高考生物总复习 第9单元 生物技术实践 第35讲 生物技术在食品加工中的应用及浅尝现代生物技术.docx

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高考生物总复习第9单元生物技术实践第35讲生物技术在食品加工中的应用及浅尝现代生物技术

第35讲生物技术在食品加工中的应用及浅尝现代生物技术

考纲要求

　1.果酒及果醋的制作（加试）。

2.泡菜的腌制和亚硝酸的测定（加试）。

3.植物的组织培养（加试）。

考点一　果酒及果醋的制作

1．用葡萄制作葡萄酒

（1）实验原理：

葡萄酒是酵母利用葡萄糖进行酒精发酵（乙醇发酵）的产物。

酵母菌只有在无氧条件下才能进行酒精发酵，即将葡萄糖氧化成乙醇，而且当培养液中乙醇的浓度超过16%时，酵母菌就会死亡。

葡萄糖氧化成乙醇的反应式：

C6H12O6―→2CO2＋2C2H5OH。

（2）实验步骤：

冲洗（用鲜红紫色的高锰酸钾溶液浸泡葡萄，用清水冲洗）→榨汁→制作酵母悬液（干酵母＋水＋少许蔗糖）→装入发酵瓶（装量不要超过2/3）→酒精发酵（在25～30℃的条件下放置2～3天，当发酵瓶中停止出现气泡，即表示发酵完毕）→过滤、分装、保存（用两层纱布过滤发酵液）。

2．用果汁制作果酒

（1）实验原理：

用葡萄制作的葡萄酒不含糖，酒精含量也低（平均的体积分数为8%），而用果汁制作的果酒，其酒精含量较高（体积分数约为15%），含糖量也较高。

（2）实验步骤：

选择材料（最好选择苹果）→制取果汁→配料（200g蔗糖＋1L果汁＋酵母悬液）→发酵→静置→用虹吸法取出。

3．用果酒制作果醋

（1）实验原理：

醋化醋杆菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸，反应式为C2H5OH＋O2―→CH3COOH＋H2O。

（2）实验步骤：

连接发酵装置→加入醋化醋杆菌→发酵并检测pH→调节活塞，控制流量→测定pH，监控发酵情况。

思考诊断

1．观察A、B发酵菌种，掌握它们的区别：

（1）图中A可表示酒精发酵菌种的细胞模式图，该菌种主要来自附着在葡萄皮上的野生型酵母菌，A不同于B最显著的特征是A具有细胞核。

（2）图中B可表示醋酸发酵菌种的细胞模式图，该菌种可从变酸的酒的表面的菌膜获取，B没有线粒体（细胞器），故需氧呼吸的场所是细胞溶胶和细胞膜。

2．酒精发酵和醋酸发酵的区别和联系

区别

酒精发酵

醋酸发酵

微生物

酵母菌

醋化醋杆菌

温度

25～30℃

30～35℃

氧气

前期需氧，后期不需氧

一直需氧

联系

酒精发酵为醋酸发酵提供营养物质（乙醇）

3.下图为果酒、果醋制作简易装置图，请据图思考：

（1）在果酒与果醋制作时，充气口是否均需充气？

提示　果酒制作时需关闭充气口，使装置内液体处于“无氧状态”以利于酵母菌无氧呼吸产生酒精；果醋制作时则需连接充气泵，自始至终通氧。

（2）装置中排气口有何作用？

图中显示排气管连接一长而弯曲的胶管，其目的是什么？

提示　排气口可排出酒精发酵时产生的CO2；与排气管相连的长而弯曲的胶管，可防止空气中微生物的污染。

（3）装置瓶内培养液是否应装满瓶？

提示　装置瓶内培养液体积不应超过2/3，需留1/3空间，以防止发酵液从排气口溢出。

1．下图装置既可用于生产果酒，又可用于生产果醋。

下列对于果酒和果醋生产时的控制条件的叙述，正确的是（　　）

A．生产果酒时，开关1、2、3始终要关上

B．生产果醋时，开关1、2、3都要打开

C．生产果醋时，开关1要打开，开关2、3要关上

D．生产果酒时，开关1、3始终要关上，开关2要间断打开

答案　D

解析　果酒发酵过程中，除了产生酒精外，还会产生大量的CO2，因此生产果酒时，开关1、3始终要关上，开关2要间断打开，参与果醋制作的菌种是醋化醋杆菌，是一种需氧菌，其进行醋酸发酵时也会产生CO2，因此开关1、2要打开，开关3要关上。

