全国卷地区高考生物二轮复习 专题讲练 第8单元 选修模块 14 生物技术实践.docx

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全国卷地区高考生物二轮复习专题讲练第8单元选修模块14生物技术实践

专题十四　生物技术实践

考纲要求　1.微生物的利用

（1）微生物的分离和培养。

（2）培养基对微生物的选择作用。

　（3）利用微生物进行发酵来生产特定的产物。

　2.生物技术在食品加工及其他方面的应用

（1）从生物材料中提取某些特定的成分。

（2）运用发酵加工食品的基本方法。

　（3）植物的组织培养。

　3.实验：

DNA的粗提取与鉴定。

1．[2015·全国卷Ⅰ]已知微生物A可以产生油脂，微生物B可以产生脂肪酶。

脂肪酶和油脂可用于生物柴油的生产。

回答有关问题：

（1）显微观察时，微生物A菌体中的油脂通常可用__

__________染色。

微生物A产生的油脂不易挥发，可选用____________（填“萃取法”或“水蒸气蒸馏法”）从菌体中提取。

（2）为了从自然界中获得能产生脂肪酶的微生物B的单菌落，可从含有油料作物种子腐烂物的土壤中取样，并应选用以________为碳源的固体培养基进行培养。

（3）若要测定培养液中微生物B的菌体数，可在显微镜下用____________直接计数；若要测定其活菌数量，可选用________法进行计数。

（4）为了确定微生物B产生的脂肪酶的最适温度，某同学测得相同时间内，在35℃、40℃、45℃温度下降解10g油脂所需酶量依次为4mg、1mg、6mg，则上述三个温度中，________℃条件下该酶活力最小。

为了进一步确定该酶的最适温度，应围绕________℃设计后续实验。

2．[2014·海南卷]已知泡菜中亚硝酸盐含量与泡制时间有关。

为了测定不同泡制天数泡菜中亚硝酸盐的含量，某同学设计了一个实验，实验材料、试剂及用具包括：

刻度移液管、比色管、不同浓度的亚硝酸钠标准溶液、亚硝酸盐的显色剂、不同泡制天数的泡菜滤液等。

回答相关问题：

（1）请完善下列实验步骤。

①标准管的制备：

用______________________和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管。

②样品管的制备：

用刻度移液管分别吸取一定量的__________________________，加到不同的比色管中，然后在各个比色管中加入等量的显色剂进行显色，得到样品管。

③将每个________分别与系列标准管进行比较，找出与样品管颜色深浅________的标准管，该管中亚硝酸钠含量即代表样品管中亚硝酸盐含量，记录各样品管亚硝酸盐的含量。

（2）图T141表示的是泡菜中__________________趋势。

图T141

（3）泡菜制作过程中产酸的细菌主要是________（填“醋酸杆菌”或“乳酸菌”）。

3．[2014·新课标全国卷Ⅰ]植物秸秆中的纤维素可被某些微生物分解。

回答下列问题：

（1）分解秸秆中纤维素的微生物能分泌纤维素酶，该酶是由3种组分组成的复合酶，其中的葡萄糖苷酶可将______分解成________。

（2）在含纤维素的培养基中加入刚果红（CR）时，CR可与纤维素形成________色复合物。

用含有CR的该种培养基培养纤维素分解菌时，培养基上会出现以该菌的菌落为中心的________。

（3）为从富含纤维素的土壤中分离获得纤维素分解菌的单菌落，某同学设计了甲、乙两种培养基（成分见下表）：

酵母膏

无机盐

淀粉

纤维素粉

琼脂

CR溶液

水

培养基甲

＋

＋

＋

＋

－

＋

＋

培养基乙

＋

＋

＋

－

＋

＋

＋

注：

“＋”表示有，“－”表示无。

据表判断，培养基甲____________（填“能”或“不能”）用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是______________

