2020版高考生物二轮复习 专题十一微生物的利用及在传统发酵技术中的应用学案

2020版高考生物二轮复习 专题十一微生物的利用及在传统发酵技术中的应用学案

考点31　微生物的利用及在传统发酵技术中的应用 ‎ [直击考纲]　1.微生物的分离和培养。2.某种微生物数量的测定。3.培养基对微生物的选择作用。4.利用微生物进行发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用。5.从生物材料中提取某些特定的成分。6.运用发酵加工食品的基本方法。7.DNA的粗提取与鉴定。‎ ‎1．微生物的培养 ‎(1)无菌技术：主要包括消毒和灭菌。‎ ‎①消毒方法：常用煮沸消毒法、巴氏消毒法。‎ 9‎ ‎②常用灭菌方法：灼烧灭菌——接种环、接种针等金属器具；干热灭菌——主要针对玻璃器皿等；高压蒸汽灭菌——主要针对培养基等。‎ ‎(2)倒平板操作 操作过程如图所示，操作时要待培养基冷却至‎50 ℃‎左右时，在酒精灯火焰附近进行。‎ 制备固体培养基最后要将平板倒置，其主要目的是防止培养皿皿盖上的水珠滴入培养基造成污染。‎ ‎(3)平板划线操作 ‎(4)稀释涂布平板法：先将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个菌落。如图所示：‎ ‎2．某种微生物的分离与计数 ‎(1)分离——选择培养基 ‎①培养基中加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。‎ ‎②培养基中加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌。‎ ‎③培养基中缺乏氮源时，可以分离得到固氮微生物。‎ ‎④当培养基的某种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果。‎ 9‎ ‎⑤改变微生物的培养条件，也可以达到分离微生物的目的，如将培养基放在高温环境中培养能得到耐高温的微生物。‎ ‎(2)计数 ‎①土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 a．筛选菌株：利用以尿素为唯一氮源的选择培养基筛选菌株。‎ b．计数方法：活菌计数法和显微镜直接计数法。前者为了增强实验的说服力和准确性，需设置重复组，一般选择菌落数在30～300的平板进行计数。‎ c．过程：土壤取样→样品的稀释→微生物的培养与观察。‎ ‎②分解纤维素的微生物的分离 a．实验原理 即：可根据是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌。‎ b．流程：土壤取样→选择培养→梯度稀释→涂布平板→挑选菌落。‎ ‎(3)鉴定方法 鉴定分解尿素的细菌 含酚红指示剂的以尿素为唯一氮源的培养基→细菌→指示剂变红，则该菌能分解尿素 鉴定纤维素分解菌 ‎3.微生物在传统发酵技术中的应用 项目 果酒和果醋的制作 腐乳制作 泡菜制作 作用菌类 果酒：酵母菌 果醋：醋酸菌 毛霉 乳酸菌 原理 毛霉将蛋白质、脂肪分解成小分子有机物 乳酸菌将糖转化为乳酸 9‎ ‎①酵母菌在无氧条件下将葡萄糖氧化成乙醇；②醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸 原料选择 新鲜葡萄(或苹果)‎ 豆腐 大白菜、花椰菜等新鲜干净的蔬菜 实验流程 →冲洗→‎ ‎―→榨汁→‎ → ‎↓　　　↓‎ 果酒　　果醋 让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制 操作注意事项 ‎①材料选择与处理；②防止发酵液污染，控制好发酵条件 ‎①材料用量；②防止杂菌污染；③控制温度及酒精含量 ‎①泡菜坛的选择；‎ ‎②腌制条件(无氧)‎ 共同点 都是天然的发酵，利用了微生物新陈代谢过程中代谢产物的作用或直接获取代谢产物 题组一　微生物的培养和利用 ‎1．苯酚及其衍生物广泛存在于工业废水中，对环境有严重危害。某学校科研小组准备依据如图操作步骤，从处理废水的活性污泥中分离筛选出苯酚高效降解菌株。据图回答下列问题：‎ ‎(1)甲图中苯酚降解菌的富集培养基应含有蛋白胨、K2HPO4、MgSO4‎ 9‎ ‎、苯酚和水，其中可作为碳源的有______________________。