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1、 学科网(ZXXK.COM)-学海泛舟系列资料 上学科网，下精品资料！ 新课标高三生物（人教版）第二轮专题讲座 第十讲 生物技术实践 本讲内容本讲内容包括（人教版）选修一生物技术实践大部分内容。具体内容有：专题1传统发酵技术的应用、专题2微生物的培养与应用、专题3植物的组织培养技术、专题4酶的研究与应用、专题6植物有效成分的提取等。一 高考预测本讲内容属于新课改后变动较大的一个专题，但是因为在高考中属于选做内容，因此出题的难度不会太大。而且在2007年考纲中对于本讲内容都归为实验类内容，提出的要求为理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运
2、用。在复习过程中要注意把握各种生物技术的实验流程，并能够加以灵活运用。另外在考纲中把专题5DNA和蛋白质技术归到了现代生物技术内容中，专题6植物有效成分的提取并没有提及，因此在复习中可以略作调整。二 考点归纳突破1. 影响发酵过程的因素温度 温度对微生物的影响是多方面的。首先，温度影响酶的活性。在最适温度范围内，随着温度的升高，菌体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。当超过最适温度范围以后，随着温度的升高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期缩短，产量降低。温度也能影响生物合成的途径。例如，金色链霉菌在30以下时，合成金霉素的能力较强，但当温度超过35 时，则只合成四环素而不合成金霉素。此外，温度还
3、会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。因此，要保证正常的发酵过程，就需维持最适温度。但菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同。如灰色链霉菌的最适生长温度是37 ，但产生抗生素的最适温度是28 。通常，必须通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度，采取分段控制。pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。细胞膜的带电荷状况如果发生变化，膜的透性也会改变，从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌。此外，pH还会影响培养基中营养物质的分解等。因此，应控制发酵液的pH。但不同菌种生长阶段和合成产物阶段的最适pH往往不同，需要分别加以控制。在发酵过程中，随着菌
4、体对营养物质的利用和代谢产物的积累，发酵液的pH必然会发生变化。如当尿素被分解时，发酵液中的NH+4浓度就会上升，pH也随之上升。在工业生产上，常采用在发酵液中添加维持pH的缓冲系统，或通过中间补加氨水、尿素、碳酸铵或碳酸钙来控制pH。目前，国内已研制出检测发酵过程的pH电极，用于连续测定和记录pH变化，并由pH控制器调节酸、碱的加入量。溶解氧 氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。从葡萄糖氧化的需氧量来看，1 mol的葡萄糖彻底氧化分解，需6 mol的氧；当糖用于合成代谢产物时，1 mol葡萄糖约需1.9 mol的氧。因此，好氧型微生物对氧的需要量是很大的，但在发酵过程中菌种只能利用发酵液
5、中的溶解氧，然而氧很难溶于水。在101.32 kPa、25时，氧在水中的溶解度为0.26 mmol/L。在同样条件下，氧在发酵液中的溶解度仅为0.20 mmol/L，而且随着温度的升高，溶解度还会下降。因此，必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。泡沫 在发酵过程中，通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。发酵过程中产生一定数量的泡沫是正常现象，但过多的持久性泡沫对发酵是不利的。因为泡沫会占据发酵罐的容积，影响通气和搅拌的正常进行，甚至导致代谢异常，因而必须消除泡沫。常用的消泡沫措施有两类：一类是安装消泡沫挡板，通过
