知识点18-生物技术实践(选修1)

知识点18生物技术实践（选修1）1.(2021·全国甲卷·T37)【生物——选修1:生物技术实践】(15分)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。某同学通过实验比较了几种洗衣粉的去渍效果(“+”越多表示去渍效果越好),实验结果见下表。加酶洗衣粉A加酶洗衣粉B加酶洗衣粉C无酶洗衣粉(对照)血渍++++++++油渍++++++++根据实验结果回答下列问题:(1)加酶洗衣粉A中添加的酶是;加酶洗衣粉B中添加的酶是;加酶洗衣粉C中添加的酶是。

(2)表中不宜用于洗涤蚕丝织物的洗衣粉有,原因是

。

(3)相对于无酶洗衣粉,加酶洗衣粉去渍效果好的原因是

。(4)关于酶的应用,除上面提到的加酶洗衣粉外,固定化酶也在生产实践中得到应用,如固定化葡萄糖异构酶已经用于高果糖浆生产。固定化酶技术是指。固定化酶在生产实践中应用的优点是(答出1点即可)。

【解题指南】(1)本题关键信息:固定化酶技术、表格中的实验结果。(2)解题思路:结合表格中的不同洗衣粉针对不同污渍的清洗效果及酶的专一性,推出每种洗衣粉中添加的酶的种类。结合酶的高效性进行加酶洗衣粉去渍好的原因分析。固定化酶技术直接考查对概念的理解及优点的认识。【解析】本题考查固定化酶技术的概念、优点及酶的专一性、高效性。(1)血渍、油渍中分别含有蛋白质和脂类物质。结合表中结果以及酶的专一性原理,可知洗衣粉A中添加的是蛋白酶,洗衣粉B中添加的是脂肪酶,洗衣粉C中添加的是蛋白酶和脂肪酶。(2)蚕丝织物的主要成分是蛋白质,洗衣粉A和C中添加蛋白酶,会对蚕丝的结构造成破坏。(3)酶具有高效性,加酶洗衣粉可以快速水解污渍中的对应成分。(4)固定化酶技术指用物理或者化学手段,将游离酶封锁在固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用,并可回收长时间使用的一种技术。固定化酶在生产实践中应用的优点是稳定性高,回收方便,易于控制,可反复使用,成本低廉等。答案:(1)蛋白酶脂肪酶蛋白酶和脂肪酶(2)A、C蚕丝的主要成分是蛋白质,A、C两种洗衣粉中有蛋白酶,会对蚕丝织物造成破坏(3)加酶洗衣粉中的酶制剂,能将污渍中的大分子物质水解为可溶性的小分子物质,使污渍容易从衣物上脱落(4)用物理或者化学手段,将酶固定在一定的空间内的技术易于回收、可反复使用2.(2021·全国乙卷·T37)[生物选修1:生物技术实践](15分)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。回答下列问题:(1)米曲霉发酵过程中,加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质,大豆中的可为米曲霉的生长提供氮源,小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供。

(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖,大量分泌制作酱油过程所需的酶类,这些酶中的、能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分,如将蛋白质分解为小分子的肽和。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌,由此可以判断米曲霉属于(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。

(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于(填“真核生物”或“原核生物”);添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是;在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素,据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是。(答出1点即可)

