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2019-2020年高三生物二輪復(fù)習(xí) 發(fā)酵工程教案 人教版 【本章知識框架】 【疑難精講】 1．發(fā)酵工程中誘變育種產(chǎn)生高產(chǎn)突變菌株的基本環(huán)節(jié) 2．發(fā)酵生產(chǎn)中微生物培養(yǎng)裝置 （1）固體培養(yǎng) ①好氧菌的曲法培養(yǎng)：其中通風(fēng)曲是機(jī)械化程度和生產(chǎn)效率較高的現(xiàn)代化制曲設(shè)備。我國的醬油廠一般都用此法制曲。 ②厭氧菌的堆積培養(yǎng)法：在白酒的生產(chǎn)中，用大型深層地窖進(jìn)行堆積式的固體發(fā)酵。 （2）液體發(fā)酵 ①好氧菌的培養(yǎng)——發(fā)酵罐 利用發(fā)酵罐作深層液體培養(yǎng)，這種培養(yǎng)方法是近代發(fā)酵工業(yè)中最典型的培養(yǎng)方法。它的發(fā)明在微生物培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展過程中具有革命性意義。發(fā)酵罐的主要應(yīng)用是要為微生物提供豐富而均勻的養(yǎng)料、良好的通氣和攪拌，適宜的溫度和酸堿度，并能確保防止雜菌的污染。為此，除了罐體有合理的結(jié)構(gòu)外，還要有一套必要的附屬裝置，例：培養(yǎng)基配制系統(tǒng)、蒸汽滅菌系統(tǒng)、空氣壓縮和過濾系統(tǒng)，以及發(fā)酵產(chǎn)物的后處理系統(tǒng)等。 ②厭氧菌大規(guī)模的液體培養(yǎng)裝置——發(fā)酵罐 發(fā)酵罐用于厭氧菌發(fā)酵，可省略通氣、攪拌裝置，簡化工藝過程，還能大大節(jié)約能源的消耗。其體積可明顯大于有通氣、攪拌裝置的發(fā)酵罐，從而提高了生產(chǎn)效率。 3．溫度控制與發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)量 由于微生物的生命活動是由一系列生物化學(xué)反應(yīng)組成的，而這些反應(yīng)受溫度的影響極為明顯。任何微生物的生長溫度總有最低生產(chǎn)溫度、最適生產(chǎn)溫度和最高生產(chǎn)溫度，也就是說，最適生長溫度并不等于生長量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，也不等于發(fā)酵速度最高時(shí)的培養(yǎng)溫度或累積代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度，更不等于累積某一代謝產(chǎn)物量最高時(shí)的培養(yǎng)溫度。對不同的生理過程、代謝過程各有其相應(yīng)最適溫度的研究，有著重要的實(shí)踐意義。例如：國外在產(chǎn)黃青霉165小時(shí)的青霉素發(fā)酵過程中，運(yùn)用了有關(guān)規(guī)律，即根據(jù)不同生理代謝過程的溫度特點(diǎn)分四段控制其培養(yǎng)溫度，即0小時(shí)5小時(shí)40小時(shí)125小時(shí)165小時(shí)。結(jié)果，青霉素的產(chǎn)量比自始至終進(jìn)行30℃恒溫培養(yǎng)的對照提高了14.7%。 4．發(fā)酵過程中pH的變化及調(diào)整 微生物在其生命活動過程中，會改變外界環(huán)境的pH，即培養(yǎng)基的原始pH在培養(yǎng)微生物過程中時(shí)時(shí)發(fā)生改變 培養(yǎng)基中成分與pH變化有關(guān)，C：N高的培養(yǎng)基，經(jīng)培養(yǎng)后pH常會下降，C：N低的培養(yǎng)基經(jīng)培養(yǎng)后，pH會明顯上升。培養(yǎng)基內(nèi)的pH在培養(yǎng)微生物的過程中會發(fā)生變化，對生產(chǎn)來說，往往不利，因此要及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)基中pH。 5．通過控制細(xì)胞膜的滲透性解除反饋調(diào)節(jié) 微生物的細(xì)胞膜對于細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的運(yùn)輸具有高度選擇性。細(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物常常以很高的濃度積累著，并自然地通過反饋限制了它們的進(jìn)一步合成。采取生理學(xué)或遺傳學(xué)方法，可以改變細(xì)胞膜透性使細(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏到細(xì)胞外。 （1）通過生理學(xué)手段控制細(xì)胞膜的滲透性 在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，生物素的濃度對谷氨酸的積累有著明顯的影響。只有把生物素的濃度控制在亞適量的情況下，才能分泌大量的谷氨酸，控制生物素的含量就可以改變細(xì)胞膜的成分，進(jìn)而改變膜的透性和影響谷氨酸的分泌。 當(dāng)培養(yǎng)液內(nèi)生物素含量很高時(shí)，只要添加適量的青霉素也有提高谷氨酸產(chǎn)量的效果。其原因是青霉素可抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的形成，造成細(xì)胞壁的缺損。這種細(xì)胞的細(xì)胞膜在細(xì)胞膨壓的作用下，有利于代謝產(chǎn)物的外滲，并因此降低了谷氨酸的反饋抑制和提高了產(chǎn)量。 （2）通過細(xì)胞膜缺損突變而控制其滲透性 通過誘變育種選育的不能合成油酸的谷氨酸產(chǎn)生菌的菌株，在限量添加油酸的培養(yǎng)基中，也能因?yàn)榧?xì)胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸的產(chǎn)量。這種菌株因其不能合成油酸而使細(xì)胞膜缺損。 【學(xué)法指導(dǎo)】 本部分可安排2～3課時(shí)完成 1．利用對比方法比較生物工程的關(guān)系 生物工程 工程酶 主要操作對象 工程目的 與其他工程的關(guān)系 基因工程 限制性內(nèi)切酶DNA連接酶 基因及動物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物細(xì)胞 改造物種 通過細(xì)胞工程、發(fā)酵工程使目的基因得以表達(dá) 細(xì)胞工程 纖維素酶、果膠酶、蛋白酶等 動物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物細(xì)胞 改造物種 可以為發(fā)酵工程提供菌種，使基因工程得以實(shí)現(xiàn) 發(fā)酵工程 微生物 獲得菌體及代謝產(chǎn)物 為工程提供酶的來源 酶工程 微生物 獲得酶制劑或固定化酶 為其他生物工程提供酶制劑 2．將知識歸納總結(jié)形成一些知識體系，結(jié)合菌種的選育，可總結(jié)歸納生物的育種和繁殖方法（誘變育種、雜交育種、單倍體育種、多倍體育種、基因工程育種、組織培養(yǎng)等）；結(jié)合發(fā)酵工程的目的，研究微生物的代謝調(diào)控過程；結(jié)合化學(xué)的蒸餾、萃取等方法復(fù)習(xí)微生物發(fā)酵產(chǎn)品的分離提純。 3．結(jié)合生活生產(chǎn)實(shí)際加深理解、鞏固知識。 例：乙肝疫苗的制備、味精的生產(chǎn)過程、啤酒的生產(chǎn)過程、醬油、食醋的生產(chǎn)過程等。 【典型例題精講】 ［例1］（xx年廣東綜合卷）利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，投放的適宜原料和在產(chǎn)生酒精階段要控制的條件分別是 A．玉米粉和有氧 B．大豆粉和有氧 C．玉米粉和無氧 D．大豆粉和無氧 【解析】 大豆粉的主要成分是蛋白質(zhì)；而玉米粉的主要成分是糖類、淀粉；酵母菌屬兼性厭氧型微生物在無氧條件下分解糖類產(chǎn)生酒精。 【答案】 C ［例2］用大腸桿菌生產(chǎn)胰島素應(yīng)用的生物工程的組合是 ①基因工程 ②細(xì)胞工程 ③發(fā)酵工程 ④酶工程 A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④ 【解析】 一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)中，通常是由幾個(gè)工程彼此合作來完成的。用大腸桿菌生產(chǎn)胰島素直接是發(fā)酵工程；而把人的胰島素基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌，是由基因工程完成的；而基因工程所用的工具酶，來自酶工程。 【答案】 C ［例3］黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑見下圖（ ），要增加賴氨酸的產(chǎn)量，本質(zhì)上必須 A．增加天冬氨酸 B．增加天冬氨酸激酶 C．降低（消除）高絲氨酸脫氫酶 D．減少蘇氨酸 【解析】 從黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑可以看出：蘇氨酸和賴氨酸都積累時(shí)，就抑制天冬氨酸激酶的活性，使細(xì)胞內(nèi)難以積累賴氨酸；而賴氨酸單獨(dú)過量就不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。