專題二十二 微生物的應(yīng)用
本專題主要介紹了人類對微生物的傳統(tǒng)利用和現(xiàn) 代的應(yīng)用,實驗多而且條件復(fù)雜。要很好地掌握它們 需要關(guān)注以下幾點:首先,對所有的實驗應(yīng)該抓住實驗 目的,一切設(shè)計都是為實驗?zāi)康姆?wù),在答題時要抓住 主題思想,有方向地進行考慮;其次,實驗事實是自然科學(xué)的基礎(chǔ),對于裝置、流程、檢測方式等應(yīng)當依據(jù)客觀事實作答,要充分理解,切忌死記硬背,建議合上書本默記流程,從實驗設(shè)計者的角度分析每個步驟的意義、每個儀器的作用,從而將整個實驗內(nèi)化;最后,生物實驗是精細的,對各種試劑、溫度等細節(jié)的記憶不可避免,不要嫌它們繁雜瑣碎。考題中經(jīng)常出現(xiàn)同類實驗,尤其是果酒和果醋制備實驗的相互比較,要明確其原理、流程、裝置上的相同點和不同點。實驗?zāi)康摹⒃頉Q定了流程、裝置安排、檢測方式,主題思想要緊緊把握,細節(jié)要熟記于心,才能在面對各種問題時收放自如。復(fù)旦大學(xué)　柴晴圓
微生物的培養(yǎng)、計數(shù)與應(yīng)用1.(2017·課標全國Ⅰ,37,15分,較低難度)某些土壤細菌可將尿素分解成CO2和NH3,供植物吸收和利用?；卮鹣铝袉栴}。(1)有些細菌能分解尿素,有些細菌則不能,原因是前者能產(chǎn)生　　　。能分解尿素的細菌不能以尿素的分解產(chǎn)物CO2作為碳源,原因是　　。但可用葡萄糖作為碳源,進入細菌體內(nèi)的葡萄糖的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出兩點即可)。?(2)為了篩選可分解尿素的細菌,在配制培養(yǎng)基時,應(yīng)選擇　　　　(填“尿素”“NH4NO3”或“尿素+NH4NO3”)作為氮源,不選擇其他兩組的原因是　??　。?(3)用來篩選分解尿素細菌的培養(yǎng)基含有KH2PO4和Na2HPO4,其作用有??(答出兩點即可)。
【答案】 (1)脲酶　分解尿素的細菌是異養(yǎng)生物,不能利用CO2來合成有機物　為細胞生命活動提供能量,為其他有機物的合成提供原料(2)尿素　其他兩組都含有NH4NO3,能分解尿素的細菌和不能分解尿素的細菌都能利用NH4NO3,不能起到篩選作用(3)為細菌生長提供無機營養(yǎng),作為緩沖劑保持細胞生長過程中pH穩(wěn)定
【解析】 (1)有些細菌能分解尿素是因為其能產(chǎn)生分解尿素的酶,即脲酶。能分解尿素的細菌是異養(yǎng)生物,不能利用CO2來合成有機物。葡萄糖既能作為能源,為細胞的代謝提供能量,也能作為碳源,為其他有機物的合成提供原料。(2)利用尿素作為唯一氮源的選擇培養(yǎng)基可篩選分解尿素的細菌。其他兩組都含有NH4NO3,能分解尿素的細菌和不能分解尿素的細菌都能利用NH4NO3,不能起到篩選作用。(3)培養(yǎng)基中的KH2PO4和Na2HPO4既可為細菌生長提供無機營養(yǎng),又可作為緩沖劑保持細胞生長過程中pH穩(wěn)定。
2.(2016·課標全國Ⅱ,39,15分,較低難度)蘋果醋是以蘋果汁為原料經(jīng)發(fā)酵而成的?；卮鹣铝袉栴}:(1)酵母菌的呼吸代謝途徑如圖所示。圖中過程①和②是蘋果醋生產(chǎn)的第一階段,在酵母菌細胞的　　　　　　　　　中進行,其產(chǎn)物乙醇與　　　　　　　　試劑反應(yīng)呈現(xiàn)灰綠色,這一反應(yīng)可用于乙醇的檢驗;過程③在酵母菌細胞的　　　　　　中進行。與無氧條件相比,在有氧條件下,酵母菌的增殖速度　　　。?
(2)第二階段是在醋酸桿菌的作用下將第一階段產(chǎn)生的乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿岬倪^程,根據(jù)醋酸桿菌的呼吸作用類型,該過程需要在　　　　條件下才能完成。?
