Ⅰ熱點知識簡介
1．沼氣發酵
沼氣是有機物經沼氣發酵微生物的發酵作用而產生的一種混合氣體。其主要成分是甲烷(CH4)，另外還有二氧化碳和少量的硫化氫、一氧化碳、氫等。甲烷是一種無色無味的可燃氣體，和空氣混合遇明火就能燃燒并放出大量的熱。
(1)沼氣發酵
①沼氣發酵微生物
沼氣發酵微生物分為不產甲烷群落和產甲烷群落。
不產甲烷微生物群落主要是一類兼性厭氧菌，它們具有水解和發酵大分子有機物而產生酸的功能，在滿足自身需要的同時，為產甲烷微生物提供營養物質和能量。產甲烷微生物群落，通常稱為甲烷細菌。甲烷細菌可利用不產甲烷微生物的中間產物和最終代謝產物作為營養物質和能源而生長繁殖，并最終產生甲烷和二氧化碳等。
②沼氣發酵過程
沼氣池中的大分子有機物，在一定的溫度、水分、酸堿度和密閉條件下，首先被不產甲烷微生物菌群分泌的胞外酶水解成小分子物質，如氨基酸、單糖類等。然后這些小分子物質進入不產甲烷微生物菌群，通過發酵作用被轉化成為酸類和三氧化碳。
甲烷細菌將不產甲烷微生物產生的中間產：物和最終代謝物分解轉化成甲烷、二氧化碳和氨。在產氣階段產生的甲烷和二氧化碳都能揮發而排出池外，而氨以強堿性的亞硝酸氨形式留在沼池中，中和了產酸階段的酸性，創造了甲烷穩定的堿性環境。
③影響沼氣發酵的主要因素
a，溫度
沼氣發酵微生物眾多，對溫度的適應范圍也不一樣，按發酵類型大體可分為四類。高溫發酵(52～58℃)，中溫發酵(32～38℃)，常溫發酵(12～30℃)，低溫發酵(10℃t以下)。實踐證明，農戶沼池采用20～28℃的常溫發酵比較經濟實用。
b．酸堿度
一般不產甲烷微生物對酸堿度的適應范圍較廣，而產甲烷細菌對酸堿度的適應范圍較窄，只有在中性或微堿性的環境里才能正常生長發育。所以，沼氣池里發酵液的pH在6．5～8．0為宜。
c．沼氣池密閉狀況
沼氣池必須要密閉，不漏水，不漏氣。這是人工制取沼氣的關鍵。因為如果沼氣池密閉性能不好，產生的沼氣容易漏掉。更重要的是甲烷細菌是嚴格的厭氧菌，氧對這類微生物具有毒害作用。，
(2)沼氣發酵的應用
①處理農作物秸桿和人畜糞便
如果以農作物秸稈作原料進行沼氣發酵，產生的沼氣再用
作生活燃料，沼氣燃燒不僅沒有濃煙，而且熱能的利用率可高達60％以上。這對節約能源，減少公害都具有很重要的意義。如果以作物秸稈、雜草、樹葉和人畜糞便作原料進行沼氣發酵，不僅可產生大量沼氣成為再生能源，而且沼液、沼渣還是優質高效和無病害肥料。因為沼氣發酵完全是在密閉厭氧條件下進行的，殘留在秸稈上的病原微生物及害蟲卵會徹底被殺死。并且有機物經完全發酵分解之后，有利于植物吸收利用。所以用沼液、沼渣作肥料，其肥效較高，而且也不會造成作物病蟲害的傳播和流行。
②處理城市污水和垃圾
世界上普遍采用生物處理法處理城市污水和垃圾，生物處理法又分為好氧法和厭氧法。
好氧生物處理是好氧微生物在有氧條件下，將污水中的有機物氧化分解為二氧化碳和水及硝酸鹽類，即所謂有機物的礦化。此法一般適于處理低濃度有機污水。
厭氧生物處理是厭氧微生物在無氧條件下，將污水中的有機物轉化成甲烷和二氧化碳，工程上稱之為厭氧消化，實際上就是沼氣發酵。對于高濃度有機污水可通過沼氣發酵法進行處理。
2．啤酒發酵
啤酒是頗受群眾歡迎的具有泡沫和特殊香味的低酒度飲料�，F就啤酒釀造作簡要介紹。
(1)原料
①水：啤酒中水占90％左右，釀造用水的質量好壞，直接影響到啤酒的質量與風味，所以對水的選擇是很重要的。
②麥芽：到目前為止，大麥仍然是釀造啤酒的主要原料。麥芽的成分和質量直接影響到啤酒的質量。我國主要生產淡色麥芽，也制造少量濃色麥芽和黑麥芽、焦香麥芽等。
