，对分离所得的菌株，采用射线辐照进行____________育种。将辐照处理后的酵母菌涂布在以________为唯一碳源的固体培养基上，培养一段时间后，按照菌落直径大小进行初筛，选择直径________的菌落，纯化后获得A、B两突变菌株。
(4)在处理含油废水的同时，可获得单细胞蛋白，实现污染物资源化。为评价A、B两菌株的相关性能，进行了培养研究，结果如图。据图分析，应选择菌株________进行后续相关研究，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案　(1)④　(2)梯度稀释　4.6×105(或460 000)　(3)诱变　脂肪　较大　(4)B　该菌株增殖速度快，单细胞蛋白产量高；降解脂肪能力强，净化效果好
解析　(2)利用稀释涂布平板法统计活菌数目时，需要将制备的菌悬液进行梯度稀释，以获得细胞密度不同的菌悬液，一般来说，菌落数在30～300个的平板最适于计数。0.1 mL菌悬液中含有46个酵母菌落，则1 mL菌悬液中含有460个酵母菌落；1.0 g土壤样品首先稀释100倍，然后稀释10倍，共稀释了1 000倍，因此样本中每克土壤约含酵母菌460×1 000＝4.6×105(个)。(3)采用射线辐照引起酵母菌基因突变，此种方法属于诱变育种。检查诱变酵母菌产脂肪酶的能力，需要把酵母菌接种到以脂肪为唯一碳源的培养基上，按照产生菌落直径大小进行初步筛选，直径大的说明产酶能力强，利用的脂肪(碳源)多，直径小的说明产酶能力弱，利用的脂肪(碳源)少。(4)通过分析题图可知，相同时间内，菌株B细胞密度大，说明该菌株增殖速度快，单细胞蛋白产量高；相同时间内，菌株B利用的脂肪多，脂肪剩余量少，说明该菌株降解脂肪的能力强，净化效果好。
4．(2022·全国甲，37)某同学从被石油污染的土壤中分离得到A和B两株可以降解石油的细菌，在此基础上采用平板培养法比较二者降解石油的能力，并分析两个菌株的其他生理功能。
实验所用的培养基成分如下：
培养基Ⅰ：K2HPO4、MgSO4、NH4NO3、石油。
培养基Ⅱ：K2HPO4、MgSO4、石油。
操作步骤：
①将A、B菌株分别接种在两瓶液体培养基Ⅰ中培养，得到A、B菌液；
②液体培养基Ⅰ、Ⅱ中添加琼脂，分别制成平板Ⅰ、Ⅱ，并按图中所示在平板上打甲、乙两孔。

回答下列问题：

(1)实验所用培养基中作为碳源的成分是________。
培养基中NH4NO3的作用是为菌株的生长提供氮源，氮源在菌体内可以参与合成____________________(答出2种即可)等生物大分子。
(2)步骤①中，在资源和空间不受限制的阶段，若最初接种N0个A细菌，繁殖n代后细菌的数量是__________。
(3)为了比较A、B降解石油的能力，某同学利用步骤②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ进行实验，结果如表所示(“＋”表示有透明圈，“＋”越多表示透明圈越大，“－”表示无透明圈)，推测该同学的实验思路是_____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
菌株
透明圈大小
平板Ⅰ
平板Ⅱ
A
＋＋＋
＋＋
B
＋＋
－