由此可見，要想利用黃色短桿菌生產(chǎn)賴氨酸，就必須抑制蘇氨酸的合成。而消除或降低高絲氨酸脫氫酶可以實(shí)現(xiàn)這一目的。 【答案】 C ［例4］谷氨酸除用于制造味精外還可用于治療神經(jīng)衰弱及配制營養(yǎng)注射液，應(yīng)用前景廣闊。光明制醋廠轉(zhuǎn)產(chǎn)用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，結(jié)果代謝產(chǎn)物沒有谷氨酸而產(chǎn)生乳酸及琥珀酸，其原因是 A．溫度控制不適 B．通氣量過多 C．pH呈酸性 D．溶氧不足 【解析】 谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵產(chǎn)生谷氨酸，受溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件的限制。當(dāng)溶氧不足時(shí)，生成的代謝產(chǎn)物就會是乳酸或琥珀酸。 【答案】 D ［例5］下圖是O2濃度（或分壓）對不同微生物生長的影響。哪條曲線代表好氧菌 A．① B．② C．③ D．都是 【解析】 好氧菌必須有O2的條件下才能生長，兼性厭氧菌在有氧或無氧條件下均能生長，但有氧條件下生長的更好。O2對厭氧菌有強(qiáng)烈抑制作用，即使短期接觸空氣，也會抑制其生長甚至致死。 【答案】 C 【達(dá)標(biāo)訓(xùn)練】 一、選擇題 1．賴氨酸是一種人和動物必需的氨基酸，在利用黃色短桿菌生產(chǎn)賴氨酸的過程中，科學(xué)家培育出一種能大量積累賴氨酸的菌種，這種新菌種的選育方法是通過 A．基因工程 B．細(xì)胞工程 C．誘變育種 D．雜交育種 【解析】 基因工程和細(xì)胞工程，都可用來構(gòu)建工程細(xì)胞或工程菌，再用它們進(jìn)行發(fā)酵，能產(chǎn)生一般微生物所不能生產(chǎn)的產(chǎn)品。但是科學(xué)家培育的這種能大量積累賴氨酸的菌種是由于它不能合成高絲氨酸脫氫酶，從而不能合成高絲氨酸，也不能產(chǎn)生蘇氨酸和甲硫氨酸，就可在適當(dāng)條件下大量積累賴氨酸。這種缺乏高絲氨酸脫氫酶的菌株是通過人工誘變產(chǎn)生的，叫誘變育種。雜交育種是由兩個(gè)親本雜交產(chǎn)生，可排除此項(xiàng)。 【答案】 C 2．微生物連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)是 ①培養(yǎng)基利用更充分 ②微生物可長期高速生長 ③縮短了培養(yǎng)周期 ④提高了設(shè)備利用率 ⑤便于自動化管理 A．①②③ B．②③④ C．③④⑤ D．②③⑤ 【解析】 連續(xù)培養(yǎng)是通過認(rèn)識穩(wěn)定期到來的原因，并采取相應(yīng)的有效措施而實(shí)施的。一方面以一定速度連續(xù)流進(jìn)新鮮培養(yǎng)基，并立即攪拌均勻；另一方面，以同樣的流速不斷流出培養(yǎng)基，這樣，培養(yǎng)基就達(dá)到動態(tài)平衡，其中的微生物可長期保持在指數(shù)期的平衡生長狀態(tài)和穩(wěn)定的生長速率上。連續(xù)培養(yǎng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐上，就是連續(xù)發(fā)酵。有許多優(yōu)點(diǎn)①高效，它簡化了裝料、滅菌、出料、清洗發(fā)酵罐等許多單元操作，減少了非生產(chǎn)時(shí)間和提高了設(shè)備利用率。②縮短調(diào)整期，使培養(yǎng)周期縮短。 【答案】 C 3．以下不屬于發(fā)酵的是 A．利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素 B．缺氧時(shí)人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸 C．利用酵母菌的無氧呼吸獲得酒精 D．利用乳酸菌制作泡菜 【解析】 解答該題首先要理解發(fā)酵的概念。發(fā)酵是指在生產(chǎn)實(shí)際中，人們通過微生物的培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過程。這里有3個(gè)要點(diǎn)，一是用于生產(chǎn)，二是培養(yǎng)微生物，三是生產(chǎn)代謝產(chǎn)物。