2．葡萄发酵可产生葡萄酒，请利用相关的知识回答问题：

（1）利用葡萄制作葡萄酒的过程中，发挥作用的微生物是________。

（2）该微生物通过厌氧呼吸可分解________，产生的终产物是________和________。

（3）甲、乙、丙三位同学将葡萄榨成汁后分别装入相应的发酵瓶中，在温度适宜的条件下进行发酵，如图所示。

发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。

据图分析，甲和丙同学的操作有误，其中甲同学的错误是________________________，导致发酵中出现的主要异常现象是________________________。

丙同学的错误是________________________________，导致发酵中出现的主要异常现象是________________________。

上述发酵过程结束后，甲、乙、丙同学实际得到的发酵产品依次是________、________、________。

（4）在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶瓶塞被冲开，该操作错误是_________________________________________________________。

答案　

（1）酵母菌　

（2）葡萄糖　乙醇　CO2　（3）未夹住发酵瓶的充气管　发酵液从充气管流出，发酵液变酸　瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口　排气时发酵液从排气管流出　葡萄醋　葡萄酒　葡萄酒

（4）未及时排气

解析　制酒常用酵母菌做菌种，其进行厌氧呼吸分解葡萄糖，产生乙醇和二氧化碳；酵母菌酒精发酵进行的是厌氧呼吸，所以甲同学未夹住发酵瓶的充气管，有氧气进入，导致葡萄糖被氧化，且需氧呼吸产生较多的二氧化碳，使发酵液从充气管流出，发酵液变酸；丙同学的错误是瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口，一般来说，发酵液不超过容器容积的

；上述发酵过程结束后，甲、乙、丙同学实际得到的发酵产品依次是葡萄醋、葡萄酒、葡萄酒。

方法规律

发酵条件的控制

（1）酵母菌的繁殖需大量氧气，而发酵过程进行厌氧呼吸，故果酒制作的前期应通入氧气，而后期应保证严格的无氧环境。

（2）果醋制作过程中要求始终通氧，缺氧时醋化醋杆菌的生长、增殖都会受到影响，而且醋酸的生成也会受到影响。

考点二　泡菜的腌制和亚硝酸的测定

1．泡菜的制作

（1）原理：

在无氧条件下，微生物（主要是假丝酵母和乳酸菌）将蔬菜中的糖和其他营养物质发酵成有机酸和醇类物质等。

（2）制作流程

2．亚硝酸盐的测定

（1）测定原理

亚硝酸盐可与对氨基苯磺酸发生重氮化反应，这一产物再与N－1－萘基乙二胺偶联，形成紫红色产物，可用光电比色法定量测定。

（2）亚硝酸盐的定量测定流程

①样品处理：

泡菜25g制匀浆过滤后调pH到8.0→加25mL硫酸锌溶液→加氢氧化钠溶液至产生白色沉淀→水浴加热至60°C→过滤取滤液和洗涤液定容至500mL。

②测定：

10mL样品溶液＋4.5mL氯化铵缓冲液＋2.5mL60%乙酸溶液＋5mL显色液→定容至25mL→暗处静置25min→在550nm处测定光密度值（以10mL水为空白对照）。

③标准曲线的绘制：

以亚硝酸钠质量为横坐标，以光密度值（OD值）为纵坐标，绘制标准曲线。

④计算：

公式：

X1＝

X1：

样品中亚硝酸盐含量，单位mg/kg；

m1：

样品质量，单位g；

m2：

通过标准曲线得到的亚硝酸盐质量，单位μg；

V1：

样品处理液总体积；

V2：

测定用样品液体积。

3．泡菜制作的关键点

（1）防止杂菌污染：

每次取样用具要洗净，要迅速封口。

（2）氧气需求

①泡菜坛要选择气密性好的容器，以创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。

②泡菜坛内要注满水，以保证乳酸菌发酵所需要的无氧环境，并注意在发酵过程中经常补水。

（3）温度：

发酵过程温度控制在室温即可，最好在26～36℃。

温度过高，则易滋生杂菌；温度过低，则发酵时间延长。

思考诊断

1．如何营造泡菜制作中的“无氧环境”？

提示　

（1）选择的泡菜坛要密封性好；

（2）加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料；（3）盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。

