高中生物（必选3）1.1科技探索之路 从传统发酵技术到发酵工程知识点

高中生物（必选3）1.1科技探索之路从传统发酵技术到发酵工程知识点整理一、课程主要内容总结本课程围绕发酵技术的发展脉络展开，核心是呈现从传统发酵技术到现代发酵工程的演变过程，揭示技术进步与科学认知（尤其是微生物学、生物化学等学科发展）之间的密切联系。主要内容包括：传统发酵技术的起源与实践应用、发酵技术发展的关键科学突破、现代发酵工程的核心组成环节及技术体系、发酵工程在工农业生产、医药卫生、环境保护等领域的应用价值。通过学习，理解发酵技术从经验型到科学型、从传统工艺到现代工程化的转变逻辑，掌握发酵工程的核心原理与关键技术，认识生物技术在推动社会发展中的重要作用。二、核心知识点梳理及配套练习题知识点1：传统发酵技术的原理、实例及特点核心内容：①原理：利用自然界中存在的微生物（如酵母菌、醋酸菌、乳酸菌、毛霉等）的代谢活动，将原料转化为特定产物（如酒精、醋酸、乳酸、腐乳等）；②典型实例：酿酒（酵母菌无氧呼吸产酒精）、制醋（醋酸菌有氧呼吸产醋酸）、制作腐乳（毛霉等产生的蛋白酶分解蛋白质）、制作泡菜（乳酸菌无氧呼吸产乳酸）；③特点：经验性强，微生物来源为自然环境，发酵过程难以控制，产量和品质不稳定，规模较小。练习题：下列关于传统发酵技术的叙述，错误的是（）

A.传统发酵技术利用的微生物多来自原料本身或自然环境

B.酿酒过程中，酵母菌的无氧呼吸是产生酒精的关键

C.制醋和酿酒所用微生物的代谢类型完全相同

D.传统发酵技术往往缺乏对发酵过程的精准控制

下列传统发酵食品与所用主要微生物对应错误的是（）

A.泡菜——乳酸菌

B.腐乳——毛霉

C.果酒——醋酸菌

D.面酱——霉菌

简述传统发酵技术的主要特点，并举例说明传统发酵技术在日常生活中的应用。答案及解析：1.答案：C解析：制醋所用微生物为醋酸菌，代谢类型是异养需氧型；酿酒所用微生物为酵母菌，代谢类型是异养兼性厌氧型（有氧时进行有氧呼吸产生CO₂和水，无氧时进行无氧呼吸产生酒精和CO₂），二者代谢类型不完全相同，故C错误。A、B、D选项均符合传统发酵技术的特点及原理。2.答案：C解析：果酒制作的主要微生物是酵母菌，醋酸菌主要用于果醋制作（将酒精转化为醋酸），故C对应错误。A、B、D中传统发酵食品与主要微生物的对应关系均正确。3.答案：①主要特点：经验性强，微生物来源于自然环境，发酵条件难以精准控制，产物产量低、品质不稳定，生产规模较小。②日常生活应用举例：利用酵母菌酿酒、制作面包；利用乳酸菌制作泡菜、酸奶；利用毛霉制作腐乳；利用醋酸菌制作食醋等。解析：传统发酵技术基于长期生产经验积累，未形成系统的科学理论指导，因此存在控制难度大、产物不稳定等问题，结合生活中常见的发酵食品即可举例说明其应用。知识点2：发酵技术发展的关键科学突破核心内容：发酵技术从传统走向现代的关键在于对微生物的认知和控制能力提升，关键科学突破包括：①显微镜的发明及微生物的发现（列文虎克），揭示了发酵与微生物的关联；②巴斯德的实验证明了发酵是微生物的代谢活动，否定了“自然发生说”，为发酵技术奠定了科学基础；③纯种培养技术的建立（科赫等），实现了对单一微生物的培养和利用，解决了传统发酵中微生物混杂导致的产物不稳定问题；④发酵条件控制技术的进步（如温度、pH、氧气含量的调控），为微生物代谢提供适宜环境；⑤基因工程技术的应用，实现了菌种的定向改造，提升了发酵效率和产物品质。练习题：下列科学成就中，为发酵技术从传统经验型走向科学型奠定基础的是（）

A.显微镜的发明

B.巴斯德证明发酵是微生物的代谢活动

C.纯种培养技术的建立

D.基因工程技术的应用

纯种培养技术的建立对发酵技术发展的重要意义是（）

A.首次发现了参与发酵的微生物

B.否定了“自然发生说”

C.实现了对单一微生物的控制和利用，提高产物稳定性

D.实现了菌种的定向改造

简述发酵技术发展过程中，两项关键科学突破及其对发酵技术进步的推动作用。答案及解析：1.答案：B解析：巴斯德通过实验证明发酵是微生物的代谢活动，而非自发过程，从科学层面揭示了发酵的本质，打破了传统发酵的经验性，为发酵技术奠定了科学基础，故B正确。A显微镜发明仅实现微生物的可视化，未揭示发酵与微生物的关联；C纯种培养技术是在发酵本质明确后的技术突破；D基因工程技术是现代发酵工程的重要技术，并非奠定科学基础的突破。2.答案：C解析：纯种培养技术能够分离和培养单一微生物，避免了传统发酵中多种微生物混杂导致的代谢产物复杂、产量和品质不稳定等问题，实现了对发酵过程的初步控制，故C正确。A首次发现发酵微生物与显微镜发明相关；B否定“自然发生说”是巴斯德的贡献；D实现菌种定向改造的是基因工程技术。3.答案：①巴斯德证明发酵是微生物的代谢活动：打破了“自然发生说”，从科学上明确了发酵的本质，使发酵技术摆脱了经验主义的束缚，开始向科学型转变；②纯种培养技术的建立：能够分离和培养单一微生物，解决了传统发酵中微生物混杂的问题，提高了发酵产物的纯度和稳定性，为规模化、标准化发酵生产提供了可能。（或其他合理答案，如显微镜发明揭示微生物存在、发酵条件控制技术提升发酵效率等）解析：关键科学突破需围绕“推动发酵技术科学化、可控化”展开，结合突破内容说明其对技术进步的具体作用。知识点3：发酵工程的概念、核心环节及技术体系核心内容：①概念：发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术手段，生产人类所需产品的过程，也称为微生物工程；②核心环节：菌种的选育→培养基的配制→灭菌→扩大培养和接种→发酵罐内发酵（控制温度、pH、氧气、搅拌速度等条件）→产品的分离提纯（如过滤、沉淀、蒸馏、萃取等）；③技术体系：涵盖微生物学、生物化学、工程学等多学科技术，核心是对微生物代谢过程的精准控制和工程化放大，实现规模化生产。练习题：下列关于发酵工程的叙述，正确的是（）