(3)在生產(chǎn)過程中,第一階段和第二階段的發(fā)酵溫度不同,第一階段的溫度　　　　(填“低于”或“高于”)第二階段的。?(4)醋酸桿菌屬于　　　核生物,其細胞結(jié)構(gòu)中　　　　　(填“含有”或“不含有”)線粒體?！敬鸢浮?(1)細胞質(zhì)基質(zhì)　重鉻酸鉀　線粒體　快　(2)有氧(3)低于　(4)原　不含有【解析】 本題考查果酒和果醋的制作。(1)圖中過程①是有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段,②是無氧呼吸的第二階段,過程③是有氧呼吸的第二、三階段。酵母菌是兼性厭氧型微生物,有氧呼吸第一階段和無氧呼吸均在細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)進行。利用乙醇在酸性條件下與重鉻酸鉀試劑反應(yīng)呈現(xiàn)灰綠色來檢驗乙醇。有氧呼吸的第二、三階段在酵母菌細胞的線粒體中進行。與無氧條件相比,在有氧條件下,酵母菌的增殖速度快。
(2)醋酸桿菌是一種好氧細菌,只有當氧氣充足時才能進行旺盛的生命活動,因此將第一階段產(chǎn)生的乙醇轉(zhuǎn)變?yōu)榇姿岬倪^程,需要在有氧條件下才能完成。(3)酵母菌發(fā)酵溫度一般控制在18~25 ℃,而制作葡萄醋時要將溫度控制在30~35 ℃。(4)醋酸桿菌屬于原核生物,其細胞中只有核糖體一種細胞器,不含有線粒體等其他細胞器。
3.(2016·課標全國Ⅲ,39,15分,較低難度)某同學(xué)用新鮮的泡菜濾液為實驗材料分離純化乳酸菌。分離純化所用固體培養(yǎng)基中因含有碳酸鈣而不透明,乳酸菌產(chǎn)生的乳酸能溶解培養(yǎng)基中的碳酸鈣。回答下列問題。(1)分離純化乳酸菌時,首先需要用　　　　　　對泡菜濾液進行梯度稀釋,進行梯度稀釋的理由是　　　　　　　　　　。?(2)推測在分離純化所用的培養(yǎng)基中加入碳酸鈣的作用有　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　　。分離純化時應(yīng)挑選出　　　　　　　　　　的菌落作為候選菌。?(3)乳酸菌在-20 ℃長期保存時,菌液中常需要加入一定量的　　　　(填“蒸餾水”、“甘油”或“碳酸鈣”)。
【答案】 (1)無菌水　泡菜濾液中菌的濃度高,直接培養(yǎng)很難分離得到單菌落(2)鑒別乳酸菌　中和產(chǎn)生的乳酸(或酸)　具有透明圈(3)甘油【解析】 本題考查微生物的培養(yǎng)及分離。(1)分離純化乳酸菌時,首先需要用無菌水對泡菜濾液進行梯度稀釋,原因是在稀釋度足夠高的菌液里,聚集在一起的乳酸菌被分散,培養(yǎng)后能在培養(yǎng)基表面形成單個的菌落。(2)在分離純化所用的培養(yǎng)基中加入碳酸鈣的作用有鑒別乳酸菌和中和乳酸菌代謝過程中產(chǎn)生的乳酸;乳酸菌產(chǎn)生的乳酸能溶解培養(yǎng)基中的碳酸鈣,故分離純化時應(yīng)挑選出具有透明圈的菌落作為候選菌。(3)乳酸菌在-20 ℃長期保存時,菌液中常需要加入一定量的甘油。
4.(2015·課標全國Ⅰ,39,15分,較低難度)已知微生物A可以產(chǎn)生油脂,微生物B可以產(chǎn)生脂肪酶。脂肪酶和油脂可用于生物柴油的生產(chǎn)?；卮鹩嘘P(guān)問題。(1)顯微觀察時,微生物A菌體中的油脂通?？捎谩　　　　　　　　∪旧Ｎ⑸顰產(chǎn)生的油脂不易揮發(fā),可選用　　　　　　　　　(填“萃取法”或“水蒸氣蒸餾法”)從菌體中提取。?(2)為了從自然界中獲得能產(chǎn)生脂肪酶的微生物B的單菌落,可從含有油料作物種子腐爛物的土壤中取樣,并應(yīng)選用以　　　　　　　為碳源的固體培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。?(3)若要測定培養(yǎng)液中微生物B的菌體數(shù),可在顯微鏡下用　　　　　　　　　　　直接計數(shù);若要測定其活菌數(shù)量,可選用　　　　　　　　　　法進行計數(shù)。?
