专题九生物技术实践

专题九 生物技术实践【构建知识网络】生物技术实践微生物的 和 微生物 的测定培养基对微生物的 作用利用微生物发酵生产特定的产物以及微生物在其它方面的应用生物技术在食品加工及其它方面的应用酶的存在和简单制作方法酶的 测定酶在食品制作中的应用酶在洗涤等方面的应用制备和应用固定化酶生物材料中 某些特定成分利用发酵加工食品的 测定食品加工中可能产生的 植物的组织培养蛋白质的 和 PCR技术的基本 和 原理方法酶的应用微生物的利用【备考要点突破】一、微生物的培养与应用1微生物的营养物质比较营养物质定义作用主要来源碳源凡能提供所需碳元素的物质构成生物体的细胞物质和一些代谢产物，有些是异养生物的能源物质无机化合物：CO2、NaHCO3；有机化合物：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等氮源凡能提供所需氮元素的物质合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物无机化合物：N2、NH3、铵盐、硝酸盐；有机化合物：尿素、牛肉膏、蛋白胨等水在生物体内含量很高，在低等生物内含量更高不仅是优良的溶剂而且可维持生物大分子结构的稳定无机盐为微生物提供除碳、氮以外的各种重要元素，包括大量元素细胞内的组成成分，生理调节物质，某些化能自养菌的能源，酶的激活剂2微生物的实验室培养(1)培养基分类和应用划分标准培养基种类特 点用 途物理性质液体培养基不加凝固剂工业生产半固体培养基加凝固剂，如琼脂观察微生物的运动、分类、鉴定固体培养基微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种化学成分天然培养基含化学成分不明确的天然物质工业生产合成培养基培养基成分明确(用化学成分已知的化学物质配成)分类、鉴定用途选择培养基培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长培养、分离出特定微生物(如培养酵母菌和霉菌时，可在培养基中加入青霉素；培养金黄色葡萄球菌时，可在培养基中加入高浓度的食盐)鉴别培养基根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品鉴别不同种类的微生物，如可用伊红美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌(若有，菌落呈深紫色，并带有金属光泽) (2)无菌技术消毒和灭菌的区别项目消 毒灭 菌条件使用较为温和的理化方法使用强烈的理化因素结果杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物(不包括芽孢和孢子)杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子适用实验操作的空间、操作者的衣服和手微生物的培养器皿、接种用具和培养基等常用方法煮沸消毒法(如在100 ，煮沸56 min)、巴氏消毒法(如在80 ，煮15 min)；使用酒精、氯气、石炭酸等化学药剂进行消毒灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌三种常用灭菌方法的比较灭菌方法适用材料或用具灭菌条件灭菌时间灼烧灭菌接种环、接种针或其他金属工具酒精灯火焰的充分燃烧层直至烧红干热灭菌玻璃器皿(吸管、培养皿) 和金属用具等干热灭菌箱内，160170 12 h高压蒸汽灭菌培养基等100 kPa，121 1530 min(3)微生物的纯化培养：微生物的纯化培养常用的两种接种方法的比较方法平板划线法稀释涂布平板法注意事项接种环的灼烧a第一次划线前：杀死残留微生物，避免污染菌种和培养基b每次划线前：杀死残留菌种，保证每次划线菌种来自上次划线末端c划线结束后：杀死残留菌种，避免污染环境和感染操作者灼烧接种环之后，要冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死菌种划线时最后一区域不要与第一区域相连划线用力要大小适当，防止用力过大将培养基划破稀释操作时：每支试管及其中的9 mL水、移液管等均需灭菌；操作时，试管口和移液管应在离火焰1 cm2 cm处涂布平板时：a涂布器用70%酒精消毒，取出时，让多余酒精在烧杯中滴尽，然后将沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上引燃b不要将过热的涂布器放在盛放酒精的烧杯中，以免引燃其中的酒精c酒精灯与培养皿距离要合适，移液管管头不要接触任何物体目的获得单细胞菌落：在培养基上形成的由单个菌种繁殖而来的子细胞群体培养平板冷凝后倒置培养，使培养基表面的水分更好地挥发，防止皿盖上水珠落入培养基造成污染3微生物的分离和计数（1）筛选菌株：利用选择培养基筛选菌株。（2）测定微生物数量的常用方法：统计菌落数目和显微镜直接计数。