资源简介

高考二轮专题综合复习
第16讲　生物技术实践
1.细读教材,查缺补漏
(1)在缺氧、呈酸性的发酵液中,酵母菌可以生长繁殖,而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。(教材选修1 P2)
(2)当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸;当缺少糖源时,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为醋酸。(教材选修1 P3)
(3)加盐可以析出豆腐中的水分,使豆腐块变硬,在后期的制作过程中不会过早酥烂。同时,盐能抑制微生物的生长,避免豆腐块腐败变质。(教材选修1 P7)
(4)在寻找目的菌株时,要根据它对生存环境的要求,到相应的环境中去寻找。(教材选修1 P21)
(5)在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂,培养某种细菌后,如果pH升高,指示剂将变红。这样,我们就可以初步鉴定该种细菌能够分解尿素。(教材选修1 P26)
(6)在将样品稀释涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基之前,可以通过选择培养增加纤维素分解菌的浓度,以确保能够从样品中分离到所需要的微生物。(教材选修1 P29)
(7)酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。(教材选修1 P42)
(8)与固定化酶技术相比,固定化细胞制备的成本更低,操作更容易。(教材选修1 P49)
(9)以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中,观察液滴在CaCl2溶液中形成凝胶珠的情形。(教材选修1 P51)
(10)气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序,降低分离效果。在蛋白质分离过程中,仔细观察红色区带在洗脱过程中的移动情况。如果红色区带均匀一致地移动,说明色谱柱制作成功。(教材选修1 P70)
2.规范答题训练
(1)用带盖的瓶子制葡萄酒时,在发酵过程中每隔12 h将瓶盖拧松一次,目的是　放出CO2,防止CO2过多导致发酵瓶爆裂　;不打开瓶盖的目的是　防止O2和杂菌进入　。
(2)腐乳经过微生物的发酵,味道会很鲜美且易于消化和吸收,原因是　豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸　。
(3)灭菌是指　使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子　。
(4)用稀释涂布平板法统计的菌落数往往比活菌的实际数目　低　,原因是　当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的只是一个菌落　。
(5)柑橘和柠檬中的芳香油不能用蒸馏法提取,原因是　水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题　。
(6)使用加酶洗衣粉时,水温过低或过高时洗涤效果不好的原因是　水温过低时酶活性较低,水温过高会使酶变性失活　。
考点一　生物技术在食品加工及其他方面的应用
1.厘清“4”种传统发酵食品的生产技术
果酒 果醋 腐乳 泡菜
菌种 酵母菌 醋酸菌 毛霉等 乳酸菌
原理 　酵母菌　无氧呼吸　产生酒精 　醋酸菌　有氧呼吸　产生醋酸 　毛霉等代谢产生 　蛋白酶和脂肪酶　 　乳酸菌　无氧呼吸　产生乳酸
控制条件 　前期有氧后期无氧,　18~25　℃ 　有氧,　30~35　℃ 　有氧,　15~18　℃ 无氧,常温
实验流程
2.泡菜制作过程中的相关曲线
图16-1
(1)在泡菜制作过程中,亚硝酸盐的含量也是变化的,一般是　先增加后降低　,测定亚硝酸盐含量的目的是掌握取食泡菜的最佳时间。
(2)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N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成　玫瑰红色　染料,通过　目测　比较,可大致估算亚硝酸盐的含量。
(3)检测步骤:配制溶液→制备　标准显色液　→制备样品处理液→　比色　。
3.植物有效成分提取的3种方法的比较
提取方法 实验原理 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,形成　油水混合物　,冷却后,混合物又会重新分出　油层和水层　 　适用于提取玫瑰(精)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 　适用于柑橘、柠檬等易　焦糊　原料中芳香油的提取
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 　适用范围广,要求原料的颗粒要尽可能细小,能充分溶解在有机溶剂中
4.植物芳香油提取实验流程设计
(1)玫瑰精油提取的实验流程
鲜玫瑰花+清水(1∶4)→　水蒸气蒸馏　→油水混合物→加入NaCl分离油层→加入无水Na2SO4　除水　→过滤→玫瑰(精)油。
(2)橘皮精油提取的实验流程
　石灰水　浸泡橘皮→漂洗→　压榨　→过滤→静置→再次过滤→橘皮精油。
(3)提取胡萝卜素的实验流程
胡萝卜→粉碎→干燥→　萃取　→过滤→　浓缩　→胡萝卜素。
考法一　果酒、果醋、泡菜、腐乳的制作
1.我们的生活已经离不开传统发酵技术制作的食品,例如果酒、果醋是聚餐必备的饮品,霉豆腐、泡菜是常见的风味小吃。请根据已学知识回答下列问题:
(1)现代工业生产霉豆腐需要严格控制无菌环境,对豆腐灭菌宜采用　高压蒸汽灭菌　法。从微生物培养的角度看、豆腐是　固体　(按物理性质)培养基,参与霉豆腐发酵的主要微生物是　毛霉　。
(2)工业生产中常利用固定化酵母细胞来制备果酒,该方法与直接用酵母菌发酵相比,其优点是　能够重复利用,降低成本,易与产品分离　。当糖源大量消耗且发酵产酒到适宜程度时,再接种醋酸菌能够继续制醋是因为　醋酸菌在糖源不足时能将乙醇转变为乙醛,再将乙醛转变为醋酸　。