(4)為了確定微生物B產(chǎn)生的脂肪酶的最適溫度,某同學(xué)測得相同時間內(nèi),在35 ℃、40 ℃、45 ℃溫度下降解10 g油脂所需酶量依次為4 mg、1 mg、6 mg,則上述三個溫度中,　　　　 ℃條件下該酶活力最小。為了進一步確定該酶的最適溫度,應(yīng)圍繞　　　　℃設(shè)計后續(xù)實驗?！敬鸢浮?(1)蘇丹Ⅲ(或蘇丹Ⅳ)　萃取法(2)油脂(3)血細胞計數(shù)板　稀釋涂布平板(4)45　40
【解析】 本題通過微生物的培養(yǎng)與計數(shù)、生物體內(nèi)有效成分的提取、酶的活性等知識考查實驗與探究能力。(1)顯微觀察時,用蘇丹Ⅲ(或蘇丹Ⅳ)可將微生物A菌體中的油脂染成橘黃色(或紅色),易于觀察。微生物A菌體中的油脂不易揮發(fā),宜選用萃取法提取。(2)微生物B可產(chǎn)生脂肪酶,故應(yīng)選用以油脂為碳源的固體培養(yǎng)基進行培養(yǎng),以獲得該菌的單菌落。(3)若要測定微生物B的菌體數(shù),可在顯微鏡下用血細胞計數(shù)板直接計數(shù);若要測定其活菌數(shù)量,可選用稀釋涂布平板法進行計數(shù)。(4)三種不同溫度下分解相同的油脂所需酶量45 ℃最多,40 ℃最少,說明三個溫度中45 ℃條件下該酶活力最小,40 ℃條件下該酶活力最大。為了進一步確定該酶的最適溫度,應(yīng)圍繞40 ℃設(shè)計后續(xù)實驗。
5.(2014·課標全國Ⅰ,39,15分,較低難度)植物秸稈中的纖維素可被某些微生物分解?；卮鹣铝袉栴}:(1)分解秸稈中纖維素的微生物能分泌纖維素酶,該酶是由3種組分組成的復(fù)合酶,其中的葡萄糖苷酶可將　　　　　　　　　　分解成　　　　　　。?(2)在含纖維素的培養(yǎng)基中加入剛果紅(CR)時,CR可與纖維素形成　　　色復(fù)合物。用含有CR的該種培養(yǎng)基培養(yǎng)纖維素分解菌時,培養(yǎng)基上會出現(xiàn)以該菌的菌落為中心的　　　　　。?(3)為從富含纖維素的土壤中分離獲得纖維素分解菌的單菌落,某同學(xué)設(shè)計了甲、乙兩種培養(yǎng)基(成分見下表):
注:“+”表示有,“-”表示無。據(jù)表判斷,培養(yǎng)基甲　　　　(填“能”或“不能”)用于分離和鑒別纖維素分解菌,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;培養(yǎng)基乙　　　　(填“能”或“不能”)用于分離和鑒別纖維素分解菌,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】 (1)纖維二糖　葡萄糖(2)紅　透明圈(3)不能　液體培養(yǎng)基不能用于分離單菌落　不能培養(yǎng)基中沒有纖維素,不會形成CR-纖維素紅色復(fù)合物,即使出現(xiàn)單菌落也不能確定其為纖維素分解菌
【解析】 本題考查微生物的分離與培養(yǎng)。(1)纖維素酶是復(fù)合酶,葡萄糖苷酶可將纖維二糖分解成葡萄糖。(2)CR可與纖維素形成紅色復(fù)合物。用含有CR的培養(yǎng)基培養(yǎng)纖維素分解菌時,菌落存在部位纖維素被分解,不會形成紅色復(fù)合物,因此培養(yǎng)基上會出現(xiàn)以該菌落為中心的透明圈。(3)培養(yǎng)基甲中有淀粉,纖維素不是唯一的碳源,且無瓊脂,是液體培養(yǎng)基,不能用于分離和鑒別纖維素分解菌。培養(yǎng)基乙中無纖維素粉,即使出現(xiàn)單菌落,也不能確定為纖維素分解菌,所以不能用于分離和鑒別纖維素分解菌。
6.(2014·課標全國Ⅱ,39,15分,較低難度)為了調(diào)查某河流的水質(zhì)狀況,某研究小組測定了該河流水樣中的細菌含量,并進行了細菌分離等工作。回答下列問題:(1)該小組采用稀釋涂布平板法檢測水樣中的細菌含量。在涂布接種前,隨機取若干滅菌后的空白平板先行培養(yǎng)了一段時間,這樣做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　;然后,將1 mL水樣稀釋100倍,在3個平板上用涂布法分別接入0.1 mL稀釋液;經(jīng)適當培養(yǎng)后,3個平板上的菌落數(shù)分別為39、38和37。據(jù)此可得出每升水樣中的活菌數(shù)為　　　　　。?(2)該小組采用平板劃線法分離水樣中的細菌。操作時,接種環(huán)通過　　　　滅菌,在第二次及以后的劃線時,總是從上一次劃線的末端開始劃線。這樣做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)示意圖A和B中,　　　　表示的是用稀釋涂布平板法接種培養(yǎng)后得到的結(jié)果。?(4)該小組將得到的菌株接種到液體培養(yǎng)基中并混勻,一部分進行靜置培養(yǎng),另一部分進行振蕩培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):振蕩培養(yǎng)的細菌比靜置培養(yǎng)的細菌生長速度快。分析其原因是:振蕩培養(yǎng)能提高培養(yǎng)液中　　　　　　的含量,同時可使菌體與培養(yǎng)液充分接觸,提高　　　　　　　　的利用率。