根據(jù)概念可知，生產(chǎn)代謝產(chǎn)物青霉素有一個(gè)培養(yǎng)青霉素的過程；生產(chǎn)酒精有一個(gè)培養(yǎng)酵母菌的過程；制作泡菜實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)乳酸菌，使其利用菜中的營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)代謝產(chǎn)物乳酸的過程。因此，A、C、D都符合發(fā)酵的概念。而B項(xiàng)中雖有代謝產(chǎn)物乳酸，但不是微生物所為，也不存在培養(yǎng)微生物的過程，更不是用于生產(chǎn)，因此不屬于發(fā)酵。 【答案】 B 4．用發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品，如果是菌體，則進(jìn)行分離提純時(shí)可采用的方法是 A．蒸餾、過濾 B．過濾、沉淀 C．萃取、離子交換 D．沉淀、萃取 【解析】 發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品有兩類：一類是代謝產(chǎn)物，另一類是菌體本身。產(chǎn)品不同，分離提純的方法一般不同。如果產(chǎn)品是菌體，可采用過濾，沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來；如果產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物，可用萃取、蒸餾、離子交換等方法進(jìn)行提取。 【答案】 B 5．科學(xué)家用青霉素酰化酶研究出了氨芐青霉素，利用固定化青霉素?；阜磻?yīng)器進(jìn)行生產(chǎn)，除嚴(yán)格控制溫度和pH外，還必須嚴(yán)格要求的條件是 A．高壓 B．無菌 C．?dāng)嚢? D．光照 【解析】 發(fā)酵生產(chǎn)要求一些發(fā)酵條件，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶氧、通氣量等，但是發(fā)酵生產(chǎn)，首先要有優(yōu)良的菌種，并且要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌，一旦污染雜菌，將導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降，甚至得不到產(chǎn)品。青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，這些雜菌就會分泌青霉素酶，將形成的青霉素分解掉。因此培養(yǎng)基、發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌。 【答案】 B 6．以下發(fā)酵產(chǎn)品中不屬于微生物代謝產(chǎn)物的是 A．味精 B．啤酒 C．“人造肉” D．人生長激素 【解析】 味精的主要成分是谷氨酸，谷氨酸是谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等，在發(fā)酵罐中發(fā)酵后生成的，將谷氨酸從培養(yǎng)液中提取出來，用適量碳酸鈉溶液中和后，再經(jīng)過過濾、濃縮、離心、分離等，便制成味精。啤酒的主要成分酒精，通過酒精發(fā)酵，然后配制而成。 人生長激素可通過基因工程構(gòu)建的帶有人生長激素基因的工程菌進(jìn)行發(fā)酵，就能制得大量的人生長激素。通過發(fā)酵獲得的微生物體，叫單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白可以制成“人造肉”，供人們直接利用，所以“人造肉”是微生物體，而不是微生物代謝產(chǎn)物。 【答案】 C 7．若不進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，直接接種將導(dǎo)致 A．對數(shù)期提前出現(xiàn) B．調(diào)整期延長 C．代謝產(chǎn)物減少 D．穩(wěn)定期縮短 【答案】 B 8．生物學(xué)家將大腸桿菌的質(zhì)粒取出，連接上人生長激素基因以后，重新置入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，然后用這種帶有生長激素基因的大腸桿菌進(jìn)行發(fā)酵。該處理過程在發(fā)酵中屬 A．菌種選育 B．?dāng)U大培養(yǎng) C．接種 D．誘變育種 【解析】 發(fā)酵工程的首要內(nèi)容是菌種的選育。菌種的獲得途徑很多，其中利用細(xì)胞工程等方法構(gòu)建的工程細(xì)胞或工程菌，再用它們發(fā)酵，就能生產(chǎn)出一般微生物不能生產(chǎn)的產(chǎn)品；誘變育種是通過人工誘發(fā)基因突變而產(chǎn)生菌種的方法，也是菌種選育的方法之一，但不合題意。