08江苏通州三余中学高考选修1实验复习资料（附答案）.doc

专题一 传统发酵技术的应用(答案附于后)【学习导航】本章内容包括“果酒和果醋的制作”、“腐乳的制作”、“制作泡菜并检测亚硝酸盐含量”三个课题，每个课题相对独立，没有严格的顺序关系。本专题围绕传统发酵食品的制作展开，主要是通过学习果酒、果醋、腐乳的制作技术，培养学生设计实验、动手操作等科学探究的能力。重点是三项技术的制作原理和设计装置，难点是制作过程中发酵条件的控制。本专题与微生物联系密切，要求学生有丰富的微生物知识和较强的动手能力，学会摸索发酵的最佳条件并做好记录，同时注意实验的严密性。课题1 果酒和果醋的制作【课题目标】说明果酒和果醋制作的原理，设计制作果酒和果醋的装置，完成果酒和果醋的制作。【课题重点与难点】课题重点：说明果酒和果醋的制作原理，设计制作装置，制作出果酒和果醋。课题难点：制作过程中发酵条件的控制。【基础知识】（一）果酒制作的原理1. 酵母菌的生活方式是 ；2.进行发酵需要的适宜条件是 ；3.传统发酵技术所使用的酵母菌来源于 。（二）果醋制作的原理1.酒变醋的原理：当O2、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖 ；当缺少糖源时，反应物变化是“乙醇 ”，反应式是 ；2.发酵条件是 ；3.制醋所利用的醋酸菌的来源： 。（三）、实验案例制作葡萄酒和葡萄醋建议将实验安排在秋季的9月或10月进行。在这段时间内进行实验，有如下优点：（1）正值收获季节，葡萄的价格便宜，品种多样；（2）此时葡萄上的酵母菌数量多且生活力强，发酵酿酒的效果好；（3）温度适宜，发酵现象非常明显。实验的具体操作步骤如下。1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并 。先用温水反复冲洗几次,再用体积分数为75%的酒精擦拭 ，晾干待用。2. 取葡萄500 g，去除腐烂的子粒。3. 用清水冲洗葡萄12遍除去污物，注意不要 冲洗。接着去除 。4. 用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中（装置参见教材图1-4b），或将葡萄打成浆后，用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖好瓶盖。如果没有合适的发酵装置，可以用500 mL的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。5. 将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。6. 由于发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时 ，防止发酵瓶爆裂。如果使用简易的发酵装置，如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要 瓶盖24次，进行排气。7. 10 d以后，可以开始进行取样检验工作。例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。8. 当果酒制成以后，可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至3035 的条件下发酵，适时向发酵液中充气。如果找不到醋酸菌菌种或醋曲，可尝试自然接种，但效果不是很好。如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶口盖上纱布，以减少空气中尘土等的污染。（四）、课题成果评价1.果酒的制作是否成功发酵后取样，通过嗅味和品尝进行初步鉴定。此外，还可用显微镜观察酵母菌，并用 检验酒精的存在。如果实验结果不理想，请学生分析失败原因，然后重新制作。2.果醋的制作是否成功首先通过观察菌膜的形成、 味和 进行初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后的 作进一步的鉴定。此外，还可以通过在显微镜下观察发酵液中是否有醋酸菌，并统计其数量作进一步鉴定。【课本问题答案和提示】（一）旁栏思考题1.你认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？为什么？答：应该先冲洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄 ，增加被杂菌污染的机会。2.你认为应该从哪些方面防止发酵液被污染？提示：需要从发酵制作的过程进行全面的考虑。例如，榨汁机、发酵装置要清洗干净；每次排气时只需拧松瓶盖、不要完全揭开瓶盖等。3.制葡萄酒时，为什么要将温度控制在1825 ？制葡萄醋时，为什么控制在3035 ？