【答案】 (1)檢測培養(yǎng)基平板滅菌是否合格　3.8×107(2)灼燒　將聚集的菌體逐步稀釋以便獲得單個菌落(3)B(4)溶解氧　營養(yǎng)物質(zhì)【解析】 為了檢測培養(yǎng)基滅菌平板是否合格,應(yīng)對空白平板先行培養(yǎng)一段時間。每升水樣中的活菌數(shù)為(39+38+37)÷3÷0.1×100×1 000=3.8×107(個)。對接種環(huán)應(yīng)進行灼燒滅菌。為了將聚集的菌體逐步稀釋以獲得單個菌落,在第二次及以后的劃線時,總是從上一次劃線的末端開始劃線。A表示的是平板劃線法接種培養(yǎng)后得到的結(jié)果,B表示的是用稀釋涂布平板法接種后得到的結(jié)果。
7.(2013·課標全國Ⅰ,39,15分,較低難度)回答下列有關(guān)泡菜制作的問題。(1)制作泡菜時,所用鹽水需煮沸,其目的是　　　　　　　　。為了縮短制作時間,有人還會在冷卻后的鹽水中加入少量陳泡菜液,加入陳泡菜液的作用是　　　　　　　　　　　　　。?(2)泡菜制作過程中,乳酸發(fā)酵的過程即為乳酸菌進行　　　　　　　　的過程。該過程發(fā)生在乳酸菌細胞的　　　　　中。?(3)泡菜制作過程中影響亞硝酸鹽含量的因素有　　　　、　　　　　　　　和　　　　　　　　等。?(4)從開始制作到泡菜品質(zhì)最佳這段時間內(nèi),泡菜液逐漸變酸。這段時間內(nèi)泡菜壇中乳酸菌和其他雜菌的消長規(guī)律是　　　　　　　　　　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　。
【答案】 (1)殺滅雜菌　增加乳酸菌數(shù)量(2)無氧呼吸　細胞質(zhì)(3)溫度　腌制時間　食鹽用量(4)乳酸菌數(shù)量增多,雜菌數(shù)量減少　乳酸菌比雜菌更為耐酸【解析】 (1)鹽水中可能存在微生物,因此需要滅菌;制作泡菜時,加入陳泡菜液,可增加乳酸菌數(shù)量。(2)乳酸菌進行無氧呼吸,該過程在細胞質(zhì)中進行。(3)在泡菜制作過程中,要注意控制腌制時間、溫度和食鹽用量。溫度過高、食鹽用量不足、腌制時間過短,都會導(dǎo)致亞硝酸鹽含量增加。(4)開始時,乳酸菌和其他雜菌都繁殖,隨著時間延長,乳酸菌產(chǎn)生的乳酸逐漸增加,抑制了雜菌繁殖,泡菜壇中乳酸菌逐漸增多,其他雜菌逐漸減少。
8.(2013·課標全國Ⅱ,39,15分,較低難度)臨床使用抗生素前,有時需要做細菌耐藥實驗。實驗時,首先要從病人身上獲取少量樣本,然后按照一定的實驗步驟操作,以確定某致病菌對不同抗生素的敏感性。回答下列問題。(1)為了從樣本中獲取致病菌單菌落,可用　　　　法或　　　　　　　　法將樣本接種于固體培養(yǎng)基表面,經(jīng)過選擇培養(yǎng)、鑒別等步驟獲得。?(2)取該單菌落適當稀釋,用　　　　法接種于固體培養(yǎng)基表面,在37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,使其均勻生長,布滿平板。?
(3)為了檢測該致病菌對于抗生素的敏感性,將分別含有A、B、C、D四種抗生素的濾紙片均勻置于該平板上的不同位置,培養(yǎng)一段時間后,含A的濾紙片周圍出現(xiàn)透明圈,說明該致病菌對抗生素A　　　　;含B的濾紙片周圍沒有出現(xiàn)透明圈,說明該致病菌對抗生素B　　　　　　;含C的濾紙片周圍的透明圈比含A的小,說明　　;含D的濾紙片周圍的透明圈也比含A的小,且透明圈中出現(xiàn)了一個菌落,在排除雜菌污染的情況下,此菌落很可能是抗生素D的　　　　　　。?(4)根據(jù)上述實驗結(jié)果,為達到抗菌目的,最好應(yīng)選用抗生素　　　?！敬鸢浮?(1)劃線　稀釋涂布(或涂布)(2)涂布(3)敏感　不敏感　該致病菌對C的敏感性比對A的弱　耐藥菌(4)A
【解析】 (1)為了獲得樣本中致病菌單菌落,可用稀釋涂布平板法或平板劃線法將樣本接種到固體培養(yǎng)基表面,再經(jīng)選擇、鑒別等步驟獲得。(2)欲讓菌落均勻生長,布滿平板,應(yīng)將單菌落稀釋后再用稀釋涂布平板法將菌種接到培養(yǎng)基表面。(3)在長滿菌落的平板上,含抗生素A的濾紙片周圍出現(xiàn)透明圈,說明該致病菌對抗生素A敏感;含B的濾紙片周圍沒有出現(xiàn)透明圈,說明該致病菌對抗生素B不敏感;含C的濾紙片周圍的透明圈比含A的小,說明該致病菌對抗生素C的敏感性弱于對抗生素A的敏感性。含D濾紙片周圍的透明圈也比含A的小,且透明圈中出現(xiàn)了一個菌落,如不考慮其他雜菌污染的情況,此菌落很可能是抗生素D的耐藥菌。(4)根據(jù)以上結(jié)果,選用抗生素A效果最好。
(2016·課標全國Ⅰ,39,15分,較低難度)空氣中的微生物在重力等作用下,可以一定程度地沉降。某研究小組欲用平板收集教室空氣中的微生物,以了解教室內(nèi)不同高度空氣中微生物的分布情況。實驗步驟如下:①配制培養(yǎng)基(成分:牛肉膏、蛋白胨、NaCl、X、H2O); ②制作無菌平板;③設(shè)置空白對照組和若干實驗組,進行相關(guān)操作;④將各組平板置于37 ℃恒溫箱中培養(yǎng)一段時間,統(tǒng)計各組平板上菌落的平均數(shù)?；卮鹣铝袉栴}。
(1)該培養(yǎng)基中微生物所需的氮來源于　　　　　　　　　　　　　　。若要完成步驟②,該培養(yǎng)基中的成分X通常是　　　　。?(2)步驟③中,實驗組的操作是　　　　　　　　　　　　　。?(3)若在某次調(diào)查中,某一實驗組平板上菌落平均數(shù)為36個/平板,而空白對照組的一個平板上出現(xiàn)了6個菌落,這種結(jié)果說明在此次調(diào)查中出現(xiàn)了　　　　現(xiàn)象。若將30(即36-6)個/平板作為本組菌落數(shù)的平均值,該做法　　　　　(填“正確”或“不正確”)。?
