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酵母菌屬于真核生物，在發(fā)酵工程中有著舉足輕重的地位。在高中生物學(xué)中關(guān)于酵母菌的內(nèi)容也屬于重點(diǎn)學(xué)習(xí)的知識(shí)；關(guān)于酵母菌的試題具有代表性、典型性，綜合性也較強(qiáng)，在各種考試中都有其知識(shí)的試題設(shè)計(jì)，下面筆者就此介紹一組與酵母菌有關(guān)的試題，以資參考。

例1．在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過(guò)程大致如下：將經(jīng)過(guò)滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌種后輸入發(fā)酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖、糖度下降，產(chǎn)生白色泡沫，溶解氧漸漸耗盡。隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當(dāng)糖濃度下降一定程度后，結(jié)束發(fā)酵。最后分別輸出有形的物質(zhì)和鮮啤酒。

根據(jù)上述過(guò)程回答以下問(wèn)題：

⑴該過(guò)程表明啤酒酵母菌異化作用的特點(diǎn)是                         。

⑵初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是                             。

⑶經(jīng)測(cè)定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他發(fā)酵產(chǎn)物，其余1.5%則是用于                                 。

⑷請(qǐng)寫(xiě)出由麥芽糖→ 葡萄糖 →酒精的反應(yīng)方程式                       。

⑸如果酵母菌消耗的糖（設(shè)為麥芽糖，其分子量為342）有98.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）形成了酒精（分子量為46.0）和其他發(fā)酵產(chǎn)物。設(shè)有500t麥芽汁，其中麥芽糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.00%，發(fā)酵后最多能生產(chǎn)酒精濃度為3.20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的啤酒多少噸？

⑹啤酒的風(fēng)味主要取決于所采用的酵母菌株。某酒廠的菌株產(chǎn)生了30年，繁殖3000余代，風(fēng)味不減當(dāng)年。其主要原因是                            。

【命題思路】該題是以實(shí)際生產(chǎn)中的啤酒發(fā)酵過(guò)程為背景材料的生物和化學(xué)的綜合應(yīng)用題。體現(xiàn)了“能力立意”的命題指導(dǎo)思想，主要考查學(xué)生能力的全面性，包括知識(shí)的相互滲透，交叉與綜合，理論聯(lián)系實(shí)際，及運(yùn)用所學(xué)相關(guān)學(xué)科的知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，著力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新思維，充分體現(xiàn)了理科綜合能力考試的命題指導(dǎo)思想。

【解析】首先要明確啤酒發(fā)酵的過(guò)程及啤酒的主要成分是酒精和麥芽糖。⑴該題比較簡(jiǎn)單，主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解能力，啤酒生產(chǎn)中產(chǎn)生的泡沫的多少反映的是酵母菌代謝過(guò)程中CO2的生成量。由題意“初期糖度下降；產(chǎn)生白色泡沫”，此時(shí)麥芽汁中充有溶解氧，酵母菌進(jìn)行有氧呼吸�！叭芙庋鯘u漸耗盡后，糖度加速降低，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多”，說(shuō)明酵母菌進(jìn)行的是無(wú)氧呼吸（發(fā)酵），生成酒精和二氧化碳。因此酵母菌異化作用的特點(diǎn)是既能進(jìn)行有氧呼吸又能進(jìn)無(wú)氧呼吸。⑵酵母菌有兩種繁殖方式，一是在環(huán)境條件適宜的情況下進(jìn)行出芽生殖，其繁殖速度較快；二是在環(huán)境條件惡劣的情況下進(jìn)行有性生殖，其繁殖速度較慢，所以初期酵母菌繁殖迅速主要是在有氧條件下進(jìn)行的出芽生殖。⑶酵母菌異化作用消耗了大量的糖，大部分形成酒精和其他發(fā)酵產(chǎn)物，其余1.5%則用于酵母菌自身的生長(zhǎng)和繁殖。⑷由麥芽糖→ 葡萄糖 →酒精的反應(yīng)方程式是：

C12H22O11+H2O 2C6H12O6，C6H12O6 2C2H5OH+2CO2，

⑸主要考查學(xué)生的化學(xué)知識(shí)、數(shù)學(xué)等綜合能力，由500t麥芽汁發(fā)酵后產(chǎn)生的啤酒質(zhì)量為

⑹該題難度稍大，主要考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用能力，因“啤酒的風(fēng)味主要取決于所采用的酵母菌株”，實(shí)則指其遺傳的穩(wěn)定性。酵母菌有兩種繁殖方式：有性生殖和無(wú)性繁殖（出芽生殖），有性生殖具有更大的變異力，而無(wú)性繁殖有利于母本性狀的保持。

