2019-2020学年高中生物 专题4 酶的研究与应用 课题3 酵母细胞的固定化同步检测（含解斩）新人教版选修1

课题3酵母细胞的固定化理一理判一判1.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。()2固定化细胞相当于固定了一系列酶。()3酶分子相对较小，常用包埋法进行固定。()4将固定好的酶放于反应柱后，底部筛板上的小孔能使酶通过而反应物无法通过。()5固定化酵母细胞需要用到cacl2溶液和海藻酸钠溶液。()6生产高果糖浆时所固定的葡萄糖异构酶可以无休止重复使用下去。()7细胞的固定化不需要无菌操作。()8用固定化细胞进行酒精发酵时，不受温度的影响。()悟一悟1.在缺水状态下，微生物处于休眠状态。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。酵母细胞需要的活化时间较短，一般为0.51 h，但实验时需要提前做好准备。2酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出。3加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一环，关系到实验的成败，一定要按照教材的提示进行操作。加热时要用小火，或者间断加热，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止。4海藻酸钠的浓度关系到固定化细胞的质量。如果海藻酸钠浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数目少，可影响实验效果。5溶化好的海藻酸钠溶液必须冷却至室温，否则会因温度过高而导致酵母菌死亡。6可利用海藻酸钠制成不含酵母菌的凝胶珠，用作对照。7海藻酸钠胶体在cacl2这种电解质的作用下，发生聚沉，形成凝胶珠，需稳定30 min左右。8细胞的固定化要在严格无菌的条件下进行；反复使用固定化酵母细胞时，酵母菌种要纯，用具和材料要严格消毒，同时要注意控制温度，营养液中成分应全面，还需要避免其他微生物的污染。感悟体会：练一练1.2018江苏高考真题下列关于酵母细胞固定化实验的叙述，正确的是()a用温水使海藻酸钠迅速溶解，待其冷却到室温后用于包埋细胞b进行包埋时，用于悬浮细胞的cacl2溶液浓度要适宜c注射器(或滴管)出口应尽量贴近液面以保证凝胶珠成为球状d包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性解析：在酵母细胞固定化实验中，应该用小火、间断加热的方式使海藻酸钠缓慢溶解，a项错误；将混合液用注射器缓慢滴加到cacl2溶液进行酵母细胞的固定化，cacl2的作用是使海藻酸钠形成凝胶珠，b项错误；注射器(或滴管)出口应与液面保持适当的距离，以保证凝胶珠成为球状，c项错误；包埋酵母细胞的凝胶珠为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性，d项正确。答案：d22019江苏高考模拟(多选)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述中，错误的是()a固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显b固定化酶的应用中，要控制好ph、温度和溶解氧c利用固定化酶降解水体中有机磷农药，不需提供适宜的营养条件d利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物解析：固定化细胞技术固定的是一系列酶，所以在多步连续催化反应方面优势明显；a项正确；固定化酶的应用中，要控制好ph、温度，但与溶解氧无关，因为温度和ph影响酶的活性，b项错误；利用固定化酶降解水体中的有机磷农药是酶促反应，没有生物参与，所以不需提供营养条件，c项正确；利用固定化酵母细胞进行发酵时，糖类除了作为反应底物外，还为酵母菌提供碳，d项错误，所以选b、d两项。答案：bd3利用固定化藻处理生活污水是近几年发展起来的新技术。原绿球藻是海洋中的一种光合自养型原核生物，科研人员进行了固定化原绿球藻的生长情况及除氮效果的实验，实验中的人工污水是在无氮培养基中添加nh4cl配制而成，其实验结果如下。请分析并回答下列问题：(1)原绿球藻固化的方法是_，固定形成的凝胶珠颜色为_。若实验中海藻酸钠的浓度过高，则_。(2)分析图1,17天内悬浮藻的种群数量变化为_；与悬浮藻相比，13天内固定化藻生长、增殖速率较慢，原因是_、_。(3)分析图2，对人工污水除氮率较高的是_；从环境保护看，固定化原绿球藻的优势表现在_。解析：(1)由于原绿球藻体积较大难以被吸附或结合，所以不用化学结合法和物理吸附法，而采用包埋法。