答：温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。20 左右最适合酵母菌繁殖。因此需要将温度控制在其最适温度范围内。而醋酸菌是嗜温菌，最适生长温度为3035 ，因此要将温度控制在3035 。4.制葡萄醋时，为什么要适时通过充气口充气？答：醋酸菌是好氧菌，在将酒精变为醋酸时需要氧的参与，因此要适时向发酵液中充气。（二）资料发酵装置的设计讨论题请分析此装置中的充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接？结合果酒、果醋的制作原理，你认为应该如何使用这个发酵装置？答：充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的；排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的；出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染，其作用类似巴斯德的鹅颈瓶。使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。（三）练习2.提示：大规模生产时需要进行更为全面周详的考虑，如原料的来源与选择、菌种的培育与选择、发酵的设备、发酵条件的自动化控制，以及如何严格控制杂菌污染；等等。此外，无论是葡萄酒或葡萄醋，实验时所检测的发酵液，并非商品意义上的产品。在实际生产中还需沉淀过滤、灭菌装瓶等获得成品酒或醋。葡萄酒还需在一定设施和条件下（如橡木桶和地窖）进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。3.提示：需考虑厂房、设备投资、原材料采购、工人人数及工资、产品种类、生产周期、销售渠道、利润等【导学诱思】1果酒制作的原理（1）人类利用微生物发酵制作果酒，该过程用到的微生物是 ，它的代谢类型是 ，与异化作用有关的方程式有 思考：果酒制作过程中，在不灭菌的情况下，如何使酵母菌成为优势菌种？酵母菌成为优势菌种前存在的生物关系如何？（2）酵母菌生长的最适温度是 ；酒精发酵一般将温度控制在 。传统发酵技术所使用的酵母菌的来源是 。（3）葡萄酒呈现深红色的原因是 。（4）现在工厂化生产果酒，为提高果酒的品质，更好地抑制其它微生物的生长，采取的措施是 2果醋的制作原理（1）果酒进一步发酵能获得果醋，酒变醋的原理是 。思考：变酸的酒表面有菌膜，溶液内部能形成菌膜吗？果醋的制作过程中如何进行深层发酵？（2）果醋发酵时将温度控制在 ，原因是 。（3）醋酸菌与酵母菌相比，最主要的特点是 。3操作过程应注意的问题（1）为防止发酵液被污染，发酵瓶要用 消毒。（2）葡萄汁装入发酵瓶时，要留出大约 的空间。（3）制作葡萄酒时将温度严格控制在 ，时间控制在 d左右，可通过 对发酵的情况进行及时的监测。（4）制葡萄醋的过程中，将温度严格控制在 ，时间控制在 d，并注意适时在 充气。【疑难点拨】1、认为应该先冲洗葡萄还是先除去枝梗？为什么？应该先冲洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。2、认为应该从哪些方面防止发酵液被污染？需要从发酵制作的过程进行全面的考虑，因为操作的每一步都可能混入杂菌。例如：榨汁机、发酵装置要清洗干净；每次排气时只需拧松瓶盖、不要完全揭开瓶盖等。分析果酒和果醋的发酵装置中充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。为什么排气口要通3、3、过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接？充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的；排气口是在酒精发酵时用来排出二氧化碳的；出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。【典例解析】例1（03上海）生产果醋用的醋酸菌等细菌都具有的特征是 （ ）A.都是异养生物 B.仅在有水条件下繁殖 C.仅在有氧条件下生长 D.生存温度都超过80例2发酵过程中，不会直接引起pH变化的是A.营养物质的消耗 B.微生物呼出的CO2 C.微生物细胞数目的增加 D.次级代谢产物的积累例3在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和啤酒。根据上述过程，回答以下问题：（1）该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是 。（4）经测定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其它发酵产物。