"酵母菌"有关的生物学知识
1.酵母菌是生物科学研究中的重要生物之一,在高中生物学中涉及多个知识点,如图所示,请回答有关问题:
(1)在①中,酵母菌与大肠杆菌最大的不同点在于酵母菌具有 。
(2)酵母菌通过②和③的过程都能产生CO2,产生的场所分别是 和 。
(3)在④课题研究中,用特定的培养液培养酵母菌,定时 ,将培养液滴在 上,经处理后观察和计数,最后建立了酵母菌种群数量动态变化的 。
(4)酵母菌在⑤中担任的角色是 ,能够将有机物分解成无机物。
(5)若选择酵母菌细胞中的质粒作为基因工程中的载体时,与目的基因之间形成重组质粒通常需要的工具酶有 。
(6)在⑦过程中,不需要灭菌的原因是 。
(7)酵母菌在⑧操作中,最关键的步骤是 。
2.(18分)[选修模块1:生物技术实践]葡萄发酵可产生葡萄酒,请利用相关的知识回答问题:
(1)利用葡萄制作葡萄酒的过程中,发挥作用的微生物是________。
(2)该微生物通过无氧呼吸可分解_____,产生的终产物是____和_____。
(3)甲、乙、丙三位同学将葡萄榨成汁后分别装入相应的发酵瓶中,在温度等适宜的条件下进行发酵,如图所示。发酵过程中,每隔一段时间均需排气一次。据图分析,甲和丙同学的操作有误,其中甲同学的错误是______,导致发酵中出现的主要异常现象是________。丙同学的错误是_______,导致发酵中出现的主要异常现象是_________。上述发酵过程结束后,甲、乙、丙同学实际得到的发酵产品依次是____、____、____。
(4)在上述制作葡萄酒的过程中,假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶瓶塞被冲开,该操作错误是___________。
3.(18分)
(1)酵母菌(2分)
(2)葡萄糖 乙醇 CO2(每空1分,共3分)
(3)未夹住发酵瓶的充气管(2分) 发酵液从充气管流出,发酵液变酸(1分)
瓶中发酵液过多,淹没了排气管在瓶内的管口(2分)
葡萄醋(或果醋)(2分) 葡萄酒(或果酒)(1分) 葡萄酒(或果酒)(1分)
(4)未及时排气(2分)
小结与“酵母菌”有关的生物学知识
酵母菌这种微生物在高中生物课本中出现的频率很高,同时也是高考的重要内容,在高考中经常以“酵母菌”为素材来命题,考查的知识面广,命题角度多样,并且与现实生活联系紧密,所以说掌握好有关酵母菌的一些知识是非常必要的。通过练习题培养学生解决实际问题的能力。本人结合带高三的一点经历,现对高中生物课本中有关酵母菌的一些知识点总结如下:
1.形态、结构、大小:
酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。
酵母菌是单细胞真核微生物。酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等,有的还具有微体。
酵母菌比细菌的单细胞个体要大得多,一般为1~5微米′5~30微米。酵母菌无鞭毛,不能游动。
2.菌落:大多数酵母菌的菌落特征与细菌相似,但比细菌菌落大而厚,菌落表面光滑、湿润、粘稠,容易挑起,菌落质地均匀,正反面和边缘、中央部位的颜色都很均一,菌落多为乳白色,少数为红色,个别为黑色。菌落的色泽、质地、表面和边缘形状等特征,是酵母菌菌种鉴定的重要依据。
3.酵母菌的营养
从同化作用的角度来看,酵母菌属于异养型微生物,它们的碳源主要来自有机物,如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物对酵母菌来说既是碳源也是能源。酵母菌大多数是利用无生命的有机物,即腐生。也有少数是寄生的,可寄生在人体,也寄生于动植物,是病原菌。
4.酵母菌的呼吸作用
从异化作用的角度来看,酵母菌属于兼性厌氧型微生物,即在有氧的条件下,进行有氧呼吸,将糖类物质分解成CO2和H2O(式1),释放大量能量,供本身活动所需,并繁殖大量细胞;在无氧的条件下,进行无氧呼吸(酒精发酵)(式2),释放少量能量。呼吸过程释放的CO2是发面的基础。
有氧呼吸:C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 ————(式1)
5.酵母菌的繁殖