‎ ‎(2)将采集到的样品接种培养，苯酚用量应随转接次数增加而逐渐________，以达到获得苯酚高效降解菌的目的。应采用______________法来进行该菌种的计数与分离，统计的菌落数往往比活菌的实际数目要_____________________________________________。‎ ‎(3)制备平板培养基时除了需要水、碳源、氮源、无机盐和特殊营养物质外，还必须添加________。培养基的灭菌方法为__________。‎ ‎(4)乙图为连续划线法示意图，在该图中________________________________________(填序号)区域最易获得单菌落。如需要长期保存该菌种，应采用甘油管藏的方法，保存温度为________。‎ 答案　(1)蛋白胨、苯酚　(2)增加(升高)　稀释涂布平板　小　(3)琼脂(凝固剂)　高压蒸汽灭菌　(4)③　－‎‎20 ℃‎ 解析　微生物培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐，此外还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。对异养微生物来说，含C、N的化合物既是碳源，也是氮源，即有些化合物作为营养要素成分时并不是起单一方面的作用。微生物常见的接种的方法有：①平板划线法：将已经熔化的培养基倒入培养皿制成平板，接种、划线，在恒温箱里培养。在线的开始部分，微生物往往连在一起生长，随着线的延伸，菌数逐渐减少，最后可能形成单个菌落；②稀释涂布平板法：将待分离的菌液经过大量稀释后，均匀涂布在培养皿表面，经培养后可形成单个菌落。‎ ‎(1)培养基成分中的有机物均可以提供碳源，即蛋白胨、苯酚均可以作为碳源。‎ ‎(2)本实验的目的是筛选苯酚降解菌株，因此将采集到的样品接种培养，苯酚用量应随转接次数增加而逐渐增加，以达到富集苯酚降解菌的目的。图甲中采用的是稀释涂布平板法，以便于菌落计数与分离，用这种方法统计的菌落数往往比活菌的实际数目要小，因为常常有两个或多个菌体连在一起生长繁殖而形成一个菌落的情况。‎ ‎(3)制备的平板培养基是固体培养基，除了需要水、碳源、氮源、无机盐和特殊营养物质外，还必须添加琼脂作为凝固剂。培养基的灭菌方法为高压蒸汽灭菌法。‎ ‎(4)图乙为平板划线法，随着划线次数的增加，菌种进一步被稀释，因此图中③区域更易获得单菌落。长期保存该菌种，应采用甘油管藏的方法，保存温度为－‎20 ℃‎。‎ ‎2．外卖在方便了大家的同时也存在着食品安全隐患，今年济南将启动外卖“食安封签”，同时在餐饮企业的卫生测评指标中增加“微生物控制指数”。回答下列问题：‎ 9‎ ‎(1)微生物接种最常用的两种方法是______________________________________和稀释涂布平板法。这两种方法的所有操作都应在酒精灯火焰附近进行，目的是____________________。用前种方法若要在五个区域划线，共需灼烧接种环________次。‎ ‎(2)用稀释涂布平板法对细菌进行计数时，所统计的菌落数往往会比实际数目偏小，原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ 在5个平板上各接种稀释倍数为103的菌液样品0.1 mL，培养一段时间后，平板上的菌落数分别为48、50、52、54、330，则每升原菌液样品中细菌数为______个。‎ ‎(3)为防止人员感染和污染环境，实验人员离开实验室时，一定要做的事情有____________、______________________________________。‎ 答案　(1)平板划线法　避免周围环境中微生物的污染　6　(2)当两个或多个细胞连在一起时，平板上只能观察到一个菌落　5.1×108　(3)洗手(或用酒精对手消毒等)　对使用过的培养基进行灭菌处理后再丢弃 解析　微生物接种最常用的两种方法是平板划线法和稀释涂布平板法。两种方法均可用于菌种的分离纯化，但若要对菌液中含有的活菌数进行计数，则只能用稀释涂布平板法，但这种方法得到的结果往往比实际结果偏低，原因是涂布时可能存在两个或多个细菌连在一起而形成一个菌落。其计算方法是：单位菌液中含有的细菌数＝菌落数的平均值÷涂布菌液的体积×稀释倍数。