③輔助原料：為了降低啤酒蛋白質含量，增加啤酒的保存性和改善啤酒的風味，以及降低生產成本，經常摻加部分未發芽谷類，如大米、玉米、大麥、小麥、高梁等；也有用淀粉或糖漿及各種糖類的，如蔗糖等。
④酒花：酒花是啤酒的重要原料，酒花含芳香油，是啤酒的芳香劑，它能使啤酒持有特異的香味及爽口的苦味，并能增加啤酒的穩定性和泡沫的持久性，啤酒生產中使用的酒花是一種雌花(雄花不能使用)。
⑤酵母：啤酒生產所需要的酵母為啤酒酵母，其生理特性能發酵葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、半乳糖及棉子糖等。通過酵母的新陳代謝，將這些物質變成啤酒所含的成分。
(2)麥芽汁的制作
①粉碎：麥芽及輔助原料在糖化前必須先行粉碎。粉碎的目的是增加原料與水的接觸面積，使可溶性物質容易滲出，不溶性成分容易受酶的作用而水解。
②糖化，將麥芽和輔料內的物質溶解為溶液的操作稱為“糖化”，制成的溶液為“麥芽汁”。糖化的結果是，在淀粉酶的作用下將淀粉分解成為麥芽糖；在蛋白酶的作用下將蛋白質分解為氨基酸。
③麥芽汁的過濾：糖化終了進行麥芽汁的過濾操作，以除去殘渣。
④麥芽汁的煮沸及酒花的添加；過濾后的麥芽汁須煮沸和添加酒花，其目的是蒸發掉多余的水分，將麥芽汁濃縮到規定的濃度，使麥芽汁中熱凝固性蛋白質凝結沉淀，延長啤酒的保存期，破壞全部酶和殺菌。
⑤麥芽汁的冷卻：麥芽汁經過酒花分離器分離之后，使之迅速冷卻到發酵最適宜的溫度，即5～7℃。
(3)主發酵
麥芽汁是一種較稀薄的糖液，在適宜的條件下加入酵母，經過酵母的發酵作用，使麥芽汁由原來的甜苦氣味，逐漸變成芳香氣味，而且麥芽汁的甜度也隨著下降，生成了酒精和二氧化碳。二氧化碳不斷地從麥芽汁液中釋放出來，液面浮有一層白沫。
(4)后發酵
后發酵的目的使發酵液的殘糖繼續發酵。在發酵液中，每毫升含300萬-1億個酵母細胞，能利用發酵液中可發酵性糖繼續發酵，產生酒精和二氧化碳，使酒的甜味和不成熟味減少。二氧化碳是啤酒質量的重要指標，缺乏二氧化碳酒喝到口里不殺口，感到平淡，泡沫減少。
(5)濾酒
發酵結束后須經過過濾，除去懸浮的蛋白質和酵母細胞等微粒，使啤酒口味醇正，清亮透明，富有光澤，具有良好的保存性和商品特點。
(6)啤酒釀造的工藝衛生
啤酒釀造過程不允許其他雜菌感染。常見的雜菌有酒花毛霉、根霉、青霉、醋酸菌、乳酸菌、八聯球菌和野生酵母等。生產中應注意每一道工序的衛生，經常用硫磺、甲醛、酒精和漂白粉進行環境消毒。
(7)成品包裝
成品包裝是啤酒生產的最后一道工序。主要步驟包括洗瓶、空瓶檢查、灌酒和壓蓋。壓完蓋的啤酒稱生啤酒，可以貼商標出廠。熟啤酒還必須用60～62°C的溫度經過18～20min，將酒內酵母殺死，然后經過驗酒、貼商標、包裝出廠。
Ⅱ新高考探究
1谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑如下圖所示要提高谷氨酸的產量必須采取的措施是
A．增加葡萄糖
B．增加谷氨酸脫氫酶
C．改變細胞膜透性，使谷氨酸排放細胞外
D．增加a-酮戊二酸
答案： C
2為研究微生物群體生長規律，常將少量的某種細菌接種到培養基中，定時取樣測定培養基里的細菌數目，以時間為橫坐標，以細菌數目的對數為坐標，得到生長曲線圖，對培養基的要求是
A.恒定容積的液體培養基
B．任意容積的液體培養基
C．恒定容積的半固體培養基
D．任意容積的半固體培養基