原绿球藻是光合自养型原核生物，含有叶绿素，固定形成的凝胶珠颜色呈现为绿色。配制海藻酸钠溶液是实验关键，如果海藻酸钠的浓度过高，将很难形成凝胶珠。(2)从图1可以看出17天种群增长速率都大于0，种群数量将会增长；固定化藻由于藻球内物质交换速率会受限制、固定后载体遮光等因素导致固定化藻生长、增殖速率较慢。(3)图2中显示悬浮藻中nh浓度比固定藻低，因此对人工污水除氮率较高的是悬浮原绿球藻。由于固定后原绿球藻能与产物分离，还可以重复利用，其优势表现在易于与污水分离，减少二次污染。答案：(1)包埋法绿色凝胶不容易成形(2)增长固定后载体遮光藻球内物质交换速率会受限制(3)悬浮原绿球藻球藻能易于与污水分离，减少二次污染考点1 实验原理1.2019山西忻州一中高二期中下列关于固定化酶的叙述，正确的是()a酶可被固定在不溶于水的载体上进行重复利用b酶由于被固定在载体上，所以丧失了其高效性和专一性c酶作为催化剂反应前后结构不改变，所以固定化酶可被一直利用d固定化酶活性部位完整，所以不受高温、强碱、强酸等条件的影响解析：固定化酶就是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂，a项正确；固定化酶是将酶分子结合再特定的支持物上且不影响酶的功能，不会使酶丧失高效性和专一性，b项错误；固定化酶可多次反复使用，但仍会受到高温、强碱、强酸等条件影响，不能一直重复利用，c、d两项错误。答案：a2.2019上海高考模拟如图是一种酶的固定化技术，下列有关描述，正确的是()a这属于包埋法b这属于载体结合法c这属于交联法d图中表示酶分子解析：固定化酶的方法有吸附法、交联法、包埋法等，识图分析可知图示为载体结合法。综上所述，b项正确，a、c、d三项错误。答案：b3固定化酶技术是近几年发展起来的一项应用技术，它很好的解决了酶无法重复利用的问题，大大提高了酶的利用率，下列关于固定化酶技术的说法，正确的是()a固定化酶技术就是固定反应物，将酶围绕反应物旋转的技术b固定化酶的最大优势在于能催化一系列的酶促反应c固定化酶中的酶无法重复利用d固定化酶是将酶固定在一定空间内的技术解析：固定化酶是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术，a项错误、d项正确；固定化酶只能催化一种或一类化学反应，其最大优势在于：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被重复利用，b、c两项错误。答案：d考点2 实验操作4.2019四川树德中学高二月考下列关于“酵母细胞的固定化技术”实验的叙述，正确的是()a该实验是利用酵母菌分泌的酶起作用，而酵母细胞可以重复使用b配制 cacl2 溶液时，需要边小火加热边搅拌c固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降d海藻酸钠溶液浓度过高时凝胶珠呈白色，过低时凝胶珠易呈蝌蚪状解析：该实验利用酵母细胞无氧呼吸产生酒精，而不是利用酵母细胞分泌的酶，a项错误；配制海藻酸钠溶液时，需要边小火加热边搅拌，以防止焦糊，b项错误；固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，c项正确；海藻酸钠溶液浓度过高时很难形成凝胶珠，过低时所形成的凝胶珠包埋的酵母细胞少，d项错误。答案：c52019山西忻州一中高二期中在酵母细胞固定化的实验中，下列实验操作与目的不相符的是()a干酵母加入蒸馏水搅拌均匀需放置一段时间使酵母细胞活化b配制海藻酸钠时采用小火或间断加热以防止海藻酸钠发生焦糊c将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液充分搅拌使其混合均匀d用注射器滴加溶液时要接近cacl2溶液的液面以防止凝胶珠出现“尾巴”解析：酵母细胞的活化需要将干酵母加入蒸馏水后搅拌均匀并放置一段时间，a项正确；为了防止海藻酸钠发生焦糊，需要在配制海藻酸钠时采用小火或间断加热，b项正确；将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液充分搅拌使二者混合均匀，c项正确；用注射器滴加溶液时要远离cacl2溶液的液面以防止凝胶珠出现“尾巴”，d项错误。故错误的选项选择d项。答案：d62019沭阳县修远中学高二月考下面是制备固定化酵母细胞的实验步骤，请回答下列问题：酵母细胞的活化配制cacl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液与酵母细胞混合固定化酵母细胞(1)在_状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复_状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。