2．在泡菜制作过程中亚硝酸盐的含量有怎样的变化规律？

为什么要测定亚硝酸盐的含量？

提示　在泡菜制作过程中，亚硝酸盐的含量先增加后减少。

测定亚硝酸盐含量的目的是掌握取食泡菜的时机。

3．根据下图泡菜的制作装置图，回答问题：

（1）该装置内的主要微生物是乳酸菌，属于原核（真核或原核）生物。

（2）说明装置中“放水”的作用？

提示　装置中“放水”的作用在于为泡菜坛营造“厌氧”环境。

（3）下图为乳酸菌的数量、乳酸和亚硝酸盐的含量随时间变化的曲线，请将三幅图分别填上“纵轴标识”。

①～③纵轴标识依次为乳酸菌、亚硝酸盐、乳酸。

1．（2015·嘉兴模拟）家庭中制作泡菜的方法：

新鲜的蔬菜经过整理、清洁后，放入彻底清洗并用白酒擦拭过的泡菜坛中，然后向坛中加入盐水、香辛料及一些“陈泡菜水”，密封后置于温度适宜的地方。

下列与此过程相关的叙述，不正确的是（　　）

A．用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒

B．加入“陈泡菜水”的作用是提供乳酸菌菌种

C．制作泡菜的过程中，有机物的干重和种类将减少

D．若制作的泡菜咸而不酸最可能的原因是大量的食盐抑制了乳酸菌的发酵过程

答案　C

解析　用白酒擦拭泡菜坛的目的是消毒；“陈泡菜水”中含有大量的乳酸菌菌种，制作泡菜时加入“陈泡菜水”可以实现接种乳酸菌菌种的目的；制作泡菜的过程中，由于呼吸作用的消耗，有机物的干重将减少，但坛内有机物的种类将增加；若放入的食盐过多，抑制了乳酸菌的发酵，就会使制作的泡菜“咸而不酸”。

2．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的亚硝酸盐含量，记录各样品管中亚硝酸盐的含量。

（2）下图表示的是泡菜中________含量变化趋势。

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

（4）三坛泡菜分别在腌制过程中的第3、5、7、9、11、13天分别对食盐浓度为4%、6%、8%的泡菜做了亚硝酸盐含量的检测，得到以下数据：

　　　食盐浓度

发酵天数　　　

1号坛4%

2号坛6%

3号坛8%

第3天

1.6

1.2

0.5

第5天

3.2

5.5

2

第7天

3.8

4.0

1.8

第9天

3.5

1.8

1.6

第11天

3.4

1.2

1.5

第13天

3.2

1.2

1.2

发酵温度：

13～15℃；单位：

mg/kg。

请根据表中数据，对泡菜的制作提出两条建议：

________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）①不同浓度亚硝酸钠标准溶液　②不同泡制天数的泡菜滤液　③样品管　相同（相近）　

（2）亚硝酸盐　（3）乳酸菌　（4）泡菜腌制时间最好长于13天；适当地增加食盐的浓度

解析　

（1）在亚硝酸盐的含量测定中，用不同浓度亚硝酸钠标准溶液和显色剂制成颜色深浅不同的系列标准管；用刻度移液管分别吸取一定量的不同泡制天数的泡菜滤液，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；将每个样品管分别与系列标准管进行比较，找出与样品管颜色深浅相近的标准管，该管中亚硝酸钠含量即代表样品管中的亚硝酸盐含量，记录各样品管亚硝酸盐的含量。