(3)在制作泡菜时常常会加入少量陈泡菜液,其作用是　增加乳酸菌含量,缩短制作泡菜时间　。腌制泡菜过程中会产生亚硝酸盐,其含量测定的原理是在盐酸酸化的条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成　玫瑰红色染料　,通过比色法测定其含量。
(4)泡菜咸而不酸的原因可能是　盐浓度太高,抑制乳酸菌生长,产生的乳酸过少　。
[解析] (1)豆腐相当于毛霉生长的培养基,所以灭菌的方法是高压蒸汽灭菌法;从物理性质上看,豆腐是固体培养基,参与霉豆腐发酵的主要微生物是毛霉。(2)固定化酵母细胞的优点是能够重复利用,降低成本,易与产品分离;醋酸菌在糖源不足时能将乙醇转变为乙醛,再将乙醛转变为醋酸,所以当糖源大量消耗且发酵产酒到适宜程度时,再接种醋酸菌制醋。(3)在制作泡菜时常常会加入少量陈泡菜液,其作用是增加乳酸菌含量,缩短制作泡菜时间;亚硝酸盐含量检测的原理是在盐酸酸化的条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料,可以用比色法测定其含量。(4)泡菜咸而不酸的原因可能是盐浓度太高,抑制乳酸菌生长,产生的乳酸过少。
2.请回答下列与微生物有关的问题:
(1)在果酒、果醋和腐乳制作的过程中,分别使用酵母菌、醋酸菌、毛霉等菌种,它们共有的细胞结构和细胞器是　细胞壁、细胞膜、核糖体　,且都具有的核酸有　DNA和RNA　。
(2)有时果酒制作时,发酵装置的排气口通常要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身相连,目的是　阻挡外界空气中的杂菌进入,防止杂菌污染　。
(3)图16-2表示氧气浓度对培养液中醋酸菌、乳酸菌和酵母菌的呼吸速率的影响,图中三条曲线a、b、c分别代表　酵母菌、醋酸菌、乳酸菌　。
图16-2
(4)如图16-3为人们在生活中总结出的腐乳制作流程图:
制腐乳坯→让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制
图16-3
上述腐乳制作的原理主要是利用毛霉等微生物产生的　蛋白酶和脂肪酶等　,通过发酵,使豆腐中营养物质的种类增加,从而转变成风味独特的腐乳。通过学习,你亲手完成了腐乳制作,最后可以从　色泽、口味、块形等　方面评价腐乳的质量。
[解析] (1)酵母菌、毛霉是真核生物(真菌),醋酸菌是原核生物,酵母菌、醋酸菌、毛霉等都具有细胞壁、细胞膜,细胞中都有核糖体这种细胞器;细胞中都含DNA和RNA两种核酸。(2)果酒制作时,发酵装置的排气口通过一个长而弯曲的胶管与瓶身相连,目的是阻挡外界空气中的杂菌进入。(3)酵母菌、醋酸菌、乳酸菌分别为兼性厌氧菌、好氧菌和厌氧菌。兼性厌氧菌随氧气浓度增大无氧呼吸逐渐受到抑制,有氧呼吸逐渐增强,导致细胞呼吸强度先下降,后上升,对应曲线a;好氧菌随氧气浓度的增大,有氧呼吸逐渐增强,对应曲线b;厌氧菌随氧气浓度的增大无氧呼吸逐渐被抑制,对应曲线c。(4)腐乳制作利用了微生物(主要是毛霉)产生的蛋白酶和脂肪酶,将豆腐中的蛋白质和脂肪分解成小分子物质。完成了腐乳制作,最后可以从色泽、口味、块形等几方面进行评价。
【归纳总结】 控制杂菌的“四大措施”
(1)通过发酵条件控制杂菌:①无氧发酵时的无氧环境可以抑制好氧菌。②乳酸菌发酵、酒精发酵形成的酸性环境抑制杂菌繁殖。(2)利用盐控制杂菌:如腐乳的制作。(3)利用酒精控制杂菌:如果酒、腐乳的制作。(4)利用香辛料控制杂菌:如腐乳、泡菜的制作。
考法二　测定食品加工中可能产生的有害物质
3.泡菜古称菹,是指为了利于长时间存放而经过发酵的蔬菜,早在《诗经》中有“中田有庐,疆场有瓜。是剥是菹,献之皇祖”。泡菜制作简单、风味独特但其中含有亚硝酸盐,人体摄入的亚硝酸盐达到一定量时,会引起中毒,严重时会引起死亡。图甲是某兴趣小组制作泡菜和测定硝酸盐、亚硝酸盐含量的流程图,图乙是实验结果,请回答:
图16-4
(1)泡菜在食用前需用比色法进行亚硝酸盐含量检测,为此最好选择色素含量少或不含色素的新鲜蔬菜制作泡菜,理由是　避免比色时造成颜色干扰　。
(2)发酵初期,硝酸盐还原菌将蔬菜中的硝酸盐还原成亚硝酸盐,与此同时,蔬菜中的某些物质会将亚硝酸盐还原,总体来看,相同时间内生成的亚硝酸盐大于被还原的亚硝酸盐。据此判断图乙中曲线　A　表示泡菜发酵液中亚硝酸盐含量的变化;发酵后期,硝酸盐还原菌的活动受到抑制,可能的原因有　泡菜罐中的氧气大量消耗　、　乳酸菌产生大量乳酸使发酵液pH下降　等。
(3)进一步研究发现,泡菜制作中添加适量的食醋能降低亚硝酸盐含量的峰值。为了进一步探究食醋浓度对亚硝酸盐含量峰值的影响,请你简要写出实验的主要思路。
　将适量的新鲜蔬菜均分为若干组,每组依次加入等量的盐水、调味料和不同浓度的食醋,其他按图甲中流程操作,测定不同食醋浓度下亚硝酸盐的含量并比较其峰值　。
[解析] (1)利用比色法进行亚硝酸盐含量检测时呈现不同深度的玫瑰红色,如果蔬菜本身有颜色,会对实验结果造成干扰。(2)在制作泡菜的过程中,亚硝酸盐的含量是先增多后减少,所以曲线A为亚硝酸盐含量的变化曲线,发酵后期,泡菜罐中氧气减少,乳酸大量积累,pH过低不适宜硝酸盐还原菌的生存。(3)要探究食醋浓度对亚硝酸盐含量峰值的影响,实验自变量为食醋浓度,并且做实验要遵循对照原则,所以实验的主要思路为配制一系列具有浓度梯度的食醋溶液,再加一组不添加食醋,加入等量蒸馏水的对照组,分别添加到等量的泡菜中,定期测定亚硝酸盐的含量,观察并记录亚硝酸盐含量的峰值。
考法三　植物有效成分的提取
4.提取植物有效成分时,不同的有机物具有不同的理化特性,所采用的提取方法也不同。分析下列关于提取植物有效成分的实验,回答相关问题:
(1)柠檬精油是生产食品和药品的常用原料,柠檬花中含有精油A,柠檬皮中精油B含量较高。两者都难溶于水,且具有挥发性,精油A的热稳定性比精油B高,根据两者的特性,提取精油A可以选择与玫瑰精油一样的提取方式,常采用的方法是　水蒸气蒸馏法(或水中蒸馏法)　,提取原理是　利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来　,形成油水混合物,冷却后,混合物又重新分出油层和水层。此方法不适用于精油B的提取,原因是　精油B热稳定性较低,加热易分解,且原料易焦糊　。
(2)柠檬精油A和精油B易溶于有机溶剂,如果要高效提取食品级精油B,最好选择　压榨法　(填“萃取法”或“压榨法”),原因是　精油B热稳定性较低,萃取时加热会分解,影响提取效率或可避免萃取剂不易从产品中分离的问题或可避免萃取剂的毒性影响产品的质量　。