A.发酵工程仅利用微生物的无氧呼吸过程生产产品

B.菌种的选育是发酵工程的核心环节，直接影响产物产量和品质

C.发酵过程中无需控制温度和pH，只需保证充足的营养供应

D.产品分离提纯是发酵工程的第一步

发酵工程的核心环节中，“灭菌”的目的是（）

A.杀死发酵原料中的所有微生物，避免杂菌污染

B.杀死所用的生产菌种，防止菌种过度繁殖

C.对发酵罐进行消毒，防止设备污染

D.去除发酵原料中的杂质

请按顺序列出发酵工程的核心环节，并简要说明每个环节的主要作用。下列不属于发酵工程产品分离提纯方法的是（）

A.过滤

B.蒸馏

C.接种

D.萃取

答案及解析：1.答案：B解析：发酵工程可利用微生物的有氧呼吸或无氧呼吸生产产品（如制醋利用有氧呼吸，酿酒利用无氧呼吸），故A错误；菌种的选育直接决定了微生物的代谢能力和产物类型，是发酵工程的核心环节，B正确；发酵过程中温度、pH、氧气等条件会影响微生物代谢，需严格控制，C错误；发酵工程的第一步是菌种的选育，产品分离提纯是最后环节，D错误。2.答案：A解析：灭菌是指杀死发酵原料、发酵设备等中的所有微生物（包括芽孢和孢子），其核心目的是避免杂菌污染，防止杂菌与生产菌种竞争营养、产生有害物质，影响产物产量和品质，故A正确。灭菌不会杀死生产菌种（菌种在灭菌后接种），B错误；灭菌不仅针对发酵罐，还包括培养基等，C表述不全面；去除原料杂质并非灭菌的目的，D错误。3.答案：核心环节及作用：①菌种的选育：选择或改造出具有高产、优质、稳定等优良特性的生产菌种，是发酵成功的关键；②培养基的配制：为菌种生长和代谢提供充足的营养物质（如碳源、氮源、无机盐、生长因子等）；③灭菌：杀死所有杂菌，避免杂菌污染，保证生产菌种的正常代谢；④扩大培养和接种：增加菌种数量，将培养好的菌种接入发酵罐；⑤发酵罐内发酵：控制温度、pH、氧气、搅拌速度等条件，为菌种代谢提供适宜环境，实现产物的大量合成；⑥产品的分离提纯：从发酵液中提取、纯化目标产物，获得合格的最终产品。解析：需按发酵工程的逻辑顺序梳理环节，每个环节的作用围绕“保障菌种代谢、提高产物产量和品质”展开。4.答案：C解析：过滤、蒸馏、萃取均是常用的产品分离提纯方法（过滤可分离固体与液体产物，蒸馏可分离挥发性产物，萃取可提取特定溶解性产物）；接种是将菌种接入培养基的环节，属于发酵前的准备步骤，不属于分离提纯方法，故C错误。知识点4：发酵工程的应用领域及意义核心内容：①应用领域：食品工业（生产酸奶、啤酒、酱油、食品添加剂等）、医药工业（生产抗生素、维生素、胰岛素、疫苗等）、农业领域（生产生物农药、生物肥料、饲料添加剂等）、环境保护（利用微生物降解污染物，处理污水、废气等）；②意义：实现了产品的规模化、标准化生产，降低生产成本；减少化学合成带来的环境污染，推动绿色生产；为医药、农业等领域提供了高效、安全的产品，助力社会发展和民生改善。练习题：下列不属于发酵工程在医药工业中应用的是（）

A.生产青霉素等抗生素

B.生产胰岛素

C.生产酸奶

D.生产疫苗

发酵工程在环境保护中的主要应用是（）

A.生产生物肥料

B.降解污染物，处理污水和废气

C.生产食品添加剂

D.生产抗生素

简述发酵工程在食品工业和农业领域的典型应用各2例，并说明发酵工程对社会发展的重要意义。答案及解析：1.答案：C解析：生产酸奶属于发酵工程在食品工业中的应用，A、B、D均是发酵工程在医药工业中的应用（抗生素、胰岛素、疫苗均为医药产品），故C符合题意。2.答案：B解析：发酵工程在环境保护中主要利用微生物的代谢作用降解污水、废气中的污染物（如有机物、重金属等），实现环境净化，故B正确。A生产生物肥料属于农业领域应用；C生产食品添加剂属于食品工业应用；D生产抗生素属于医药工业应用。3.答案：①食品工业应用：生产啤酒（利用酵母菌发酵）、酸奶（利用乳酸菌发酵）、酱油（利用霉菌发酵）、食品防腐剂（如乳酸链球菌素）等；②