（3）过程：土壤取样样品的稀释微生物的培养与观察。【应用突破1】有些细菌可分解原油，从而消除由原油泄漏造成的土壤污染。某同学欲从受原油污染的土壤中筛选出能高效降解原油的菌株。请回答问题。(1)在筛选过程中，应将土壤样品稀释液接种于以_为唯一碳源的固体培养基上。从功能上讲，该培养基属于_培养基。(2)纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有两种，即_和_。(3)为了筛选出高效菌株，可比较单菌落周围分解圈的大小，分解圈大说明该菌株的降解能力_。(4)通常情况下，在微生物培养过程中，实验室常用的灭菌方法有灼烧灭菌、_和_。无菌技术要求实验操作应在酒精灯_附近进行，以避免周围环境中微生物的污染。二、酶的应用1、直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较方法优点缺点直接使用酶催化效率高、耗能低、污染低对环境条件非常敏感、易失活；难回收，成本高，影响产品质量固定化酶既能与反应物接触，又能与产物分离；可以反复利用，有利于工艺的连续化、管道化，同时降低了生产成本酶在固定化时活力有所损失，不利于催化一系列的酶促反应固定化细胞可以连续发酵，节约成本；保持酶在细胞内的原始状况，增加了酶的稳定性；操作容易细胞膜、细胞壁会阻碍底物的渗透和扩散，反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降2、影响酶活性的因素、酶的用量及应用实验探究时注意的问题 (1)实验设计时要遵循单一变量原则和对照原则，严格控制无关变量。 (2)探究不同温度(或pH)对酶活性的影响时，温度(或pH)作为自变量，通常通过设置合理的梯度来确定最适值。最适值是通过比较相同时间内获得的产量或效果来确定的。温度和pH在很大程度上对酶的构象会产生巨大的影响，温度过高或pH过高或过低都会使其失去活性，其曲线如图。(3)探究果胶酶的最适用量时，所测出的最适用量指在本实验的温度、pH等条件下测出的，因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。(4)探究加酶洗衣粉的最适温度要根据生活中的实际情况，合理设置温度梯度。(5)在使用加酶洗衣粉时不但要考虑最佳洗涤效果条件，还要考虑到酶的专一性和洗涤成本的问题。【应用突破2】.果胶酶能够分解植物细胞之间的果胶，使榨取果汁变得更容易，果胶被分解后，浑浊的果汁会变得澄清。现有磨浆机、质量分数为2%的果胶酶溶液、蒸馏水、一定浓度的盐酸和氢氧化钠溶液等实验材料，下表是某小组利用上述材料进行的有关实验(“/”表示不加)。编号项目试管甲乙丙丁1在试管中加入苹果泥2 mL2 mL2 mL2 mL22 mL/2 mL2 mL3加入不同的液体2 mL蒸馏水2 mL蒸馏水2 mL盐酸2 mL氢氧化钠溶液4摇匀，恒温处理15 min15 min15 min15 min请回答下列问题。(1)表中处的内容是_。(2)若要验证果胶酶的作用，应把_两个试管同时取出并过滤相同时间，观察并比较，预期的实验现象与结果是_。(3)比较试管甲、丙、丁可知，其实验目的是_。为确保实验成功，请将表中的编号正确排序：_。.在日常洗涤中，普通洗衣粉已经逐渐被加酶洗衣粉所代替，加酶洗衣粉中的碱性蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶等可以将粘附在衣物上的奶渍、汗渍、血渍等快速、彻底地清除掉，因此非常受人们的欢迎。(1)某班同学为探究某复合加酶洗衣粉的最佳洗涤温度，设计了一个探究实验，该实验的自变量应为_。实验过程中，不同的小组选用了含不同污染物的衣物作为实验材料，最终结果汇总如下表：不同温度下除去不同污渍所需的时间/min水温/51525354555657585植物油225110987849352246109牛奶200103704211344991100浆糊1439965312163497148由上表可知，在洗涤含不同污染物的衣物时要_。(2)从生物体中提取出的酶首先要检测_，以便更好地将酶应用于实践。(3)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用，请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由。_。