(2)影响实验成败的关键步骤是_。(3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目_。(4)观察形成凝胶珠的颜色和性状，如果颜色过浅、呈白色，说明_；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明_。(5)固定化细胞一般采用包埋法固定，原因是_。解析： (1)微生物在缺水的状态下休眠。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。加入水会使酵母细胞活化。酵母细胞活化后体积会增大，所以活化前应选择足够大的容器，以避免酵母菌溢出容器外。(2)实验成败的关键是配制海藻酸钠溶液，形成凝胶珠。 (3)如果海藻酸钠浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目较少。如果海藻酸钠浓度过高，则不易与酵母菌混合均匀。(4)观察形成的凝胶珠的颜色和形状，符合要求的包埋酵母细胞的凝胶珠应为淡黄色半透明状，并具有一定的弹性。如果颜色过浅、呈白色，说明固定化酵母细胞数目较少；如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，说明海藻酸钠浓度偏高，制作失败。(5)由于细胞个体大，难以吸附或结合，而且不易从包埋材料中漏出，所以固定化细胞一般采用包埋法固定。答案：(1)缺水正常的生活体积会增大(2)配制海藻酸钠溶液(3)较少(4)固定化酵母细胞数目较少海藻酸钠浓度偏高，制作失败(5)细胞个体大，不易从包埋材料中漏出一、选择题1下列哪项不属于固定化酶的优点()a提高酶的活性 b提高产物的纯度c有利于酶的回收 d降低生产成本解析：酶的固定化无法提高酶的活性，a项正确；固定化酶在催化反应中，以固相状态作用于底物，反应完成后，容易与水溶性反应物和产物分离，有利于产物的纯化，进而提高产物的纯度，b项错误；固定化酶在催化反应中，以固相状态作用于底物，反应完成后，容易与水溶性反应物和产物分离，有利于酶的回收，c项错误；固定化酶可以重复利用，降低生产成本，d项错误。答案：a22019江苏海安高级中学高二月考(多选)下列所示的固定化方法中，适合固定化酶的是()a bc d解析：属于物理吸附法，属于化学结合法，和属于包埋法，而固定化酶适宜用化学结合法、物理吸附法，因此，本题答案选a、b两项。答案：ab3下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是()a从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小b作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药c尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，不能反复使用d固定化酶和固定化细胞的目的是限制酶与反应物接触，控制反应速度解析：化学结合法可能影响酶的活性部位而影响反应效果，而吸附法是物理方法不影响酶的分子结构，a项正确；消化酶在消化道内起作用，则蛋白酶制剂作为消化酶使用时应以口服方式给药，故b项正确；尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开，因而不能再次使用，故c项正确；固定化酶和固定化细胞的目的是使酶和反应物在特定的空间进行接触，从而控制反应速度，d项错误。答案：d4(多选)下列关于酶制剂和固定化酵母细胞的叙述，正确的是()a从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响大b可用海藻酸钠包埋消化酶制成多酶片用于缓解消化不良症状c将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去cacl2和杂菌d探究不同加酶洗衣粉洗涤效果实验中，水温和浸泡时间都属无关变量解析：从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小，a项错误；酶分子体积较小，易从包埋材料中漏出，常采用化学结合和物理吸附法固定化消化酶制成多酶片，b项错误；将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去cacl2和杂菌，c项正确；探究不同加酶洗衣粉洗涤效果实验中，自变量是酶的种类，水温和浸泡时间都属无关变量，d项正确。