酵母菌的繁殖方式分有性繁殖和无性繁殖两种,以无性繁殖为主。
(1)无性生殖:通常有两种。一是出芽生殖:这是酵母菌最常见的无性繁殖方式。成熟的酵母细胞长出芽体,母细胞的细胞核分裂成两个子核,一个随母细胞的细胞质进入芽体内,当芽体接近母细胞大小时,自母细胞脱落成为新个体。二是分裂生殖:是少数酵母菌进行的无性繁殖方式,类似于细菌的裂殖。其过程是细胞延长,核分裂为二,细胞中央出现隔膜,将细胞横分为两个具有单核的子细胞。
(2)有性生殖:酵母菌是以形成子囊和子囊孢子的方式进行有性生殖的。两个临近的酵母细胞各自伸出一根管状的原生质突起,随即相互接触、融合,并形成一个通道,两个细胞核在此通道内结合,形成双倍体细胞核,然后进行减数分裂,形成4个或8个细胞核。每一子核与其周围的原生质形成孢子,即为子囊孢子,形成子囊孢子的细胞称为子囊。很多酵母菌的二倍体细胞可以进行多代的营养生长繁殖,因而,在酵母菌生活周期中,存在着单倍体细胞和二倍体细胞两种类型,都可以独立生活。二倍体酵母菌细胞个大,生活力强,故发酵工业常利用二倍体酵母菌进行生产。
酵母菌为什么恶劣条件下有性生殖? 0分这就要从有性生殖的优缺点说起了,有性生殖的优点是:基因的交流,有利于产生新的基因型,使之更加适应环境的变换。但缺点是繁殖速度慢。无性生殖的优点是在短时间内大量复制出与母体基因型一致的新个体,在环境合适的情况下是非常有利的。但在恶劣的环境下这显然是不行的。只有更多的变异,更多的基因型才有更多的生存机会。
6.生态方面:
酵母菌在自然界中分布很广,尤其喜欢在偏酸性且含糖较多的环境中生长,例如,在水果、蔬菜、花蜜的表面和在果园土壤中最为常见。在生态系统成分中主要属于分解者。
7.酵母菌与人类的关系
酵母菌是人类实践中应用比较早的一类微生物,与人类的关系十分密切。我国古代劳动人民就利用酵母菌酿酒;酵母菌的细胞里含有丰富的蛋白质和维生素等,蛋白质中含有人类所必需的氨基酸,可以做成高级营养品添加到食品中。这在解决当代粮食短缺问题上将做出巨大贡献。或用作饲养动物的高级饲料。此外,还可用于发面制作糕点、生产有机酸、提取多种酶、生产化妆品的必需原料甘油等。
8.酵母菌的应用前景
酵母菌含有多种维生素、矿物质和核酸等。随着生物技术的发展以及转基因产品的不断应用,酵母菌在此领域还会有很大的发展空间,生产出多种人类的必需产品。
例1.下列生物中有成形细胞核的是( )
A.结核杆菌 B.酵母菌 C.醋酸杆菌 D.肺炎双球菌
解析:酵母菌属真核生物,具有成形的细胞核,而结核杆菌、醋酸杆菌和肺炎双球菌都是细菌,属原核生物,没有成形的细胞核。答案: B
例2.酵母菌的主要生殖方式是( )。
A.分裂生殖 D.孢子生殖 C.出芽生殖 D.营养生殖
解析:出芽生殖是指成熟的酵母菌细胞向外突起形成芽体,芽体逐渐长大,最后与母体脱离,成为一个新酵母菌的生殖方式。这种生殖方式是酵母菌最主要的生殖方式。答案:C
例3. 酵母菌的营养方式是( )
A.寄生 D.自养 C .腐生 D.光合作用
解析:酵母菌没有叶绿体,不能进行光合作用制造有机物,它只能分解现成的有机物来释放能量供生命活动利用,因此其同化作用方式为异养,营养方式属于异养中的腐生。答案:C
例4.酵母菌无氧呼吸产生1 Amol的CO2,人在正常情况下消耗同样的葡萄糖可形成CO2( )
A.1Amol B.2Amol C.4Amol D.3Amol
解析:根据酵母菌无氧呼吸的反应式可知,产生1Amol的CO2需消耗1/2Amol的葡萄糖;人在正常情况下通过有氧呼吸分解葡萄糖,根据有氧呼吸反应式列比例求解,则人消耗1/2Amol葡萄糖,可形成CO2为1/2A×6=3Amol。答案D
例5.利用酵母菌发酵产生酒精时,投放的最适原料和产生酒精的阶段要控制的必要条件是( )
A.玉米粉和有氧 B.大豆粉和有氧
C.玉米粉和无氧 D.大豆粉和无氧
解析:酵母菌的代谢类型是异养兼性厌氧型,发酵生产酒精要在无氧的条件下进行,所以控制的条件必须是无氧。酒精是葡糖糖无氧发酵形成的,玉米粉与大豆粉相比较,玉米粉含有丰富的糖类,而大豆则含蛋白质较多,因此玉米粉作原料适于酒精的生产。答案:C
例6. 将10mL酵母菌放在适宜的温度条件下培养,并于不同时间内等量均匀取样4次,分别测定样品中酵母菌的数量和pH,结果如表所示,请分析回答:
