2019届高考生物第九单元专题二十五 微生物的应用

专题二十五微生物的应用

1.[2017江苏,31,7分]苯酚及其衍生物广泛存在于工业废水中,对环境有严重危害。小明同学准备依据如图操作步骤,从处理废水的活性污泥中分离筛选酚降解高效菌株。请回答下列问题:

(1)酚降解菌富集培养基含有蛋白胨、K2HPO4、MgSO4、苯酚和水,其中可作为碳源的有

。

(2)将采集到的样品接种培养,苯酚用量应随转接次数增加而逐渐,以达到富集酚降解菌的目的。若上图平板中菌落过于密集,应进一步,以便于菌落计数与分离。制备平板培养基时除了需要水、营养物质外,还必须添加。

(3)右图为连续划线法示意图,在图中(填图中序号)区域更易获得单菌落。

(4)采用比色测定法(使用苯酚显色剂)检测降解后的废水中苯酚残留量。先制作系列浓度梯度并进行显色反应,下表中1~5号比色管的苯酚浓度应分别为。

管号 1 2 3 4 5 6

苯酚浓度(mg/L) 1

如果废水为50 mg/L苯酚溶液,降解后约有21%的苯酚残留,则需将残留液稀释(填序号:①5②10③20)倍后,再进行比色。

2.[2016四川理综,10,12分]图甲是从土壤中筛选产脲酶细菌的过程,图乙是脲酶基因转录的mRNA部分序列。

(1)图中选择培养基应以为唯一氮源;鉴别培养基还需添加作指示剂,产脲酶细菌在该培养基上生长一段时间后,其菌落周围的指示剂将变成色。

(2)在5个细菌培养基平板上,均接种稀释倍数为105的土壤样品溶液0.1 mL,培养一段时间后,平板上长出的细菌菌落数分别为13、156、462、178和191。该过程采取的接种方法是,每克土壤样品中的细菌数量为×108个;与血细胞计数板计数法相比,此计数方法测得的细菌数较。

(3)现有一菌株的脲酶由于基因突变而失活,突变后基因转录的mRNA在图乙箭头所示位置增加了70个核苷酸,使图乙序列中出现终止密码(终止密码有UAG、UGA和UAA)。突变基因转录的mRNA中,终止密码为,突变基因表达的蛋白含个氨基酸。

3.[2015新课标全国卷Ⅰ,39,15分]已知微生物A可以产生油脂,微生物B可以产生脂肪酶。脂肪酶和油脂可用于生物柴油的生产。回答有关问题:

(1)显微观察时,微生物A菌体中的油脂通常可用染色。微生物A产生的油脂不易挥发,可选用(填“萃取法”或“水蒸气蒸馏法”)从菌体中提取。

(2)为了从自然界中获得能产生脂肪酶的微生物B的单菌落,可从含有油料作物种子腐烂物的土壤中取样,并应选用以为碳源的固体培养基进行培养。

(3)若要测定培养液中微生物B的菌体数,可在显微镜下用直接计数;若要测定其活菌数量,可选用法进行计数。

(4)为了确定微生物B产生的脂肪酶的最适温度,某同学测得相同时间内,在35 ℃、40 ℃、45 ℃温度下降解10 g 油脂所需酶量依次为4 mg、1 mg、6 mg,则上述三个温度中,℃条件下该酶活力最小。为了进一步确定该酶的最适温度,应围绕℃设计后续实验。4.[2015江苏,31,8分]人工瘤胃模仿了牛羊等反刍动物的胃,可用来发酵处理秸秆,提高秸秆的营养价值。为了增强发酵效果,研究人员从牛胃中筛选纤维素酶高产菌株,并对其降解纤维素能力进行了研究。请回答下列问题:

(1)在样品稀释和涂布平板步骤中,下列选项不需要的是(填序号)。

①酒精灯②培养皿③显微镜④无菌水

(2)在涂布平板时,滴加到培养基表面的菌悬液量不宜过多的原因

是。

(3)向试管内分装含琼脂的培养基时,若试管口粘附有培养基,需要用酒精棉球擦净的原因是

。

(4)刚果红可以与纤维素形成红色复合物,但并不与纤维素降解产物纤维二糖和葡萄糖发生这

种反应。研究人员在刚果红培养基平板上,筛到了几株有透明降解圈的菌落(如图)。图中降

解圈大小与纤维素酶的有关。图中降解纤维素能力最强的菌株是(填图

中序号)。

(5)研究人员用筛选到的纤维素酶高产菌株J1和J4,在不同温度和pH条件下进行发酵,测得发酵液中酶活性的结果如图,推测菌株更适合用于人工瘤胃发酵,理由

是。

1.[2018赣中南五校联考(一),11,10分]回答下列有关微生物培养与应用的问题:

KH2PO4 1.4 g

Na2HPO4 2.1 g

MgSO4·7H2O 0.2 g

FeCl30.1 g

X 1 g

维生素微量

琼脂15 g

(1)题表是筛选异养型细菌的培养基配方。从物理性质上看该培养基属于培养基,其中成分X除了为目的菌提供能源外,还能提供。制备该培养基的一般操作顺序是计算→称量→→灭菌→,对培养基进行灭菌的常用方法是。

(2)如图A、B是纯化微生物培养的两种接种方法,C、D是接种后培养的效果。某同学接种培养后获得图C所示效果,则其采用的接种方法是[]([]中填“A”或“B”);由图C所示效果推测接种时可能的失误操作是。

(3)微生物强化采油是利用某些微生物能降解石油、增大石油的乳化度、降低石油黏度的原理,通过向油井中注入含微生物的水来提高采油率的新技术。为筛选和纯化该类微生物,应向培养基中添加作为唯一碳源;培养一段时间后在菌落周围形成降油圈,此时选取

就可获得高效菌株。

2.[2018广东五校联考,11,7分]尿素是一种重要的氮肥,农作物不能直接将其吸收利用,而是通过土壤中的细菌将其分解为NH3和CO2后,供农作物吸收利用。请回答下列问题:

(1)土壤中的某些细菌能分解尿素是因为这些细菌能合成。

(2)为筛选尿素分解菌而制备的培养基中含有的营养物质除尿素外还包括水、碳源、

等,该培养基能筛选出目的菌株的原因是。

(3)一般依据尿素分解菌菌落的、、隆起程度和颜色等特征来统计菌落数目。现将10 mL尿素分解菌悬液进行梯度稀释,分别取0.1 mL稀释倍数为106的样液接种到3个平板上,培养一段时间后,统计各平板上菌落数分别为39、42、45,则1 mL样液中活细菌数量为。上述过程采用的接种方法是。

(4)为检验培养基及培养皿灭菌是否合格,可采取的措施是。3.[2018河南郑州一中模拟,37,7分]在盛产柿子的某地,生物小组开展柿子酒、柿子醋生产的相关活动。

(1)土壤中的酵母菌计数:

在秋季的柿子园中,落地的柿子流出果汁,果汁周围土壤中有酵母菌大量生长繁殖。

①用灭过菌的小铁铲、信封取该处土样,并在旁称取10 g土样,加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中,充分摇匀。而后进行系列稀释操作,吸取锥形瓶中土壤液的上清液

mL,转移至盛有9 mL无菌水的大试管中充分摇匀,依次等比稀释,获得稀释至101、102、103、104倍的土壤液的稀释液。

②为测定土壤中酵母菌的数量,选用第①步中所获得的102、103、104倍的土壤液的稀释液,并依次分别吸取0.1 mL进行涂布平板操作。在适宜条件下培养,当菌落数目稳定时,对各稀释度涂布的三个平板进行菌落计数(如表)。

序号ⅠⅡⅢ

稀释104倍 5 8 3

稀释103倍178 191 156

稀释102倍418 511 389

则每克土壤样品中的酵母菌数量约为。要使该实验所得数据可靠,还应该实施的操作是。

(2)柿子醋生产菌的制备:

为去掉酵母菌,挑取变酸的柿子酒表面的菌膜于℃进行纯化培养,获得如图所示菌落分布。应从(填“甲”“乙”或“丙”)区域中挑取部分菌落制玻片观察,选择所需菌种。

4.[2017湖北黄冈质检,37,8分]乳酸菌是人和动物体胃肠道中的有益菌,能助消化,利于肠道健康,但是消化道中胆汁所含的胆盐对乳酸菌的生理活动有抑制作用,为此,研究人员通过辐射处理野生型乳酸菌,得到耐高浓度胆盐的乳酸菌。

(1)与腐乳制作所用微生物相比,乳酸菌在结构上的主要特点是。

(2)实验步骤:

①育种与培养:辐射处理后可得到多种类型的乳酸菌,置于经过法灭菌处理的

(填“固体”或“液体”)培养基中,37 ℃培养。

②接种与选择:为避免培养液中菌体浓度过高,需将培养液进行处理。之后,将菌液涂布接种于含0.3%胆盐和不含胆盐的固体培养基上,配制时为了使培养基凝固,应向培养基中加入;置于37 ℃条件下(填“密闭”或“充气”)培养;设置不含胆盐的培养基培养的目的是。