答案： A
3黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑如下圖所示，試分析要增加賴氨酸的產量，本質上必須
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
答案： C
4谷氨酸除用于制造味精外，還可用于治療神經衰弱及配制營養注射液，應用前景廣泛。光明制醋廠用谷氨酸棒
狀桿菌發酵生產谷氨酸，結果代謝產物沒有谷氨酸而產生乳酸及琥珀酸，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
答案： D
5在現代發酵工程小，利用下列哪一項技術，有目的地改造原有的菌種并且提高其產量
A．細胞融合 B.誘變育種
C.克隆 D．DNA重組技術
答案： D
6產甲烷細菌的代謝方式為異養厭氧型，在營養充分、水分充足的情況下，產生甲烷較多的條件是
A.10℃、隔絕空氣
D.20℃、隔絕空氣
C.10℃、不隔絕空氣
D．20℃、不隔絕空氣
答案： B
7微生物產生抗毒素、抗生毒、色毒等的形成時期主要是在
A．調整期 B．對數期
C．穩定期 D．衰亡期
答案： C
8基因工程培育的“工程菌”通過發酵工程生產的產品有
①石油 ②人生長激素 ③紫草素 ④聚乙二醇 ⑤胰島素 ⑥乙肝疫苗
A.①③⑥ B．②⑤⑥
C．③⑤⑥ D．②③⑤
答案： B
Ⅲ高分熱點題預測
1人造蛋白食品是現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示。
高考高考考動向：微生物的類型、營養及其代謝過程。
高考試題預測：請根據、圖解回答下列問題：
(1)往發酵罐內注入少量氨水的目的是_____。
答案：滿足真菌所需N源
(2)制造真菌蛋白時，要向發酵罐內注入空氣，由此可推知發酵罐中真菌的異化作用類型是___________型。
答案：兼性厭氧
(3)往發酵罐內添加的一切物品都要經過消毒，從生態學的角度進行分析，其原因是___________。
答案：防止雜菌與真菌之間競爭
(4)添加的糖被真菌利用，轉化形成真菌蛋白，必須經過的生理過程是___________。
答案：轉氨基作用
(5)從自然界中分離出的真菌菌種，用于制造真菌蛋白時，真菌蛋白的產量較低。要獲得較多的真菌蛋白，培育優良的真菌菌種可采用__________。
答案：誘變育種(或基因工程育種)
(6)利用微生物工程制造出的真菌蛋白，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的代謝產物有___________。
答案：豬食用后，真菌蛋白質被分解成氨基酸，經脫氨基作用形成不含氮部分可轉變成脂肪 H2、CO2尿素
2下圖表示制造啤酒的過程方法。
高考高考考動向：微生物的培養代謝、生長及其影響因素。
高考試題預測：據圖分析回答下列問題：
(1)把原料放人沸水中混合的原因是___________。
答案：為了除去原料中O2
(2)在混合物中加入糖的理由是___________。
答案：糖是啤酒酵母發酵的原料
(3)在混合物冷卻后才把酵母加進去，是因為___________；
假如冷卻時不慎使溫度驟降到O°C，當溫度逐漸回升到25℃時，酵母是否還具有活性?原因是：___________
答案：防止酵母死亡，并達到酶適宜的溫度 低溫使酶的活性降低，但并沒有變性失活，當逐漸回升到最適溫度，酵母菌生長生殖恢復正常