答案：cd52019湖北高二期中下面是制备固定化酵母细胞的步骤，正确的是()配制 cacl2 溶液海藻酸钠溶化海藻酸钠与酵母细胞混合酵母细胞的活化固定化酵母细胞a bc d解析：制备固定化酵母细胞的实验步骤为：酵母细胞的活化()配制cacl2溶液()配制海藻酸钠溶液()海藻酸钠溶液与酵母细胞混合()固定化酵母菌细胞()。答案：a二、非选择题62019河北高二期中请回答下列有关固定化酶与固定化细胞的相关问题：(1)与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是_。在实际生产中，固定化酶技术的优点是_。制备固定化酵母细胞时使用的方法是_(填上图中序号)。(2)在缺水状态下，微生物处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复_状态。活化前应选择足够大的容器，因为酵母细胞活化时_。(3)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至_后，再加入酵母菌。如果海藻酸钠溶液浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞数目_。固定化细胞一般采用包埋法，原因是_。解析：(1)酶发挥作用时需要适宜的温度、ph等条件，与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是多酶系统(或一系列酶、多种酶)；固定化酶优点是使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用；制备固定化酵母细胞，由于细胞体积大，难以被吸附或结合，多采用包埋法，常用的载体是海藻酸钠，据图分析，方法将物体包埋在网格中，故图中方法是包埋法。(2)酵母菌在缺水状态下处于休眠状态，加入水活化使得酵母菌恢复正常的生活状态，酵母细胞活化时细胞体积会增大，则活化前应选择足够大的容器，以避免酵母菌溢出容器外。(3)将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温后，再加入酵母菌，否则会将酵母菌高温烫死；如果海藻酸钠浓度过低，所包埋的酵母细胞数目较少，形成的凝胶珠颜色过浅；由于细胞个体大，难以被吸附或结合，而且细胞体积较大，不易从包埋材料中漏出，则固定化细胞一般采用包埋法固定。答案：(1)多酶系统(一系列酶、多种酶)既能与反应物接触，又容易与产物分离，且能反复被利用(2)正常的生活体积会增大(3)室温少细胞难以被吸附或结合；细胞体积较大，不易从包埋材料中漏出7.2019武汉市钢城第四中学高二期中某一实验小组的同学，欲通过制备固定化酵母细胞进行葡萄糖溶液发酵实验，实验材料及用具齐全。(1)酵母细胞的固定采用的方法是_。(2)请完善相关内容：配制氯化钙溶液时应用蒸馏水。海藻酸钠溶液应用_加热。海藻酸钠溶液必须_才能加入酵母细胞。注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入_中形成_。(3)该实验小组用如图所示的装置来进行葡萄糖发酵。为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在_条件下进行。加入反应液后的操作是关闭_。装置的长导管起到什么作用？_。解析：(1)因为细胞相对于酶来说更大，难以被吸附或结合，因此多采用包埋法。(2)配制海藻酸钠溶液：小火、间断加热、定容，如果加热太快，海藻酸钠会发生焦糊。海藻酸钠溶液与酵母细胞混合：冷却后再混合，注意混合均匀，不要进入气泡。注射器中的海藻酸钠和酵母细胞的混合物应滴入氯化钙溶液中形成凝胶珠。(3)为使该实验中所用到的固定化酵母细胞可以反复运用，实验过程中，一定要在无菌条件下进行。加入反应液后为了在无氧条件下进行酒精发酵，应关闭活塞1和活塞2。装置的长导管起到释放二氧化碳，减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染的作用。答案：(1)包埋法(2)小火或间断冷却至室温氯化钙溶液凝胶珠(3)无菌活塞1和活塞2释放co2，减小反应柱内压力并可防止其他微生物污染82019吉林白城一中高二期末下列是有关实验试剂在实验操作中的应用，请分析回答下列问题：(1)作为包埋剂的海藻酸钠加热溶解后，冷却至室温再和一定浓度的酵母菌溶液混合，用注射器将混合液缓慢而匀速地注射到一定浓度的_中，一段时间后得到了固定化的酵母细胞。(2)用上述过程获得的固定化细胞和一定浓度的葡萄糖溶液混合一段时间后，用_检测其酒精的生成情况。若经过检测发现没有酒精生成，请分析其可能的原因有哪些？_(写两点)。解析：(1)作为包埋剂的海藻酸钠加热溶解后，冷却至室温再和一定浓度的酵母菌溶液混合，用注射器将混合液缓慢而匀速地注射到一定浓度的cacl2溶液中，便于形成稳定结构，一段时间后得到了固定化的酵母细胞。