其余1.5%则用于 （5）请写出由麦芽糖葡萄糖酒精的反应方程式。答案：（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸（4）自身的生长繁殖（5）C12H22O11+H2O2C6H12O6，C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量【课堂演练】一、选择题2具有细胞结构而没有核膜的一组生物是A.噬菌体、细菌 B.变形虫、草履虫 C.蓝藻、酵母菌 D.放线菌、圆褐固氮菌3将乳酸菌接种到彻底灭菌的固体培养基上，要使其正常生长必须给予的条件是A.充足的氧气 B.隔绝氧气 C.供给分子氮 D.供给大分子蛋白质4当环境温度超过最适生长温度以后，微生物生长速率急剧下降，是细胞内哪些物质发物了不可逆的破坏A.蛋白质和核酸 B.蛋白质和磷脂 C.核酸和核膜 D.载体和DNA7.微生物的代谢速度与高等动植物相比快得多，下列哪项不是这一生命现象的原因A.表面积与体积的比很大 B.与外界环境物质交换迅速C.适宜条件下微生物的繁殖速度非常快 D.微生物体内酶的种类比其他生物多9酒厂利用酵母菌酿酒过程中，经检测活菌数量适宜但却不产生酒精，应采取的措施是A.降低温度 B.隔绝空气 C.加缓冲液 D.加新鲜培养基10细胞结构是原核、生长繁殖过程绝对不需氧、体内不含有氧呼吸酶的微生物是A.乳酸菌 B.酵母菌 C.变形虫 D.固氮菌答案： 2D 3B 4A 7D 9B 10A11（1）真核 （2）细胞壁 线粒体 芽体 出芽 1 不到原来母体的一半 上边和左边线上的（3）磷脂和蛋白质 细胞膜具一定的流动性 （4）碱性 单 （7）C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量（8）通入空气 密闭发酵罐 酒精 （9）pH值的大小，pH值越小取样越后 发酵罐中营养物质供应不足 EF （10）分解者11、如图所示表示酵母菌细胞的构造模式。请据图回答：细胞核51234贮藏颗粒ABCDEFG时间Lg(细胞数)（1）从细胞核的构造看，酵母菌属于 生物。（2）写出1、3、5的结构名称：1 ，3 ，5 。图中的酵母菌正在进行 生殖。 对酵母菌进行计数时，图示应计为 个，因为其5的大小 。对于压在边上的酵母菌，通常计 。（3）2的主要化学成分为 ，其完成图示功能的结构特点是 （4）用 染料使染色体着色，发现一个酵母菌S.Cerevisiae细胞核中有17条染色体，该酵母菌是 倍体。（7）酵母菌的菌落一般会散发出一股悦人的酒香味，相关的反应式 （8）用酵母制啤酒时，为保证发酵罐中有较多的酵母菌，必须先 ，达到一定数量后，则应该 ，以获得大量的 （9）为研究发酵罐中酵母菌的生长状况，常要取样统计分析，并测定pH值，判断取样先后顺序的主要依据是 。（10）自然环境中的酵母菌属于生态系统中的 成分。课题2 腐乳的制作【导学诱思】1经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的 和 ，脂肪被分解成 和 ，因而更利于消化吸收。腐乳制作的实验基本流程为 。此实验过程中用到的酒、盐、 都有杀菌作用。思考：（1）豆腐变为腐乳的过程中，有机物总量、有机物种类有何变化？ （2）腐乳的主要成份是什么？你所吃的食物主要成份相同吗？试举几例。 2腐乳的发酵有多种微生物参与，如 、 、 、 等，其中起主要作用的是 。它是一种丝状 ，常见于 、 、 、 上。思考：毛霉与豆腐之间什么关系？毛霉的代谢类型是什么？豆腐块上的毛霉来自 3现代的腐乳生产是在严格的 条件下，将优良 菌种直接接种在豆腐上，这样可以避免其他菌种的污染，保证产品的质量。4长满毛霉的豆腐块要逐层加盐，随层数的加高加盐量要 ，接近瓶品表面的盐要铺的厚一些，为什么？5腐乳封瓶时，最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染，该过程灭菌的原理是什么？【疑难点拨】1王致和为什么要撒许多盐，将长毛的豆腐腌起来？盐在该过程中起什么作用？盐能防止杂菌污染，避免豆腐腐败。盐能抑制多种微生物的生长。同时盐还能使豆腐中的水分 ，使豆腐块 2配制卤汤时，一般将酒精含量控制在12%左右，过高过低都不行，为什么？酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。酒精含量越高，对蛋白酶的抑制作用也越大，使腐乳成熟期 ；酒精含量过低，蛋白酶的活性高，加快蛋白质的水解，杂菌繁殖快，豆腐易 。