【解析】本题主要考查传统发酵技术及其应用。(1)米曲霉发酵过程中,大豆中的蛋白质含有氮元素,可为米曲霉的生长提供氮源,小麦中的淀粉是糖类,可为米曲霉的生长提供碳源。(2)米曲霉发酵过程中,蛋白酶和脂肪酶能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分,比如蛋白酶将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸。因为发酵过程需要为米曲霉提供营养物质,所以米曲霉属于异养微生物;需要通入空气,所以米曲霉属于好氧微生物。(3)乳酸菌属于原核生物;酵母菌在无氧条件下将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳;发酵过程中抑制杂菌生长的物质可以是酵母菌发酵产生的酒精、乳酸菌发酵产生的乳酸或加入的食盐。答案:(1)蛋白质碳源(2)蛋白酶脂肪酶氨基酸异养好氧(3)原核生物酒精和二氧化碳酒精(或乳酸或食盐)3.(2021·山东等级考·T12)葡萄酒的制作离不开酵母菌。下列说法错误的是 ()A.无氧条件下酵母菌能存活但不能大量繁殖B.自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是野生型酵母菌C.葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的D.制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量增加【解析】选D。酵母菌进行有氧呼吸获得能量大量繁殖,在无氧条件下发酵产生酒精,无氧条件下酵母菌能进行无氧呼吸存活,但不能大量繁殖,A正确;自然发酵制作葡萄酒时起主要作用的菌是葡萄皮上的野生型酵母菌,B正确;葡萄皮中的色素进入发酵液使葡萄酒呈现颜色,C正确;制作过程中随着发酵的进行发酵液中糖含量减少,D错误。4.(2021·山东等级考·T14)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不能直接吸收脂肪的甲,乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落周围呈现深蓝色,乙菌菌落周围不变色,下列说法错误的是 ()A.甲菌属于解脂菌B.实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源C.可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比D.该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力【解析】选B。根据题干信息“甲菌菌落周围呈现深蓝色”,说明甲可以分泌脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸,脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色,因此甲菌属于解脂菌,A正确;乙菌落周围没有出现深蓝色,说明乙菌落不能产生脂肪酶,但乙菌落也可以在培养基上生存,说明该培养基不是以脂肪为唯一碳源,B错误;可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比,更加直观,C正确;可以利用该平板来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力,观察指标为菌落周围深蓝色圈的大小,D正确。5.(2021·山东等级考·T20)含硫蛋白质在某些微生物的作用下产生硫化氢导致生活污水发臭。硫化氢可以与硫酸亚铁铵结合形成黑色沉淀。为探究发臭水体中甲、乙菌是否产生硫化氢及两种菌的运动能力,用穿刺接种的方法,分别将两种菌接种在含有硫酸亚铁铵的培养基上进行培养,如图所示。若两种菌繁殖速度相等,下列说法错误的是 ()A.乙菌的运动能力比甲菌强B.为不影响菌的运动需选用液体培养基C.该实验不能比较出两种菌产生硫化氢的量D.穿刺接种等接种技术的核心是防止杂菌的污染【解析】选B。从图中可以看出,甲菌在试管中分布范围小于乙菌,说明乙菌的运动能力比甲菌强,A正确;为不影响菌的运动需选用半固体培养基,B错误;该实验可以根据黑色沉淀的多少初步比较细菌产生硫化氢的能力,但不能测定产生硫化氢的量,C正确;微生物接种技术的核心是防止杂菌的污染,D正确。6.(2021·河北选择考·T23)[选修1:生物技术实践](15分)葡萄酒生产过程中会产生大量的酿酒残渣(皮渣)。目前这些皮渣主要用作饲料或肥料,同时研究者也采取多种措施拓展其利用价值。回答下列问题:(1)皮渣中含有较多的天然食用色素花色苷,可用萃取法提取。萃取前将原料干燥、粉碎的目的分别是

,

萃取效率主要取决于萃取剂的。萃取过程需要在适宜温度下进行,温度过高会导致花色苷。研究发现,萃取时辅以纤维素酶、果胶酶处理可提高花色苷的提取率,原因是。

(2)为了解皮渣中微生物的数量,取10g皮渣加入90mL无菌水,混匀、静置后取上清液,用稀释涂布平板法将0.1mL稀释液接种于培养基上。104倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为78、91和95,则每克皮渣中微生物数量为个。

(3)皮渣堆积会积累醋酸菌,可从中筛选优良菌株。制备醋酸菌初筛平板时,需要将培养基的pH调至性,灭菌后须在未凝固的培养基中加入无菌碳酸钙粉末、充分混匀后倒平板,加入碳酸钙的目的是