(4)现有一贫氮且被石油污染的土壤，根据上表所示实验结果，治理石油污染应选用的菌株是__________，理由是________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)石油　DNA、RNA、蛋白质　(2)N0·2n　(3)在无菌条件下，将等量等浓度的A菌液和B菌液分别接种到平板Ⅰ的甲和乙两孔处，平板Ⅱ也进行同样的操作，在相同且适宜条件下培养一段时间，比较两个平板的两孔处的透明圈大小并作记录，根据透明圈大降解能力强，透明圈小降解能力弱，进而比较A、B降解石油的能力　(4)A　A菌株降解石油的能力高于B菌株，并且在没有添加氮源的培养基中也能生长
解析　(1)培养基的成分有碳源、氮源、无机盐和水等，从组成培养基的物质所含化学元素可知，作为碳源的成分是石油。生物大分子DNA、RNA、蛋白质都含有氮元素，故氮源在菌体内可以参与合成这些物质。(2)由题意“资源和空间不受限制”可知，细菌呈“J”形曲线增长，由于DNA的半保留复制，细菌每繁殖一代就是上一代的2倍，根据公式Nt＝N0·λt，λ＝2，繁殖n代后细菌的数量是N0·2n。(3)分析表格数据可知，实验结果：在平板Ⅰ上，A菌株降解石油的能力高于B菌株；在平板Ⅱ上，A菌株仍然能降解石油，而B菌株不能降解。根据实验的单一变量和对照原则，推测该同学的思路：在无菌条件下，将等量等浓度的A菌液和B菌液分别接种到平板Ⅰ的甲和乙两孔处，平板Ⅱ也进行同样的操作，在相同且适宜条件下培养一段时间，比较两个平板的两孔处的透明圈大小并作记录，根据透明圈大降解能力强，透明圈小降解能力弱，进而比较A、B降解石油的能力。(4)由表格数据可知，在平板Ⅱ(无氮源的培养基)上，A菌株仍然能降解石油，而B菌株不能降解，所以要治理贫氮且被石油污染的土壤，应该选用A菌株，因为A菌株降解石油的能力高于B菌株，并且在没有添加氮源的培养基中也能生长。
思维延伸——判断与填充
(1)配制培养基时应根据微生物的种类调整培养基的pH(2020·浙江7月选考，19)(　√　)
(2)可使用平板划线法统计活细菌总数(2020·天津，19)(　×　)
(3)为纯化菌种，在鉴别培养基上划线接种纤维素降解细菌，培养结果如图所示。图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多，应从Ⅲ区挑取单菌落(2020·江苏，19)(　√　)

(4)接种后的培养皿要倒置，以防培养基污染(2019·江苏，12) (　√　)
(5)为提高一株石油降解菌的净化能力，将菌涂布于石油为唯一碳源的固体培养基上，以致死率为90%的辐照剂量诱变处理，涂布用的菌浓度应控制在30～300个/mL(2021·江苏，18)(　×　)
(6)人体皮肤表面存在着多种微生物，某同学拟从中分离出葡萄球菌，用取样后的棉拭子在固体培养基上涂布(2021·北京，12)(　×　)
(7)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色，实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源(2021·山东，14)(　×　)
(8)(2019·全国Ⅰ ,37节选)将土壤悬浮液接种在培养基[氯化钠(5 g/L)，硝酸铵(3 g/L)，其他无机盐(适量)，X(15 g/L)]上，筛选土壤中能高效降解X的细菌(仅含有C、H两种元素)。培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会下降，其原因是不能降解X的细菌因缺乏碳源不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖。

