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)容也屬于重點學(xué)習(xí)的知識；關(guān)于酵母菌的試題具有代表性、典型性，綜合性也較強，在各種考試中都有其知識的試題設(shè)計，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)過程中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過程大致如下：將經(jīng)過滅菌的麥芽汁充氧，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)上述過程回答以下問題：
⑴該過程表明啤酒酵母菌異化作用的特點是 。
⑵初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是 。
⑶經(jīng)測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請寫出由麥芽糖→ 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)量分數(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)量分數(shù)為8.00%，發(fā)酵后最多能生產(chǎn)酒精濃度為3.20%（質(zhì)量分數(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】該題是以實際生產(chǎn)中的啤酒發(fā)酵過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，包括知識的相互滲透，交叉與綜合，理論聯(lián)系實際，及運用所學(xué)相關(guān)學(xué)科的知識分析、解決實際問題的能力，著力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(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)酵的過程及啤酒的主要成分是酒精和麥芽糖。⑴該題比較簡單，主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解能力，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”，此時麥芽汁中充有溶解氧，酵母菌進行有氧呼吸�！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”，說明酵母菌進行的是無氧呼吸（發(fā)酵），生成酒精和二氧化碳。因此酵母菌異化作用的特點是既能進行有氧呼吸又能進無氧呼吸。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、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)生對基礎(chǔ)知識的應(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：有性生殖和無性繁殖（出芽生殖），有性生殖具有更大的變異力，而無性繁殖有利于母本性狀的保持。
【參考答案】
⑴既能進行有氧呼吸又能進行無氧呼吸。
⑵出芽生殖
⑶酵母菌自身的生長和繁殖
⑷C12H22O11+H2O 2C6H12O6，C6H12O6 2C2H5OH+2CO2
⑸66.2t
⑹ 酵母菌無性生殖
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、儲運等）
試就生產(chǎn)過程回答下列問題：
（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 �！疤腔浮睉�(yīng)包括的主要酶類有 �！疤腔浮笔沟矸郏ù竺字校┌l(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“脫羧酶”能催化如下反應(yīng)：
RCOCOOHRCOH + CO2
請根據(jù)以上寫出酵母菌體內(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“酒是陳的香”，產(chǎn)生酒香的化學(xué)機理是 。
【命題思路】該題是以實際生產(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)生的知識遷移能力，學(xué)科知識與實際生產(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，該題的綜合性較強，區(qū)分度較好，類似的考題在高考中也常見。
【解析】（1）糖化階段主要使發(fā)酵過程順利進行，大米是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，根據(jù)發(fā)酵工程的內(nèi)容：需對培養(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，微生物分解的有機物常常是葡萄糖，所以糖化酶中應(yīng)包括的主要酶類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)基中的營養(yǎng)物質(zhì)主要有碳源、氨源、生長因子，水和無機鹽大米中的糖類是碳源，接種時常加入適量氮肥，主要是向微生物提供氮源，即微生物生長所需的氮類原料。②利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)酒精，主要是依靠酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生酒精，在有氧存在的條件下，會抑制酵母菌的無氧呼吸，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，可書寫出來反應(yīng)式：①CH3COCOOHCH3COH + CO2
②CH3COH CH3CH2OH
（4）酒香主要是酒中產(chǎn)生了酯類化合物，酯是由醇類化合物與少量羧酸發(fā)生了酯化反應(yīng)，該反應(yīng)在無催化劑的作用下反應(yīng)非常慢，時間長了，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)生有香味的酯類化合物。
