专题八 生物技术实践 第1讲微生物的利用和生物技术在食品加工中的应用

专题八 生物技术实践第1讲 微生物的利用和生物技术在食品加工中的应用(时间：50分钟满分：100分)非选择题(共100分)1(8分)(2011济南一模，47)白僵菌高孢粉是国家林业局推广的高效生物杀虫剂之一，应用于多种林木和农作物害虫的防治。白僵菌分生孢子附着在寄主表皮、气孔或消化道上，遇适宜条件开始萌发，生出芽管。同时产生脂肪酶、蛋白酶、几丁质酶等溶解昆虫的表皮，通过芽管入侵虫体，在虫体内生长繁殖，消耗寄主体内养分，产生各种毒素，形成大量菌丝和孢子，布满虫体全身。请回答下面的问题：(1)从自然菌样中筛选较理想生产用菌种的一般步骤是：采集菌样富集培养_性能测定。白僵菌的菌样应从_处采集。(2)分离白僵菌菌种的培养基属于_培养基。在配制白僵菌培养基时常加入蔗糖、硫酸铵、硝酸钾等成分，蔗糖属于_营养物质。(3)白僵菌纯培养常用的接种方法是_和_。(4)分离与培养过程中，培养基和接种工具都要进行_处理，利用高温可以使微生物的_等物质发生变性。解析(2)选择培养基用于选择分离菌种。蔗糖属于微生物的碳源。(4)微生物分离培养过程中，培养基、接种工具都要进行灭菌处理，其原理是高温使蛋白质、核酸变性而使细胞失去活性。答案(1)纯种分离感病昆虫(2)选择碳源(3)平板划线法稀释涂布平板法(或稀释混合平板法)(4)灭菌蛋白质和核酸2(10分)(2011潍坊质检)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。下面是腐乳制作的流程示意图：(1)现代科学研究表明，多种微生物参与了豆腐的发酵，其中起主要作用的是毛霉，毛霉是一种_状真菌。(2)腐乳制作的原理是_。(3)传统的制作过程中，豆腐块上生长的毛霉来自_。而现代的腐乳生产是在严格的无菌条件下，将优良的毛霉菌种接种在豆腐上，这样可以_。(4)加盐的作用是_和_。(5)卤汤是由酒及各种香辛料配制而成的，卤汤中的酒可以选用料酒、黄酒、米酒、高粱酒等，含量一般控制在12%左右，加酒的作用是_。解析豆腐发酵有多种微生物参与，其中毛霉起主要作用，毛霉是一种丝状真菌。传统制作中，豆腐上的毛霉来自空气中的毛霉孢子；现代腐乳生产是在无菌条件下，将优良的毛霉菌种接种在豆腐上，避免了其他菌种污染，保证产品质量。答案(1)丝(2)毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶可将脂肪水解为甘油和脂肪酸(3)空气中的毛霉孢子避免其他菌种的污染，保证产品的质量(4)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(5)可以抑制微生物的生长，能使腐乳具有独特的香味3(10分)下图所示是果酒和果醋制作的实验流程以及某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题。(1)完成图1中的制作流程。(2)冲洗的主要目的是_，冲洗应特别注意不能_，以防止菌种的流失。(3)图2装置中的充气口在_过程中要关闭，某同学在实验时为了密闭装置特意将瓶塞使劲塞紧，并将充气口和排气口用夹子夹紧，以便于发酵。但第二天观察时，发现瓶塞松了，他不明白其中的原因，请帮助解释说明其原因。_。(4)在醋酸发酵时，排气口排出的气体的来源是_ _。(5)若在果汁中含有醋酸菌，在酒精发酵旺盛时期，醋酸菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸？说明理由。_。解析本题主要考查了果酒、果醋制作的基本过程和原理。因酵母菌是兼性厌氧菌，在发酵初期需要氧气，进行大量繁殖，等酵母菌繁殖到一定数量时，关闭充气口，让其进行无氧呼吸；酵母菌无氧呼吸除产生酒精外，还产生CO2，所以瓶塞会松；醋酸菌是需氧型细菌，醋酸发酵过程中，充气口要连接充气泵不停地充气，排气口则不停地排气，排出的气体成分不仅有空气，还有醋酸菌有氧呼吸产生的CO2；酒精发酵与醋酸发酵的条件不同，酒精发酵时是无氧环境，而在无氧状态下，醋酸菌受到抑制。答案(1)醋酸发酵(2)洗去浮尘反复冲洗(3)酒精发酵酵母菌进行无氧呼吸产生的二氧化碳使瓶中气体压强增大(答细胞呼吸或有氧呼吸产生二氧化碳不可)(4)剩余的空气、醋酸菌有氧呼吸产生的二氧化碳(5)不能。因为酒精发酵时缺氧，会抑制醋酸菌的生长，醋酸菌的发酵条件是氧气充足4(12分)酵母菌是一种真菌，与人们的日常生活密切相关，也是现代生物技术研究中常用的模式生物。果酒、面包的制作需要酵母菌，酵母菌可以用液体培养基(培养液)来培养，培养液中酵母菌种群的增长情况与发酵食品的制作有密切关系。(1)土壤中富含各种微生物，将土壤浸出液接种到特定培养基上，可得到酵母菌。