____；培养基乙________（填“能”或“不能”）用于分离和鉴别纤维素分解菌，原因是_____________________________________________________________。

【备考指津】

1．本专题在高考中主要考查的内容有传统发酵技术、微生物的培养与应用以及生物技术在其他方面的应用。

2．本专题的题目往往以微生物的培养与应用为核心，综合传统发酵技术和其他方面的应用进行考查。

3．备考时要将各种生物技术进行对比理解并牢记，要用生物学术语进行答题。

考点一　果酒、果醋、腐乳和泡菜制作的比较

┃考例探究┃

果酒、果醋、腐乳和泡菜制作的比较

　　项目

内容　　

果酒和果

醋的制作

腐乳的制作

制作泡菜并测定

亚硝酸盐含量

作用

菌种

①果酒：

酵母菌

②果醋：

醋酸菌

以毛霉为主

乳酸菌

原理

　①酵母菌在无氧条件下将葡

萄糖氧化成乙醇

　②醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸

　毛霉等微生物产生的蛋白酶和脂肪酶分别将蛋白质、脂肪分解成小分子有机物

　①制作泡菜：

乳酸菌将糖转化为乳酸和醇类

　②测定亚硝酸盐含量：

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N1萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料

原料选择

新鲜葡萄（或苹果）

豆腐

大白菜、花椰菜等新鲜干净的蔬菜

实验流程

让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制

操作注

意事项

　①材料的选择与处理

　②防止发酵液被污染，控制好发酵条件

　①材料用量

　②防止杂菌污染

　③控制温度及酒精含量

　①泡菜坛的选择

　②腌制条件（无氧）

　③测定亚硝酸盐含量的操作

共同点

　都是天然的发酵过程，利用了微生物新陈代谢过程中代谢产物的作用或直接获取代谢产物

1某同学利用图1所示装置制作苹果酒和苹果醋，请分析回答有关问题：

（1）　　　　　　　　　

（2）

图T142

（1）可分别利用酵母菌和________菌制作果酒和果醋，这两种微生物的区别是后者为________（填“厌氧”“好氧”或“兼性厌氧”）微生物。

（2）加入苹果汁时，瓶内要留出大约1/3的空间，目的是________________________。

（3）酵母菌利用苹果汁进行酒精发酵的反应式为________________，密封充气口后可用____________检测是否有酒精生成。

（4）要利用苹果酒继续发酵生产苹果醋，接种发酵所用菌种后，需要将发酵温度变为________，并________________________________。

（5）图

（2）中能表示装置内液体发酵过程中pH变化的曲线是________。

┃对点训练┃

酸菜，古称菹，《周礼》中就有其大名。

制作酸菜的初衷是为了延长蔬菜保存期限。

请回答：

（1）酸菜制作过程中，起主要作用的微生物是__________。

但是在发酵初期，很多杂菌会大量繁殖，其中导致泡菜水的表面长白膜的微生物是________________。

（2）实验室可采用____________________________法进行菌种纯化，在对该菌种进行培养时，与常规培养基相比，还需要额外在培养基中添加__________________。

（3）为了保持所获得的菌种纯净，需要进行菌种的保藏。

若采用临时保藏，需将菌种接种在________________上，放入4℃冰箱中可保藏3～6个月；若要长期保存，可将菌液与灭菌的________混匀，放在－20℃的冰箱中保存一年。

（4）在市场上购买的真空包装酸菜，在没有发生漏气状态下发生了“胀袋”现象，A同学怀疑是杂菌污染导致的，B同学怀疑是乳酸菌大量繁殖导致的，说出你支持谁的观点并说出理由。