(3)工业生产上,提取天然β-胡萝卜素的方法主要有三种,一种是从植物中获取,二是　从大面积养殖的岩藻中获得　,三是利用微生物的发酵生产。按照“胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素”流程　不能　(填“能”或“不能”)得到纯净的β-胡萝卜素,理由是　获得的胡萝卜素中除β-胡萝卜素外还有其他类型的胡萝卜素　(不考虑杂质)。
[解析] (1)精油A具有较高的热稳定性,难溶于水且具有挥发性,可采用水蒸气蒸馏法;水蒸气蒸馏法的原理:利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来,形成油水混合物,冷却后,混合物又分出油层和水层;精油B热稳定性较低,加热易分解,且原料易焦糊,不适合采用水蒸气蒸馏法。(2)由于精油B热稳定性较低,萃取时加热会分解,影响提取效率;另外萃取法还面临萃取剂不易从产品中分离以及萃取剂的毒性影响产品的质量的问题,所以采用压榨法比较好。(3)工业生产上,提取天然β-胡萝卜素的方法主要有三种,一种是从植物中获取,二是从大面积养殖的岩藻中获得,三是利用微生物的发酵生产。按照“胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素”流程获得的胡萝卜素中,除β-胡萝卜素外还有其他类型的胡萝卜素,所以不能得到纯净的β-胡萝卜素。
5.漆树种子中的油脂(不溶于水,易溶于脂溶性溶剂)可开发为食用油或转化为生物柴油。目前常用溶剂萃取法提取漆树种子油脂,其过程为漆树种子→粉碎→加溶剂→水浴加热→溶剂不断回流提取→蒸发溶剂→收集油脂。回答下列问题:
(1)对漆树种子中的油脂进行萃取时,为了不影响油脂品质和提取效果,应使用　自然晾干　(填“自然晾干”“高温烘干”或“新鲜”)的漆树种子。粉碎漆树种子的目的是　便于原料和溶剂充分接触,提高萃取效率(得率)　。
(2)利用不同溶剂进行萃取时,对油脂的萃取得率和某些重要理化性质的影响不同,实验结果如表。
丙酮 石油醚 乙醛 正己烷 混合溶剂
萃取得率 23.72% 26.35% 25.30% 26.17% 28.73%
酸值 8.26 7.96 8.12 7.98 8.31
过氧化值 9.82 5.73 5.83 6.13 7.53
注:酸值高,说明油脂品质差;过氧化物是油脂变质过程中的中间产物,其含量常用过氧化值来表示。
实验结果表明,　石油醚　作为萃取溶剂较为合理,理由是　萃取得率较高,可得到较多的油脂,酸值和过氧化值最小,说明油脂品质较高　。
(3)萃取过程中,影响萃取的因素除漆树种子和溶剂外,还有　萃取温度(水浴温度)、萃取时间等　(写出两点即可)。萃取液的浓缩可直接使用　蒸馏　装置。萃取过程应该避免明火加热,原因是　有机溶剂一般是易燃物,直接用明火加热容易引起燃烧、爆炸　。
(4)日常化工生产中,丙酮和石油醚都能用作漆树种子油脂的萃取剂。但在胡萝卜素的萃取中,　丙酮　不适合作为萃取剂,原因是　丙酮是水溶性有机溶剂,萃取胡萝卜素的有机溶剂不能与水混溶　。
[解析] (1)提取漆树种子中的油脂使用的是萃取法,由于新鲜种子中含水量高,用于提取的有机溶剂会被水稀释,从而降低对油脂的提取效果,故应选择自然晾干的漆树种子。粉碎漆树种子有利于原料和溶剂的充分接触,提高萃取的效率。(2)根据表格数据分析,石油醚作为萃取溶剂时萃取得率较高,可得到较多的油脂,酸值和过氧化值最小,说明油脂品质较高。(3)萃取过程中,漆树种子、溶剂、萃取温度、萃取时间等均会影响萃取。萃取液的浓缩可直接使用蒸馏装置;萃取过程应该避免明火加热,应采用水浴加热,原因是有机溶剂一般是易燃物,直接用明火加热容易引起燃烧、爆炸。(4)由于丙酮是水溶性有机溶剂,萃取胡萝卜素的有机溶剂不能与水混溶,故在胡萝卜素的萃取中,丙酮不适合作为萃取剂。
【归纳提升】 物质分离常用的5种方法
项目 对象 方法
① 　分离油水混合物 分液法
② 　除去压榨液中的固体物和残渣(固液分离) 过滤法
③ 　除去液体中质量较小的固体残留物(固液分离) 离心法
④ 　除去芳香油中的残留水分 加入无水硫酸钠后过滤
⑤ 　除去萃取液中的有机溶剂 蒸馏法
考点二　微生物的分离、培养与应用
1.记住几种常用的消毒方法和灭菌方法
图16-5
2.掌握培养基制备与微生物纯化技术
图16-6
3.掌握微生物的筛选原理和两个实例
(1)原理:人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等),同时　抑制或阻止　其他微生物的生长。因此,可以通过配制选择培养基、控制培养条件等选择目的微生物。
4.掌握统计微生物数目的方法
(1)显微镜直接计数法
①原理:利用特定细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下计算一定容积的样品中微生物的数量。
②缺点:不能区分　死菌和活菌　。
(2)活菌计数法(间接计数法)
①原理:当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,来源于样品稀释液中的　一个活菌　,通过统计平板上的菌落数,就能推测出样品中大约含有多少活菌。
②计算公式:每克样品中的菌株数=(C÷V)×M,其中,C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数,V代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL),M代表稀释倍数。
③操作:设置　重复组　,增强实验的说服力与准确性。同时为了保证结果准确,一般选择菌落数在　30~300　的平板进行计数。
考法一　微生物实验室培养及无菌操作技术
1.微生物广泛分布在自然界中,它们个体微小,与人类关系密切。人类只有清楚地认识它们,才能合理利用它们。请回答下列与微生物的培养、分离、计数、鉴定和菌种保藏等方面的问题:
(1)制备牛肉膏蛋白胨固体培养基在加热琼脂时需要不断用玻棒搅拌,目的是　防止琼脂糊底而导致烧杯破裂　。配制好的培养基转移到锥形瓶中后,可采用　高压蒸汽灭菌　法进行灭菌。待培养基冷却至50 ℃左右时,在　酒精灯火焰附近　倒平板。