这一过程叫做_；为提高果酒的品质，发酵时常采用人工培养的纯净菌种。实验室中获取纯净菌种的方法有_。(2)果汁发酵后是否有酒精产生，可以用_来检验，在酸性条件下，该物质与酒精反应呈_色。(3)突变菌往往带有一些特殊的基因。在获得这些基因的过程中，PCR技术相当重要。PCR扩增反应中加入引物的作用是_，加入DNA聚合酶的作用是_。(4)酵母细胞固定化可大大提高生产效率。固定酵母细胞时首先需要将干酵母放入_中活化，若制得的凝胶珠颜色过浅，可能是因为_ _。解析从近几年的高考看，在有限的题量中，命题往往以一个中心事例为切入点，综合考查几项技术的应用。本题以酵母菌为主线，综合考查了酵母菌的分离培养、酒精发酵、PCR技术、酵母细胞固定化技术等内容。第(1)小题考查了微生物的分离技术和接种方法。在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进需要的微生物的生长，目的是从众多微生物中分离出所需要的微生物。微生物的纯化培养(两种接种方法)是平板划线法和稀释涂布平板法。第(2)小题考查发酵后是否有酒精产生的鉴定方法。发酵后取样，可通过嗅味和品尝进行初步鉴定，用重铬酸钾检验酒精的存在，其基本原理是酒精可使重铬酸钾的浓硫酸溶液颜色由橙色变为灰绿色。第(3)小题考查PCR技术的基础知识。PCR技术中的引物可以是RNA或单链DNA分子片段，PCR技术需要设计两种引物，分别与模板DNA两条链相结合，使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸。DNA聚合酶催化合成DNA子链。第(4)小题，在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。刚形成的凝胶珠应在CaCl2溶液中浸泡一段时间，以便形成稳定的结构。观察凝胶珠的颜色和形状：如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色，说明海藻酸钠的浓度偏低，固定的酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，则说明海藻酸钠的浓度偏高，制作失败，需要再作尝试。答案(1)酵母菌的分离平板划线法和稀释涂布平板法 (2)重铬酸钾灰绿(3)使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸催化DNA子链的合成(4)蒸馏水海藻酸钠浓度过低5(8分)图1为胡萝卜素粗品鉴定装置示意图，图2为叶绿体中的色素分离装置示意图，请据图回答下列问题。(1)图1中b的名称是_；a的作用是_，e为_，对于e实验时应注意_，f为_，常用_，如果层析液没及e会导致_。(2)请指出图2的三处错误_。解析对胡萝卜素提取粗品进行鉴定采用的是纸层析法，其原理是色素在滤纸上的运动速度不同，从而使滤液各成分分开。因层析液易挥发，故应在色谱容器上方用玻璃盖严。在进行点样时，应注意点样要快速细致，并保持滤纸干燥。叶绿体色素分离过程中，层析液不得超过滤液细线，否则点样处的有机成分会溶于层析液中。答案(1)色谱容器防止层析液挥发样品原点点样应该快速细致并保持滤纸干燥溶剂(层析液)石油醚胡萝卜素溶解在层析液中，致使鉴定失败(2)未盖培养皿盖；层析液太多；层析液没及了滤液细线6(12分)(2010全国新课标)下列是与芳香油提取相关的问题，请回答问题。(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有_的性质。蒸馏时收集的蒸馏液_(是、不是)纯的玫瑰精油，原因是_。(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和_。当原料量等其他条件一定时，提取量随蒸馏时间的变化趋势是_。(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会_，原因是_。(4)密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度_的地方，目的是_。(5)某植物花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如图所示。提取精油时采摘花的最合适时间为_天左右。(6)从薄荷叶中提取薄荷油时_(能、不能)采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是_。解析(1)由于玫瑰精油的化学性质稳定(耐一定程度高温)、易挥发(水蒸气可以将精油携带出来)、难溶于水(冷却后油水会重新分层)，所以玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取。