三、生物技术在食品加工及其他方面的应用1、传统发酵技术（1）果酒、果醋、腐乳、泡菜制作中所用菌种及控制条件的比较 制作内容比较项目果酒果醋腐乳泡菜菌种酵母菌醋酸菌毛霉乳酸菌控制条件O2的有无有氧有氧有氧无氧最适温度182530351518常温（2）果酒、果醋、腐乳和泡菜制作过程的比较及亚硝酸盐含量的检测果酒和果醋制作腐乳的制作制作泡菜并检测亚硝酸盐含量制作原理果酒：无氧呼吸果醋：有氧呼吸多种微生物发酵泡菜制作：乳酸菌无氧呼吸亚硝酸盐检测：在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N1萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料实验流程图挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵 果酒 果醋让豆腐上长也毛霉加盐腌制加卤汤装瓶密封腌制操作提示材料的选择与处理；防止发酵液被污染；控制好发酵条件控制好材料的用量；防止杂菌污染泡菜坛的选择；腌制的条件；测定亚硝酸盐含量的操作【应用突破3】下列与果酒、果醋和腐乳制作相关的叙述，正确的是 （ ）A腐乳制作所需要的适宜温度最高B果醋发酵包括无氧发酵和有氧发酵C使用的菌种分别是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌D使用的菌种都具有细胞壁、核糖体、DNA和RNA2、植物组织培养（1）植物组织培养技术和花药培养技术植物组织培养花药培养技术选材体细胞生殖细胞（精子）生殖方式无性生殖有性生殖相同点植物细胞全能性：外植体愈伤组织丛芽生根移栽；无菌技术；接种等（2）菊花茎与月季花药组织培养的比较菊花茎的组织培养月季花药组织培养理论依据植物细胞的全能性植物细胞的全能性材料选取未开花植株茎上部新萌生的侧枝完全未开放的花蕾光照状况每日用日光灯照射12h开始不需要光照，幼小植株形成后需要光照操作流程制备MS培养基外植体消毒接种培养移栽栽培选材材料消毒接种和培养筛选和诱导移栽栽培选育影响因素选材、营养、激素、pH、温度、光照等基本过程脱分化、再分化【应用突破4】下图是月季花药离体培养产生花粉植株的两种途径，请据图回答下面有关问题。(1)选用的材料合适与否是成功诱导出花粉植株的重要因素，一般来说选用_期的花粉可提高成功率。选择花粉时，一般要通过_来确定花粉是否处于合适的发育期，这时需要对花粉的细胞核进行染色，常用的染色剂是_。(2)上图中花药经脱分化产生胚状体还是愈伤组织主要取决于培养基中_。(3)胚状体与愈伤组织在结构上的主要区别在于愈伤组织的细胞排列疏松无规则，是一种高度_的薄壁细胞，胚状体与_发育形成的胚有类似的结构，即具有胚芽、胚轴和胚根。(4)无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，请说明下列各项需要消毒，还是需要灭菌。培养基培养皿接种环花蕾实验操作者的双手三角锥形瓶。_(填编号)需要灭菌，_(填编号)需要消毒。(5)试管苗移栽到土壤前，通常要进行壮苗处理，应如何壮苗？_。3、DNA和蛋白质技术（1）生物体内DNA复制与PCR反应的区别项目体内复制PCR反应解旋在解旋酶作用下，细胞提供能量，部分解开加热至90，双链全部解开，不需解旋酶引物一小段RNA可以是RNA或单链DNA分子片段合成子链在引物基础上，一条链连续合成，另一条链不连续合成分别从两条链的引物端开始，都是连续合成，控制温度72特点边解旋边复制；半保留复制体外迅速扩增Taq DNA聚合酶不需要需要循环次数受生物体自身控制30多次相同点生物体内的DNA复制和PCR体外DNA扩增都需要模板、四种脱氧核苷酸，且都需要在一定的缓冲溶液中进行（2）血红蛋白的提取和分离操作程序：步 骤操 作样品处理通过红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液等操作收集到血红蛋白溶液粗分离通过透析法去除血红蛋白溶液中的相对分子质量较小的杂质纯化通过凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质纯度鉴定SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳判断纯化的蛋白质是否达到要求特别提醒：a.人和哺乳动物成熟的红细胞中不含细胞核，也没有DNA，不适于作为DNA提取的材料，但却是提取血红蛋白的理想材料。b.血红蛋白释放过程中，蒸馏水的作用是涨破红细胞，甲苯的作用主要是溶解细胞膜。c.红细胞洗涤过程中，洗涤三次后，上清液仍有黄色，可增加洗涤次数，否则无法除去血浆蛋白；离心时转速要低，时间要短，否则白细胞等会一同沉淀，达不到分离效果。d.凝胶色谱柱的直径大小不影响分离效果，但直径过大造成洗脱液体积大，样品稀释度大；凝胶色谱柱的高度与分离度有关。