支持________的观点，理由是____________________________________。

考点二　微生物的培养与应用

┃考例探究┃

考向1　　　微生物培养的三大基本技术

1．无菌技术——消毒和灭菌的区别

项目

概念

常用方法

应用范围

消毒　

使用较为温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分微生物（不包括芽孢和孢子）

煮沸消毒法：

100℃煮沸5～6min[

一般物品

巴氏消毒法：

70～75℃煮30min或在80℃煮15min

　一些不耐高温的液体，如牛奶

化学药剂消毒法

　如用酒精擦拭双手

　紫外线消毒法：

30W紫外灯照射30min

接种室

灭菌　

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）

灼烧灭菌：

通过酒精灯火焰灼烧

　接种工具的灭菌

干热灭菌：

在160～170℃加热1～2h

　玻璃器皿、金属工具的灭菌

高压蒸汽灭菌：

121℃条件下维持15～30min

　培养基的灭菌

2.培养基的制备技术

（1）培养基的种类

划分

标准

培养基种类

特点

应用

物理

性质

液体培养基

不加凝固剂

工业生产

半固体

培养基

　加凝固剂（如琼脂）

　观察微生物的运动、分类鉴定

固体培养基

　微生物的分离、鉴定，活菌计数，菌种保藏

用途

选择培养基

培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长

　培养、分离出特定微生物（如以尿素为唯一氮源的培养基用于分离能分解尿素的细菌）

鉴别培养基

根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品

　鉴别不同种类的微生物（如可用伊红—美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌）

（2）培养基的制备

①过程：

计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。

②原则：

a．目的要明确：

根据微生物的种类、培养目的等，选择原料配制培养基，如培养自养型的微生物就不用加入有机营养物质。

b．营养要协调：

注意各种营养物质的浓度和比例。

c．pH要适宜：

各种微生物适宜生长的pH范围不同。

3．微生物的纯化培养技术——平板划线法与稀释涂布平板法

方法

平板划线法

稀释涂布平板法

注

意

事

项

（1）接种环的灼烧

　①第一次划线前：

杀死接种环上的微生物，避免污染培养物

　②之后每次划线前：

杀死残留菌种，保证每次划线菌种来自上次划线末端

　③划线结束后：

杀死残留菌种，避免污染环境和感染操作者

（2）灼烧接种环之后，要待接种环冷却后再进行取种，以免温度太高杀死菌种

　（3）划线时最后一区域不要与第一区域相连

　（4）划线时用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破

（1）稀释操作：

每支试管及其中的9mL水、移液管等均需灭菌；操作时，试管口和移液管应在离酒精灯火焰1～2cm处

（2）涂布平板

　①涂布器用体积分数为70%酒精消毒，取出时，让多余酒精在烧杯中滴尽，然后将沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上引燃

　②不要将过热的涂布器放在盛放酒精的烧杯中，以免引燃其中的酒精

目的

　在固体培养基上形成由单个细菌繁殖而来的子细胞群体——菌落

培养

　平板冷凝后倒置培养，使培养基表面的水分更好地挥发，防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染

2微生物的分离和培养是现代生物工程应用中的重要环节。

图甲和图乙是大肠杆菌分离和培养过程中部分操作和实验结果示意图，请据图T143回答有关问题：

图T143

（1）图甲所示的是制备固体培养基时的实验操作步骤之一，该过程被称为________。

若用该培养基培养大肠杆菌，除考虑营养条件外，还要考虑________、________和渗透压等条件。

（2）培养大肠杆菌时，在接种前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____________________________________________________________。

（3）图乙是平板划线法接种操作示意图，正确的操作顺序是A→B→________________（用字母和箭头表示）；找出图乙中两处错误的操作：

________、________（用字母表示）。

（4）某同学将用平板划线法接种后的培养基培养12h后，如果培养基上____________________________________________________，则说明无菌操作基本符合要求。