【參考答案】

⑴既能進(jìn)行有氧呼吸又能進(jìn)行無(wú)氧呼吸。

⑵出芽生殖

⑶酵母菌自身的生長(zhǎng)和繁殖

⑷C12H22O11+H2O 2C6H12O6，C6H12O6 2C2H5OH+2CO2

⑸66.2t

⑹ 酵母菌無(wú)性生殖

例2．某一酒廠以大米為主原料，利用酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精度不低于12度的米酒，其主要工藝流程如下：

糖化 → 發(fā)酵 → 后加工（勾兌、儲(chǔ)運(yùn)等）

試就生產(chǎn)過(guò)程回答下列問(wèn)題：

（1）糖化階段主要包括蒸煮大米及加入“糖化酶”等。蒸煮大米的目的是           �！疤腔�酶”應(yīng)包括的主要酶類(lèi)有           �！疤腔�酶”使淀粉（大米中）發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是            。

（2）發(fā)酵階段在53的發(fā)酵罐中進(jìn)行，主要工藝為：加料（糖化后的米漿）→接種菌種（主要為酵母菌）→通氣培養(yǎng)→密封發(fā)酵。

①在接種時(shí)常加入適量氮肥，其目的是                   。

②密封的目的是                                          。

（3）酵母菌先將葡萄糖分解成為丙酮酸，進(jìn)而再還原成酒精，而乳酸菌能將丙酮酸直接還原成乳酸，其根本原因是酵母菌體內(nèi)有一類(lèi)“脫羧酶”能催化如下反應(yīng)：

RCOCOOHRCOH  +  CO2

請(qǐng)根據(jù)以上寫(xiě)出酵母菌體內(nèi)發(fā)生的“丙酮酸→酒精+CO2”中間化學(xué)反應(yīng)式：①   

②         。

（4）俗話說(shuō)“酒是陳的香”，產(chǎn)生酒香的化學(xué)機(jī)理是                    。

【命題思路】該題是以實(shí)際生產(chǎn)為背景材料的綜合性試題，該題與上題有著很大的區(qū)別，該試題難度較大，它主要考查學(xué)生的知識(shí)遷移能力，學(xué)科知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)相聯(lián)系的能力。必需熟知生物發(fā)酵工程的原理、步驟和目的，以及與化學(xué)相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，該題的綜合性較強(qiáng)，區(qū)分度較好，類(lèi)似的考題在高考中也常見(jiàn)。

【解析】（1）糖化階段主要使發(fā)酵過(guò)程順利進(jìn)行，大米是微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，根據(jù)發(fā)酵工程的內(nèi)容：需對(duì)培養(yǎng)基滅菌，故蒸煮大米是殺死其中的微生物，保證發(fā)酵產(chǎn)物的大量形成，大米中的糖是淀粉，微生物分解的有機(jī)物常常是葡萄糖，所以糖化酶中應(yīng)包括的主要酶類(lèi)是淀粉酶和麥芽糖酶，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是：

2（C6H10O5）n+H2O n C12H22O11 C12H22O11 + H2O 2C6H12O6

（2）①根據(jù)發(fā)酵內(nèi)容培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要有碳源、氨源、生長(zhǎng)因子，水和無(wú)機(jī)鹽大米中的糖類(lèi)是碳源，接種時(shí)常加入適量氮肥，主要是向微生物提供氮源，即微生物生長(zhǎng)所需的氮類(lèi)原料。②利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)酒精，主要是依靠酵母菌無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精，在有氧存在的條件下，會(huì)抑制酵母菌的無(wú)氧呼吸，故密封制造缺氧環(huán)境，利于酵母菌的發(fā)酵產(chǎn)生的酒精。

（3）根據(jù)已知信息，可書(shū)寫(xiě)出來(lái)反應(yīng)式：①CH3COCOOHCH3COH  +  CO2

②CH3COH CH3CH2OH

（4）酒香主要是酒中產(chǎn)生了酯類(lèi)化合物，酯是由醇類(lèi)化合物與少量羧酸發(fā)生了酯化反應(yīng)，該反應(yīng)在無(wú)催化劑的作用下反應(yīng)非常慢，時(shí)間長(zhǎng)了，產(chǎn)生酯就多了，所以酒是陳的香。