(2)当水和原料量一定时，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和蒸馏温度，在一定的时间内随着蒸馏时间的延长提取量不断增加，一定时间后不再增加。如果蒸馏温度过高，提取量也会减少。(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，部分精油会随水蒸气挥发，则精油提取量会下降。(4)玫瑰精油具有挥发性，瓶装精油时若密封不严，则需要低温保存，以减少挥发。(5)分析图示可知，在该植物花的蓓蕾期与开放期之间(即a时期)精油含量最高。(6)由于薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似，易挥发、难溶于水、化学性质稳定，故可以用水蒸气蒸馏法提取。答案(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定不是玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物(2)蒸馏温度在一定的时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加(3)下降部分精油会随水蒸气挥发而流失(4)较低减少挥发(或防止挥发)(5)a(6)能薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似7(12分)生物柴油是一种可再生的清洁能源，其应用在一定程度上能够减缓人类对化学燃料的消耗。科学家发现，在微生物M产生的脂肪酶作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油(如下图)。(1)用于生产生物柴油的植物油不易挥发，宜选用_、_方法从油料作物中提取。(2)筛选产脂肪酶的微生物M时，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供_，培养基灭菌采用的最适方法是_法。(3)测定培养液中微生物数量，可选用_法直接计数；从微生物M分离提取的脂肪酶通常需要检测_，以确定其应用价值；为降低生物柴油生产成本，可利用_技术使脂肪酶能够重复使用。(4)若需克隆脂肪酶基因，可应用耐热DNA聚合酶催化的_技术。解析(1)因为植物油不易挥发，不能选用蒸馏法，可以用压榨法、萃取法从油料作物中提取。(2)微生物的生长需要水、碳源、氮源和无机盐等，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供碳源。分析灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌等实验室常用灭菌方法的特点可知，培养基灭菌采用的最适方法是高压蒸汽灭菌法。(3)测定培养液中微生物的数量，可选用显微镜直接计数法直接计数。提取的脂肪酶在应用于实验或生产之前，要先检测其活性，以确定其应用价值。固定化酶技术可以实现酶的反复利用，降低了生产成本。(4)在应用PCR技术扩增DNA片段时，DNA合成(延伸)时温度要控制在72 ，需要具有较强的耐热性的DNA聚合酶催化。答案(1)压榨萃取(注：两空顺序无先后)(2)碳源高压蒸汽灭菌(3)显微镜直接计数酶活性(或酶活力)固定化酶(或固定化细胞)(4)PCR(或多聚酶链式反应，聚合酶链式反应)8(8分)(2010重庆理综)炭疽病是由炭疽杆菌引起的一种人畜共患传染病。炭疽杆菌两端截平、呈竹节状排列，菌落呈卷发状。对炭疽病疑似患者，可根据噬菌体的宿主专一性，通过实验确诊。(1)细菌培养：采集疑似患者的样本，分离培养，获得可疑菌落。(2)细菌鉴定：实验流程如图所示对配制的液体培养基等需采取_方法灭菌；实验所用液体培养基的碳源为_(填“无机碳”或“有机碳”)。挑选可疑菌落制片后，用_观察，可看到呈竹节状排列的杆菌。接种可疑菌后，35 培养24 h，液体培养基变浑浊，原因是_。对照组试管中应加入_，与实验组同时培养6 h后，若实验组液体培养基的浑浊度比对照组_(填“高”或“低”)，则可明确疑似患者被炭疽杆菌感染；反之则排除。对排除的疑似患者及易感人群，可接种炭疽杆菌疫苗，刺激机体产生相应抗体，与产生抗体相关的细胞除T细胞、B细胞外，还有_。解析(2)微生物的培养基配制后常用高压蒸汽法灭菌；由于炭疽杆菌是异养型微生物，培养基中应加有机碳作碳源。炭疽杆菌呈竹节状排列，需借助显微镜观察。接种培养后，液体培养基由澄清变浑浊，应是炭疽杆菌大量繁殖的结果；实验组与对照组的设置应遵循单一变量原则和等量原则，实验组加入生理盐水配制的澄清噬菌体液，对照组应加入等量的生理盐水；若疑似患者被炭疽杆菌感染，则培养6 h后，实验组中的炭疽杆菌由于噬菌体侵染而大量裂解死亡，浑浊度会明显低于对照组。