‎ ‎(1)微生物接种最常用的两种方法是平板划线法和稀释涂布平板法。两种方法的所有操作都应在酒精灯火焰附近进行，目的是避免周围环境中微生物的污染。每次接种前后接种环都需要灼烧灭菌，因此若要在五个区域划线，共需灼烧接种环6次。‎ ‎(2)用稀释涂布平板法对细菌进行计数时，当两个或多个细胞连在一起时，平板上只能观察到一个菌落，所以统计的菌落数往往比活菌的实际数目小。观察数据发现330与其他数值相比明显偏高，证明此平板已被污染，此数值应该舍弃，其他四个培养基上平均数＝(48＋50＋52＋54)/4＝51，所以每升水样中活菌数为51×103÷0.1÷10－3＝5.1×108(个)。‎ ‎(3)实验人员离开实验室时，一定要洗手(用酒精对手消毒等)，以防止被微生物感染，对使用过的培养基丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境。‎ 题组二　传统发酵技术的应用 ‎3．腐乳是我国古代劳动人民创造出的一种经过微生物发酵的大豆食品。它“闻着臭，吃着香”且易于消化吸收，深受大众喜爱，其制作方法广为流传。请回答下列有关问题：‎ ‎(1)现代科学研究表明，许多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是________________，它与乳酸菌在结构上的主要区别是_____________________________‎ 9‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)腐乳易被人体吸收是因为豆腐中的成分发生了如下变化： ‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在腐乳制作过程中会加盐腌制，加盐的作用是 ‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 越接近瓶口加盐量越多的原因是__________________________________________。‎ ‎(4)防止杂菌污染是制作腐乳过程中的一项重要的操作，请再列举一项防止杂菌污染的操作：________________________。‎ ‎(5)在腐乳制作过程中会遇到许多问题，请你提出一个科学合理且可供研究的课题。‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)毛霉　毛霉有核膜包被的细胞核而乳酸菌没有　(2)豆腐中的蛋白质在蛋白酶的催化下分解成小分子肽和氨基酸，豆腐中的脂肪在脂肪酶的催化下分解成甘油和脂肪酸　 (3)析出豆腐中的水分使豆腐变硬，抑制微生物的生长避免豆腐变质　越接近瓶口，杂菌污染的可能性越大　(4)装瓶时操作要迅速、小心　(5)探究制作腐乳的最佳湿度 解析　(1)腐乳制作有多种微生物参与，其中起主要作用的是毛霉。毛霉属于真核生物，而乳酸菌属于原核生物，因此毛霉与乳酸菌在结构上的主要区别是：毛霉有核膜包被的细胞核，而乳酸菌没有。‎ ‎(2)腐乳易被人体吸收是因为豆腐中的成分发生了如下变化：豆腐中的蛋白质在蛋白酶的催化下分解成小分子肽和氨基酸；豆腐中的脂肪在脂肪酶的催化下分解成甘油和脂肪酸。‎ ‎(3)制作腐乳的过程中，加盐可以析出豆腐中的水分使豆腐块变硬，在后期的制作过程中不会过早酥烂；同时，盐能抑制微生物的生长，避免豆腐块腐败变质。越接近瓶口，杂菌污染的可能性越大，因此要随着豆腐层的加高增加盐的用量。‎ ‎(4)在腐乳制作过程中为防止杂菌污染，用来腌制腐乳的玻璃瓶洗刷干净后要用沸水消毒，除此之外，装瓶时操作要迅速、小心；整齐地摆放好豆腐、加入卤汤后，要用胶条将瓶口密封；封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。‎ ‎(5)在腐乳制作过程中，盐的浓度、温度、湿度等都会影响腐乳的品质，因此可供研究的课题有：探究制作腐乳的最佳湿度、探究制作腐乳的最佳温度等。‎ ‎4．用百香果作材料制成的果醋具有缓解压力、消除疲劳、延缓衰老、预防动脉硬化、养颜美容的功效。如图为百香果醋的制作流程图，请回答下列相关问题：‎ 9‎ ‎(1)①过程的酿造原理是先使酵母菌进行____________，以增加酵母菌的数量，然后通过__________________获得果酒。