【典例解析】例1以下四种微生物都参与的豆腐的发酵，从代谢类型上考虑哪一项与其它三项有明显区别：A青霉 B酵母 C曲霉 D毛霉 B例2葡萄糖在毛霉细胞质内分解至丙酮酸的过程中，下列叙述正确的是A在线粒体中进行的无氧呼吸 B需在有氧条件下进行 C不产生CO2 D反应速度不受温度影响 C例3下面对发酵过程中灭菌的理解不正确的是A、防止杂菌污染 B、只消灭杂菌 C、培养基和发酵设备都必须灭菌 D、灭菌必须在接种前 B【课堂演练】一、选择题 2蘑菇、硝化细菌、醋酸菌、乳酸菌的代谢类型依次是需氧自养型 需氧异养型 厌氧自氧型 厌氧异型 兼性厌氧型既可自养又可异养A、B、C、D、 其中结构与另外三种不同的是( ) 5测定3类细菌对氧的需要，让它们在3个不同的试管中生长，右图显示了细菌的生长层。据此判断：只能在需氧培养基中繁殖、只能在无氧培养基中繁殖、在有氧和无氧的培养基中都能繁殖的细菌依次是 A、 B、 C、 D、7下表列出了两种微生物生长所必需的营养物质和它们合成并释放的代谢产物。如果把这两种微生物共同培养在一个培养基中，它们之间最可能的关系是微生物名称生长因子次级代谢产物红酵母嘧啶噻唑毛霉噻唑嘧啶A、竞争 B、寄生 C、共生 D、腐生8（02上海）豆腐发酵过程中，毛霉消耗的能量主要来自于哪种物质的分解A脂肪 B磷脂 C葡萄糖 D蛋白质10（01上海）霉菌的细胞渗透压与X浓度的食盐水相当，去掉细胞壁后浸在Y浓度食盐水中破裂，浸在Z浓度食盐水中收缩。则这三种食盐水的浓度大小依次是AXYZ BYXZ CZYX DZXY二、非选择题12以下是证明食物腐败是由细菌引起的实验，阅读这段材料和图示，请回答：把碎肉或大豆加水煮烂，用两层纱布滤取肉（豆）汤备用。在3只三角瓶里注入50ml肉（豆）汤，第3个瓶用装有S型弯玻璃管的药棉瓶塞塞住。（如图所示）把3只三角瓶放入盛水的锅里隔水加热，使锅里的水沸腾5min，取出3只三角瓶，冷却后放在温暖的阴暗处（日平均温度在20以上）。以后逐天观察肉汤的变化。结果一天后，不加塞三角瓶里的肉汤已混浊，液面有一层薄膜，这是细菌的群体。瓶内可能有臭味，说明肉汤已腐败。加药棉瓶塞三角瓶的肉汤几天后也开始腐败。加药棉瓶塞和S型玻璃管的三角瓶维持时间最长，但肉汤也最终腐败。（1）本实验采用的是什么实验法？ 。（2）不加塞的瓶内肉汤为什么会腐败？ 。（3）加药棉塞三角瓶内肉汤几天后为什么也开始腐败？ 。（4）实验操作的第1个瓶起 作用。答案: 2B A 5A 7C 8C 10D12（1）对比实验法 （2）不加瓶塞的三角瓶直接接触空气，腐败细菌进入机会最多 （3）加有棉塞的三角瓶，尽管细菌进入机会减少但也很难防止细菌侵入，同时由于灭菌不彻底，留在瓶内的细菌芽孢可能繁殖 （4）对照专题四 酶的研究与应用课题2 探讨加酶洗衣粉的洗剂效果【课题目标】 1.说出加酶洗衣粉的洗涤原理；2.探讨温度对加酶洗衣粉洗涤的影响；3.探讨不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物洗涤效果的区别。【课题重点与难点】课题重点：区别不同种类的加酶洗衣粉对同一污物和不同污物的洗涤效果。课题难点：实验过程中各种变量的控制【知识要点】1.蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶的作用；2.影响酶活性的因素。【导学诱思】1加酶洗衣粉是指含有 的洗衣粉，目前常用的酶制剂有四类： 、 、 和 。其中，应用最广泛、效果最明显的是 和 。2碱性蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的 或小分子的 ，使污迹从衣物上脱落。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将大分子的 、 和 水解为小分子物质，使洗衣粉具有更 的去污能力。3在本课题中，我们主要探究有关加酶洗衣粉的三个问题：一是普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物污渍的 效果有什么不同；二是在什么温度下使用加酶洗衣粉 最好，三是 的洗衣粉，其洗剂效果有哪些区别。【疑难点拨】1普通洗衣粉中包含哪些化学成分？提示：普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。2在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果？提示：可在洗涤后比较污物的残留状况，如：已消失、颜色变浅、面积缩小等，【典例解析】1下列不属于加酶洗衣粉有的酶制剂的是A蛋白酶 B脂肪酶 C淀粉酶 D麦芽糖酶 D2含有蛋白酶的洗衣粉的洗剂效果好，可以用丝绸作为实验材料吗？【课本问题答案和提示】（一）旁栏思考题1查阅资料，看看普通洗衣粉中包含哪些化学成分？提示：普通洗衣粉中通常包含有：表面活性剂、水软化剂、碱剂、漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂、香精和色素，以及填充剂等。2在本课题中你打算使用什么方法和标准判断洗涤效果？