。

培养筛选得到的醋酸菌时,在缺少糖源的液体培养基中可加入乙醇作为。

(4)皮渣堆积过程中也会积累某些兼性厌氧型乳酸菌。初筛醋酸菌时,乳酸菌有可能混入其中,且两者菌落形态相似。请设计一个简单实验,区分筛选平板上的醋酸菌和乳酸菌。(简要写出实验步骤和预期结果)【解析】本题考查的内容有发酵技术、微生物的培养及应用、植物有效成分的提取。(1)萃取效率主要取决于萃取剂的性质和使用量,同时还受原料颗粒的大小、含水量等的影响,所以萃取前将原料进行干燥、粉碎,目的分别是脱水、使萃取剂与原料充分接触、提高萃取效率。萃取时温度过高会使花色苷分解,所以萃取过程需要在适宜温度下进行。植物细胞壁的成分是纤维素和果胶,用纤维素酶和果胶酶处理可除去细胞壁,有利于花色苷的萃取。(2)104倍稀释对应的三个平板中菌落数量分别为78、91和95,则三个平板中平均菌落数为(78+91+95)÷3=88,每克皮渣中微生物数量为88÷0.1×104=8.8×106个。(3)制备醋酸菌初筛平板时,需要将培养基的pH调至中性或微碱性;加入碳酸钙的目的是醋酸菌产生的醋酸和碳酸钙反应,使醋酸菌菌落周围出现溶钙圈,利于醋酸菌的筛选;当缺少糖源时可加入乙醇作为碳源(能源),醋酸菌将乙醇变为乙醛,再变为醋酸。(4)醋酸菌为好氧细菌,与兼性厌氧型的乳酸菌菌落形态相似,且二者产生的代谢产物均可使碳酸钙分解,区分筛选平板上的醋酸菌和乳酸菌,可将平板置于无氧环境下继续培养,观察菌落形态和透明圈大小。若菌落继续生长,且透明圈增大,则为兼性厌氧型的乳酸菌菌落;若菌落不能继续生长,透明圈不再扩大,则为醋酸菌菌落。答案:(1)脱水、使原料与萃取剂充分接触性质和使用量分解除去细胞壁,有利于花色苷的萃取(2)8.8×106(3)中性或微碱醋酸菌产生的醋酸和碳酸钙反应,使醋酸菌菌落周围出现溶钙圈,利于醋酸菌的筛选碳源(4)实验步骤:将平板置于无氧环境下继续培养,观察菌落形态和透明圈大小。预期结果:若菌落继续生长,且透明圈增大,则为兼性厌氧型的乳酸菌菌落;若菌落不能继续生长,透明圈不再扩大,则为醋酸菌菌落。7.(2021·广东选择考·T21)[选修1:生物技术实践](12分)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H,以糖蜜(甘蔗榨糖后的废弃液,含较多蔗糖)为原料,在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料,期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。回答下列问题:(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液体培养基中将蔗糖作为,并不断提高其浓度,经多次传代培养(指培养一段时间后,将部分培养物转入新配的培养基中继续培养)以获得目标菌株。培养过程中定期取样并用的方法进行菌落计数,评估菌株增殖状况。此外,选育优良菌株的方法还有等。(答出两种方法即可)

(2)基于菌株H嗜盐、酸碱耐受能力强等特性,研究人员设计了一种不需要灭菌的发酵系统,其培养基盐浓度设为60g/L,pH为10,菌株H可正常持续发酵60d以上。该系统不需要灭菌的原因是

。(答出两点即可)

(3)研究人员在工厂进行扩大培养,在适宜的营养物浓度、温度、pH条件下发酵,结果发现发酵液中菌株H细胞增殖和PHA产量均未达到预期,并产生了少量乙醇等物质,说明发酵条件中可能是高密度培养的限制因素。