(4)說出酵母菌細胞所進行的生化反應過程的名稱并用反應式敘述這一整個過程。
答案：酒精發酵 c6H12 2c2H5OH+2cO2+能量
(5)酵母比水更稠濃，但在化學反應中它會上升到混合物的頂部，解釋為什么。
答案：酵母菌細胞內產生的CO2，增大了本身在液體中的浮力，使其上升
(6)為什么啤酒要至少擱置21天，才可以過濾裝瓶，請說出一種理由。
答案：待酵母菌充分發酵，發酵過程停止，有利于混合物雜質沉淀
(7)在一只盛有糖溶液的瓶中加入酵母。以后的30天中混合物的變化情況如下圖所示，用圖中的信息回答下列問題：
①酵母量在什么時候達到最大值?___________
②為什么酵母數量停止增加下去，說出兩種理由:
答案：第14天左右②糖被逐漸消耗，缺少生命活動的原料酒精和CO2積累，對細胞有毒害，再如生存斗爭加劇，死亡率上升等(以上三項任意兩項均可，其他合理答案也可)
3長期以來，我國農村燒秸稈取草木灰作農田肥料，則不僅浪費資源還造成環境污染。現在已經有些地方利用秸稈制造沼氣。招氣的制作如下圖所示。
高考高考考動向：微生物的發酵條件、過程及生殖，生態系統中物質和能量的利用。
高考試題預測：請回答以下問題，
(1)在圖中標出箭頭，表示早期生產過程中的物質循環。
答案：如下圖所示
(2)沼氣池能產生沼氣的基本條件有哪些?
答案：農作物廢料和人畜糞便(含微生物)、水、適宜溫度和pH值、隔絕空氣(無氧)等
(3)沼氣的主要成分是___________。
答案：甲烷
(4)作為能源物質，沼氣中的能量是由___________間接轉換來的。
答案：光能
(5)在發酵的過程中，好氧型、厭氧型和兼氣型(如酵母菌)等微生物都參與了代謝活動，分析這三種微生物在沼氣池中的消長規律：
①沼氣發酵的開始階段，___________微生物大量活動和繁殖。
②隨著池中氧氣的減少，___________微生物的活動受到抑制，而___________微生物的活動加強。
③最終___________微生物大量死亡，___________微生物大量繁殖。
答案：①好氧型和兼氣型②好氧型 厭氧型和兼氣型③好氧型 厭氧型和兼氣型
(6)在農村和城市，建立沼氣池有哪些積極意義?(不少于三點)
答案：充分利用有機廢物(秸桿、糞便等)中的能量，提高了能量利用率；為人類提供清潔型能源，減少環境污染；有效地消滅人畜糞便中的病原體，減少傳染病的發生；加快了有機廢料的分解過程，促進了生態系統的物質循環過程；沼渣能為農作物提供豐富的礦物質(任意三點均對，其他合理的說法也可以)。
4把大量可降解的有機垃圾放在一起，經過一段時間處理，轉變成植物可吸收的肥料，稱做堆肥。堆肥不僅僅是一堆垃圾，它就像花園一樣需要供給和照管。下面是進行小規模堆肥的一些步驟：___________，
①準備一只3m×l．5m的箱子，把從廚房和花園等處搜集來的有機垃圾堆放在其中，堆放時要保持疏松和透氣；
②堆肥時要添加一些富含氮的材料；
③要保持一定的溫度，可適當澆水；
④當垃圾堆滿后，蓋上蓋子，保持熱量；
⑤一推肥分解腐爛需要4-6個月的時間，當堆肥處理好后，經稀釋后才要直接施入土壤。
高考高考考動向：微生物發酵的條件與實踐應用。
高考試預測：根據上述材料回答下列問題：
(1)堆肥的生物學依據是___________。
答案：微生物的分解作用
(2)操作中疏松、澆水、保溫等的目的是______________________。
答案：為分解者提供適宜的環境
(3)如果用堆好的肥料直接用在花卉的培植上，這些花卉能正確生長嗎?