③筛选与纯化:从平板中挑取实验效果明显的目的菌株,采用法接种于新的培养基平板,可对菌株进一步纯化。

1.实现生态农业,让秸秆回归农田的关键是获得能够高效分解秸秆的微生物。请回答下列相关问题:

(1)秸秆的主要成分易被酶分解;从功能上看,筛选能产生该酶的微生物所用的培养基属于培养基。

(2)甲、乙两组同学设计了两种培养基(成分见下表):

培养基硝酸铵无机盐淀粉纤维素粉琼脂CR溶液水

A + + - + + + +

B + + + + + - + 注:“+”表示有;“-”表示无;CR为刚果红。

A培养基(填“能”或“不能”)用于分离要筛选的分解菌,原因是;加入刚果红(CR)的目的是。

(3)甲、乙两组同学分别采用稀释涂布平板法和平板划线法接种。甲组同学将1 mL水样稀释100倍后,在3个平板上分别接入0.1 mL稀释液,经适当培养后,3个平板上的菌落数分别是39、38和37,据此可得出每升水样中的活菌数为;示意图a和b中,是甲组同学接种培养后得到的结果;乙组同学划线时,总是从上一次划线的末端开始划线,这样做的目的是。

(4)甲、乙两组同学在微生物接种培养过程中,均留下一个未接种的平板同时培养,目的是

。

2.某污水池中含有一种有害的、难以降解的有机化合物A。现有研究人员欲探究污水净化处理的方案,进行了如图所示的实验,请据图回答下列问题:

(1)在进行初选时,将污泥样品接种于以为唯一碳源的固体培养基上;在利用锥形瓶进行培养时,需要振荡培养,因此可推测“目的菌”的细胞呼吸方式为。

(2)在接种前需要对培养基进行灭菌处理,常用的灭菌方法是;而在接种时利用的无菌技术要求实验操作应在附近进行,以避免周围环境中微生物的污染。

(3)纯化菌种时,为了获得单菌落,常采用的接种方法有和;接种后应将培养基进行(填“正放”或“倒置”)培养。

(4)培养若干天后,应将有机化合物A含量较的培养液转移至新的培养液中进行连续培养;转移至新培养液中培养的目的是使“目的菌”的数量;在实验结束时,将使用过的培养基进行处理后才能倒掉。

答案

1.(每空1分)(1)蛋白胨、苯酚(2)增加稀释涂布凝固剂(3)③(4)0、0.2、0.4、0.6、0.8③

【解析】(1)富集培养基中蛋白胨、苯酚都是含C的有机物,可作为碳源。(2)欲富集酚降解菌,需随转接次数增加逐渐增加培养基中苯酚的含量;若接种培养后平板上菌落过于密集,则应进一步稀释后再进行涂布,以降低平板上菌落密度,便于菌落计数与分离;平板培养基是固体培养基,除含有水、营养物质(碳源、氮源、无机盐等)外,还需添加琼脂作为凝固剂。(3)利用连续划线法接种时,最后的划线区域(③)中,菌体的密度较小,容易获得单菌落。(4)因系列浓度梯度中6号比色管中苯酚浓度为1 mg/L,故1~5号比色管中的苯酚浓度应分别为0 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.6 mg/L、0.8 mg/L;根据题意,废水为50 mg/L 苯酚溶液,降解后约有21%的苯酚残留,要使稀释后的苯酚残留液浓度介于0~1 mg/L,需将残留液稀释20倍左右。

2.(除标明外,每空1分)(1)尿素酚红红(2)稀释涂布平板法 1.75(2分)少(2分)

(3)UGA(2分)115(2分)

【解析】(1)筛选产脲酶细菌的选择培养基应以尿素为唯一氮源;鉴别培养基还需要添加酚红作指示剂,产脲酶细菌产生的脲酶可以将尿素分解成氨,导致培养基的pH升高,菌落周围的指示剂将变成红色。(2)图中过程采取的接种方法是稀释涂布平板法,每克土壤样品中的细菌数量为(156+178+191)÷3÷0.1×105=1.75×108,血细胞计数板计数法所得数据包括死的细菌,且稀释涂布平板法计数时所计菌落数少于真正的活细菌数,故与血细胞计数板计数法相比,此计数法测得的细菌数较少。(3)图乙从起始密码算起的碱基序列号为271,前270个碱基决定90个氨基酸,从271位到箭头处可以决定1个氨基酸,然后插入70个核苷酸,可决定23个氨基酸,多出一个碱基,加上后面的AG刚好可以决定1个氨基酸,则后面UGA是终止密码。因此突变基因转录的mRNA的终止密码为UGA,突变基因表达的蛋白质所含氨基酸数为90+1+23+1=115(个)。