（2）据图可知，该图表示亚硝酸盐的含量随发酵时间的变化曲线。

（3）制泡菜时使用的微生物是乳酸菌。

（4）表中数据显示：

1号坛与3号坛中均为第13天时亚硝酸盐含量最低，另外，随食盐浓度升高，泡菜坛内亚硝酸盐含量也会降低，故适当增加食盐浓度有利于降低亚硝酸盐含量。

归纳提升

泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化

发酵时期

乳酸菌数量

乳酸含量

亚硝酸盐含量

发酵初期

少（有O2，乳酸菌活动受抑制）

少

增加（硝酸盐还原菌的作用）

发酵中期

最多（乳酸抑制其他菌的活动）

积累、增多、pH下降

下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）

发酵后期

减少（乳酸继续积累，pH继续下降，抑制乳酸菌的活动）

继续增多，pH继续下降

下降至相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）

考点三　植物的组织培养

1．组织培养的概念

取一部分植物组织，在无菌的条件下接种在三角瓶中的琼脂培养基上，给予一定的温度和光照，使之产生愈伤组织，或进而生根发芽。

2．组织培养的原理

植物细胞的全能性。

3．培养基中加入的激素

（1）激素种类：

生长素和细胞分裂素，两者的摩尔浓度比决定组织是生根，还是生芽。

（2）激素的使用比例

比例

结果

细胞分裂素和生长素的比例高

诱导芽的生成

细胞分裂素和生长素的比例大致相等

愈伤组织继续生长而不分化

细胞分裂素和生长素比例低

会趋于长根

4.实验中使用的激素

人工合成的萘乙酸（NAA）代替生长素，人工合成的苄基腺嘌呤（BA）代替细胞分裂素。

5．菊花的组织培养的实验内容

（1）发芽培养基和生根培养基的比较

①发芽培养基：

细胞分裂素摩尔浓度大于生长素摩尔浓度的培养基。

②生根培养基：

生长素摩尔浓度大于细胞分裂素摩尔浓度的培养基。

（2）实验内容

以菊花为材料进行组织培养，首先，用细胞分裂素相对较多和生长素相对较少的培养基（发芽培养基）进行培养，使其长出较多的丛状苗；然后，将丛状苗分株培养。

分株后，再移入含有较多生长素的培养基（生根培养基）中，使其生根；将生根的苗从三角瓶中移至草炭土或蛭石中继续生长，待苗健壮后再移至土中。

6．菊花的组织培养的实验步骤

（1）配制MS培养基：

由大量元素、微量元素和有机成分组成。

（2）取外植体：

超净台上将无菌培养的菊花幼苗切段，每段至少有1张叶片。

（3）生芽培养：

在生芽培养基中放入2～3段幼茎切段，日光灯下保持18～25℃的温度培养，每天的光照时间不少于14.5h。

（4）生根培养：

2～3周后，将丛状苗在无菌条件下转入生根培养基中，在上述条件下继续培养。

（5）适应锻炼：

将苗移至草炭土或蛭石中，用玻璃罩或塑料布保持80%以上的湿度，2～3天后打开玻璃罩逐渐降低湿度进行锻炼，直至将罩全部打开处于自然湿度下为止。

（6）定植：

将苗转移到土中培养。

（7）自然生长的茎进行组织培养的步骤：

可取一段茎在70%乙醇中浸泡10min，再放入5%次氯酸钠溶液中浸泡5min，然后用另一5%次氯酸钠溶液浸泡5min，最后在超净台中用无菌水清洗，将茎的切段培养在生芽培养基中。