4、植物芳香油三种提取方法的比较提取方法实验原理方法步骤适用范围水蒸气蒸馏法利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来水蒸气蒸馏；分离油层；除水过滤适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油压榨法通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油石灰水浸泡、漂洗；压榨、过滤、静置；再次过滤适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取有机溶剂萃取使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂后就可获得芳香油粉碎、干燥；萃取、过滤；浓缩适用范围广，要求原料的颗粒尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中【限时练】1下列是关于“检测土壤中细菌总数”实验操作的叙述，其中错误的是 ( )A用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基，经高温、高压灭菌后倒平板B取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1 mL，分别涂布于各组平板上C将实验组和对照组平板倒置，37恒温培养2448小时D确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数2关于果醋制作过程的叙述正确的是 ( )A打开发酵瓶是因为全过程需要通入氧气，排出二氧化碳B醋酸菌在糖源和氧气充足时，能将葡萄糖氧化成醋酸和二氧化碳C当糖源不足时，醋酸菌可将酒精转化成醋酸D要使果酒变成果醋，只需通入氧气，加入醋酸菌就可以了3将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是 （ ） 4用果胶酶处理苹果泥是为了使果胶酶能够充分地催化反应，应采取的措施是 ()A加大苹果泥用量 B大幅度提高反应温度 C换成大型号容器 D用玻璃棒进行搅拌5关于“DNA粗提取和鉴定”的实验原理的叙述中，正确的是 ( )A用猪血作为实验材料的原因是猪血的红细胞有细胞核，DNA含量多B利用DNA在2 mol/L的氯化钠溶液中溶解度最低，易析出的特性提取DNAC利用DNA不溶于酒精，而细胞中的其他物质可溶于酒精的特性提纯DNAD利用DNA与二苯胺作用而显现紫色的特性鉴定DNA6以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是 () A洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂 B猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少 C血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测D在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢 7生物柴油是一种可再生的清洁能源，其应用在一定程度上能够减缓人类对化学燃料的消耗。科学家发现，在微生物M产生的脂肪酶作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油(如下图)。(1)用于生产生物柴油的植物油不易挥发，宜选用_、_方法从油料作物中提取。(2)筛选产脂肪酶的微生物M时，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供_，培养基灭菌采用的最适方法是_法。(3)测定培养液中微生物数量，可选用_法直接计数；从微生物M分离提取的脂肪酶通常需要检测_，以确定其应用价值；为降低生物柴油生产成本，可利用_技术使脂肪酶能够重复使用。(4)若需克隆脂肪酶基因，可应用耐热DNA聚合酶催化的_技术。8下图所示是果酒和果醋制作的实验流程以及某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题。(1)完成图1中的制作流程。(2)冲洗的主要目的是_，冲洗应特别注意不能_，以防止菌种的流失。(3)图2装置中的充气口在_过程中要关闭，某同学在实验时为了密闭装置特意将瓶塞使劲塞紧，并将充气口和排气口用夹子夹紧，以便于发酵。但第二天观察时，发现瓶塞松了，他不明白其中的原因，请帮助解释说明其原因。_。(4)在醋酸发酵时，排气口排出的气体的来源是_ _。(5)若在果汁中含有醋酸菌，在酒精发酵旺盛时期，醋酸菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸？说明理由。_。9生产实践中应用的菌种主要来自土壤，从土壤中分离微生物的实验流程如下：土壤取样选择培养梯度稀释鉴别培养。请回答下列有关问题：(1)将土壤浸出液接种到特定培养基上，可以将酵母菌从混杂的微生物群体中分离出来，获得纯种酵母菌，这一过程叫做_。在培养酵母菌的过程中，对培养基、接种环常采用的灭菌方法分别是_。(2)在使用酵母菌发酵生产酒精的过程中，影响酵母菌酒精发酵的主要因素有_，常使用_的方法从发酵液中提取纯酒精。(3)从土壤中分离纤维素分解菌，最好选择在_环境中采集土样，所选择的培养基应以_作为唯一碳源。(4)纤维素分解菌能够合成纤维素酶，为了使纤维素酶反复使用，可以对纤维素酶进行_处理，处理的方法有吸附法、共价键结合法和_法。10下图表示菊