例3．如下圖是酵母菌無氧呼吸實驗裝置圖，請據(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，請對其加以修改 ；
（4）加入什么藥品可以證明A中無浮酸生成 。
【命題思路】該題主要考查學(xué)生的具體實驗水平和在實驗中的洞察與分析推導(dǎo)能力，以及適用適當(dāng)?shù)恼Z言對實驗做出科學(xué)描述和解釋的能力。試題基礎(chǔ)性強，難度較小或適中。
【解析】⑴因為裝置是關(guān)于無氧呼吸的，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，來檢驗酵母菌無氧呼吸的產(chǎn)物中是否有二氧化碳存在；
⑶將C試管的項部塞上軟木塞，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，從而對實驗現(xiàn)象造成干擾，而達不到檢驗的目的；在實驗中除了正確選擇實驗所需的器具、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，因此在實難中組合裝置時應(yīng)思考嚴(yán)密對任何一個細節(jié)都不可忽略，否則實驗就有可能失敗。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，若無氣泡產(chǎn)生，則無浮酸，乳酸與NaHCO3溶液反應(yīng)的方程式為：
CH3CH（OH）＋ NaHCO3�。健H3CH（OH）COONa�。O2 ↑＋ 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去？
（4）說出酵母菌細胞進行化學(xué)反應(yīng)過程的名稱。
（5）用化學(xué)反應(yīng)式表達這一整個過程。
（6）酵母菌比水更稠濃，但在化學(xué)反應(yīng)中它會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，才可以過濾裝瓶，請說出一種理由。
（8）有人在實驗時發(fā)現(xiàn)溫度變化對氣體產(chǎn)量的影響，他們在20℃溫度下收集10in內(nèi)放出來的氣體，以后不同溫度下重復(fù)做這樣的測量，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，估計在45℃溫度時，氣體的產(chǎn)出率為 3/10in。
③解釋這個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題：
①酵母菌的量在什么時候達到最大值？
②為什么酵母量達到最大后停止增加下去，說出兩種理由。
【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，還涉及化學(xué)、物理浮力知識和數(shù)學(xué)知識，此外還考查學(xué)生用圖表和數(shù)據(jù)描述實驗結(jié)果、正確理解圖表所提供的信息，運用數(shù)學(xué)知識對數(shù)據(jù)進行加工、推算，得出合理結(jié)論的綜合能力。
【解析】首先應(yīng)認真審題，然后仔細分析圖表和數(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，制造啤酒的實驗過程中，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行無氧呼吸產(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物，也是最常用的碳源，微生物的五大類營養(yǎng)要素之一，同時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去。⑷酵母菌的新陳代謝類型是異養(yǎng)兼性厭氧型生物，在敞口放置時，氧氣充足時進行有氧呼吸，密封后，氧氣將消耗殆盡，酵母菌開始進行無氧呼吸。⑸見參考答案。⑹酵母菌酒精發(fā)酵的同時，也產(chǎn)生大量CO2氣體，附著在酵母菌周圍，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，最終因營養(yǎng)物質(zhì)缺乏而死亡。⑻① 用描點法作圖，先對照表格里的數(shù)據(jù)，描出坐標(biāo)點，然后連接成平滑曲線，如圖A；②由圖A可知45度時，對應(yīng)的數(shù)據(jù)約為303/10in；③見參考答案。⑼①由圖B中酵母菌的量隨時間的變化曲線可知大約在13~14天酵母菌的量達到最大值；②酵母菌的量達到最大值后，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養(yǎng)；為麥芽糖和酒精的產(chǎn)生提供原料。
（3）溫度高時放入酵母菌會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）開始讓容器敞口放置，酵母菌進行有氧呼吸，密封后酵母菌進行無氧呼吸。
（5）反應(yīng)式:
C6H12O6 + 6H2O + 6O26CO2 + 12H2O + 能量
C6H12O6C2H5OH + CO2 + 能量
（6）因為酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生CO2氣體，附著在酵母菌周圍，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最后酵母菌因無營養(yǎng)物質(zhì)而死亡。
（8）①見上圖 ②303/10in ③0℃~40℃時隨溫度提高，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，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，酵母量達到最大值。 ②理由一：糖的量大大減少，酵母菌缺乏營養(yǎng)物質(zhì)而死亡；理由二：酵母菌大量繁殖會導(dǎo)致個體之間種內(nèi)斗爭加劇。
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