擴(kuò)大培育和接種是在選好菌種后發(fā)酵工程的一些內(nèi)容。 【答案】 A 9．能為發(fā)酵工程提供菌種的是 A．植物體細(xì)胞雜交 B．動物細(xì)胞雜交 C．目的基因轉(zhuǎn)移 D．聚乙二醇處理大腸桿菌 【解析】 發(fā)酵工程是采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的東西。適用范圍是微生物，不適用于動植物細(xì)胞。排除A、B。聚乙二醇作為細(xì)胞融合技術(shù)的誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合。經(jīng)過誘導(dǎo)融合得到雜種細(xì)胞。排除D。而目的基因轉(zhuǎn)移是將目的基因引入受體細(xì)胞，形成工程細(xì)胞或工程菌，這是基因工程構(gòu)建新菌種的方法。 【答案】 C 10．培養(yǎng)基在計(jì)量、溶化后，首先要做的是 A．調(diào)整pH B．分裝 C．滅菌 D．?dāng)R置斜面 【解析】 培養(yǎng)基的配制步驟：稱量——溶化——調(diào)pH——分裝。 【答案】 A 11．下列敘述正確的是 A．環(huán)境條件中只有溫度、pH的變化影響微生物的代謝途徑 B．發(fā)酵罐中代謝產(chǎn)物的形成與攪拌速度有關(guān) C．單細(xì)胞蛋白是從微生物細(xì)胞中提取出來的 D．菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是使菌種優(yōu)化 【解析】 影響微生物代謝及生長途徑的環(huán)境條件很多，除了溫度、pH外，還有氧，排除A項(xiàng)。發(fā)酵過程的攪拌速度能增加溶氧和原料的利用率。單細(xì)胞蛋白是發(fā)酵獲得的微生物菌體，不是微生物細(xì)胞中的成分，排除C項(xiàng)。菌種擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是為了大規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)所需，在擴(kuò)大培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)代數(shù)越多，菌種越退化，排除D項(xiàng)。 【答案】 B 12．谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)生了乳酸，此時(shí)應(yīng)該 A．加酸 B．加堿 C．通風(fēng) D．隔絕空氣 【解析】 谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)生乳酸是由于缺氧。 【答案】 C 13．利用酵母菌發(fā)酵，生產(chǎn)啤酒，培養(yǎng)基的最適pH應(yīng)調(diào)至　　利用大腸桿菌在發(fā)酵罐中生產(chǎn)胰島素，培養(yǎng)基的最適pH應(yīng)調(diào)至 A．6.5～7.5 B．5.0～6.0 C．6.0～7.0 D．7.5～8.5 【答案】 B A 14．谷氨酸棒狀桿菌擴(kuò)大培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)基應(yīng)該 A．C∶N為4∶1 B．C∶N為3∶1 C．隔絕空氣 D．加大氮源、碳源的比例 【解析】 擴(kuò)大培養(yǎng)是發(fā)酵工程的一個(gè)重要步驟，它的目的是給接種準(zhǔn)備足夠的菌種，以縮短微生物生長的調(diào)整期，縮短培養(yǎng)周期。那么，在什么條件下菌體繁殖速度快？是否與生產(chǎn)的培養(yǎng)條件相同？可以說，在不同條件下，菌體的繁殖速度是不同的。比如，酵母菌在有氧的條件下，比無氧條件下繁殖速度快，因?yàn)檫@時(shí)能量的利用率高。而對于谷氨酸棒狀桿菌來說，繁殖速度快慢的影響因素是碳氮比。在碳氮比為3∶1時(shí)菌體繁殖速度受到抑制，大量產(chǎn)生谷氨酸，而碳氮比為4∶1時(shí)，菌體大量繁殖，合成谷氨酸減少。對于空氣，谷氨酸棒狀桿菌是需氧型微生物，不是兼性厭氧型微生物，所以不能隔絕空氣。至于D選項(xiàng)的加大碳氮比例，由于沒有原比例和加大后的比例，此說法是十分不明確的。 【答案】 A 15．谷氨酸棒狀桿菌的代謝類型屬于 A．異養(yǎng)需氧型 B．異養(yǎng)厭氧型 C．自養(yǎng)需氧型 D．自養(yǎng)厭氧型 【答案】 A 16．下面對發(fā)酵工程中滅菌的理解中，不正確的是 A．防止雜菌污染 B．滅菌就是殺死培養(yǎng)基中一切細(xì)菌 C．