(4)菌株H还能通过分解餐厨垃圾(主要含蛋白质、淀粉、油脂等)来生产PHA,说明其能分泌。

【解析】本题以选育优良的嗜盐单胞菌为背景,主要考查微生物的培养。(1)为提高菌株H对蔗糖的耐受能力和利用效率,可在液体培养基中将蔗糖作为唯一碳源。活细胞计数的方法主要采取稀释涂布平板法,通过统计平板中的菌落数来推测样品中的活菌数。常见育种方法有杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种、基因工程育种,对于优良菌株的选育可采取诱变育种和基因工程育种的方法。(2)根据题干信息可知,该发酵系统的环境为高浓度盐和高pH,一般的微生物不能在这种环境中生长繁殖。(3)根据题目信息“产生了少量乙醇”,说明发酵过程中氧气不充足,进行了无氧呼吸。(4)根据题目信息菌株H可分解含有蛋白质、淀粉、油脂等的餐厨垃圾,因此,可推测菌株H能分泌水解其相应的酶。答案:(1)唯一碳源稀释涂布平板诱变育种和基因工程育种(2)盐浓度为60g/L的条件下,其他杂菌因失水过多而死亡;pH为10的条件下,其他杂菌的酶变性失活,生长繁殖受抑制(3)氧气浓度(4)蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶8.(2021·湖南选择考·T21)大熊猫是我国特有的珍稀野生动物,每只成年大熊猫每日进食竹子量可达12~38kg。大熊猫可利用竹子中8%的纤维素和27%的半纤维素,研究人员可从大熊猫粪便和土壤中筛选纤维素分解菌。回答下列问题:(1)纤维素酶是一种复合酶,一般认为它至少包括三种组分,即。为筛选纤维素分解菌,将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以为唯一碳源的固体培养基上进行培养,该培养基从功能上分类属于培养基。

(2)配制的培养基必须进行灭菌处理,目的是

。

检测固体培养基灭菌效果的常用方法是

。

(3)简要写出测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数的实验思路:

。

(4)为高效降解农业秸秆废弃物,研究人员利用从土壤中筛选获得的3株纤维素分解菌,在37℃条件下进行玉米秸秆降解实验,结果如表所示,在该条件下纤维素酶活力最高的是菌株,理由是:

。

菌株秸秆总重/g秸秆残重/g秸秆失重/%纤维素降解率/gA2.001.5124.5016.14B2.001.5323.5014.92C2.001.4229.0023.32【解析】(1)纤维素酶是一种复合酶,一般认为它至少包括三种组分,即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶。选择培养基的原理是允许特定微生物的生长,同时抑制其他微生物的生长。因此为筛选纤维素分解菌,将大熊猫新鲜粪便样品稀释液接种至以纤维素为唯一碳源的固体培养基上进行培养。(2)灭菌能杀死培养基中的所有微生物(包括芽孢、孢子),因此配制的培养基必须经过灭菌处理才可以获得纯净培养物。为检测灭菌效果可对培养基进行空白培养,即将未接种的培养基在适宜条件下培养一段时间,若无菌落出现,说明培养基灭菌彻底,否则说明培养基灭菌不彻底。(3)为测定大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数,常采用稀释涂布平板法,其原理是当稀释度足够高时,培养基表面的一个菌落来自稀释液中的一个活菌,因此计算出菌落数就可以估测活菌数。又因为粪便中有多种微生物,所以还需要考虑筛选出纤维素分解菌并鉴定。具体思路是在适宜的条件下对大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌进行纯化并计数时,对照组应该涂布等量的无菌水。将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后,取0.1mL涂布到若干个以纤维素为唯一碳源的刚果红固体培养基上(每个稀释度至少涂布三个平板),对菌落数在30~300的平板进行计数,则可根据公式(C÷V)×M计算推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数。(4)测定酶活力时可以用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。由表格可知,在适宜的条件下,C菌株在相同的温度和时间下,秸秆失重最多,纤维素降解率最大,说明该菌株的纤维素分解菌产生的纤维素酶活力最大。答案:(1)C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶纤维素选择(2)杀死培养基中的所有微生物(包括芽孢、孢子)以获得纯净培养物不接种培养(或空白培养或接种无菌水)观察培养基是否长出菌落(3)将大熊猫新鲜粪便样液稀释适当倍数后,取0.1mL涂布到若干个以纤维素为唯一碳源的刚果红固体培养基上(每个稀释度至少涂布三个平板),对菌落数在30~300的平板进行计数,则可根据公式(C÷V)×M计算推测大熊猫新鲜粪便中纤维素分解菌活菌数(4)C接种C菌株后秸秆失重最多,纤维素降解率最大9.(2021·浙江6月选考·T17)下列关于原生质体和细胞计数的叙述,错误的是 ()A.测定植物原生质体的密度时,可用血细胞计数板B.红墨水不能进入活细胞,可用于检测细胞的存活状态并计数C.涂布分离法和划线分离法均能得到单菌落,都可用于细胞计数D.酵母菌在液体培养基中培养一段时间后,可用比浊计测定其密度【解析】选C。细胞计数可用血细胞计数板,A正确;红墨水染色法可鉴定细胞死活,B正确;涂布分离法可用于细胞计数,划线分离法不能用于细胞计数,C错误;比浊计可测定酵母菌密度,D正确。10.(2021·浙江6月选考·T25)BA对苹果丛状苗生根的影响如图所示。对照组为“MS培养基+NAA”,实验组分别选取在“MS培养基+NAA”培养了0h、24h、48h、72h、96h、120h的丛状苗,用“MS培养基+NAA+BA”各处理24h后,再转入“MS培养基+NAA”继续培养。各组都在丛状苗培养的第14d和第28d观察并统计生根率,NAA和BA的浓度均为1μmol·L-1。下列叙述正确的是 ()A.BA前期处理抑制生根,后期处理促进生根B.BA对不同实验组丛状苗的生根效果均不同C.不同实验组丛状苗的生根率随培养时间延长而提高D.实验结果说明了生长素和细胞分裂素共同促进生根【解题指南】(1)关键信息:“用MS培养基+NAA+BA处理的不同实验组及对照组的实验结果”。(2)解题思路:①不同实验组的丛状苗经BA处理后的生根率先降低后升高。②同一实验组的丛状苗经BA处理后,前后时间段测得的生根率均升高。【解析】选C。与对照组相比,BA前期和后期处理均出现了抑制生根,A错误;BA对不同实验组丛状苗的生根效果存在相同情况,B错误;不同实验组的第28d均比第14d的生根率高,C正确;与对照组相比,实验结果中存在抑制生根作用,D错误。11.(2021·浙江6月选考·T26)(7分)某森林因火灾被大片烧毁。下图是火烧后该地的植物群落在恢复过程中,各类不同植物类型生物量的变化状况。回答下列问题:(1)图中的生物量是指净生产量在调查时刻前的。