【解析】 本題考查微生物的培養(yǎng)。解題的切入點是微生物的培養(yǎng)基的成分和制作及菌落的計數(shù)。(1)培養(yǎng)基中的牛肉膏、蛋白胨為微生物的生長既提供了碳源也提供了氮源。微生物培養(yǎng)所采用的培養(yǎng)基是固體培養(yǎng)基,故題中X應(yīng)是瓊脂,在培養(yǎng)基中起凝固劑的作用。(2)本實驗是為了了解教室不同高度空氣中微生物的分布情況,所以應(yīng)選擇不同的高度放置平板,并使之暴露在空氣中一段時間,以利于空氣中微生物沉附在平板上。(3)空白對照實驗的設(shè)計是不暴露在空氣中,不應(yīng)出現(xiàn)菌落。產(chǎn)生了菌落說明在此次實驗中平板被污染。用實驗組獲取的菌落的平均值減去污染產(chǎn)生的菌落數(shù),作為實驗的結(jié)果,這種做法不正確,應(yīng)在防止污染的情況下重新實驗,以獲得較準確的數(shù)據(jù)。
【答案】 (1)牛肉膏、蛋白胨　瓊脂(2)將各實驗組平板分別放置在教室不同高度的位置上,開蓋暴露一段時間(3)污染　不正確
1.微生物的分離和培養(yǎng)(1)微生物的培養(yǎng)基①培養(yǎng)基的成分
②培養(yǎng)基對微生物的選擇作用
③培養(yǎng)基的制備:計算→稱量→溶化→滅菌→倒平板。
(2)微生物純化培養(yǎng)的方法
2.微生物的篩選與計數(shù)(1)微生物的篩選
(2)微生物的計數(shù)①顯微鏡直接計數(shù)法a.原理:利用特定細菌計數(shù)板或血細胞計數(shù)板,在顯微鏡下計算一定容積的樣品中微生物的數(shù)量。b.方法:用計數(shù)板計數(shù)。c.缺點:不能區(qū)分死菌與活菌。②間接計數(shù)法(活菌計數(shù)法)a.原理:當樣品的稀釋度足夠高時,培養(yǎng)基表面生長的一個菌落,來源于樣品稀釋液中的一個活菌。通過統(tǒng)計平板上的菌落數(shù),就能推測出樣品中大約含有多少活菌。
b.計算公式:每克樣品中的菌株數(shù)=(C÷V)×M ,其中,C代表某一稀釋度下平板上生長的平均菌落數(shù),V代表涂布平板時所用的稀釋液的體積(mL),M代表稀釋倍數(shù)。c.實驗操作:將待測樣品經(jīng)一系列10倍稀釋,然后選擇三個稀釋度的菌液,分別取0.1 mL,接種到已制備好的平板上,然后用無菌涂布器將菌液涂布于整個平板表面,放在適宜的溫度下培養(yǎng),計算菌落數(shù)。d.實驗誤差及原因:利用稀釋涂布平板法統(tǒng)計的菌落數(shù)往往比活菌的實際數(shù)低。這是因為當兩個或多個細胞連在一起時,平板上觀察到的菌落只是一個菌落。
3.利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)特定的產(chǎn)物及在其他方面的應(yīng)用(1)果酒和果醋的制作①原理a.果酒的制作依靠酵母菌,它屬于兼性厭氧微生物。在有氧條件下,進行有氧呼吸,大量繁殖;在無氧條件下,進行酒精發(fā)酵(或無氧呼吸)。b.果醋的制作需要醋酸菌,醋酸菌是一種好氧細菌,當氧氣、糖源都充足時,醋酸菌可將葡萄汁中的糖分解成醋酸;當缺少糖源時,醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰?再將乙醛變?yōu)榇姿?。②流?br/>③注意事項a.材料的選擇與處理選擇新鮮的葡萄,榨汁前先沖洗后去枝梗,以防葡萄汁流失及污染。b.防止發(fā)酵液被污染ⅰ.榨汁機要清洗干凈并晾干。ⅱ.發(fā)酵瓶要洗凈并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒。ⅲ.裝入葡萄汁后要封閉充氣口。c.發(fā)酵條件的控制葡萄汁裝入發(fā)酵瓶時,要留約1/3的空間,目的是先讓酵母菌進行有氧呼吸快速繁殖,耗盡O2后再進行酒精發(fā)酵;防止發(fā)酵過程中因產(chǎn)生CO2而造成發(fā)酵液溢出。
(2)腐乳的制作①原理a.腐乳的發(fā)酵在多種微生物的協(xié)同作用下進行,其中起主要作用的是毛霉,它是一種絲狀真菌,新陳代謝類型是異養(yǎng)需氧型。b.毛霉等微生物產(chǎn)生的蛋白酶可以將豆腐中的蛋白質(zhì)分解成小分子的肽和氨基酸,脂肪酶可以將脂肪水解成甘油和脂肪酸。②流程讓豆腐上長出毛霉直接接種或利用空氣中的毛霉孢子
密封腌制 用酒精燈對瓶口滅菌后密封
③注意事項a.注意鹽用量:以豆腐塊與鹽的質(zhì)量比為5∶1最合適。瓶口表面鋪鹽是為了防止雜菌從瓶口進入。b.配制鹵湯時酒量控制:加酒的目的之一是殺死微生物。一般應(yīng)控制在12%左右。c.豆腐含水量以70%為宜:毛霉為異養(yǎng)需氧型真菌,若含水量過高,影響毛霉的有氧呼吸;若含水量過少,則不利于毛霉的生長。d.防止雜菌污染:所用器械要沸水消毒,加入鹵湯和輔料后,將瓶口用酒精燈滅菌后再密封。e.控制適宜溫度:毛霉的最適生長溫度為15~18 ℃。