(2)在牛肉膏蛋白胨固体培养基上纯化大肠杆菌时,最常用的接种方法是　平板划线法　和　稀释涂布平板法　,两者分别是通过在固体培养基表面连续划线、对菌液进行一系列的梯度稀释来实现分离纯化的。
(3)对微生物的计数除用显微镜直接计数外,还可以利用稀释涂布平板法统计样品中的活菌数目,该方法每隔24 h统计一次菌落数目,选取菌落数目稳定时的记录作为结果,其好处是　防止因培养时间不足而遗漏菌落　。
(4)观察菌落特征能够鉴别不同种类的微生物,其原理是　在一定的培养条件下,不同种微生物形成的菌落特征不同(或同种微生物表现出稳定的菌落特征)　。
(5)将菌种试管放入4 ℃的冰箱中临时保藏,这种方法菌种保存的时间不长,原因是　菌种易被污染或产生变异　。
[解析] (1)配制牛肉膏蛋白胨固体培养基,在熔化琼脂时需要不断用玻棒搅拌,防止琼脂糊底而导致烧杯破裂;配制好的培养基转移到锥形瓶中后,可采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌;待培养基冷却至50 ℃左右时,在酒精灯火焰附近倒平板,以防止杂菌污染。(2)纯化大肠杆菌时,最常用的接种方法为平板划线法和稀释涂布平板法。(3)用稀释涂布平板法统计样品中的活菌数目时,每隔24 h统计一次菌落数目,并选取菌落数目稳定时的记录作为结果,这样可以防止因培养时间不足而遗漏菌落。(4)在一定的培养条件下,不同种微生物形成的菌落特征不同(或同种微生物表现出稳定的菌落特征),据此可鉴别不同种类的微生物。(5)对于频繁使用的菌种,可以将菌种试管放入4 ℃的冰箱中临时保藏,但是,这种方法保存的时间不长,菌种容易被污染或产生变异。
2.大肠杆菌是生活于人和动物肠道中的细菌,是一种常用的生物学实验材料,其代谢产物能与染料伊红美蓝反应,使菌落呈黑色。下表是微生物实验室常用的一种培养大肠杆菌的培养基配方。
成分 含量
蛋白胨 10.0 g
乳糖 5.0 g
NaCl 5.0 g
琼脂 12.0 g
将上述物质溶解后,用蒸馏水定容到1000 mL
(1)该培养基中蛋白胨为微生物生长提供了　碳源、氮源　和维生素。
(2)培养大肠杆菌时,通常需要检测培养基是否被污染,对于固体培养基应采用的检测方法是　将未接种的培养基在相同条件下进行培养　。对已使用过的培养基及其培养物必须经过　灭菌　处理后才能丢弃,以防止培养物污染环境。
(3)为检测水体中大肠杆菌数量,可在上表中的培养基中添加伊红美蓝染料,将水样适当稀释后,取样涂布在该培养基中,适宜条件下培养后选择颜色为黑色的菌落进行计数。该方法的原理是①　大肠杆菌代谢产物能与染料伊红美蓝反应,使菌落呈黑色　;②　当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落来源于样品稀释液中的一个活菌　。
[解析] (1)培养基中的蛋白胨可以为微生物的生长、繁殖提供碳源、氮源和维生素。(2)检测固体培养基是否被污染的方法:将未接种的培养基在适宜的温度下放置适宜的时间,观察培养基上是否有菌落产生,若有菌落出现说明被污染。对已使用过的培养基及其培养物必须经过灭菌处理后才能丢弃,以防止培养物的扩散,造成环境污染。(3)大肠杆菌代谢产物能与染料伊红美蓝反应,使菌落呈黑色,因此将水样适当稀释后,取样涂布在题述培养基中,应选择颜色为黑色的菌落进行计数,该方法是通过统计平板上的菌落数来推测样品中的活菌数,其原理是当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落来源于样品稀释液中的一个活菌。
考法二　微生物的分离与计数
3.金黄色葡萄球菌是一种常见的食源性致病微生物,该菌具耐高盐的特性。哥伦比亚血平板含无菌脱纤维羊血,金黄色葡萄球菌可破坏菌落周围的红细胞,产生透明的溶血圈。如图16-7为检测鲜牛奶中是否存在金黄色葡萄球菌的操作流程,请回答:
图16-7
(1)从功能上看7.5%NaCl(高盐)肉汤培养基属于　选择　培养基,用该培养基对金黄色葡萄球菌进行培养的主要目的是提高　金黄色葡萄球菌的浓度　 。
(2)从培养过程分析,振荡培养可以　使微生物与营养物质充分接触,增加O2浓度　,更有利于微生物的生长。
(3)在配制哥伦比亚血平板时,添加无菌脱纤维羊血是在高压蒸汽灭菌　之后　(填“之前”或“之后”),原因是　防止高温破坏红细胞　。
(4)图中血平板采用的接种方法是　平板划线法　。经规范操作并多次重复,血平板上均出现　周围出现透明溶血圈　的菌落,初步证明鲜牛奶中存在金黄色葡萄球菌。但牛奶供应商仍认为此菌并非牛奶所携带,因此需要对本次操作进行完善,具体方案是　设置不加(鲜)牛奶但其他操作和培养条件均相同的对照组　。
[解析] (1)金黄色葡萄球菌具耐高盐的特性,可用7.5%NaCl(高盐)肉汤培养基进行选择培养,可进一步提高金黄色葡萄球菌的浓度。(2)振荡培养的目的是使微生物与营养物质充分接触,增加O2浓度,更有利于微生物生长。(3)因为无菌脱纤维羊血中有红细胞,而高温会破坏红细胞,故添加无菌脱纤维羊血是在高压蒸汽灭菌之后。(4)题图所示接种方法是平板划线法。金黄色葡萄球菌可破坏菌落周围的红细胞,产生透明的溶血圈;本实验缺乏对照组,实验不完善,还需要设置不加(鲜)牛奶但其他操作和培养条件均相同的对照组。
4.有机磷农药使用不当时会造成瓜果蔬菜、土壤等农药残留超标,危害人类健康。某科研团队欲筛选出能高效降解有机磷农药的细菌,土壤是微生物的大本营,可从中分离出目的菌。该科研团队设计的流程如图16-8,回答下列问题:
样品采集→甲→分离纯化→鉴别培养→菌种鉴定→菌种保存
图16-8
(1)流程图中甲步骤是指　选择培养　,这一步的目的是增加目的菌的比例和密度,因此在培养基的配制成分上,应该以有机磷农药为唯一的　碳源　;从用途上分,该培养基属于　选择　培养基。
(2)分离纯化时用到的是固体培养基,配制的步骤为计算→称量→溶化→灭菌→　倒平板　。若要对土壤中有机磷分解菌进行计数,可以将10 g土样用90 mL无菌水配制成土壤溶液,并且进行一系列梯度稀释,每个稀释度下至少涂布三个平板。具体操作时用到的接种工具是　涂布器　,并采用　灼烧灭菌　的方法对该接种工具进行灭菌。
(3)若要确定培养基是否灭菌合格,对照组的设置是　将未接种的(或接种等量无菌水的)培养基在相同条件下进行培养　。
(4)若稀释106倍对应的三个平板上的菌落数分别是112、114、113,每个平板上涂布的稀释液体积为0.1 mL,则每克土壤样品中的菌落数是　1.13×109　个。