提示：可在洗涤后比较污物的残留状况，如：已消失、颜色变浅、面积缩小等，最好能进行定量的比较。（二）练习1.答：列表比较如下。 普通洗衣粉加酶洗衣粉相同点表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开；水软化剂可以分散污垢；等等。不同点酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易于溶于水，从而与纤维分开。2.答：不合适。因为丝绸的主要成分是蛋白质，它会被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解，损坏衣物。【课堂演练】一、选择题1科学家通过 技术手段生产出了能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶。A细胞工程 B基因工程 C发酵工程 D酶工程2蛋白酶不能洗去A油渍 B血渍 C奶渍 D果汁渍3下列不能影响加酶洗衣粉活性的是 A温度 B酸碱度 C表面活性剂 D水的数量4普通洗衣粉中含有 元素，会使环境污染？A氮 B磷 C铁 D镁5加酶洗衣粉可以降低 的数量，使洗涤剂朝低磷、无磷的方向发展，减少对环境的污染。A表面活性剂 B碱剂 C漂白剂 D水软化剂6与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉的优点不包括A容易去汗渍 B容易去油污 C容易除去奶渍 D可以重复使用8当前生产酶制剂所需要的酶主要来自A动物的组织和器官 B植物组织和器官 C微生物 D基因工程二、非选择题9请你根据以下实验材料和条件写出探究复合酶的洗衣粉的最适温度的实验步骤。实验材料：添加了复合酶的洗衣粉，大小相同的白棉布4块（在上面分别滴加4滴同种的植物油，放置至干燥）。水温、水质及水量：水温的温度梯度为5、15、25和35（其中5可以通过冰箱冷藏室来控制，其他温度可以通过水浴控制）；水质为自来水；水量为500 mL。实验仪器：1000 mL的烧杯、玻璃棒等。实验步骤： 10比较 普通洗衣粉加酶洗衣粉相同点不同点答案1B 2A 3D 4B 5A 6D 8C10 普通洗衣粉加酶洗衣粉相同点表面活性剂可以产生泡沫，可以将油脂分子分散开，水软化剂可以分散污垢不同点酶可以将大分子有机物分解为小分子有机物，小分子有机物易容于水，从而与纤维分开【知识拓展】2加酶洗衣粉加酶洗衣粉就是在合成洗衣粉中，加入0.20.5的酶制剂制成的。在洗衣粉中添加的酶的种类很多，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等。我国在洗衣粉中添加的酶最主要的是碱性蛋白酶。这种酶能耐碱性条件，而且耐贮存，对皮肤、衣物没有刺激和损伤作用。碱性蛋白酶能使蛋白质水解成可溶于水的多肽和氨基酸。衣物上附着的血渍、汗渍、奶渍、酱油渍等污物，都会在碱性蛋白酶的作用下，结构松弛、膨胀解体，稍加搓洗，污迹就会从衣物上脱落。使用加酶洗衣粉时必须注意以下几点：（1）碱性蛋白酶能使蛋白质水解，因此，蛋白质类纤维（羊毛、蚕丝等）织物就不能用加酶洗衣粉来洗涤，以免使纤维受到破坏；（2）使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度。碱性蛋白酶在35 50 时活性最强，在低温下或70 以上就会失效；（3）加酶洗衣粉也不宜长期存放，存放时间过长会导致酶活力损失；（4）加酶洗衣粉不宜与三聚磷酸盐共存，否则酶的活性将会丧失；（5）添加了碱性蛋白酶的洗衣粉可以分解人体皮肤表面蛋白质，而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。课题3 酵母细胞的固定化【课题目标】 1说出固定化酶和固定化细胞的作用和原理。2尝试制备固定化酵母细胞，并利用固定化酵母细胞进行酒精发酵。【课题重点与难点】1课题重点：制备固定化酵母细胞。2课题难点：制备固定化酵母细胞【知识要点】1.利用固定化酶技术生产高果糖浆的实例；2.固定化酶的反应柱示意图；3.固定化酶在生产实践中的优点【导学诱思】1高果糖浆的生产需要使用 ，它能将葡萄糖转化成果糖。这种酶的 好，可以持续发挥作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就无法从糖浆中 ，造成很大的浪费。2使用固定化酶技术，将这种酶固定在一种颗粒状的 上，再将这些酶颗粒装到一个反应柱内，柱子底端装上分布着许多小孔的 。酶颗粒无法通过筛板的小孔，而反应溶液却可以自由出入。生产过程中，将葡萄糖溶液从反应柱的上端注入，使葡萄糖溶液流过反应柱，与 接触，转化成果糖，从反应柱的下端流出。反应柱能连续使用半年，大大降低了生产 ，提高了果糖的产量和 。