(3)泡菜的制作①原理乳酸菌是厭氧細菌,無氧條件下能將葡萄糖分解為乳酸。反應(yīng)式:C6H12O6 2C3H6O3。②流程
③注意事項a.材料的選擇及用量ⅰ.蔬菜應(yīng)新鮮,放置時間過長,亞硝酸鹽含量增多。ⅱ.清水和鹽的質(zhì)量比為4∶1,鹽水要煮沸后冷卻。b.防止雜菌污染每次取樣用具要洗凈,要迅速封口。c.O2需求泡菜壇要選擇透氣性差的容器,壇蓋邊沿的水槽內(nèi)注滿水,在發(fā)酵過程中經(jīng)常補水,以創(chuàng)造無氧環(huán)境,有利于乳酸菌發(fā)酵,防止蔬菜腐爛。d.溫度發(fā)酵過程溫度控制在室溫即可。溫度過高易滋生雜菌,溫度過低會使發(fā)酵時間延長。
典例導(dǎo)引(2017·湖北荊門模擬,39)牛奶是微生物生長的良好培養(yǎng)基。生鮮牛奶中的微生物情況反映了奶牛的健康狀況,也影響奶制品的運輸和貯藏。牛奶在飲用前都要經(jīng)過巴氏消毒,以殺死有害微生物。為檢測消毒前后牛奶中細菌含量變化情況,進行如下圖所示操作。用無菌吸管從錐形瓶中吸取1 mL生牛奶稀釋液至盛有9 mL無菌水的試管中,混合均勻,如此再重復(fù)2次。請回答下列有關(guān)問題。
(1)巴氏消毒的方法是　　　　　　　,使用這種方法對生鮮牛奶進行消毒的好處是　　　　　　　。?(2)圖中所示方法為稀釋培養(yǎng)法,理想情況下,培養(yǎng)一段時間后可在培養(yǎng)基表面形成菌落。要計數(shù)0.1 mL最終牛奶稀釋液中活菌數(shù)量,應(yīng)選擇的工具是上圖中的　　　;運用這種方法統(tǒng)計的結(jié)果往往較實際值偏小,原因是　　　　　　　。?(3)消毒后的牛奶中絕大部分細菌被殺死,若繼續(xù)用該方法檢測消毒后的牛奶中細菌的數(shù)量,則在操作步驟上應(yīng)做什么改動?　　　　　　　　　　　　。?(4)從生牛奶取樣培養(yǎng)得到的菌落中,混有各種雜菌,從中檢測出大腸桿菌的方法是在培養(yǎng)基中加入　　　　　　,菌落具有　　　　　　　　　特征的可以認定為大腸桿菌。?
【解析】 (1)巴氏消毒法是一種利用較低的溫度既可殺死病菌又能保持物品中營養(yǎng)物質(zhì)風味不變的消毒法,用于牛奶消毒時常在70~75 ℃條件下煮30 min或80 ℃條件下煮15 min;使用這種方法對生鮮牛奶進行消毒的好處是在殺死病菌的同時不破壞牛奶的營養(yǎng)成分。(2)稀釋培養(yǎng)法常用的工具是涂布器(圖中B);由于培養(yǎng)基表面的個別菌落可能是由2個或多個細菌連在一起形成的,所以,利用稀釋涂布平板法統(tǒng)計的結(jié)果往往較實際值偏小。(3)消毒后的牛奶中活細菌的數(shù)量少于生鮮奶中的活菌數(shù),為保證在每個平板上形成的菌落數(shù)在30~300之間,接種前應(yīng)減少稀釋次數(shù)。(4)大腸桿菌在伊紅美藍培養(yǎng)基上會形成帶有特殊金屬光澤的黑色菌落,實驗室常用伊紅美藍檢測大腸桿菌的存在。
【答案】 (1)70~75 ℃煮30 min(80 ℃煮15 min)　牛奶的營養(yǎng)成分不被破壞(2)B　個別菌落可能是由2個或多個細菌形成(3)稀釋次數(shù)減少(4)伊紅美藍　(金屬光澤的紫)黑色
1.(2017·陜西寶雞模擬,37)在調(diào)查和分離湖水中耐鹽細菌的實驗中,先將10升湖水水樣濃縮至10毫升,然后各取濃縮水樣1毫升,涂布到多個培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。請回答下列問題。(1)可以通過提高培養(yǎng)基中　　　的濃度,篩選被調(diào)查細菌,這種培養(yǎng)基被稱為　　　　培養(yǎng)基。?(2)要提高實驗結(jié)果的可靠性,排除培養(yǎng)基未徹底滅菌的可能性,應(yīng)該設(shè)置的對照組是　　　　　　　　　　。為檢驗(1)中篩選方法的效果,可以設(shè)置的對照組是　　　　　　　。?(3)在微生物的培養(yǎng)過程中,實驗室對培養(yǎng)基滅菌常用的方法是　　。為防止冷凝水影響細菌的生長,需將培養(yǎng)皿　　　　培養(yǎng)。在培養(yǎng)基上產(chǎn)生的單個菌落在生態(tài)學(xué)中可以被稱為　　　　。?(4)根據(jù)培養(yǎng)皿上菌落的平均數(shù)可以計算湖水中該種細菌的密度,但計算的數(shù)據(jù)要比實際活菌的數(shù)目少,原因是　　　　。
【答案】 (1)鹽　選擇(2)未接種的培養(yǎng)皿　未加高濃度鹽的培養(yǎng)基培養(yǎng)(3)高壓蒸汽滅菌　倒置　種群(4)當兩個或多個細胞連在一起時在平板上觀察到的是一個菌落