‎ ‎(2)酿制百香果酒时，并不需要对百香果进行严格的消毒处理，这是因为在______________________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。①过程往往不能长时间密封，原因是_____________________。‎ ‎(3)②过程适宜的温度为________。温度过高时，醋酸菌代谢减慢甚至死亡，根本原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)①过程转入②过程前，除改变温度外，还需调整的发酵条件是______________________。要鉴定百香果醋是否酿制成功，除可以通过观察菌膜、尝、嗅之外，还可以通过检测和比较__________________做进一步的鉴定。‎ 答案　(1)有氧呼吸　无氧呼吸　(2)缺氧、呈酸性　酵母菌无氧呼吸产生CO2，会使得装置气压增大　(3)30～35 ℃　温度过高，影响酶的活性　(4)通入无菌空气　醋酸发酵前后的pH 解析　(1)在果酒发酵过程中首先让酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，再进行无氧呼吸产生酒精。(2)酿制百香果酒时，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，所以不需要对百香果进行严格的消毒处理。酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO2，CO2会使装置气压增大，应及时放气。(3)醋酸菌的最适生长温度为30～35 ℃，温度主要影响酶的活性。(4)醋酸菌是需氧型细菌，发酵时需要通入无菌空气。可以通过检测和比较醋酸发酵前后的pH来进一步鉴定果醋是否酿制成功。‎ ‎5．泡菜制作简单，易于储存，开胃提神，醒酒去腻，老少适宜，是家喻户晓的一种佐餐菜肴。以下是有关泡菜制作的一些问题，请分析回答：‎ ‎(1)制备泡菜的盐水中盐与清水的质量比约为____________，盐水需煮沸并冷却后才可使用，原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)在泡菜腌制过程中经常向坛口边缘的水槽中补充水分，目的是提供____________环境。在发酵初期会有气泡从坛沿水槽内的水中间歇性溢出，这些气泡来源于_________________。‎ ‎(3)发酵后期，乳酸含量继续增加，当达到1.2%以上时，发酵速率渐渐变缓甚至停止，主要原因是______________________________。‎ 9‎ ‎(4)若制作的泡菜“咸而不酸”，最可能的原因是________________________。‎ ‎(5)发酵过程中会产生亚硝酸盐，亚硝酸盐在特定条件下会转变成致癌物__________，所以在发酵过程中应定期测定亚硝酸盐的含量，以把握取食泡菜的最佳时机。检测亚硝酸盐含量的方法是__________________，在检测泡菜中亚硝酸盐含量的实验中，必须先制备已知浓度的________________，将显色反应后的样品与其进行比对。‎ 答案　(1)1∶4　加热煮沸是为了杀灭杂菌，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　(2)无氧　微生物呼吸作用产生的气体和泡菜坛中剩余的空气　(3)pH过低抑制了乳酸菌的生长　(4)盐过多抑制了乳酸菌发酵　(5)亚硝胺　比色法　标准显色液 解析　(1)制备泡菜的盐水中盐与清水的质量比约为1∶4，盐水加热煮沸是为了杀灭杂菌，冷却之后使用是为了避免高温杀死乳酸菌，保证乳酸菌等微生物的生命活动不受影响。‎ ‎(2)在泡菜腌制过程中向坛口边缘的水槽中补充水分的目的是隔绝空气，提供乳酸菌发酵的无氧环境。在发酵初期微生物呼吸作用产生的二氧化碳和泡菜坛中剩余的空气由于发酵坛内温度升高会从坛沿水槽内的水中溢出。‎ ‎(3)发酵后期，当乳酸含量达到1.2%以上时，pH过低会抑制乳酸菌的生长，导致发酵速率渐渐变缓甚至停止。‎ ‎(4)盐过多会抑制乳酸菌发酵，会导致制作的泡菜“咸而不酸”。‎ ‎(5)亚硝酸盐在特定条件下会转变成亚硝胺，可引起基因突变导致癌症。检测泡菜中亚硝酸盐含量的方法是比色法，检测时必须先制备已知亚硝酸盐浓度的标准显色液。‎ 9‎