请在右边画出固定化酶的反应柱示意图：3固定化酶和固定化细胞是利用 或 方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术，包括 、 和 法。一般来说，酶更适合采用 和 法固定，而细胞多采用 法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被 或 ，而个小的酶容易从 中漏出。4包埋法法固定化细胞即将微生物细胞包埋在不溶于水的中。常用的载体有 、 、 、 和 等。【疑难点拨】1细胞的活化。提示：在缺水的状态下，微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态。酵母细胞所需要的活化时间较短，一般需要0.51小时。2如何检验凝胶珠的质量是否合格。提示：检验凝胶珠的质量是否合格，可以采用以下方法。一是用镊子夹起一个凝胶珠放在实验桌上用手挤压，如果凝胶珠不破裂，没有液体流出，就表明凝胶珠的制作成功。二是在实验桌上用力摔打凝胶珠，如果凝胶珠很容易弹起，也表明制备的凝胶珠是成功的。【典例解析】1酶和细胞分别适应哪种固定方法？提示：一般来说，酶更适合采用化学结合和物理吸附法固定，而细胞多采用包埋法固定化。这是因为细胞个大，而酶分子很小；个大的难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。【课本问题答案和提示】练习1.答：直接使用酶、固定化酶和固定化细胞催化的优缺点如下表所示。类型优点不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等。对环境条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后酶会混在产物中，可能影响产品质量。固定化酶酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。一种酶只能催化一种化学反应，而在生产实践中，很多产物的形成都通过一系列的酶促反应才能得到的。固定化细胞成本低，操作更容易。固定后的酶或细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降等。3.提示：可以从酶的结构的多样性，对理化条件的敏感程度等角度思考【课堂演练】选择题1酶的固定化常用的方式不包括 A吸附 B包埋 C连接 D将酶加工成固体2溶解海藻酸钠，最好采用 加热的方法A小火间断 B小火持续 C大火间断 D大火持续3高果糖浆生产需要的酶是 A葡萄糖异构酶 B蔗糖酶 C麦芽糖酶 D果糖酶4关于酵母菌的叙述，正确的是A酵母菌在营养物质充足时、环境适宜时，依靠有性生殖进行繁殖 B酵母菌的代谢类型时异养厌氧型C酵母菌的生物膜系统包括细胞膜、核膜、各种的细胞器膜等膜 D用酵母菌酿酒时，应先密封后通气5研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将大肠杆菌得到的三酯磷酸酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，于微生物降解相比，其作用不需要适宜的A温度 B酸碱度 C水分 D营养如果是固定化细胞，则需要适宜的( )6将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态，下面加快的一项是ACO2的释放 B丙酮酸的氧化 C葡萄糖的利用 DATP的形成7固定化酶的优点是A有利于增加酶的活性 B有利于产物的纯化 C有利于提高反应速度 D有利于酶发挥催化作用8下列不是用于包埋法固定化细胞的载体是A琼脂糖 B醋酸纤维素 C聚丙烯酰胺 D聚乙烯树脂非选择题9在固定化酶和固定化细胞技术中，从操作角度考虑， 方法更容易； 方法对酶活性的影响小；如果想将微生物的发酵过程变成连续的酶反应，应选择 方法；如果反应物是大分子，应选择 方法。10凝胶珠的颜色是 ，形状是 时，制作是成功的。12固定化酶和一般酶制剂的主要区别是 。1D 2A 3A 4B 5D ABCD 6C 7B 8D 12能回收可以重复利用【知识拓展】固定化微生物细胞利用微生物来生产酶具有生产成本低、周期短、产量大等优点。微生物产生的酶，可以分为分泌在细胞外的胞外酶和包含在细胞内的胞内酶。利用胞内酶时，需要采用手段将细胞破碎后，将酶进行分离纯化，提取后酶的活性和稳定性往往都受到很大的影响。将微生物细胞限制或定位于特定空间位置，即将微生物制成固定化细胞后，既能避免复杂的细胞破碎、酶的提取和纯化过程，又能使酶的活性和稳定性得到较大提高。固定后的微生物细胞可以作为固体催化剂在多步酶促反应中发挥连续催化作用，同时，催化反应结束后又能被回收和重复利用。