培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須消毒 D．滅菌必須在接種前 【解析】 滅菌是微生物發(fā)酵過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。A說的是滅菌的目的，因?yàn)榘l(fā)酵所用的菌種大多是單一的純種，整個(gè)發(fā)酵過程不能混入其他微生物（雜菌），所以是正確的；B是錯(cuò)誤的，因?yàn)闇缇哪康氖欠乐闺s菌污染，但實(shí)際操作過程中不可能只消滅雜菌，而是消滅全部微生物。C是正確的，因?yàn)榘l(fā)酵有關(guān)的設(shè)備和物質(zhì)都要滅菌；發(fā)酵所用的微生物是滅菌后專門接種的。D也是正確的，滅菌必須在接種前，如果接種后再滅菌就會把所接菌種也殺死。 【答案】 B 17．生產(chǎn)單克隆抗體要用到的生物工程是 ①基因工程 ②細(xì)胞工程 ③發(fā)酵工程 ④酶工程 A．①②③④ B．②③④ C．①②④ D．①③④ 【解析】 單克隆抗體是由雜交瘤細(xì)胞在體外大規(guī)模培養(yǎng)或注射到小鼠腹腔內(nèi)從培養(yǎng)液中或小鼠腹水中提取出來的。首先用細(xì)胞工程將B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞融合篩選出雜交瘤細(xì)胞，然后用發(fā)酵工程和酶工程進(jìn)行體外大規(guī)模培養(yǎng)。 【答案】 B 18．固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是 A．有利于增加酶的活性 B．有利于產(chǎn)物的純化 C．有利于提高反應(yīng)速度 D．有利于酶的發(fā)揮作用 【解析】 固定化酶制作的目的是降低生產(chǎn)成本。一是能夠順利從發(fā)酵產(chǎn)物中把酶分離出來，二是能夠使酶反復(fù)使用。從題目中可以看出，答案B是正確的。酶的固定化，對酶的活性、酶作用的發(fā)揮、反應(yīng)速度的提高，并沒有多少作用。酶的活性、酶作用的發(fā)揮，與環(huán)境條件密切相關(guān)，如溫度、pH等；反應(yīng)速度與底物的濃度、溫度、pH等條件都有關(guān)系。在底物濃度升高時(shí)，反應(yīng)速度將提高，溫度、pH適宜時(shí)，反應(yīng)速度最快。 【答案】 B 19．研究認(rèn)為，用固定化酶技術(shù)處理污染是很有前途的。如將從大腸桿菌中得到的磷酸三脂酶固定到尼龍膜上制成制劑，可用于降解殘留在土壤中的有機(jī)磷農(nóng)藥。與用微生物降解相比，其作用不需要適宜的 A．溫度 B．pH C．水分 D．營養(yǎng) 【解析】 磷酸三脂酶是蛋白質(zhì)，受溫度、pH的影響，水是一種良好的溶劑，大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都在水中進(jìn)行。作為生物催化劑具有高效性和專一性，固定化酶可反復(fù)利用，不需要適宜的營養(yǎng)。 【答案】 D 20．與血糖快速測試儀原理相同的酶的應(yīng)用是 A．多酚氧化酶傳感器 B．尿激酶 C．氨芐青霉素的生產(chǎn) D．尿糖試紙 【解析】 血糖快速測試儀實(shí)際上是利用由固定化酶制成的一種傳感器——酶傳感器。A多酚氧化酶傳感器與其原理相同，而尿糖試紙是將葡萄糖氧化酶過氧化酶和無色化合物固定在紙條上制成的測試含量的酶試紙。氨芐青霉素的生產(chǎn)是利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的。 【答案】 A 二、非選擇題 21．生物工程包括細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、基因工程。 （1）將雞的DNA分子的某個(gè)片段整合小鼠的DNA分子中，屬于_________________。 （2）將抗藥菌的某個(gè)基因引入細(xì)胞內(nèi)，屬于_________________。 （3）將鼠的骨髓瘤細(xì)胞與經(jīng)過免疫的脾細(xì)胞融合成雜交瘤細(xì)胞，屬于______________。 【解析】 根據(jù)各自的概念及特點(diǎn)判斷。 【答案】 （1）基因工程 （2）基因工程 （3）細(xì)胞工程 22．以下是發(fā)酵工程生產(chǎn)產(chǎn)品的流程圖。據(jù)圖回答： （1）能生產(chǎn)人生長激素的工程菌是通過①培養(yǎng)的，①是_________；高產(chǎn)青霉素菌是通過②培育的，②是_________，③是_________。 （2）④表示_________，⑤表示_________。 （3）整個(gè)過程的中心階段是發(fā)酵，在此階段需要隨時(shí)取樣、檢測_________等，以了解發(fā)酵進(jìn)程，還要及時(shí)添加_________，同時(shí)嚴(yán)格控制_________。 （4）若⑥是單細(xì)胞蛋白的話，⑦是_________。氨基酸、維生素屬⑦中的_________產(chǎn)物。 【解析】 復(fù)習(xí)理解發(fā)酵工程的內(nèi)容（菌種的培育、培養(yǎng)基的配制滅菌、擴(kuò)大培育和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等）。發(fā)酵工程是連續(xù)培育微生物，所以要滿足連續(xù)培育的條件 【答案】 （1）基因工程 誘變育種 細(xì)胞工程（2）接種 滅菌 （3）細(xì)菌數(shù)目和產(chǎn)物濃度　培養(yǎng)基 發(fā)酵條件（溶氧、溫度、pH、通氣量、轉(zhuǎn)速） （4）微生物菌體 初級代謝 23．人造蛋白食品是現(xiàn)代微生物工程的杰作之一，食用真菌蛋白是人造蛋白的一種。真菌蛋白的制造過程如下圖所示。請根據(jù)圖解回答下列問題： （1）往發(fā)酵罐注入少量氨水的目的是______________________________________。 （2）制造真菌蛋白時(shí)，要向發(fā)酵罐內(nèi)注入空氣，由此可以推知發(fā)酵罐中真菌的異化作用類型是_________型。 （3）往發(fā)酵罐內(nèi)添加一些物品都要經(jīng)過消毒，從生態(tài)學(xué)的角度分析，其原因是________。 （4）添加的糖被真菌利用，轉(zhuǎn)化成真菌蛋白，必須經(jīng)過的生理過程是________________。 （5）從自然界分離出的真菌菌種，用于制造真菌蛋白時(shí)，真菌蛋白的產(chǎn)量較低。要獲得較多的真菌蛋白，培育優(yōu)質(zhì)的真菌菌種可采用_________________方法。 （6）利用微生物工程方法制造出的真菌蛋白，常作為家畜（如豬）的飼料添加劑。豬食用這些添加劑后，可加速育肥的原因是_____________________________，這些添加劑在豬體內(nèi)的代謝產(chǎn)物有_________________。 【解析】 本題結(jié)合生物工程綜合考查微生物營養(yǎng)、蛋白質(zhì)代謝、種間關(guān)系和育種知識 【答案】 （1）滿足真菌所需氮源 （2）需氧或兼性厭氧 （3）防止雜菌與真菌之間的競爭 （4）氨基轉(zhuǎn)換作用、脫水縮合等 （5）誘變育種（或基因工程育種均可） （6）真菌蛋白被分解成的氨基酸，經(jīng)脫氨基作用形成的不含氮部分可轉(zhuǎn)變成脂肪 CO2、H2O、尿素 【資料補(bǔ)充】 1．現(xiàn)代生物技術(shù)概述 自然界中真正能冠以“鋼嘴鐵牙”之美稱的生物恐怕要算是微生物了。它具有作用于金屬的能力，或者將金屬吞噬化為己有，或者使金屬分解變?yōu)樗校婵芍^神通廣大。工業(yè)上可利用微生物從礦石中浸提金屬，也可以利用微生物處理廢液和稀溶液回收有價(jià)值的貴重金屬。例如，對含有1 ppm的鈷、鎳、鈾等貴重金屬的廢水，可用微生物來回收，同時(shí)還可以利用微生物大軍，從大洋中采集鎂、鎳、鈷、金、銀等貴重金屬。 在能源方面，微生物技術(shù)也大有用場。例如可以用微生物方法生產(chǎn)氫氣和甲烷氣體燃料。微生物產(chǎn)氫有兩種方法：一是利用細(xì)菌從糖或有機(jī)酸以及氨基酸等生產(chǎn)氫氣；二是利用光合成或光分解細(xì)菌，在供給太陽能的情況下產(chǎn)生氫氣。甲烷氣則是沼氣發(fā)酵的產(chǎn)物。 微生物在現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用是很廣泛的，發(fā)酵工程所提供的“低物原料”主要是常用的淀粉、糖蜜、纖維素等有機(jī)物，以及一些無機(jī)化學(xué)藥品，就能生產(chǎn)出“提供所需的各種產(chǎn)品”。主要有醫(yī)藥、食物、化工原料、能源等。例如，如今的20種氨基酸都可以用發(fā)酵的方法生產(chǎn)。在深入研究微生物代謝途徑的基礎(chǔ)上，通過微生物進(jìn)行人工誘變得出適合于生產(chǎn)的突變類型。 基因工程、細(xì)胞工程等生物工程技術(shù)的發(fā)展，使微生物工程獲得更大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①作為外源基因的載體?？勺鳛檩d體或提供載體結(jié)構(gòu)的微生物非常多，其中較為重要的有大腸桿菌及酵母菌等。②作為基因工程的宿主菌。利用微生物作為宿主菌進(jìn)行外源基因克隆表達(dá)從而生產(chǎn)藥物、疫苗獲得了豐碩的成果。