6、强烈的机械振荡，促使泡沫破裂；另一类是使用消泡沫剂。营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。如在谷氨酸发酵中，NH4+浓度的变化，会影响代谢途径。因此，在发酵过程中，也应根据具体情况进行控制。2.高果糖浆简介生产高果糖浆的原料是葡萄糖，葡萄糖是由淀粉转化而来的。生产高果糖浆的基本过程是，含淀粉的浆液经过-淀粉酶的催化作用，可以形成糊精；糊精经过糖化酶的催化作用形成葡萄糖；葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化作用下，分子的结构发生变化，这叫做葡萄糖的异构化。葡萄糖经过异构化，就形成了果糖。但是，并不是所有的葡萄糖经异构化后都转化
7、成果糖。这是因为葡萄糖异构酶催化效率最高时(温度为6070 )，葡萄糖转化成果糖的比率也只有53.5%56.5%，并且要使这一催化反应达到平衡，需要很长的时间。因此，生产上葡萄糖转化成果糖的比率实际上只有42%45%，其余的仍然是葡萄糖。也就是说，这样的产品实际上是葡萄糖和果糖的混合物，这种混合物叫做果葡糖浆。如果把果葡糖浆中的果糖和葡萄糖分离开来，将分离出来的葡萄糖再次进行异构化，并且如此反复多次，最后的混合物中果糖的含量可以达到70%90%，这样的混合物就叫做高果糖浆。3.铵盐与硝酸盐作为微生物氮源的无机盐主要是铵盐和硝酸盐，一般能利用无机氮化物作为惟一氮源的微生物，都能利用铵盐，但不都能
8、利用硝酸盐。微生物利用铵盐时，由于铵离子被吸收，而造成培养基pH降低；相反，在利用硝酸盐时，常因硝酸根离子被吸收，而使培养基pH升高，前者称为生理酸性盐，后者称为生理碱性盐。为了避免培养基出变化，常用硝酸铵作为氮源4.根尖分生组织和愈伤组织的异同：组织类型细胞来源细胞形态细胞结构细胞排列细胞去向根尖分生组织受精卵正方形无液泡紧密分化成多种细胞组织愈伤组织高度分化细胞无定形高度液泡化疏松再分化成新个体相同点都通过有丝分裂进行细胞增殖三 高考真题体验例1（2005江苏生物）下列有关谷氨酸棒状杆菌的生长和谷氨酸发酵的叙述错误的是（ ）A.组成酶是维持菌体基本生活的必要条件B.菌体能合成各种生长因子，
9、不需要从外界补充C.发酵液pH呈酸性时，就会生成乙酰谷氨酰胺D.细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对有关酶活性的抑制考点定位 本题考查的知识点是微生物的营养、代谢和生长中相关知识指点迷津 菌体并不是能合成各种生长因子，如果缺乏合成生长因子所需的酶或合成能力有限，则需要补充生长因子。参考答案 B例（2005广东生物）在利用谷氨酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中，下列叙述正确的是（）各个生长时期的长短是固定的，无法人为缩短生长周期 对数期是采样留种的最佳时期 在稳定期补充营养物质可以提高产量 调整期是收获代谢产物的最佳时期A、 B、 C、 D、考点定位 本题考查的知识点是发酵工程的知识。指点迷津 利用谷氨
10、酸捧状杆菌生产谷氨酸的过程中，微生物生长过程中各生长时期的长短是不同的，在生产上可以连续培养法等缩短培养周期。各时期特点也不同，如对数期菌种形态、特性稳定，常作为生产用的菌种，在稳定期补充营养物质，排出有害代谢产物，可保持微生物较长时间的高速生长，可以提高产量，也是获得代谢产后的最佳时期。参考答案B例2001年全国高考理科综合(江苏、浙江)卷在啤酒生产过程中，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，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下
11、降一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。 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_。(2)初期酵母菌迅速繁殖的主要方式是_。(3)经测定酵母菌消耗的糖中，985形成了酒精和其他发酵产物，其余15则是用于_。(4)请写出由麦芽糖葡萄糖酒精的反应方程式。(5)如果酵母菌消耗的糖（设为麦芽糖，其分子量为342）有985（质量分数）形成了酒精（分子量为460）和其他发酵产物。设有500t麦芽汁，其中麦芽糖的质量分数为80，发酵后最多能生产酒精浓度为32（质量分数）的啤酒多少吨？考点定位 这是一道以发酵为主线，联系代谢的类型及基本的计算的综合性测试题，对考生的能