【參考答案】（1）高溫滅菌。2(C6H10O5)n+H2O nC12H22O11

C12H22O11 + H2O2C6H12O6

（2）①提供菌種生長(zhǎng)所需的氮素養(yǎng)料；②制造缺氧環(huán)境，利于酵母菌發(fā)酵

（3）①CH3COCOOHCH3COH  +  CO2

②CH3COH CH3CH2OH

（4）酒中的醇與少量的羧酸發(fā)生了酯化反應(yīng)，從而產(chǎn)生有香味的酯類(lèi)化合物。

例3．如下圖是酵母菌無(wú)氧呼吸實(shí)驗(yàn)裝置圖，請(qǐng)據(jù)圖回答：

（1）為什么要用煮沸又冷卻的葡萄糖溶液                        ；

（2）容器在C中溶液是什么                 ；

（3）本裝置還有不完善的地方，請(qǐng)對(duì)其加以修改                 ；

（4）加入什么藥品可以證明A中無(wú)浮酸生成                   。

【命題思路】該題主要考查學(xué)生的具體實(shí)驗(yàn)水平和在實(shí)驗(yàn)中的洞察與分析推導(dǎo)能力，以及適用適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言對(duì)實(shí)驗(yàn)做出科學(xué)描述和解釋的能力。試題基礎(chǔ)性強(qiáng)，難度較小或適中。

【解析】⑴因?yàn)檠b置是關(guān)于無(wú)氧呼吸的，所以應(yīng)盡量排除可能存在的氧氣，則煮沸可以排除A中的氧氣，而酵母菌的生存有一定的溫度范圍，故加酵母菌之前要冷卻，

⑵容器C中加入澄清的石灰水，來(lái)檢驗(yàn)酵母菌無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物中是否有二氧化碳存在；

⑶將C試管的項(xiàng)部塞上軟木塞，裝置才完整，否則空氣中的二氧化碳可能與澄清的石灰水反應(yīng)生成沉淀，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象造成干擾，而達(dá)不到檢驗(yàn)的目的；在實(shí)驗(yàn)中除了正確選擇實(shí)驗(yàn)所需的器具、材料，藥品外，還應(yīng)該能夠把它們正確地組合在一起形在一套完整的裝置，因此在實(shí)難中組合裝置時(shí)應(yīng)思考嚴(yán)密對(duì)任何一個(gè)細(xì)節(jié)都不可忽略，否則實(shí)驗(yàn)就有可能失敗。⑷可以向A中加入碳酸氫鈉溶液，觀察若有氣泡產(chǎn)生，則產(chǎn)物中的乳酸，若無(wú)氣泡產(chǎn)生，則無(wú)浮酸，乳酸與NaHCO3溶液反應(yīng)的方程式為：

　CH3CH（OH）＋　NaHCO3　＝　CH3CH（OH）COONa�。�　CO2　↑＋　H2O

【參考答案】：（1）煮沸可以使葡萄糖溶液中的O2排除，又因酵母菌的存在有一定的溫度范圍，故加酵母菌之前要冷卻。

（2）澄清的石灰水

（3）C試管要塞上軟木塞

（4）NaHCO3溶液。

例4．如右圖表示制造啤酒的方法。

（1）為什么要把原料放入沸水中混合？

（2）為什么要在混合物中加入糖？

（3）為什么要在混合物冷卻后才把酵母加進(jìn)去？

（4）說(shuō)出酵母菌細(xì)胞進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的名稱(chēng)。

（5）用化學(xué)反應(yīng)式表達(dá)這一整個(gè)過(guò)程。

（6）酵母菌比水更稠濃，但在化學(xué)反應(yīng)中它會(huì)上升到混合物的頂部，解釋為什么？

（7）為什么啤酒要至少擱置21天，才可以過(guò)濾裝瓶，請(qǐng)說(shuō)出一種理由。

（8）有人在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度變化對(duì)氣體產(chǎn)量的影響，他們?cè)?0℃溫度下收集10in內(nèi)放出來(lái)的氣體，以后不同溫度下重復(fù)做這樣的測(cè)量，他們的記錄在下表中：

溫度（℃）

氣體體積（3/10in）

20

10

30

25

40

35

50

20

60

8

70

2

80

1

100

0

①在下面的方格子紙圖A上，用上列數(shù)據(jù)做出一條氣體體積隨溫度變化的光滑曲線。

               圖A

②根據(jù)你制作的圖，估計(jì)在45℃溫度時(shí)，氣體的產(chǎn)出率為        3/10in。

③解釋這個(gè)圖線為什么是這樣的形狀。                 

（9）在一只盛有溶液的瓶中加入酵母。以后的30天中混合物的變化情況如圖B 中示出。用圖中的信息回答下列問(wèn)題：

①酵母菌的量在什么時(shí)候達(dá)到最大值？

②為什么酵母量達(dá)到最大后停止增加下去，說(shuō)出兩種理由。

【命題思路】本題是一首以學(xué)科內(nèi)綜合為主的跨學(xué)科試題。主要考查學(xué)生使用生物知識(shí)，還涉及化學(xué)、物理浮力知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)，此外還考查學(xué)生用圖表和數(shù)據(jù)描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果、正確理解圖表所提供的信息，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、推算，得出合理結(jié)論的綜合能力。