样品
酵母菌数量(个/ )
pH
1
1210
4.8
2
820
5.4
3
1210
3.7
4
1000
5.0
(1)表中样品的取样先后顺序是_____________。
(2)对酵母菌而言,10mL该培养液的环境负荷量为_______________。
(3)若第五次均匀取样时,样品中的酵母菌数量为760个/ ,这一结果的原因是_______________。
解析:该题是一道表格分析题,考查对表格的分析能力。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸均能产生二氧化碳,随着反应的进行,二氧化碳使溶液的pH逐渐降低,因此根据pH的变化可以确定取样的顺序为2、4、1、3。据4次取样中酵母菌的数量先增后减,以1210个为最大值,因此10mL该培养液对酵母菌的环境负荷量为个。导致酵母菌数量减少的原因是培养液中营养物质不断消耗,部分酵母菌缺乏营养而死亡,即随时间推移,环境的承载能力在逐渐下降。
答案:(1)2、4、1、3 (2)
(3)培养液中的营养物质不断消耗,部分酵母菌因营养缺乏而死亡。
例7.某酒厂以大米为主原料,利用酵母菌发酵产生酒精度不低于12度的米酒,其主要工艺流程如下:糖化→发酵→后加工(勾兑、储运),试就生产过程回答下列问题:
(1)糖化阶段主要包括蒸煮大米及加入“糖化酶”等。大米蒸煮的目的是____________,“糖化酶”应该应包括的主要酶类有_______。
(2)发酵阶段主要在5 m3的发酵罐中进行,主要工艺为:加料(糖化后的米浆)→接种菌种(主要为酵母菌)→通气培养→密封发酵。
①接种后通气培养的主要目的是 ,此时酵母菌主要以______迅速繁殖。
②“密封”的目的是 。
解析:本题考查酵母菌的生殖方式、有氧呼吸和无氧呼吸以及酵母菌发酵在酿酒业方面的应用等知识。
答案:
(1)高温可以使淀粉等大分子变性,更有利于酶的催化;
淀粉酶和麦芽糖酶;
(2)①使酵母菌进行有氧呼吸,以便其迅速繁殖; 出芽生殖;
②造成缺氧环境,有利用于酵母菌发酵;
1.(7分)右图为酵母菌细胞结构示意圈。请回答下列问题:
(1)酵母菌细胞结构与菠菜叶肉细胞相比.最主要的区别是酵母菌____▲___;与蓝藻细胞相比,最主要的区别是酵母菌 ▲ 。
(2)图中含有RNA的结构有 ▲ (填序号)。
(3)图中不能直接分解葡萄糖但能释放 的结构是
▲ (填序号)。
(4)为制备酵母菌原生质体,需用酶解法除去结构①,但应在 ▲ 溶液中进行。
(5)为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化,某同学进行了如下操作。其中操作正确的有 ▲ (填下列操作的序号)。
①将适量干酵母放人装有一定浓度葡萄糖溶液的锥形瓶中,在适宜条件下培养
②静置一段时间后,用吸管从锥形瓶中吸取培养液
③在血球计数板中央滴一滴培养液,盖上盖玻片
④用滤纸吸除血球计数板边缘多余培养液
⑤将计数板放在载物台中央,待酵母菌沉降到计数室底部,在显微镜下观察、计数
【答案】(1)没有叶绿体 具有核膜包被的细胞核(成形的细胞核)
(2)②④⑥⑧
(3)⑥
(4)等渗(或高渗)
(5)①④⑤
【解析】本题以酵母菌亚显微结构图为载体,考查细胞结构与功能、以及探究种群数量变化的相关实验操作步骤。
(1)酵母菌为真菌,与菠菜叶肉相比,无叶绿体;酵母菌为真核生物,与作为原核生物蓝藻的蓝藻相比,其主要区别是具有核膜包被的细胞核(成形的细胞核)。
(2)RNA包括mRNA、tRNA、rRNA三种类型,后者存在于核糖体中,前两者可以存在于核糖体中,前两者可以存在于细胞质、线粒体、细胞核中。
(3)线粒体是有氧呼吸的主要场所,进行有氧呼吸第二、三阶段,分解的底物都是丙酮酸。
(4)酵母菌具有细胞壁,可以保护酵母菌不会因吸水而涨破,因此去除细胞壁时,为防止酵母菌吸水涨破,需要在等渗或高渗溶液中进行。
(5)探究酵母菌种群数量变化时,进行酵母菌记数时,从试管中吸出培养液之前,应将试管震几次,以便使酵母菌均匀分布,提高计数准确性,其他操作均正确。
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