12、力要求较高，要求考生能运用所学的知识，解决生产实际中的问题。指点迷津 酵母菌是一种真菌，在生态系统中属于分解者。代谢类型同化作用方式为异养型，异化作用方式在有氧条件下可进行有氧呼吸，在无氧条件下可进行无氧呼吸。在有氧条件下酵母菌通过有氧呼吸获得的能量多，能够进行繁殖，繁殖的主要方式是出芽生殖。在无氧条件下酵母菌通过无氧呼吸获得的能量少，不能够进行繁殖，只能维持基本的生命活动。酵母菌在有氧条件下通过无氧呼吸只需分解少量的葡萄糖即能获得足够的能量用于生长、发育和繁殖。但在无氧条件下，通过无氧呼吸获得的能量很少，只有通过分解大量的葡萄糖指才能获得生命活动所需的最低能量需求。第(4)小题酵母菌以麦芽糖
13、为基质进行发酵的化学反应方程式为： 第一步将麦芽糖分解为葡萄糖：C12H22H11+H2O2C6H12O6； 第二步将葡萄糖分解为乳酸：C6H12O62C2H5OH+2CO2。第(5)小题的计算是在生产实际中的一种知识的应用。由于题目中提供的数量都是质量分数，所以计算时均以质量为标准进行计算。参考答案 (1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼呼 (2)出芽生殖(3)酵母菌自身的生长和繁殖(4)C12H22O11+H2O2C6H12O6；C6H12O62C2H5OH+2CO2(5)C2H5OH的分子量为460500t8.0%98.5%662t例（2005江苏生物）下列关于平菇培养的操作程序，正确的是
14、（）A、配制牛肉膏蛋白胨培养基，接种，高压蒸气灭菌，培养B、配制牛肉膏蛋白胨培养基，高压蒸气灭苗，接种，培养C、配制棉予壳培养基，按种，高压蒸气灭菌，培养D、配制棉子壳培养基，高压蒸气灭菌，接种，培养考点定位 本题考查的知识点是平菇培养的基本技术的操作程序。指点迷津 培养平菇所用的培养基是棉子壳，具体的操作程序是：配制培养基、高压蒸气灭菌、接种、培养。参考答案 D例5（2006年普通高等学校招生全国统一考试重庆卷）下列所述环境条件下的微生物，能正常生长繁殖的是 A在缺乏生长素的无氮培养基中的圆褐固氮菌 B在人体表皮擦伤部位的破伤风杆菌 C在新配制的植物矿质营养液中的酵母菌 D在灭菌后的动物细胞
15、培养液中的禽流感病毒考点定位 本题综合考查微生物的营养和代谢类型指点迷津 微生物正常生长繁殖需要齐全的营养（C源、N源、H2O、无机盐、生长因子），圆褐固氮菌能固氮，所以可在无氮培养基上繁殖。B、C、D考查几种常见微生物的代谢类型：破伤风杆菌是厌氧型，人体表皮与空气接触，其中的氧气会抑制其生存；酵母菌是异养型，需要现成的有机物，而植物矿质营养液中缺乏有机物；禽流感病毒是非细胞生物，不能独立进行新陈代谢，只能营活性寄生，动物细胞培养液中没有细胞。参考答案 A 四 实验探究讨论利用下列材料用具，验证固定化酵母细胞能发酵生产啤酒。实验原理：麦芽汁可以渗入到由海藻酸钠和啤酒酵母制成的凝胶珠中。啤酒酵母
16、可以利用自身细胞内的一系列酶将可发酵性糖转化成乙醇。材料用具：麦芽汁液体培养基、新鲜斜面啤酒酵母、海藻酸钠、葡萄糖氯化钙混合液，无菌水；高压蒸汽灭菌锅、恒温培养箱、小烧杯、注射器、500ml三角瓶、天平、玻璃棒、pH试纸、纱布等。实验步骤：（1） （2） （3） 五 综合能力检测一.选择题1现代生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列酶的催化作用转化而来的，下列哪一种酶在这一过程中是不需要的Aa-淀粉酶 B糖化酶C葡萄糖异构酶 D纤维素酶分离提纯是制取发酵产品不可缺少的阶段，产品不同，分离提纯的方法不同。若要获得发酵工程生产的微生物代谢产物，常采用的提取方法
17、是蒸馏 萃取 过滤 压榨 沉淀A B C D细菌培养过程中分别采用了高压蒸气、酒精、火焰灼烧等几种不同的处理方法，这些方法可分别用于杀灭哪些部位的杂菌A接种针、手、培养基 B高压锅、手、接种针C培养基、手、接种针 D接种针、手、培养基.在月季花药培养成单倍体植株的过程中，应选择哪个时期最易成活（ ）A单核期前的花药 B单核期后的花药 C单核期花药 D双核期.影响花药培养的主要因素是A材料的选择与培养基的组成 B亲本植株的生理状况 C选择合适的花粉发育时期 D材料的低温处理与接种密度6粗糙脉孢菌的单倍体细胞中具有7条染色体。两 个不同类型的粗糙脉孢菌A和a融合后成为二倍体，随即发生典型的减数分裂