[解析] (1)采集的样品中目的菌数量可能较少,所以需要经过选择培养(扩大培养)以增加目的菌的浓度;为了筛选出能高效降解有机磷农药的细菌,应以有机磷农药作为培养基中唯一的碳源;从用途上分,该培养基属于选择培养基。(2)培养基的制备步骤:计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。有机磷分解菌的纯化培养方法是稀释涂布平板法,所以需要用到涂布器;涂布器采用灼烧灭菌法进行灭菌。(3)为了确定实验组的培养基是否灭菌合格,对照组应该在相同的条件下培养未接种的(或接种等量无菌水的)培养基,如果对照组无菌落产生,说明灭菌合格。(4)已知对土壤中有机磷分解菌进行计数,选取了10 g土样,用90 mL无菌水配制成土壤溶液,则每克土壤样品中的菌落数为(112+114+113)÷3÷0.1×106=1.13×109(个)。
考点三　酶的应用和血红蛋白的提取与分离
1.酶活性测定的一般原理和方法
(1)酶活性的含义:酶的活性(力)是指酶催化一定化学反应的能力。
(2)酶活性测定的一般原理和方法:酶的活性通常以单位时间内、单位体积中　反应物的减少量　或者单位时间内、单位体积中　产物的增加量　来表示。
2.果胶酶在果汁生产中的作用的相关实验分析
实验名称(目的) 自变量 因变量 注意事项
　探究温度对果胶酶活性的影响 温度 果汁量(澄清度) 　①底物和酶在混合时的温度是相同的;②苹果泥和果胶酶用量在各个试管中应相同;③pH应为最适pH
　探究pH对果胶酶活性的影响 pH 　①温度应为最适温度;②pH梯度可用NaOH溶液和盐酸调节;③用玻璃棒搅拌使反应充分进行
　探究果胶酶的用量 果胶酶的 用量 　①制备苹果泥后迅速加热,使苹果泥中的果胶酶变性;②温度、pH应为最适且保持不变
3.探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
(1)实验原理:加酶洗衣粉中的酶制剂有多种,包括　蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶　等。加入不同的酶制剂,可制成用于洗涤不同污渍的加酶洗衣粉。复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多,对各种污渍都有较好的洗涤效果。
(2)实验操作程序
步骤 烧杯编号
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
注入自来水 500 mL 500 mL 500 mL
加入物质(等量) 奶渍布 奶渍布 奶渍布
控制水温 37 ℃ 37 ℃ 37 ℃
加入洗衣粉(等量) 蛋白酶洗衣粉 复合酶洗衣粉 脂肪酶洗衣粉
玻璃棒搅拌(等速) 5分钟 5分钟 5分钟
观察实验现象
4.固定化酶和固定化细胞的比较
固定化酶 固定化细胞
固定酶的种类 　一种　 　一系列　
适用方法 　化学结合法、物理吸附法　 　包埋法　
特 点 优点 　酶既可与反应物结合,又可与产物分离,固定在载体上的酶可反复利用 成本低,操作容易
缺点 　一种酶只能催化一种或一类化学反应 可能导致反应效率下降
实例 固定化葡萄糖异构酶 固定化酵母细胞
5.血红蛋白的提取和分离
图16-9
考法一　酶在食品制造和洗涤等方面的应用及其活力测定的考查
1.工业生产果汁时,常常利用果胶酶破除果肉细胞的细胞壁以提高出汁率。为研究温度对果胶酶活性的影响,某学生设计了如图16-10所示的实验:
图16-10
①将果胶酶与苹果泥分装于不同的试管,在10 ℃水浴中恒温处理10 min(如图中A)。
②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合,再次在10 ℃水浴中恒温处理10 min(如图中B)。
③将步骤②处理后的混合物过滤,收集滤液,测量果汁量(如图中C)。
在不同温度条件下重复以上实验步骤,并记录果汁量,结果如下表:
温度/℃ 10 20 30 40 50 60 70 80
出汁量/mL 8 13 15 25 15 12 11 10
根据上述实验,请分析并回答下列问题:
(1)果胶酶能破除细胞壁,是因为果胶酶可以促进细胞壁中　果胶　的水解。
(2)实验结果表明,在上述8组实验中,当温度为　40 ℃　时果汁量最多,此时果胶酶的活性　最强　。当温度再升高时,果汁量降低,说明　温度升高,降低了酶的活性　。
(3)实验步骤①的目的是　使果胶酶和苹果泥处于同一温度条件下　。
[解析] (1)果胶酶可将细胞壁中的果胶分解成半乳糖醛酸,因此果胶酶能破除细胞壁。(2)根据表中数据可知,温度为40℃时果汁量最多,说明此时果胶酶的活性最大;当温度再升高时,果汁量降低,说明温度升高,降低了酶的活性。(3)实验步骤①的目的是使果胶酶和苹果泥处于同一温度条件下,避免混合过程中引起温度的变化。
2.酶是细胞合成的生物催化剂,已经从实验室走进人们的生产、生活。请结合酶在食品、医药方面的应用,回答下列问题:
(1)我国很多传统发酵食品都是利用微生物中的酶来制作的,腐乳发酵的原理是在　蛋白酶和脂肪　酶的作用下将豆腐中的大分子物质水解成了小分子的氨基酸、脂肪酸等物质,从而带有独特的风味。果醋和泡菜虽然都是酸味食品,但二者酸味却大不相同,原因是　果醋发酵利用的主要微生物是醋酸菌,产物是醋酸;泡菜中主要微生物是乳酸菌,产物是乳酸　。
(2)从细胞中提取生物大分子的思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子,常用的根据分子大小分离不同蛋白质的方法有　凝胶色谱法　、　SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳　等。一般来说,从细胞内直接提取的酶　不能　(填“能”或“不能”)直接用在加酶洗衣粉中提高洗涤效果,原因是　温度、酸碱度和表面活性剂会影响酶的活性,如果直接加入会导致酶失活　。
(3)为了能够反复使用酶,也可以将其固定化之后再与反应物接触,比如常用的包埋剂海藻酸钠在溶化时一般要　小火间断　加热,避免加热太快出现　焦糊　。