3.(除标明外,每空2分)(1)苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)萃取法(2)油脂(3分)(3)血细胞计数板稀释涂布平板(4)4540

【解析】(1)观察脂肪时可用苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染色。对于不易挥发的物质可用萃取法提取。

(2)为从自然界获得能产生脂肪酶的微生物B的单菌落,应以油脂为唯一碳源进行选择培养。

(3)若要测定微生物菌体数,可在显微镜下利用血细胞计数板直接计数;若要测定其活菌数量,可用稀释涂布平板法获得单菌落,选择菌落数在30~300的平板进行计数。(4)相同时间内降解相等质量油脂所需酶量越多的温度条件下酶的活力越小,即45 ℃条件下酶的活力最小,40 ℃条件下酶的活力相对最大,故应围绕40 ℃设计后续实验,以进一步确定该酶的最适温度。

4.(除标明外,每空1分)(1)③(2)培养基表面的菌悬液会出现积液,导致菌体堆积,影响分离效果(3)避免培养基污染棉塞(4)量与活性①(5)J4发酵过程会产热和产酸,J4菌株在较高温度和酸性环境下酶的活性更高(2分)

【解析】(1)样品稀释需要无菌水,在酒精灯附近操作;涂布平板需要培养皿,在酒精灯附近操作,两者都不需要显微镜。(2)涂布平板时只能取少量菌悬液滴加到培养基表面,菌悬液量过多会导致菌体堆积,影响分离效果。(3)分装培养基时,试管口若粘附有培养基,则需用酒精棉球擦净,以免污染棉塞。(4)接种微生物培养过程中,纤维素被纤维素酶分解后,刚果红—纤维素红色复合物无法形成,出现以纤维素分解菌为中心的透明圈(降解圈),透明圈越大,说明纤维素酶的量越多,活性越强。(5)在较高温度条件下J4菌种的纤维素酶活性较高,且J4菌种在较低pH

条件下纤维素酶活性较高。发酵过程中,人工瘤胃中的温度升高、pH下降,故J4菌种更适合用于人工瘤胃发酵。

1.(1)固体碳源和氮源溶化倒平板高压蒸汽灭菌法(2)B稀释涂布平板法涂布不均匀(3)石油降油圈大的菌落

【解析】(1)表中培养基的成分中有凝固剂琼脂,因此从物理性质上看该培养基为固体培养基。培养基中除应含有水、无机盐、特殊营养物质(维生素等)外,还应有碳源和氮源,因此成分X要提供碳源和氮源。制备固体培养基的一般操作顺序是计算→称量→溶化→灭菌→倒平板,常用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。(2)图A使用接种环进行接种,为平板划线法,相应培养效果如图D所示;图B使用涂布器进行接种,为稀释涂布平板法,相应培养效果如图C 所示。图C所示培养基上菌落分布不均匀,可能是接种过程中涂布不均匀所致。(3)在筛选和纯化能降解石油的微生物时,应向培养基中添加石油作为唯一碳源。菌落周围的降油圈越大,说明该处微生物降解石油的能力越强。

2.(1)脲酶(2)无机盐不能以尿素作为氮源的细菌不能在该培养基上生长(3)形状大小4.2×108稀释涂布平板法(4)单独设置一个灭菌后不接种的培养皿(含培养基)培养一段时间

【解析】(1)脲酶能催化尿素分解为NH3和CO2,土壤中的某些细菌能分解尿素是因为这些细菌能合成脲酶。(2)为筛选尿素分解菌而制备的培养基中含有的营养物质除尿素外,还包括水、碳源、无机盐等,该培养基能筛选出目的菌株的原因是不能以尿素作为氮源的细菌不能在该培养基上生长。(3)一般依据尿素分解菌菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等特征来统计菌落数目。现将10 mL尿素分解菌悬液进行梯度稀释,分别取0.1 mL稀释倍数为106的样液接种到3个平板上,培养一段时间后,统计各平板上菌落数分别为39、42、45,则1 mL样液中活细菌数量为(39+42+45)÷3÷0.1×106=4.2×108;上述过程采用的接种方法是稀释涂布平板法。