18、，紧接着又进行一次有丝分裂。此过程最终形成的子细胞数及每个子细胞中的染色体数分别为（ ）A8个、7条 B8个、14条 C4个、7条 D4个、14条7.某高等植物体细胞内假设有6条染色体，它们是AaBbDd，那么，一个花粉管中的两个精子中的染色体是（ ）AABD和abd BAbD和abd CAaB和Bbd DAbd和Abd8.用兰花茎尖细胞可快速培养兰花苗，这种生殖方式不能叫 （ ）A无性生殖 B组织培养 C植物克隆 D有性生殖9.有同源染色体存在，但在光镜下一定看不到同源染色体之间两两配对联会的是（ ）A初级精母细胞 B次级精母细胞 C精细胞 D根尖分生区细胞10.玉米的体细胞含有20条染色体
19、。在正常情况下，它的卵细胞、一个极核、胚细胞、胚乳细胞、珠被细胞和子房壁细胞所含染色体数目依次应为（ ）A10、10、20、20、20、20 B10、10、30、30、20、20C10、10、20、30、20、20 D10、20、20、30、20、2011如果某种植物的基因型为AABb，这两对基因分别位于两对同源染色体上，去雄后授以aabb植株的花粉，其胚乳可能的基因型是（ ）AAAaBBb、AAabbb、AAaBbb BAABB、AABb CAaaBBb、Aaabbb DAaaBbb、Aaabbb12番茄的染色体数目是24，一个番茄细胞发生减数分裂，形成的细胞中有三个退化消失。剩下一个细胞迅
20、速发生了三次有丝分裂，你会找到多少个细胞核？这些核含有多少个染色体（ ）A4个核，各有12个染色体 B4个核，各有24个染色体C8个核，各有24个染色体 D8个核，各有12个染色体13一个豆荚中种子的数目，从理论上讲取决于（ ）A花中雌蕊的数目 B雌蕊中柱头的数目C子房中受精胚珠的数目D胚囊中胚的数目14下列物质能同时为在肠杆菌提供碳源、氮源、能源的是A牛肉膏和蛋白胨 BCO2和光C葡萄糖和N2 D碳酸盐和O215利用发酵工程大量生产酵母菌时，不正确的措施是A隔绝空气B在对数期获得菌种C过滤沉淀进行分离D使菌体生长长期处于稳定期16下列关于生长因子的叙述不正确的是A生长因子是指微生物生长不可缺
21、少的微量有机物B一般是酶、核酸等的组成成分C自身不合成，必须由外界补充D主要包括维生素、氨基酸和碱基等17下列培养基不具有选择性的是A二氧化碳、碳酸盐为碳源的培养基B无氮源培养基C加入青霉素的培养基D伊红美蓝培养基18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19蛋白酶不能洗去A油渍 B血渍 C奶渍 D果汁渍20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水的数量二.简答题1将等量萌发的种子和煮沸自然冷却后的种子分别放入甲、乙两个试管中，如下图所示本实验中石蜡油短期内不影响生物的生长）。两试管中均
22、无空气存在。据图分析回答：（1）甲试管放置几个小时后，管内顶部出现气泡，其中的气体成分主要是_；将该气体引入_溶液中，可使该溶液变混浊。（2）甲试管中产生气泡的现象是种子进行_造成的，写出表示这一过程的反应式_。（3）乙试管在与甲试管同样的时间内，试管内顶部未出现气泡，原因是 _。（4）乙试管继续放置几天，一些微生物开始繁殖，导致试管内顶部也出现少量气体，这是这些微生物从试管中的_获得了所需要的营养物质进行新陈代谢的结果。一般来说，微生物所需要的营养要素可归纳成_、_、_、_和_五大类。（5）这些微生物可能的来源是（答出两个来源即可。）_ _。2.（1）人们不会在热泉中发现活着的嗜冷海藻，而经
23、常可以在冷水环境中分离出嗜热微生物。请根据酶的特性分析产生这种现象的原因。（2）淀粉酶可以通过微生物发酵生产。为了提高酶的产量，请你设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株。 写出主要实验步骤。 根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预期实验结果。提示：生产菌株在含有淀粉的固体培养基上，随着生长可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈。3.紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器