[解析] (1)腐乳的发酵过程主要是利用毛霉分泌的蛋白酶、脂肪酶等将豆腐中的大分子物质分解成氨基酸、脂肪酸等小分子物质的过程。不同种类的微生物含有不同的酶,催化的反应不同,最后的产物也不同。制备果醋是利用醋酸菌发酵产生醋酸,制备泡菜是利用乳酸菌发酵产生乳酸。(2)凝胶色谱法和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳都是利用分子大小来分离不同蛋白质的方法。从细胞中提取的酶不能直接用在加酶洗衣粉中,因为温度、酸碱度和表面活性剂会影响酶的活性,如果直接加入会导致酶失活。(3)海藻酸钠在溶化时最好小火间断加热,以防止温度过高造成焦糊。
考法二　固定化酶和固定化细胞的制备与应用的考查
3.制备固定化酵母细胞的过程为酵母细胞活化→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。回答相关问题:
(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)影响此实验成败的关键步骤是配制海藻酸钠溶液,此步的操作应采用　小火间断　加热的方法,以防止发生焦糊现象。
(3)海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能和酵母细胞混合,原因是　高温会导致酵母细胞死亡　。
(4)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右,目的是　使胶体聚沉形成稳定的凝胶珠结构　。
(5)如果制作的凝胶珠颜色过浅、呈白色,说明海藻酸钠的浓度偏低,固定的酵母菌细胞数目会偏　少　。
(6)固定化酵母细胞的优点是　固定的是多种酶;酶在细胞内的稳定性高,完整细胞固定化后酶的活性损失少;成本低,操作简单(答出两条即可)　。
(7)制备固定化酶则不宜用此方法,原因是　酶分子较小,容易从包埋材料中漏出　。
[解析] (1)酵母菌在缺水状态下处于休眠状态,活化加入水使得酵母菌恢复正常的生活状态。(2)实验成败的关键是配制海藻酸钠溶液,形成凝胶珠,应注意要小火间断加热,防止焦糊。(3)海藻酸钠溶液必须冷却至室温后才能和酵母细胞混合,防止高温杀死酵母菌。(4)刚形成的凝胶珠要在CaCl2溶液中浸泡30 min左右,以便Ca2+与Na+充分交换,使胶体聚沉形成稳定的凝胶珠结构。(5)观察形成的凝胶珠的颜色和形状,如果颜色过浅,呈白色,说明固定化酵母细胞数目较少,是海藻酸钠浓度过低造成的。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形,则说明海藻酸钠的浓度偏高,制作失败,需要再作尝试。(6)固定化酵母细胞的同时固定的是一系列酶,其优点为酶在细胞内的稳定性高,完整细胞固定化后,酶的活性损失少,且成本低,操作简单 。(7)制备固定化酶不宜用包埋法,是因为酶分子较小,容易从包埋材料中漏出。因此制备固定化酶常用化学结合法和物理吸附法。
4.葡萄糖异构酶经固定化后,可用于工业化生产高果糖浆。请回答下列问题。
(1)戊二醛是一种交联剂,能与葡萄糖异构酶通过化学键交联。将酶液、 戊二醛溶液先后加入海藻酸钠溶液中搅拌均匀, 用注射器将混合液注入　CaCl2　溶液中可得到凝胶珠粒,此过程所用的固定化酶方法为　包埋法、 化学结合法　。
(2)海藻酸钠的浓度会影响凝胶珠粒的形状,若珠粒呈“蝌蚪”状,有明显的拖尾现象,原因可能是　海藻酸钠浓度过高　,此珠粒中固定化酶活力较低,原因是　(交联后的)葡萄糖异构酶易从海藻酸钠中漏出　。
(3)1个葡萄糖异构酶活力单位常定义为每分钟产生1 μmol　果糖　所需的酶量。图16-11是温度对葡萄糖异构酶的固定化酶和游离酶活力的影响曲线,该曲线表明　固定化酶和游离酶的最适温度相同; 低于或高于最适温度时, 固定化酶的活力高于游离酶　。
图16-11
(4)在用葡萄糖异构酶凝胶反应柱生产高果糖浆时,若糖液在流经1次反应柱后果糖的浓度低于产品标准,对此你提出的改进方案是　增加葡萄糖异构酶凝胶的装载量(或增高反应柱); 降低糖液流速;将流出液再次加入反应柱;更换直径较细的柱筒等　(答出2点)。
[解析] (1)戊二醛是一种交联剂,能与葡萄糖异构酶通过化学键交联。将酶液、戊二醛溶液先后加入海藻酸钠溶液中搅拌均匀,用注射器将混合液注入CaCl2溶液中可得到凝胶珠粒,此过程所用的固定化酶方法为包埋法、化学结合法。(2)海藻酸钠的浓度会影响凝胶珠粒的形状,若珠粒呈“蝌蚪”状,有明显的拖尾现象,原因可能是海藻酸钠的浓度过高,此珠粒中固定化酶活力较低的原因是交联后的葡萄糖异构酶易从海藻酸钠中漏出,影响酶与底物的结合。(3)高果糖浆的生产需要的酶是葡萄糖异构酶,1个葡萄糖异构酶活力单位常定义为每分钟产生1 μmol果糖所需的酶量。通过分析温度对相对酶活力影响的曲线图可知,固定化酶和游离酶的最适温度相同,均对应横坐标上同一点,低于或高于最适温度时,固定化酶的活力都高于游离酶。(4)改进方案主要有增加葡萄糖异构酶凝胶的装载量;降低糖液流速;将流出液再次加入反应柱;更换直径更细的柱筒等。
【易错提醒】 1.海藻酸钠溶液的浓度对包埋酵母细胞数量的影响
(1)海藻酸钠溶液浓度过高,将很难形成凝胶珠。
(2)浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少。
2.海藻酸钠溶液配制注意事项
(1)海藻酸钠溶化时要用小火间断加热,避免发生焦糊。
(2)将溶化后的海藻酸钠先冷却至室温,再与酵母细胞混合,避免高温杀死酵母细胞。
(3)固定化酵母细胞时,应将海藻酸钠、酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中,而不是注射,以免影响凝胶珠的形成。
考法三　蛋白质的提取和分离
5.蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象,研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律的科学。这个概念最早是在1994年,由Marc Wikins首先提出。将蛋白质进行分离是蛋白质组学研究的第一步,请回答有关问题:
(1)实验室为提取血红蛋白,经常采用哺乳动物成熟的红细胞为实验材料,原因是　哺乳动物成熟红细胞无细胞核及细胞器,杂蛋白较少,便于分离　。
(2)凝胶色谱法也叫作　分配色谱法　,所用凝胶大多是由　多糖类化合物(琼脂糖)　构成的微小的多孔球体。
(3)利用图16-12所示凝胶色谱装置分离血红蛋白,所用的缓冲溶液是　磷酸缓冲液　,待　待红色的蛋白质接近色谱柱底端时　时用试管收集流出液。
图16-12