接种疫苗后，机体通过体液免疫产生抗体，与此相关的细胞有吞噬细胞、T细胞、B细胞和效应B(浆)细胞。答案(2)高压蒸汽(98 kPa蒸汽)有机碳显微镜细菌大量繁殖等量生理盐水低吞噬细胞、效应B(浆)细胞9(8分)(2011济南二模，34)生产实践中应用的菌种主要来自土壤，从土壤中分离微生物的实验流程如下：土壤取样选择培养梯度稀释鉴别培养。请回答下列有关问题：(1)将土壤浸出液接种到特定培养基上，可以将酵母菌从混杂的微生物群体中分离出来，获得纯种酵母菌，这一过程叫做_。在培养酵母菌的过程中，对培养基、接种环常采用的灭菌方法分别是_。(2)在使用酵母菌发酵生产酒精的过程中，影响酵母菌酒精发酵的主要因素有_，常使用_的方法从发酵液中提取纯酒精。(3)从土壤中分离纤维素分解菌，最好选择在_环境中采集土样，所选择的培养基应以_作为唯一碳源。(4)纤维素分解菌能够合成纤维素酶，为了使纤维素酶反复使用，可以对纤维素酶进行_处理，处理的方法有吸附法、共价键结合法和_法。解析(1)在微生物培养过程中，培养基常用高压蒸汽灭菌，接种环常用灼烧灭菌。(2)温度、pH影响酶的活性，氧气浓度影响发酵产物。因酒精沸点较低，故可用蒸馏法对酒精进行提纯。(3)纤维素分解菌生活在富含纤维素的环境中，分离所用的培养基应以纤维素作为唯一碳源，以抑制以其他有机碳为碳源的菌类生长。(4)对酶进行固定化处理可以使酶重复使用，提高利用率。答案(1)纯培养高压蒸汽灭菌、灼烧(2)温度、pH、氧气浓度等蒸馏(3)富含纤维素的纤维素(4)固定化包埋10(12分)自然界中的微生物往往是混杂生长的。人们在研究微生物时一般要将它们分离提纯，然后进行数量的测定。下面是对大肠杆菌进行数量测定的实验，请回答有关问题。步骤如下：(1)制备稀释倍数为102、103、104、105、106的系列稀释液。(2)为了得到更加准确的结果，你选用_(平板划线法、稀释混合平板法、稀释涂布平板法)接种样品。(3)适宜温度下培养。结果分析：测定大肠杆菌数时，在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下几种统计结果，正确可信的是()。A一个平板，统计的菌落数是23B两个平板，统计的菌落数是22和26，取平均值24C三个平板，统计的菌落数分别是21、5和52，取平均值26D四个平板，统计的菌落数分别是21、30、24和25，取平均值25一同学在稀释倍数为106的培养基中测得平板上菌落数的平均值为23.4，那么每毫升样品中的大肠杆菌数是(涂布平板时所用稀释液的体积为0.2 mL)_。用这种方法测定密度，实际活菌数量要比测得的数量_，因为_ _。某同学在测定大肠杆菌的密度时发现，在培养基上还有其他杂菌的菌落，能否据此肯定该大肠杆菌的品系被污染了？为什么？_。解析平板划线分离法是指由接种环以无菌操作蘸取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线，微生物细胞数量将随着划线次数的增加而减少，并逐步分散开来，经培养后，可在平板表面得到单菌落。稀释倒平板法又分为稀释涂布平板法和稀释混合平板法。稀释涂布平板法就是将稀释后的菌液分别涂布在固体培养基的表面进行培养；稀释混合平板法就是将不同浓度的稀释液与已溶化并冷却至45 左右的琼脂培养基混合，摇匀后，倾入灭过菌的培养皿中，待琼脂凝固后，制成可能含菌的琼脂平板，保温培养一定时间后即可出现菌落。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。随后挑取该单个菌落，或重复以上操作数次，便可得到纯培养。由于大肠杆菌属于兼性厌氧菌，为了得到更加准确的结果，最好选用稀释混合平板法。统计菌落数计算的平板越多，其平均值越接近实际值。但是C选项中出现一个菌落数只有5个的结果，不可信，因此答案选D。计算公式：每克样品中的菌株数M，其中C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数，V代表稀释平板时所用的稀释液的体积(mL)，M代表稀释倍数。用这种方法测定密度，实际活菌数量要比测得的数量多，因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的是一个菌落。在培养基上还有其他杂菌的菌落，其原因可能有多种，一是大肠杆菌被污染了，二是培养基被污染了，三是培养过程中被污染了。答案(2)稀释混合平板法(3)D1.17108多当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的是一个菌落不能。因为不能排除杂菌来自培养基或来自培养过程