24、中的“种子”。这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过_而获得的。这项技术的理论基础是_。（2）从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈现_规律；影响紫草素产量的因素是_和_。（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是_和_。4.将10毫升酵母液放在适宜温度下培养，并于不同时间内等量均匀取样4次，分别测定样品中酵母菌的数量和pH，结果如下表。请分析回答：样品酵母菌数量（个/立方毫米）PH12341210820121010004.85.43.75.0 （1）表中样品的取样先后次序为 。 （2）对酵母菌而言，10毫升该培养液的环境负荷量为 个。 （3）若第5次均匀取样时，样
25、品中的酵母菌数量为760个/立方米，产生这一结果的原因是 。5在锥形瓶内装入一定量液体培养基，接入N0个乳酸菌之后密封，放在25恒温箱中连续培养若干小时，其间每30min测定一次菌数，测得数量变化曲线如图。请分析并回答问题：（1）乳酸菌以 方式生殖，这代表 类生物普遍上有的生殖方式。（2）用N表示总菌数，N0表示初始菌数，t表示增殖世代数，乳酸菌数量增长的数学表达式为N= N02t（假定生长条件理想稳定）。在理想条件下，乳酸菌每30min繁殖一代，按上式计算，当N0=1000时，连续培养5h，总菌数可达 个。（3）在实际培养条件下，乳酸菌增长速度与理想条件下乳酸菌增长速度不同，如果5h前的总菌
26、数等于活菌数，请在上图中右面将5h后活菌数的变化趋势用曲线表示出来。造成菌群密度变化的外界因素是 。造成菌群密度变化的外界因素是 。（4）培养基中不断产生的乳酸来自乳酸菌的 作用。（5）实验过程中，为什么要在25的条件下进行？参考答案实验探究讨论（1）取新鲜斜面上的啤酒酵母，接种于10毫升麦芽汁液体培养基中，25摄氏度培养2430小时。（2）取1.6g海藻酸钠于无菌小烧杯中，加无菌水少许调成糊状，再加入无菌水至40ml，在98kpa条件下灭菌15min。冷却至45摄氏度左右后，与预热至35摄氏度左右的10ml酵母培养液混合搅拌均匀，立即倒入装有5号针头的注射器外套中，以恒定的速度滴入盛有葡萄糖
27、氯化钙混合液的容器中，浸泡30min制成凝胶珠。（3）倒去葡萄糖氯化钙混合液，用无菌水洗剂凝胶珠三次后，将凝胶珠放入500ml三角瓶中，加入300ml无菌麦芽汁液体培养基，置于25摄氏度下封口发酵5d左右，倒出发酵后的麦芽汁即为生啤酒。综合能力检测一.选择题15 DBCCA 610 ADDDC 1115 CDCAA 1620 CDBAD二.简答题1.（1）CO2 、Ca(OH)2(2)无氧呼吸 C6H12O6酶2C2H5OH(酒精) + 2 CO2+ 能量（3）被煮沸过的种子已经死亡，不能进行呼吸作用（4）死亡种子中、碳源、 氮源、生长因子、无机盐、水（5）未灭菌的试管内壁的菌类、操作过程中带
28、入的菌类、石蜡油中菌类、铁丝网上的菌类、种子表面耐高温的没有被杀死的菌类。2.（1）嗜冷海藻体内的酶遇到高温后，酶的分子结构被破坏而失去活性，海藻很快会死亡；而嗜热微生物体内的酶遇到低温环境，酶的活性降低，但酶分子结构没有被破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性。（2） 主要实验步骤：第一步：将培养好的生产菌株分为两组，一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理做对照。第二步：制备含淀粉的固体培养基。第三步：把诱变组的大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上，同时接种对照组，相同条件下培养。第四步：比较两组菌株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株。 预期实验结果：a. 由于诱发突变率低，诱变组中
29、绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同。b. 由于诱发突变不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小。3.（1）脱分化（或脱分化形成愈伤组织） 细胞的全能性（2）S型增长 细胞数量 细胞所处的生长期（3）保证氧气供应充足 使细胞与培养液充分接触 4（1）样品2、样品4、样品1、样品3 （2）1.21107 （3）培养液中的物质不断被消耗，部分酵母菌因营养缺乏而死亡并解体5、（1）分裂生殖 原核（或单细胞） （2）1024000 （3）如图（所绘曲线呈下降趋势即可）营养物质减少 （4）无氧呼吸（或乳酸发酵）（5）25时有利于发挥酶的催化功能（或25时酶的催化效率高）。学科网-学海泛舟系列资料 版权所有学科网