(4)若实验样品为相对分子质量大小不同的多种蛋白质混合物,则所收集样品中最左侧试管蛋白质相对分子质量　小于　(填“大于”“小于”或“等于”)最右侧试管中蛋白质相对分子质量。
(5)判断纯化的蛋白质是否达到要求,需要进行蛋白质纯度的鉴定。鉴定的方法中,使用最多的是　SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳　。
[解析] (1)哺乳动物成熟红细胞无细胞核及细胞器,含有大量的血红蛋白,杂蛋白较少,便于分离。(2)凝胶色谱法也叫作分配色谱法;所用的凝胶大多数是由葡聚糖或琼脂糖等多糖类化合物构成的微小的多孔球体。(3)分离血红蛋白所用的缓冲溶液是20 mmol/L的磷酸缓冲液;血红蛋白因含有血红素而呈现红色,待红色的蛋白质接近色谱柱底端时,用试管收集流出液,每5 mL收集一管,连续收集。(4)凝胶色谱柱中蛋白质相对分子质量大的移动路径短,最先分离出来,蛋白质相对分子质量小的移动路径较长,较慢分离出来,最右侧试管最先收集,则其中的蛋白质相对分子质量大于最左侧试管中蛋白质的相对分子质量。(5)进行蛋白质纯度的鉴定,在鉴定的方法中,使用最多的是SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳。
【易错警示】 关注血红蛋白提取中2个易错点
(1)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。
(2)血红蛋白释放过程中,蒸馏水的作用是使红细胞涨破,甲苯的作用主要是溶解细胞膜。
1.[2021·全国乙卷] 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。
图16-13
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　蛋白质　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　碳源　。
(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　蛋白酶　、　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,如将蛋白质分解为小分子的肽和　氨基酸　。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　异养好氧　(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　原核生物　(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　酒精和CO2　。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　酒精(乳酸或食盐)　(答出1点即可)。
[解析] (1)大豆中富含蛋白质,蛋白质中含有氮元素,可为米曲霉的生长提供氮源,小麦中富含淀粉等多糖,可为米曲霉的生长提供碳源。(2)米曲霉生长繁殖过程中,大量分泌各种具有消化分解作用的酶类,如分解蛋白质的蛋白酶,分解脂肪的脂肪酶;蛋白质可被分解为小分子的肽以及氨基酸。米曲霉发酵过程需要提供有机养料、通入空气并搅拌,由此可以判断米曲霉需要依赖现成有机物和氧气才可存活,属于异养好氧微生物。(3)乳酸菌属于原核生物,酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸,产物是酒精和CO2;在该阶段抑制杂菌生长的物质是酒精、高浓度食盐、乳酸等。
2.[2021·全国甲卷] 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　蛋白酶　;加酶洗衣粉B中添加的酶是　脂肪酶　;加酶洗衣粉C中添加的酶是　蛋白酶和脂肪酶　。
(2)表中不宜用于洗涤蚕丝织物的洗衣粉有　加酶洗衣粉A和C　,原因是　洗衣粉中的蛋白酶可能会分解蚕丝织物中的蛋白质而损伤衣物　。
(3)相对于无酶洗衣粉,加酶洗衣粉去渍效果好的原因是　酶可以将污渍中的大分子物质分解为小分子物质,使污渍易从衣物上脱落　。
(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　利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术　。固定化酶在生产实践中应用的优点是　固定化酶能够反复利用,从而能降低生产成本　(答出1点即可)。
[解析] (1)加酶洗衣粉A对血渍去除效果较好,血渍中含蛋白质多,因此加酶洗衣粉A中添加的酶是蛋白酶。加酶洗衣粉B对油渍的去除效果较好,故其中添加的是脂肪酶。加酶洗衣粉C对油渍和血渍的去除效果都强,油渍中含脂肪多,血渍中含蛋白质多,故加酶洗衣粉C中添加的酶是蛋白酶和脂肪酶。(2)表中不宜用于洗涤蚕丝织物的洗衣粉有加酶洗衣粉A和C,原因是这两种洗衣粉都有蛋白酶,蚕丝织物的主要成分是蛋白质,会被蛋白酶破坏。(3)相对于无酶洗衣粉,加酶洗衣粉去渍效果好的原因是蛋白酶能将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子的肽,使污物容易从衣物上脱落,脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶也能分别将脂肪、淀粉和纤维素水解,故加酶洗衣粉具有更好的去污能力。(4)固定化酶技术是利用物理或化学方法将酶固定在一定空间内的技术。固定化酶在生产实践中应用的优点是易于回收、可重复利用,从而能降低生产成本。
3.[2020·全国卷Ⅰ] 某种物质S(一种含有C、H、N的有机物)难以降解,会对环境造成污染,只有某些细菌能降解S。研究人员按照图16-14所示流程从淤泥中分离得到能高效降解S的细菌菌株。实验过程中需要甲、乙两种培养基,甲的组分为无机盐、水和S,乙的组分为无机盐、水、S和Y。
图16-14
回答下列问题:
(1)实验时,盛有水或培养基的摇瓶通常采用　高压蒸汽灭菌　的方法进行灭菌。乙培养基中的Y物质是　琼脂　。甲、乙培养基均属于　选择　培养基。
(2)实验中初步估测摇瓶M中细菌细胞数为2×107个/mL,若要在每个平板上涂布100 μL稀释后的菌液,且保证每个平板上长出的菌落数不超过200个,则至少应将摇瓶M中的菌液稀释　104　倍。