【解析】首先應(yīng)認(rèn)真審題，然后仔細(xì)分析圖表和數(shù)據(jù)，從圖表中獲得信息，明確制造啤酒的原理。啤酒的主要成分是酒精和麥芽糖，制造啤酒的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加入糖和酵母菌是為了使酵母菌先大量繁殖，然后在容器密封情況下酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精和二氧化碳。麥芽中含有大量的麥芽糖酶，能將淀粉水解成麥芽糖。⑴根據(jù)發(fā)酵工程的一般步驟，應(yīng)屬于對(duì)培養(yǎng)基的滅菌，該步驟的目的就是除去培養(yǎng)基中的其它微生物，以免干擾酵母菌的發(fā)酵。⑵糖是含有碳元素的重要有機(jī)物，也是最常用的碳源，微生物的五大類(lèi)營(yíng)養(yǎng)要素之一，同時(shí)也為麥芽糖和酒精的產(chǎn)生提供重要原料。⑶酵母菌的生存需要一定的溫度范圍，并且其體內(nèi)的酶的活性也受溫度的影響，所以混合物必須冷卻后再把酵母菌加進(jìn)去。⑷酵母菌的新陳代謝類(lèi)型是異養(yǎng)兼性厭氧型生物，在敞口放置時(shí)，氧氣充足時(shí)進(jìn)行有氧呼吸，密封后，氧氣將消耗殆盡，酵母菌開(kāi)始進(jìn)行無(wú)氧呼吸。⑸見(jiàn)參考答案。⑹酵母菌酒精發(fā)酵的同時(shí)，也產(chǎn)生大量CO2氣體，附著在酵母菌周?chē)�，從而產(chǎn)生較大浮力，便于醞釀酵母菌升至頂部。⑺充分發(fā)酵會(huì)使原料中的糖利用率提高，產(chǎn)生更多的啤酒主要成分麥芽糖和酒精，最終因營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏而死亡。⑻① 用描點(diǎn)法作圖，先對(duì)照表格里的數(shù)據(jù)，描出坐標(biāo)點(diǎn)，然后連接成平滑曲線，如圖A；②由圖A可知45度時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)約為303/10in；③見(jiàn)參考答案。⑼①由圖B中酵母菌的量隨時(shí)間的變化曲線可知大約在13~14天酵母菌的量達(dá)到最大值；②酵母菌的量達(dá)到最大值后，由于生存空間變小、食物缺乏和PH值改變等原因?qū)е路N內(nèi)斗爭(zhēng)加劇而使一部分酵母菌死亡。

【參考答案】（1）把原料放入沸水中混合的目的除去原料的微生物，防止影響酵母菌的發(fā)酵。

（2）在混合物中加糖的目的是為酵母菌的生存提供營(yíng)養(yǎng)；為麥芽糖和酒精的產(chǎn)生提供原料。

（3）溫度高時(shí)放入酵母菌會(huì)將酵母菌殺死或影響酵母菌體內(nèi)酶的活性，從而影響酒精的產(chǎn)生。

（4）開(kāi)始讓容器敞口放置，酵母菌進(jìn)行有氧呼吸，密封后酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸。

（5）反應(yīng)式:

C6H12O6 + 6H2O + 6O26CO2  + 12H2O + 能量

C6H12O6C2H5OH  +  CO2  + 能量

（6）因?yàn)榻湍妇�進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生CO2氣體，附著在酵母菌周?chē)�，產(chǎn)生較大的浮力，使酵母菌上浮。

（7）①讓多糖完全水解使多糖糖化 ②酵母菌盡可能產(chǎn)生較多的酒精 ③最后酵母菌因無(wú)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而死亡。

（8）①見(jiàn)上圖 ②303/10in ③0℃~40℃時(shí)隨溫度提高，酶的活性不斷增大，故產(chǎn)生氣體的速率加快。溫度大于40℃時(shí)，隨著溫度的升高，酶的活性降低，溫度太高使酶失活。

（9）①第13~14天時(shí)，酵母量達(dá)到最大值。 ②理由一：糖的量大大減少，酵母菌缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而死亡；理由二：酵母菌大量繁殖會(huì)導(dǎo)致個(gè)體之間種內(nèi)斗爭(zhēng)加劇。