答案：不能，其中的無機鹽濃度太高，會使花卉出現“燒苗”現象
(4)在堆肥時需要使用大量的有機材料，下列哪種材料不能使用
A.天然纖維織物 B．枯枝落葉
C．塑料制品 D．食物垃圾
答案： C
(5)堆肥與化肥相比較，其特點是
A．肥料來源廣泛、肥效持久、成本低，有利于環境保護
B．肥料來源廣泛，肥效短暫、成本低，有利于環境保護
C．肥料來源廣泛，肥效持久、成本低，不利于環境保護
D.肥料來源廣泛，肥效短暫、成本低，不利于環境保護
答案： A
(6)堆肥會產生熱量，焚燒垃圾也會產生熱量，兩者的區別主要在于
A.等量的材料堆肥產熱慢，熱量多；焚燒產熱快，熱量少
B．等量的材料堆肥產熱快、熱量多；焚燒產熱慢、熱量多
C.等量的材料堆肥產熱慢、熱量少；焚燒產熱快，熱量多
D.等量的材料堆肥產熱快、熱量少；焚燒產熱慢、熱量多
答案： C
5隨著世界人口的不斷增長和耕地荒漠化的不斷加劇，糧食短缺已成為困擾人類的社會問題之一。糧食價格大幅度地提升，這與世界糧食的減產有著密切的關系。近幾年來，世界各國不斷將目光轉向人們肉眼看不到的細菌、真菌等微生物。
據研究資料表明，在適宜的條件下，大腸桿菌每小時分解的糖是自身的兩千倍，乳酸菌每小時產生的乳酸能達到自身重量的成千上萬倍。微生物不僅生長繁殖快，而且含有大量蛋白質，如細菌中的蛋白質含量占細胞干重的60％～80％，酵母菌中的占45％～65％。
微生物能夠利用的原料相當廣泛，如作物秸稈、植物的枯枝敗葉、動物的糞便，甚至有機物垃圾等。只要舍有有機物，微生物就能將它們轉化成人類所需要的糖類、蛋白質等營養物質。在20世紀80年代中期，全世界通過微生物生產的蛋白質已2×12010t。
高考高考考動向：細胞結構、蛋白質合成、微生物的營養與代謝、發酵工程等。
高考試題預測：根據以上材料，結合所學知識，分析回答下列問題：
(1)在適宜的條件下，大腸桿菌每小時分解的糖是自身的兩千倍，乳酸菌每小時產生的乳酸能達到自身重量的成千上萬倍。這些事實說了什么?其原因又是什么?
答案：事實說明了微生物的新陳代謝異常旺盛。其原因是微生物的相對表面積大，有利于微生物細胞與外界環境進行物質交換。
(2)細菌和酵母菌在細胞結構上最明顯的區別是細菌___________；細菌和酵母菌在基因結構上的主要區別是酵母菌___________。
答案：沒有明顯的細胞核 基因的編碼區是間隔的、不連續的
(3)細菌中的蛋白質含量占細胞干重的60％?80％，酵母菌中占45％-65％。這些蛋白質是在細胞內由 ___________控制合成的，其過程包括___________和_____________________。人們通常將這些微生物菌體稱為_____________________。
答案：遺傳物質(DNA) 轉錄 翻譯 單細胞蛋白
(4)通過微生物利用作物秸稈、植物的枯枝敗葉等物質，生產人類所需的糖類、蛋白質的過程中，微生物的同化作用類型是___________。在此過程中利用到的現代生物技術是___________。
答案：異養型 發酵工程
(1)人們為了提高微生物的合成能力，通常需要選育性狀優良的微生物菌種。微生物育種的方法有___________ 、___________和__________等。
答案：誘變育種 基因工程 細胞工程
(6)在基因工程中，人們經常選用細菌或真菌等微生物作為目的基因的受體細胞，其原因是什么?
答案：細菌和真菌等微生物代謝快、繁殖快，目的基因能夠得到快速的復制和表達。
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