例如，人们将含有青霉素酰化酶的大肠杆菌细胞进行固定化，用于大规模地生产青霉素母核（青霉素的主体化学结构部分，即6-氨基青霉烷酸），然后再对青霉素母核的侧链进行化学修饰，可以生产半合成青霉素，如氨苄青霉素专题5 DNA和蛋白质技术【课题目标】本课题通过尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取，了解DNA的物理化学性质，理解DNA粗提取以及DNA鉴定的原理。【课题重点与难点】课题重点：DNA的粗提取和鉴定方法。 课题难点：DNA的粗提取和鉴定方法。【知识要点】1. DNA的物理化学性质，尤其是DNA的溶解性； 2.二苯胺法鉴定DNA的方法和原理。学习导航DNA和蛋白质技术，包括DNA的提取、蛋白质的提取、DNA片段的扩增等，是开展分子生物学研究的基本技术。本专题将从基础入手，学习DNA的粗提取和血红蛋白的提纯。学习这些技术，不仅能够帮助学生初步了解分子生物学的基本实验方法，而且能够巩固必修课中学习的有关DNA和蛋白质的理论知识。本专题的3个课题相对独立，没有严格的先后顺序。课题1的操作难度不高，学生比较容易获得结果。课题3的操作难度比较大，所以学生一定要在教师的精心指导下完成操作。课题1 DNA的粗提取与鉴定导学诱思1提取DNA的方法提取生物大分子的基本思路是选用一定的 或 方法，分离具有不同 或 的生物大分子。对于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA与 、 和 等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。1）DNA的溶解性 DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的氯化钠中溶解度 ，利用这一特点，选择适当的盐浓度就能DNA ，而使杂质沉淀；或者使杂质 ，DNA被析出，以达到分离目的。请画出DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl浓度而变化的曲线：并请根据曲线图，思考： 在什么浓度下，DNA的溶解度最小？DNA在NaCl溶液中的溶解度是如何变化的？如何通过控制NaCl溶液的浓度使DNA在盐溶液中溶解或析出？此外，DNA不溶于 溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步的分离。2）DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性 蛋白酶能水解 ，但是对 没有影响。大多数蛋白质不能忍受6080oC的高温，而DNA在 以上才会变性。洗涤剂能够瓦解 ，但对DNA没有影响。3）DNA的鉴定 在 条件下，DNA遇 会被染成 色，因此二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。2实验设计1）实验材料的选取 凡是含有 的生物材料都可以考虑，但是使用 的生物组织，成功的可能性更大。在下面的生物材料中选取适合的实验材料：鱼卵、猪肝、菜花（花椰菜）、香蕉、鸡血、哺乳动物的红细胞、猕猴桃、洋葱、豌豆、菠菜、在液体培养基的大肠杆菌思考：哺乳动物的红细胞的特点？2）破碎细胞，获取含DNA的滤液 动物细胞的破碎比较容易，以鸡血细胞为例，在鸡血细胞液中加入一定量的 ，同时用 搅拌，过滤后收集滤液即可。如果实验材料是植物细胞，需要先用 溶解细胞膜。例如，提取洋葱的DNA时，在切碎的洋葱中加入一定的 和 ，进行充分的搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。思考：为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？ 加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响? 此步骤获得的滤液中可能含有哪些细胞成分？3）去除滤液中的杂质 阅读课本的三个方案，思考：为什么反复地溶解与析出DNA，能够去除杂质？答：在滤液中加入NaCl溶液，使溶液的浓度为2mol/L，过滤除去不溶的 中的杂质，得到溶解于滤液中的 ；再调节NaCl溶液浓度为0.14mol/L，析出DNA，过滤去除 中的杂质。方案二与方案三的原理有什么不同？答：方案二是通过 分解蛋白质，方案三是通过 使蛋白质变性。4）DNA的析出与鉴定 将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积 、冷却的 ，静置2-3min，溶液中会出现 色 物，这就是粗提取的DNA。用玻璃棒 搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸取上面的水分。取两支20ml的试管，各加入物质的量浓度为 的NaCl溶液5ml，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。