【解析】 (1)要選擇耐鹽菌種,可以通過提高培養(yǎng)基中鹽的濃度進行篩選被調(diào)查細菌,這種培養(yǎng)基被稱為選擇培養(yǎng)基。(2)要提高實驗結(jié)果的可靠性,排除培養(yǎng)基未徹底滅菌的可能性,應(yīng)該設(shè)置的對照組是不接種的空白培養(yǎng)基同樣培養(yǎng)。為檢驗(1)中篩選方法的效果,可以設(shè)置的對照組是未加高濃度鹽的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。(3)在微生物的培養(yǎng)過程中,實驗室常用高壓蒸汽滅菌法對培養(yǎng)基滅菌。為防止冷凝水影響細菌的生長,需將培養(yǎng)皿倒置培養(yǎng)。在培養(yǎng)基上產(chǎn)生的單個菌落是同一種細菌經(jīng)分裂形成的群體,屬于種群。(4)根據(jù)培養(yǎng)皿上菌落的平均數(shù)可以計算湖水中該種細菌的密度,但計算的數(shù)據(jù)要比實際活菌的數(shù)目少,原因是當兩個或多個細胞連在一起時在平板上只能形成一個菌落。
2.(2017·甘肅蘭州模擬,37)普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱,有人將地衣芽孢桿菌的α-淀粉酶基因轉(zhuǎn)入酵母菌中,經(jīng)篩選得到了可高效利用淀粉的工程酵母菌菌種(過程如圖1所示)。
圖1(1)圖1中,為達到篩選目的,平板內(nèi)的固體培養(yǎng)基應(yīng)以　　　　作為唯一碳源。②③過程需重復(fù)幾次,目的　　　　　　　　　。?
(2)某同學(xué)嘗試過程③的操作,其中一個平板經(jīng)培養(yǎng)后的菌落分布如圖2所示。該同學(xué)的接種方法是　　　　　　　　　;根據(jù)平板菌落分布情況,請分析該同學(xué)存在的操作失誤　　　　　　　　　　　。通過統(tǒng)計平板上的菌落數(shù),能推測出樣品中大約含有多少活菌,為了保證結(jié)果準確,一般選擇菌落數(shù)在　　　　　　的平板進行計數(shù)。用此接種方法統(tǒng)計的菌落數(shù)往往比活菌的實際數(shù)目　　　　,原因是　　　　　　　　。?
(3)以淀粉為原料,用工程酵母菌和普通酵母菌在相同的適宜條件下密閉發(fā)酵,工程酵母菌發(fā)酵罐需要先排氣,其原因是　　　　　。?(4)上述工程酵母菌培養(yǎng)過程中,有關(guān)操作正確的是　　　　。?A. 玻璃刮刀用火焰灼燒進行滅菌B. 培養(yǎng)基分裝到培養(yǎng)皿后進行滅菌C. 倒平板和取菌液都必須在酒精燈火焰旁進行D. 獲得的菌種如果需要保存,可置于37 ℃恒溫保存【答案】 (1)淀粉　篩選出真正高效利用淀粉的工程酵母菌菌種(2)稀釋涂布平板法　涂布不均勻　30~300　低　當兩個或多個細胞連在一起時,平板上觀察到的只有一個菌落(3)工程酵母菌利用淀粉的速度很快,發(fā)酵產(chǎn)生CO2的速度也很快(其他合理答案也可)(4)C
【解析】 (1)為篩選高效利用淀粉的工程酵母菌菌種,因此培養(yǎng)基只加入淀粉作為唯一碳源。②③過程重復(fù)進行的目的是篩選高效利用淀粉的工程酵母菌菌種。(2)圖2中分布單個的菌落,是通過稀釋涂布法獲得,但由于涂布不均勻,導(dǎo)致菌落分布不均勻。為了保證結(jié)果的準確,通常選擇菌落數(shù)在30~300之間的平板計數(shù)。實際操作中,由于當兩個或多個細胞連在一起時,觀察到的只是一個菌落,導(dǎo)致計數(shù)比實際值偏少。(3)該工程酵母菌可高效利用淀粉,發(fā)酵速率快,產(chǎn)生的CO2多,導(dǎo)致先排氣。(4)玻璃刮刀可采用干熱滅菌或高壓蒸汽滅菌,A項錯誤;培養(yǎng)基先滅菌,后分裝,B項錯誤;倒平板和取菌液時應(yīng)在酒精燈火焰旁進行,C項正確;菌種應(yīng)在4 ℃臨時保存或-20 ℃長期保存,D項錯誤。
3.(2017·山東青島二模,37)金黃色葡萄球菌是一種高度耐鹽性的微生物,可引起人類肺炎、腸炎等疾病。不法作坊腌制的臘肉,往往容易滋生金黃色葡萄球菌等細菌。檢測人員將3 g臘肉研磨后離心處理,獲得5 mL提取液,用于細菌的分離。請回答下列問題。(1)從該提取液中容易分離獲得耐鹽的細菌,是因為含鹽量高的臘肉對細菌起到了　　　　作用。細菌與酵母菌比較,其結(jié)構(gòu)上的主要特點是　　　　　　　　　　　　　。?(2)檢測人員將提取液稀釋一定的倍數(shù),涂布到合格的平板上培養(yǎng)。一段時間后進行觀察,初步判斷檢測樣品中含有多種細菌,他們的判斷依據(jù)是平板上長出了　　　　　　　　　　　　。?