(4)为检验培养基及培养皿灭菌是否合格,可单独设置一个灭菌后不接种的培养皿(含培养基)培养一段时间,若该培养皿中没有出现菌落,则说明该培养基及培养皿灭菌合格。

3.(1)①酒精灯火焰1②1.75×107同时在各稀释度组中,另加一个平板接种无菌水作为对照(2)30~35丙

【解析】(1)①无菌操作需要在酒精灯火焰旁进行,对土壤液进行稀释时,根据题中稀释倍数可知,应取1 mL上清液加入到9 mL无菌水中刚好稀释10倍。②为保证结果准确,一般选择菌落数在30~300的平板进行计数,故选取稀释103倍的三个平板进行计数,求得平均菌落数为175;根据题意可知,将10 g土样加入90 mL无菌水中,摇匀后,取出1 mL并稀释103倍,再取出0.1 mL涂布平板,该0.1 mL稀释液中的菌落数为175,据此换算出1 g土壤样品中酵母菌数量约为175÷0.1×103×100÷10=175÷0.1×104=1.75×107,此外,应注意在各稀释度组中设置一个平板接种无菌水作为对照,以提高实验数据的可靠性。(2)变酸的柿子酒表面的菌膜是醋酸菌在液面大量繁殖产生的,因此应将该菌膜置于30~35 ℃环境中培养。题中图示为平板划线法获得的菌落分布图,丙处出现单菌落,因此应从丙区域挑选菌落制片观察,选择所需菌种。

4.(1)无由核膜包被的细胞核(2)①高压蒸汽灭菌液体②系列稀释(或梯度稀释)琼脂密闭对照③平板划线

【解析】(1)腐乳制作所利用的微生物主要是毛霉,毛霉属于真核生物,而乳酸菌属于原核生物,两者的区别主要是乳酸菌细胞中的拟核没有核膜包被。(2)①采用高压蒸汽灭菌法对培养基灭菌。根据后面的“振荡培养”提示,可知培养基为液体培养基。②通过系列(梯度)稀释可以避免菌体浓度过高。琼脂是常用的凝固剂,可以使液体培养基凝固成固体培养基。乳酸菌是厌氧型细菌,应密闭培养。设置不含胆盐的培养基培养的目的是与含胆盐的培养基形成对照。

③从平板上挑取目的菌株,应采用平板划线法进一步纯化,由于是直接用菌体接种,没有经过菌液稀释,因此不能采用稀释涂布平板法接种。

1.(1)纤维素选择(2)能纤维素粉是唯一碳源CR可与纤维素形成红色复合物,当纤维素被纤维素酶分解后,培养基上会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,从而鉴别筛选出目的菌(合理即可) (3)3.8×107图b将聚集的菌体逐步稀释,以便获得单个菌落(4)作为对照【解析】(1)秸秆的主要成分是纤维素,易被纤维素酶分解;筛选能产生纤维素酶的微生物的培养基属于选择培养基。(2)从表中培养基的成分来看,A培养基能用于分离和鉴别纤维素分解菌,原因是该培养基是固体培养基,且以纤维素粉为唯一碳源,利用刚果红来鉴定纤维素的分解情况。刚果红可与纤维素形成红色复合物,当纤维素被分解后,无法形成红色复合物,培养基上会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈,可据此来筛选纤维素分解菌。(3)从示意图看,图b是采用稀释涂布平板法接种培养后得到的结果。根据题意可知每升水样中的活菌数为38÷0.1×100×103 =3.8×107。图a是采用平板划线法接种培养后得到的结果,划线时总是从上一次划线的末端开始,这样做的目的是使每次划线时菌体的数目逐渐减少,以便得到单个菌落。

(4)为了确定培养基的灭菌是否彻底,应设置空白对照:随机取若干灭菌后的空平板培养一段时间,观察培养基上是否有菌落生成。

2.(1)有机化合物A有氧呼吸(2)高压蒸汽灭菌法酒精灯火焰(3)平板划线法稀释涂布平板法倒置(4)少增加灭菌

【解析】(1)本实验的目的是选择出能分解有机化合物A的微生物,因此,在初选时,选择培养基中的唯一碳源应该是有机化合物A;在培养时进行振荡处理,说明“目的菌”应该是需氧型的,其细胞呼吸方式为有氧呼吸。(2)采用高压蒸汽灭菌法对培养基灭菌;无菌操作需要在酒精灯火焰旁进行。(3)分离纯化菌种时,常用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法;接种后应将培养基倒置培养。(4)本实验的目的是选择出能分解有机化合物A的微生物,因此应选择有机化合物A含量少的锥形瓶,该锥形瓶中分解有机化合物A的微生物应多于其他瓶中的;转移至新的培养液中,是为了给“目的菌”提供更多的营养、更好的生存环境,从而增加“目的菌”的数量;在实验结束后,使用过的培养基中仍有微生物残留,因此需要进行灭菌处理。