考向2　　　微生物的分离与计数

1．微生物的分离

（1）筛选原则：

人为提供有利于目的菌株生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长。

（2）从土壤中分离尿素分解菌和纤维素分解菌的比较

分解尿素的细菌

分解纤维素的微生物

　①选择培养基的成分：

以尿素作为唯一氮源

　②鉴定方法：

在培养基中加入酚红指示剂，若pH升高，指示剂变红，则说明细菌能分解尿素

　①选择培养基的成分：

以纤维素作为唯一碳源

　②鉴定方法：

刚果红染色法，即刚果红与纤维素形成红色复合物，当纤维素被分解后，培养基出现以纤维素分解菌为中心的透明圈

2.统计菌落数目的方法

（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方法：

用计数板计数。

③缺点：

不能区分死菌与活菌。

（2）间接计数法（活菌计数法）

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之间的平板进行计数。

3某化工厂的污水池中含有一种有害的难以降解的有机化合物A。

研究人员用化合物A、磷酸盐、镁盐以及微量元素配制的培养基，成功筛选到能高效降解化合物A的细菌（目的菌）。

实验的主要步骤如图T144所示。

请

分析并回答下列问题：

图T144

（1）在培养基中加入化合物A的目的是____________，这种培养基属于________培养基。

（2）目的菌生长所需的氮源和碳源来自培养基中的____________。

实验需要振荡培养，由此推测目的菌的代谢类型是____________。

（3）在上述实验操作过程中，获得纯净目的菌的关键是______________。

（4）转为固体培养基培养时，常采用平板划线法进行接种，此过程中所用的接种工具是______________，操作时采用________灭菌的方法进行灭菌。

（5）实验结束后，使用过的培养基必须进行灭菌处理才能倒掉，这样做的目的是______________________。

（6）某同学计划统计污水池中目的菌的总数，他选用10－4、10－5、10－6倍稀释液进行平板划线，每种稀释液都设置了3个培养皿。

从设计实验的角度看，还应设置的一组对照实验是____________________，此对照实验的目的是________________________________________。

┃对点训练┃

金黄色葡萄球菌是一种具有高度耐盐性的微生物，可引起人类肺炎、肠炎等疾病。

金黄色葡萄球菌在血平板（培养基中添加适量血液）上生长时，可破坏菌落周围的红细胞，使其褪色。

图T145为定性检测鲜牛奶中是否存在金黄色葡萄球菌的操作流程，请回答相关问题：

图T145

（1）按细胞结构分类，金黄色葡萄球菌属于________生物，从培养过程分析，金黄色葡萄球菌可进行________呼吸。

（2）7.5%NaCl肉汤培养基为微生物提供的营养成分包括________________，用7.5%NaCl肉汤培养基进行选择培养的主要目的是__________________________。

（3）操作中在血平板上的接种方法是________________，接种操作前后需要对接种工具进行____________灭菌。

（4）在制备血平板时需将pH调节至______________（填“微酸性”或“微碱性”）后灭菌，待培养基____________后，再加入适量血液。

按培养基功能分类，血平板属于______培养基。

（5）经多次规范操作、重复实验，血平板上均出现__________________的菌落，初步证明鲜牛奶中存在金黄色葡萄球菌，但鲜牛奶供应商仍认为此菌并非鲜牛奶所携带，因此，要对本操作进行完善，完善的方案是______________________________________________。

考点三　酶的应用

┃考例探究┃

1.探究果胶酶的最适温度和pH的相关实验

（1）实验流程：

图T146

（2）变量分析：

该实验的自变量是温度或pH，因变量是酶的活性，检测因变量是通过测定果汁的体积或澄清度来实现的。

注意：

①在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可信度和可靠性。

②在探究温度或pH对酶活性的影响时，不同的梯度温度之间或不同的梯度pH之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或pH。

2．探究果胶酶的最适用量的实验分析

（1）原理提示：

本实验是一个探究性的定量实验，最适用量是在已知温度、pH条件下测出的，因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。

（2）确定最适用量的方法：

如果随酶浓度的增加，滤出的果汁体积增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值时，再增加酶的用量，滤出的果汁体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量（如图T147中M）。

图T147

3.探究加酶洗衣粉洗涤效果的实验设计

设计应遵循单一变量原则，需有效地控制其他变量（如水质、水温等），具体实验的实验变量如下：

项目

原理

自变量

因变量

加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的比较

加酶洗衣粉中含有酶制剂

酶的

有无

洗涤效果（单位时间内污渍去除快慢）

温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响

低温使酶的活性受抑制，高温使酶失活，二者均会使加酶洗衣粉的优势不能充分发挥

温度

不同种类加酶洗衣粉洗涤效果的比较

酶的催化作用具有专一性

洗衣粉

种类

4.固定化酶和固定化细胞技术

（1）方法

名称

原理

图示

包埋法

　将酶或微生物细胞均匀地包埋在细微网格中

化学结

合法

　将酶分子或细胞相互连接起来

物理吸

附法

　通过物理吸附作用，把酶或细胞吸附在载体表面上

（2）固定化酶与固定化细胞的比较

比较项目

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被反复利用

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

制备固定化酵母细胞的注意事项：

①细胞的固定化要在严格无菌条件下进行；对制备的海藻酸钠溶液、CaCl2溶液以及注射器等器材进行严格灭菌；②溶化海藻酸钠时采用小火间断加热法，防止海藻酸钠焦糊；③海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠；浓度过低，凝胶珠所固定的酵母细胞数量少。