(2)该植物群落的恢复过程实际上是一个群落的演替过程,这种演替类型属于。恢复到一定阶段时,图示的不同植物类型同时交织在一起,这体现了群落的结构。

(3)当群落演替到时,群落的总生物量将保持相对稳定,其原因是。在此之前的群落演替过程中,不同植物类型中的生物量会持续上升,而的生物量呈下降趋势。

【解析】本题主要考查群落的演替及结构。(1)生物量是指净生产量在调查时刻前的积累量。(2)火灾后的森林恢复属于次生演替,不同植物类型在垂直方向上的分层现象是群落的垂直结构。(3)当群落演替到顶极群落,群落的总初级生产量与总呼吸量相等,群落的总生物量将保持相对稳定。在达到顶极群落前,乔木代替高灌木、矮灌木和草本,因此前者的生物量会持续上升,后者的生物量呈下降趋势。答案:(1)积累量(2)次生演替垂直顶极群落群落的总初级生产量与总呼吸量相等乔木高灌木、矮灌木和草本12.(2021·浙江6月选考·T29)(15分)回答下列(一)、(二)小题:(一)回答与甘蔗醋制作有关的问题:(1)为了获得酿造甘蔗醋的高产菌株,以自然发酵的甘蔗渣为材料进行筛选。首先配制醋酸菌选择培养基:将适量的葡萄糖、KH2PO4、MgSO4溶解并定容,调节pH,再高压蒸汽灭菌,经后加入3%体积的无水乙醇。然后将10g自然发酵的甘蔗渣加入选择培养基,震荡培养24h。用将少量上述培养液涂布到含CaCO3的分离培养基上,在30℃培养48h。再挑取分离培养基上具有的单菌落若干,分别接种到与分离培养基成分相同的培养基上培养24h后,置于4℃冰箱中保存。

(2)优良产酸菌种筛选。将冰箱保存的菌种分别接入选择培养基,培养一段时间后,取合适接种量的菌液在30℃、150r/min条件下震荡培养。持续培养至培养液中醋酸浓度不再上升,或者培养液中含量达到最低时,发酵结束。筛选得到的优良菌种除了产