(3)檢測人員欲初步鑒定上述平板上的某菌落是否是金黃色葡萄球菌,請幫助完善鑒定方案(已知金黃色葡萄球菌可破壞菌落周圍的紅細胞,形成透明溶血圈)。a.制作血平板:在培養(yǎng)基中添加適量去菌脫纖維羊血,制成血平板。b.接種操作:實驗組:用接種環(huán)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?對照組:血平板上不接種任何微生物。c.結(jié)果分析:若　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　說明所鑒定的菌落是金黃色葡萄球菌。?(4)細菌培養(yǎng)過程中獲得純凈培養(yǎng)物的關(guān)鍵是　　　　　　　　　　　。為避免　　　　　　　　　,使用后的培養(yǎng)基丟棄前一定要進行滅菌處理。?
【答案】 (1)選擇　無成形的細胞核(2)不同特征的菌落(3)挑取該菌落劃線接種到血平板上　實驗組的血平板上出現(xiàn)透明溶血圈(4)防止外來雜菌入侵　污染環(huán)境
【解析】 (1)腌制的臘肉中含有高濃度的食鹽,所以從該提取液中容易分離獲得耐鹽的細菌。細菌屬于原核生物,與酵母菌比較,其結(jié)構(gòu)上的主要特點是無成形的細胞核。(2)可依據(jù)不同菌落特征不同來判斷檢測樣品中含有多種細菌。(3)鑒定某菌落是否是金黃色葡萄球菌可以先在培養(yǎng)基中添加適量去菌脫纖維羊血,制成血平板;然后進行接種操作,實驗組用接種環(huán)挑取該菌落劃線接種到血平板上。對照組則是血平板上不接種任何微生物。若實驗組的血平板上出現(xiàn)透明溶血圈,則說明所鑒定的菌落是金黃色葡萄球菌。(4)細菌培養(yǎng)過程要嚴格執(zhí)行無菌操作。獲得純凈培養(yǎng)物的關(guān)鍵是防止外來雜菌入侵。為避免污染環(huán)境,使用后的培養(yǎng)基丟棄前一定要進行滅菌處理。
4.(2017·山東淄博二模,37)淀粉酶是用途最廣、產(chǎn)量最大的酶制劑之一,廣泛用于印染、釀造和醫(yī)藥行業(yè)。請回答下列問題。(1)配制篩選能分泌淀粉酶的微生物的培養(yǎng)基時,應(yīng)以　　　　為唯一碳源。獲得的菌種長期保存的方法是　　　　　　　　　　。?(2)從面粉加工廠附近的土壤中,取5 g土壤倒入裝有45 mL 蒸餾水并帶有玻璃珠的錐形瓶中振蕩,制成土壤懸液。將土壤懸液稀釋105倍后,用　　　　　　　　　　　法分別將0.1 mL的菌液接種到3個平板上,培養(yǎng)一段時間,3個平板中的菌落數(shù)分別為53個、60個、73個,則土壤懸液中分泌淀粉酶的微生物有　　　　　　　　 個/mL。?
(3)在培養(yǎng)基中加入碘化鉀后,出現(xiàn)透明圈的菌落能分泌淀粉酶,原理是　　　　　。一般情況下,透明圈直徑(D)和菌落直徑(d)的比值(D/d)反映了淀粉酶的活性,它們的關(guān)系是　　　　　　　。?(4)篩選獲得的微生物,經(jīng)鑒定是芽孢桿菌,芽孢桿菌除產(chǎn)生活性較強的淀粉酶外,還產(chǎn)生活性較強的蛋白酶和脂肪酶,因此,在動物飼料中添加芽孢桿菌或其代謝產(chǎn)物可提高動物　　　　　　　　　　　　　　　　　的效率。實驗結(jié)束后,使用過的培養(yǎng)基需經(jīng)　　　　處理后才能倒掉?！敬鸢浮?(1)淀粉　甘油管藏(2)稀釋涂布平板　6.2×107(3)淀粉遇碘化鉀變藍,淀粉酶分解淀粉后出現(xiàn)透明圈D/d值越大,淀粉酶活性越高(4)對營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收　滅菌

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