③作為基因操作工具酶的供體?；虿僮鬟^程，涉及出一系列有關(guān)酶類的催化反應(yīng)。這些功能各異的酶類有的像“手術(shù)刀”專司切割，有的像“縫紉針”專負(fù)連接，有的則像“復(fù)印機(jī)”行使復(fù)制之責(zé)。能夠提供這些酶的生物則是微生物。④作為微生物的有益菌和病原生物，可利用基因工程改造微生物菌株，如提高固氮能力。⑤為人類基因工程計(jì)劃提供“模式生物”如用大腸桿菌的基因組織進(jìn)行分析，驗(yàn)證工作的過程。⑥用于污水的凈化處理。為提高污水凈化效率，人們應(yīng)用生物工程的方法培養(yǎng)出具有新的特殊功能的微生物，如“超級菌”不僅能把60%的烴降解，而且在幾小時(shí)內(nèi)就可達(dá)到至少自然菌種要用一年時(shí)間才能凈化的效果。 就酶工程而言，目前的關(guān)鍵問題在于如何設(shè)計(jì)生產(chǎn)超自然的優(yōu)質(zhì)酶。而絕大多數(shù)酶都是由基因控制合成的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)理論的進(jìn)步，為酶的化學(xué)修飾及遺傳修飾提供了大量的實(shí)驗(yàn)依據(jù)及數(shù)據(jù)，有助于解決關(guān)于酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，促進(jìn)酶遺傳設(shè)計(jì)開展，開創(chuàng)了從分子水平根據(jù)遺傳設(shè)計(jì)理論制造超自然生物機(jī)器的新時(shí)代。 總之，生物技術(shù)以生物為研究對象，通過加工生物和生物加工來為人類服務(wù)，通過該技術(shù)的各支領(lǐng)域——基因工程等相互合作，伴隨著物理學(xué)、化學(xué)、信息技術(shù)的發(fā)展，將更加優(yōu)化環(huán)境，造福包括人類在內(nèi)的所有生物。 請?jiān)倬C合上面材料解決如下的問題： （1）試分類說明微生物在各領(lǐng)域中的作用。 （2）通過發(fā)酵工程分析微生物在營養(yǎng)上的需求、代謝產(chǎn)物的應(yīng)用。 （3）綜合具體事例分析生物工程各領(lǐng)域之間的密切聯(lián)系。 （4）聯(lián)系實(shí)際說明生物工程在當(dāng)今自然科學(xué)中的地位，為此你在該領(lǐng)域準(zhǔn)備做點(diǎn)什么？ 2．相關(guān)網(wǎng)（頁）站 （1）三九健康網(wǎng)： 999.cn/public/childrenhealth/xx02/70553xx0215.htm （2）高中生物資源索引： http:/61.131.36.125/index/ （3）生物科技在線：轉(zhuǎn)基因食品： http:/monsanto.cn/statute/safety/food_safety.htm 【知識拓展】 1．采集不同環(huán)境（如土壤、水體、空氣）中的樣本進(jìn)行檢測，利用所學(xué)的生物學(xué)知識，取樣、制片、染色、觀察識別不同的微生物的形態(tài)。根據(jù)表Ⅰ—Ⅲ會得出什么結(jié)論? 表Ⅰ 農(nóng)田上層15厘米處微生物的生物量 微生物種類 生物量 細(xì)菌 160 放線菌 160 真菌 200 原生動物 38 表Ⅱ 某地區(qū)河流細(xì)菌總數(shù)和形態(tài)分布 上游 中游 下游 數(shù)量多，形態(tài)少 數(shù)量較多，形態(tài)較多 數(shù)量較多，形態(tài)多 表Ⅲ 不同地區(qū)空氣菌落數(shù) 地區(qū) 菌落數(shù) A 1～2 B 30以下 C 75～150 D 300以下 E 300以上 （1）從以上材料可得出什么結(jié)論？ （2）表Ⅱ中該地區(qū)為什么上游細(xì)菌數(shù)量多，形態(tài)少；而下游數(shù)量較多，形態(tài)多？ （3）分析微生物與環(huán)境、人類的關(guān)系。 （4）應(yīng)用微生物知識，如何測定某一公共場所中細(xì)菌總數(shù)？ 2．閱讀有關(guān)“食品的保存”的資料，分析幾種食品保存的方法。利用微生物生理特性，找出它們利用的共同特點(diǎn)。理解微生物的營養(yǎng)、代謝及生長條件。 3．根據(jù)社會熱點(diǎn)問題，利用電視、廣播、報(bào)刊、網(wǎng)絡(luò)信息及調(diào)查訪問等措施調(diào)查生物工程制品在社會生活中的應(yīng)用情況，并就下列制品進(jìn)行分類并說明它們的主要用途。 ①轉(zhuǎn)基因作物 ②轉(zhuǎn)基因動物 ③單克隆抗體 ④乙肝疫苗 ⑤馬鈴薯脫毒型種薯⑥青霉素 ⑦氨芐青霉素 ⑧尿糖試紙