然后，向两支试管中各加入4ml的 。混合均匀后，将试管置于 中加热5min，待试管冷却后，比较两支试管溶液颜色的变化，看看溶解有DNA的溶液是否变 。3操作提示以血液为实验材料时，每100ml血液中需要加入3g ，防止血液凝固。加入洗涤剂后，动作要 、 ，否则容易产生大量的泡沫，不利于后续步骤地操作。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要 ，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。二苯胺试剂要 ，否则会影响鉴定的效果。4结果分析与评价疑难点拨1 DNA的溶解度与NaCl溶液浓度的关系：当NaCl溶液浓度低于0.14mol/L时，随浓度的升高，DNA的溶解度 ；当NaCl溶液浓度高于0.14mol/L时，随浓度升高，DNA的溶解度 。3提取DNA的第一步是材料的选取，其目的是一定要选取DNA含量较高的生物材料，否则会由于实验过程中或多或少的损失而造成检测的困难；第二步是DNA的释放和溶解，这一步是实验成功与否的关键，要尽可能使细胞内的DNA全部溶解；第三步是DNA的纯化，即根据DNA的溶解特性、对酶及高温的耐受性的不同等特性，最大限度地将DNA与杂质分开；最后一步是对DNA进行鉴定，这是对整个实验的结果的检测。4在DNA的析出的步骤中用到玻璃棒搅拌时，注意动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。5盛放鸡血细胞液的容器，最好是塑料容器。鸡血细胞破碎以后释放出的DNA，容易被玻璃容器吸附，由于细胞内DNA的含量本来就比较少，再被玻璃容器吸附去一部分，提取到的DNA就会更少。因此，实验过程中最好使用塑料的烧杯和试管，这样可以减少提取过程的DNA的损失。典例解析本实验中有三次过滤：过滤用蒸馏水稀释过的鸡血细胞液 过滤含粘稠物的0.14mol/LNaCl溶液过滤溶解有DNA的2mol/LNaCl溶液以上三次过滤分别为了获得（ ）A含核物质的滤液、纱布上的粘稠物、含DNA的滤液B含核物质的滤液、滤液中DNA粘稠物、含DNA的滤液C含核物质的滤液、滤液中DNA粘稠物、纱布上的DNAD含较纯的DNA滤液、纱布上的粘稠物、含DNA的滤液解析:用蒸馏水稀释鸡血细胞液，使血细胞的细胞膜、核膜破裂，释放出核物质，此时过滤只能得到含DNA和其他物质如蛋白质的滤液，这种滤液必须经过实验中其他步骤得相继处理，方能得到较纯的DNA。DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最低，成丝状粘稠物，可经过滤留在纱布上。【课本问题答案和提示】（一）旁栏思考题1为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？答：蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，使血细胞胀裂，再加上搅拌的机械作用，就加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂)，从而释放出DNA。2加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？答：洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。3如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响？答：研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少，影响实验结果，导致看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定不显示蓝色等。4加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂这个步骤获得的滤液中可能含有哪些细胞成分？答：可能含有核蛋白、多糖和RNA等杂质及DNA。5为什么反复地溶解与析出DNA，能够去除杂质？答：用高盐浓度的溶液溶解DNA，能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低盐浓度使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。6方案二与方案三的原理有什么不同？答：方案二是利用蛋白酶分解杂质蛋白，从而使提取的DNA与蛋白质分开；方案三利用的是DNA和蛋白质对高温耐受性的不同，从而使蛋白质变性，与DNA分离。（二）练习1答：提取DNA的第一步是材料的选取，其目的是一定要选取DN