(3)在步骤⑤的筛选过程中,发现当培养基中的S超过某一浓度时,某菌株对S的降解量反而下降,其原因可能是　S的浓度超过某一值时会抑制菌株的生长　(答出1点即可)。
(4)若要测定淤泥中能降解S的细菌细胞数,请写出主要实验步骤:　取淤泥加入无菌水中,涂布(或稀释涂布)到乙培养基上,培养后计数　。
(5)上述实验中,甲、乙两种培养基所含有的组分虽然不同,但都能为细菌的生长提供4类营养物质,即　水、碳源、氮源和无机盐　。
[解析] (1)微生物培养过程中通常采用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。分离能降解S的菌株时,先用甲液体培养基选择培养,不能降解S的细菌因缺乏碳源和氮源而死掉,活下来的都是能降解S的细菌。选择培养后经梯度稀释,取100 μL的培养液涂布到乙固体培养基上进行再培养计数。因此乙中的Y是琼脂(凝固剂),甲、乙均为选择培养基。(2)由题意可知,若使每个平板上长出的菌落数不超过200个,即100 μL稀释后的菌液中细菌细胞数不超过200个,因此至少需要将摇瓶M中的菌液稀释2×107个/mL÷(200个/100 μL)=104倍。(3)当培养基中S的浓度超过某一值时有可能会抑制菌株生长,因此对S的降解量反而下降。(4)微生物分离计数的一般步骤是取样→稀释→培养→计数。(5)由于物质S是含有C、H、N的有机物,因此甲、乙培养基都能提供的营养物质是水、碳源、氮源和无机盐。
1.酶是细胞合成的生物催化剂,已经从实验室走进人们的生产、生活。请结合酶在食品、医药方面的应用来回答问题:
(1)腐乳又称豆腐乳,是中国流传数千年的特色传统民间美食。经过发酵的腐乳易于消化吸收,是因为毛霉等微生物产生的蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成　小分子肽和氨基酸　。在制作腐乳过程中,加盐的作用是　析出豆腐中的水分,使豆腐块变硬,在后期的制作中不会过早酥烂;同时抑制微生物的生长,避免豆腐块变质;调味　(答出两点即可)。
(2)从细胞中提取出的酶,应置于缓冲溶液中,原因是缓冲溶液能够　抵制外界的酸和碱对溶液pH的影响,维持pH基本不变　。若采用凝胶色谱法对酶进行纯化,装填色谱柱前应将凝胶加入洗脱液并用沸水浴加热,用沸水加热的优点有　节约时间;除去凝胶中可能带有的微生物;排出凝胶内的空气　(答出两点即可)。
(3)“多酶片”是经特殊工艺制成的双层药片,可用于治疗消化不良。内层是肠溶衣(不易溶于胃液,可溶于肠液)包裹的胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶,外层是糖衣(可溶于胃液)包裹的胃蛋白酶。为使药物充分发挥作用,使用时建议　整片吞服　(填“整片吞服”或“嚼碎服用”),理由是　整片吞服使肠溶衣在胃液中不被破坏,确保肠溶衣包裹的酶在肠溶液中发挥作用,若嚼碎服用,肠溶衣包裹的酶释放后会在酸性的胃液中失活,无法发挥作用　。
[解析] (1)毛霉产生的蛋白酶可将豆腐中的大分子有机物蛋白质分解为小分子肽和氨基酸;腐乳制作过程中,加盐可以析出豆腐中的水分,使豆腐块变硬,同时抑制微生物的生长,避免豆腐块变质。(2)缓冲液调节外界的酸和碱对溶液pH的影响,维持pH基本不变;处理色谱柱填料时,可以将加入洗脱液的湿凝胶用沸水浴加热,以加速膨胀,这种方法不但能够节省时间,而且还可以除去凝胶中可能带有的微生物,排出凝胶内的空气。(3)使用多酶片时建议整片吞服,理由是整片吞服使肠溶衣在胃液中不被破坏,确保肠溶衣包裹的酶在肠溶液中发挥作用。
2.胡萝卜素是一种常用的食用色素,可分别从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取。图Z16-6为某同学利用酵母菌R获得胡萝卜素的部分流程。请回答下列问题:
酵母菌R的筛选→酵母菌B的培养→菌体裂解→离心沉淀→萃取→萃取物→胡萝卜素的鉴定
图Z16-6
(1)采用平板划线法接种酵母菌R时,需先灼烧接种环,其目的是　灭菌(防止杂菌污染)　。培养酵母菌R时,培养基中的蔗糖和硝酸盐可分别为酵母菌R的生长提供　碳源和氮源　。
(2)现有乙醇和乙酸乙酯两种溶剂,应选用其中的　乙酸乙酯　作为胡萝卜素的萃取剂,不选用另外一种的理由是　萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶,而乙醇为水溶性有机溶剂　。
(3)为了验证萃取物是否是胡萝卜素,该同学将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、萃取物和色素混合液(含叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素)依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图甲所示),并进行层析,滤纸条上各色素带的位置为　B　(填字母)时,说明该萃取物最可能是胡萝卜素。
(4)酵母菌R能分泌A、B两种酶,图是某课题组关于这两种酶的实验结果:
①图中结果显示,在40~60 ℃范围内,热稳定性较好的酶是　A酶　。高温条件下酶容易失活,其原因是　高温使酶的空间结构被破坏　。
②由图可知,若要从酵母菌R种群中筛选出能产生热稳定性高的酶的菌株,应在　大于或等于80 ℃　的条件下进行培养。
[解析] (1)灼烧接种环,可以起到灭菌的作用。蔗糖可为酵母菌提供碳源,硝酸盐可为酵母菌提供氮源。(2)由于萃取胡萝卜素的有机溶剂应不与水混溶,而乙醇为水溶性有机溶剂,选用乙醇会降低萃取率,因此应选乙酸乙酯作为胡萝卜素的萃取剂。(3)绿叶中的不同色素,由于溶解度不同,在滤纸条上的扩散速率不同,扩散最快的是胡萝卜素,其次分别是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,所以当滤纸条上各色素带的位置为图中的B时,即可说明该萃取物最可能是胡萝卜素。(4)①据图分析,自变量为温度和酶的种类(A酶及B酶),因变量为酶活性,在40 ℃至60 ℃范围内,A酶活性的变化较B酶小,说明在40 ℃至60 ℃范围内,A酶的热稳定性较好。高温会使酶的空间结构被破坏,从而使酶容易失活。②据图分析,A和B两种酶在温度为80 ℃时,B酶会失活,因此若要从酵母菌R种群中筛选出能产生热稳定性高的酶的菌株,应在大于或等于80 ℃的条件下培养。

展开更多......

收起↑