(2)用浓h2so4和重铬酸钾(酸性条件下饱和的重铬酸钾)检测酒精成灰绿色；若没有酒精生成，原因可能有：该过程没有隔绝氧气导致酵母菌进行有氧呼吸；该过程葡萄糖浓度过高，引起酵母菌过度失水死亡。答案：(1)cacl2溶液(2)浓h2so4和重铬酸钾(酸性条件下饱和的重铬酸钾)该过程没有隔绝氧气导致酵母菌进行有氧呼吸；该过程葡萄糖浓度过高，引起酵母菌过度失水死亡92019宁夏高二期末下图1表示制备固定化酵母细胞的某步操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。请据图分析并回答下列问题：(1)图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液_，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。海藻酸钠载体的特点是_。(2)某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，出现此结果的可能原因有海藻酸钠浓度过_(“高”或“低”)。(3)若用固定化酶技术生产高果糖浆，需要使用_酶。从酶数量的角度分析，与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是_。如果反应物是大分子物质，应采用固定化_(“酶”或“细胞”)技术。解析：(1)图1中，将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入已活化的酵母细胞，进行充分搅拌，使其混合均匀，再转移至注射器中。海藻酸钠载体的特点是不溶于水、多孔。(2)某同学在图1步骤结束后得到图3所示的实验结果，图3中显示没有形成大小均匀的凝胶珠，形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形，可能原因是海藻酸钠的浓度偏高。(3)若用固定化酶技术生产高果糖浆，需要使用葡萄糖异构酶。固定化酶优点是能使酶既能与反应物接触，又能与产物分离，还可以被反复利用，而固定化细胞优点是成本更低，操作更容易，可以催化一系列的化学反应，因此从酶数量的角度分析，与固定化酶技术相比，固定化细胞固定的是一系列酶或多种酶。因为大分子物质不容易进入细胞，故应采用固定化酶技术。答案：(1)冷却至室温不溶于水、多孔(2)高(3)葡萄糖异构多酶系统(或一系列酶或多种酶)酶102019吉林白山七中高二期中 科研人员开展海藻酸钠固定化乳酸菌的相关研究，得到如下实验结果。请回答下列问题：表：海藻酸钠浓度对乳酸发酵的影响海藻酸钠浓度/%成珠状况01.0成珠较易，但强度较低1.5成珠容易，强度适中2.0成珠较难，强度较高2.5成珠困难，强度高(1)本研究中固定化细胞的技术属于_法，其优点是_。(2)实验中需要先将溶化的海藻酸钠溶液冷却至_后，才能加入乳酸菌。为保证配制的海藻酸钠浓度准确，在海藻酸钠完全溶化后需要_。(3)根据实验结果，研究人员认为海藻酸钠浓度以1.5%为宜，这是因为用较低浓度的海藻酸钠固定时，凝胶珠内部网格较大，有利于_，乳酸发酵速度快。而与浓度为1.0%比较，1.5%时形成的凝胶珠_，有利于凝胶珠的重复利用。(4)利用固定化乳酸菌发酵时，凝胶珠添加量过高会抑制菌株生长，进而使乳酸产量下降。试写出探究凝胶珠适宜添加量的实验思路。_。解析：(1)海藻酸钠属于包埋法中利用的包埋材料，即本研究中固定化细胞的技术属于包埋法，该方法操作简单、对细胞损伤小。(2)实验中需要先将溶化的海藻酸钠溶液冷却至室温后，才能加入乳酸菌，否则会导致高温杀死乳酸菌。为保证配制的海藻酸钠浓度准确，在海藻酸钠完全溶化后需要加无菌水(蒸馏水)定容，保证海藻酸钠溶液的浓度。(3)根据实验结果，研究人员认为海藻酸钠浓度以1.5%为宜，这是因为用较低浓度的海藻酸钠固定时，凝胶珠内部网格较大，有利于凝胶珠内外物质交换，乳酸发酵速度快。而与浓度为1.0%比较，1.5%时形成的凝胶珠强度适中，有利于凝胶珠的重复利用。(4)利用固定化乳酸菌发酵时，凝胶珠添加量过髙会抑制菌株生长，进而使乳酸产量下降。要探究凝胶珠适宜添加量，可以取等量的发酵液，分别加入不同量的凝胶珠，在适宜条件下发酵，相同时间后，比较各发酵液的酸度(或乳酸含量)。答案：(1)包埋操作简单、对细胞损伤小(2)室温加无菌水(蒸馏水)定容(3)凝胶珠内外物质交换强度适中(4)取等量的发酵液，分别加入不同量的凝胶珠，在适宜条件下发酵，相同时间后，比较各发酵液的酸度(或乳酸含量)11请回答下列关于固定化酶和细菌培养实验的问题：(1)某兴趣小组欲利用固定化酶进行酶解淀粉的实验，分组见表。组别固定化酶柱长度(cm)淀粉溶液的流速(mlmin1)甲100.3乙100.5丙150.3丁150.5将吸附了淀粉酶的石英砂装入柱中后，需用蒸馏水充分洗涤固定化酶柱