题组一　传统发酵技术的应用
1．(2022·江苏高三二模)下列关于泡菜、面包、酸奶等发酵食品的叙述，正确的是(　　 )
A．泡菜坛内的白色菌膜与果酒表面的菌膜中所含菌种相同
B．制作面包和馒头都用到酵母菌，酵母菌产生的酒精与食品松软有关
C．若出现泡菜发酸、面包长霉、酸奶胀袋等情况，则都不能再食用
D．若制作的泡菜咸而不酸，可能的原因是加入食盐过多，抑制了乳酸菌发酵
答案　D
解析　泡菜坛内的白色菌膜是酵母菌繁殖所致，果酒表面的菌膜是醋酸菌繁殖所致，A错误；制作面包和馒头都用到酵母菌，酵母菌产生的二氧化碳与食品松软有关，B错误；泡菜发酸属于正常现象，是乳酸菌产生的乳酸过多所致，能正常食用，C错误；若制作的泡菜咸而不酸，最可能的原因是大量的食盐抑制了乳酸菌的发酵过程，乳酸产生量减少，D正确。
2．米酒、酸奶、泡菜等都属于传统发酵制品，下列相关叙述正确的是(　　 )
A．制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母
B．米酒发酵液中冒出的“气泡”都来源于酵母菌无氧呼吸
C．酸奶和泡菜制作中均需要及时通氧，保证乳酸菌的有氧呼吸
D．为降低杂菌污染，发酵前需要对器具、原料等进行灭菌
答案　A
解析　利用酵母菌的无氧呼吸可制作米酒，制作米酒时添加“酵头”的目的是接种酿酒酵母，A正确；米酒发酵液中冒出的“气泡”既来源于酵母菌的无氧呼吸，也来源于酵母菌的有氧呼吸，B错误；酸奶和泡菜的制作利用的微生物是乳酸菌，而乳酸菌是厌氧细菌，因此酸奶和泡菜制作中不需要通氧，要保证乳酸菌的无氧呼吸，C错误；发酵前不能对原料进行灭菌，否则会杀死原料中的发酵菌种，D错误。
题组二　微生物的培养、分离与计数
3．(2022·江苏如皋中学高三二模)为了检测冰淇淋中的大肠杆菌含量是否超标。下列有关做法正确的是(　　 )
A．配制培养基，高压蒸汽灭菌后，调节pH到弱碱性
B．将冰淇淋溶化后，进行梯度稀释，再用平板划线法进行接种
C．置于37 ℃恒温箱中培养12 h，统计培养基中长出来的菌落数
D．该实验应设置未接种样品的空白对照，以检测培养基是否被污染
答案　D
解析　配制培养基时，应该先调节pH后灭菌，A错误；要检测冰淇淋中大肠杆菌含量是否超标，应该用稀释涂布平板法接种，B错误；应将培养基置于37 ℃恒温箱中培养24 h，C错误。
4．为了解病原微生物对四种抗生素的敏感程度，某研究小组进行了相关药敏实验，图1为部分实验器材。将四个大小相同的分别含有相同浓度抗生素Ⅰ～Ⅳ的纸片分别贴在长满测试菌的平板上，实验结果如图2。下列相关叙述正确的是(　　)

A．为获得长满测试菌的平板，需要使用图1中的器材①②③
B．图2中Ⅱ形成的抑菌圈较小，可能是病原微生物对药物较敏感
C．图2抑菌圈中的菌落可能是在抗生素Ⅳ作用下产生了突变株
D．不同抗生素在平板上的扩散速度不同会影响实验结果
答案　D
解析　为获得长满测试菌的琼脂平板，需要采用稀释涂布平板法，该方法需要使用图1中的①酒精灯(操作需要在酒精灯火焰附近进行，用酒精灯对涂布器进行灼烧灭菌)、③培养基和④涂布器(接种工具)，②接种环是平板划线法接种时需要使用的接种工具，A错误；图2中Ⅱ处抑菌圈最小，说明此处微生物对该药物的敏感度最低，B错误；突变株的出现不是在抗生素的作用下产生的，抗生素只能起选择作用，C错误；不同抗生素在平板上的扩散速度不同，会影响实验结果中抑菌圈的大小 ，D正确。
5．一次性口罩的主要成分为聚丙烯纤维(PP)，某科研团队准备从土壤中筛选出高效降解一次性口罩的细菌。下列操作正确的是(　　)
A．培养基中应以PP作为唯一碳源
B．挖取的土壤和装土壤的纸袋都无需灭菌
C．只能使用平板划线法进行接种
D．培养时恒温箱的温度控制在50 ℃
答案　A
解析　实验目的是获得高效降解一次性口罩的细菌，而一次性口罩的主要成分为聚丙烯纤维(PP)，故应用以PP作为唯一碳源的选择培养基，这样其他微生物便无法生存，A正确；为了防止杂菌污染，挖取土壤的铁铲和装土壤的纸袋都需灭菌，土壤不用灭菌，B错误；可以用稀释涂布平板法和平板划线法进行接种，C错误；培养时恒温箱的温度控制在30～37 ℃，可以每隔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，D错误。