41963年，诺和诺德公司向洗涤剂中加入碱性蛋白酶，推出了第一款加酶洗衣粉。

碱性蛋白酶一般利用枯草芽孢杆菌生产。

图甲、乙为某科研小组对碱性蛋白酶相关性质进行测试的结果。

图丙、丁为两种常见的平板划线法：

连续划线法和四区划线法，前者适用于纯化菌种较少的样品，后者适用于纯化菌种较多的样品。

请回答下列问题：

甲　pH对碱性蛋白酶活性的影响

　乙　温度对碱性蛋白酶活性的影响

图T148

（1）由图甲、乙可知，碱性蛋白酶发挥作用的适宜条件为____________________________。

（2）图丁中依次进行四区划线，四区的面积要求为C＜D＜E＜F，F区面积最大的原因是__________________________________。

每次划线后都要____________接种环，注意F区划线不要与__________（填字母）区相连。

（3）某兴趣小组欲从土壤中分离枯草芽孢杆菌，宜选择图________所示的方法划线培养，分离得到的纯化单菌落属于____________（填“种群”或“群落”）。

（4）碱性蛋白酶是枯草芽孢杆菌生长后期向细胞外分泌的一种酶，与该酶合成有关的细胞器是________________。

若欲应用固定化技术提高该酶的利用率，减少产物中的杂质，则应采用______________________________法。

┃对点训练┃

图

（1）表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图

（2）是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图。

请回答下列问题：

（1）图

（1）中X溶液为________________，其作用是使________________________。

（1）　　　　　　　

（2）

图T149

（2）图

（1）中制备的凝胶珠用________洗涤后再转移到图

（2）装置中。

图

（2）发酵过程中搅拌的目的是使________________________。

（3）在用海藻酸钠包埋酵母菌形成凝胶珠的过程中，加热溶解海藻酸钠时需注意用__

________加热，然后将溶化好的海藻酸钠溶液____________后，加入酵母菌充分搅拌混合均匀。

（4）研究发现，固定化强度强的酵母颗粒发酵效果好，且稳定性高、使用寿命长。

某机构利用上述装置，将浓度为2%、2.5%、3%的海藻酸钠分别用浓度为2%、3%、4%的X溶液进行凝胶化处理，所得到的固定化酵母颗粒的强度及在28℃下发酵48h后的酒精产量见下表：

海藻酸

钠浓度（%）

2

2.5

3

2

2.5

3

2

2.5

3

X溶液

浓度（%）

2

2

2

3

3

3

4

4

4

固定化强度

（g/30个）

930

950

990

1030

1100

1140

1170

1170

1160

酒精量（%）

6.7

6.5

6.5

6.7

6.4

6.2

6.7

6.4

6.3

依照表格分析，随着X溶液浓度的增加，________增加；用于酒精发酵效果最好的海藻酸钠与X溶液浓度分别是________、________。

考点四　生物技

术在其他方面的应用

┃考例探究┃

1．菊花茎组织培养与月季花药离体培养的比较

项目

菊花茎组织培养

月季花药培养

理论依据

植物细胞的全能性

材料选取

　未开花植株的茎上部新萌生的侧枝

　完全未开放的花蕾

光照状况

　每日用日光灯照射12h

　开始不需要光照，幼小植株形成后需要光照

操作流程

　制备MS培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

　选材→材料消毒→接种和培养→筛选和诱导→移栽→栽培、选育

培养结果

正常植株

单倍体植株

生殖方式

及育性

无性生殖，可育

有性生殖，高度不育

影响因素

选材、营养、激素、pH、温度、光照等

2.DNA的粗提取与鉴定

基本原理

方法

目的

　DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，在0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低，如下图所示：

溶于

NaCl

溶液

中并

稀释

　①NaCl溶液浓度为2mol/L时，DNA溶解，而部分蛋白质发生盐析生成沉淀，通过过滤可除去部分