思考诊断

1．二倍体植株是花粉经脱分化与再分化后可得到稳定遗传的植株（　×　）

提示　得到的单倍体植株不能稳定遗传。

2．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物组织培养（　√　）

3．脱分化过程中不需要植物激素，植物激素只有在再分化过程中发挥作用（　×　）

提示　开始在发芽培养基上培养，细胞分裂素相对较多和生长素相对较少。

4．由于植物细胞都具有全能性，所以菊花的组织培养实验中选材不会影响实验的结果（　×　）

提示　幼龄、保存时间短的植物材料容易培养成功。

5．发芽培养基中生长素的浓度大于细胞分裂素的浓度（　×　）

提示　细胞分裂素摩尔浓度大于生长素摩尔浓度的培养基是发芽培养基。

1．植物组织培养过程的相关分析

（1）理论依据：

植物细胞的全能性。

（2）基本过程：

培养过程均须在无菌条件下进行

外植体

愈伤组织

丛芽

生根―→移栽

（3）影响因素：

选材、营养、激素、pH、温度、光照等。

（4）生殖方式：

选择花粉、花药离体培养时，为有性生殖；选择叶、芽、根、花瓣等培养时，与扦插、嫁接一样，为无性繁殖。

2．植物激素在植物组织培养过程中的作用

（1）培养基中加入的植物激素是生长素和细胞分裂素。

（2）以上两种激素的摩尔浓度比决定组织是生根还是发芽。

（3）植物激素的影响

使用顺序的影响

使用顺序

实验结果

先加生长素，后加细胞分裂素

有利于细胞分裂，但不分化

先加细胞分裂素，后加生长素

细胞既分裂又分化

两者同时使用

分化频率提高

3.植物组织培养中的无菌操作归纳

（1）培养材料消毒

消毒剂：

一般可用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%的次氯酸钠溶液，所使用的清洗液是无菌水。

（2）培养基、所用操作器材均要进行灭菌处理。

培养基常采用高压蒸汽灭菌，操作器材可采取干热灭菌。

（3）对操作室、工作台要进行消毒，一般使用紫外线或消毒药品消毒。

（4）所有接种、转瓶操作都应在酒精灯火焰旁进行。

题型一　植物组织培养的过程

1．（2015·浙师大附中月考）下图为某二倍体植株花药中未成熟花粉在适宜培养基上形成完整植株的过程。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．过程①表示脱分化，过程②表示再分化

B．过程①、②需要避光，过程③需要照光

C．过程①说明花粉细胞具有全能性

D．过程③获得的完整植株自交后代不会发生性状分离

答案　A

解析　图中过程①表示脱分化，②、③表示再分化，A项正确；脱分化需要避光处理，再分化和植物生长需要照光，因此过程①需要避光，过程②、③需要照光，B项错误；过程①、②、③是植物组织培养的过程，由花粉细胞最终获得了完整植株个体，说明花粉细胞具有全能性，C项错误；过程③获得的完整植株属于单倍体植株，高度不育，不能自交产生后代，D项错误。

2．（2016·舟山联考）下图为植物（菊花）组织培养过程示意图，请回答下列问题：

（1）培养基①和培养基②分别为________和________，两者最主要的区别是________________________________________________________________________。

________________________________________________________________________。

（2）若该培养基是MS固体培养基，则其基本组成是________、________、有机成分、激素和琼脂。

（3）愈伤组织发芽的根本原因是____________________________________________________。

（4）菊花组织在接种到培养基之前需进行________处理，整个组织培养过程需在________条件下进行。

（5）本实验用人工合成的激素，而不用植物中存在的天然激素的原因是__________________。

答案　

（1）发芽培养基　生根培养基　发芽培养基中细胞分裂素的摩尔浓度大于生长素的摩尔浓度，而生根培养基中生长素的摩尔浓度大于细胞分裂素的摩尔浓度　

（2）大量元素　微量元素　（3）基因的选择性表达

（4）消毒　无菌　（5）人工合成的激素容易合成、原料广泛、效果稳定

解析　

（1）菊花组织在培养基①中形成愈伤组织后长出丛芽，在培养基②中生根后形成试管苗，所以①是发芽培养基，②是生根培养基，两者最主要的区别是发芽培养基中细胞分裂素的摩尔浓度大于生长素的摩尔浓度，而生根培养基中生长素的摩尔浓度大于细胞分裂素的摩尔浓度。

（2）MS固体培养基由大量元素、微量元素和有机成分、激素、琼脂组成。

（3）愈伤组织发芽是再分化的过程，其根本原因是基因的选择性表达。

（4）菊花组织在接种到培养基之前必须先进行消毒处理，整个组织培养过程必须在无菌条件下进行。

（5）人工合成的植物激素具有容易合成、原料广泛、效果稳定的优点，因此在农业生产中被广泛应用。

题型二　植物组织培养的原理及影响因素

3．下列关于植物组织培养中植物激素使用的说法，不正确的是（　　）

A．植物组织培养中的关键性激素是生长素和细胞分裂素

B．先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂和分化

C．先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂又分化

D．同时使用生长素和细胞分裂素时，两者摩尔浓度的比例影响植物细胞的发育方向

答案　B

解析　用于植物组织培养的培养基中除营养成分外，还需添加植物激素，一般包括生长素和细胞分裂素；外植体脱分化、再分化的诱导方向取决于二者的比例。

先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素，对细胞的分裂和分化均有利。

4．（2015·湖州中学期末测试）图甲是植物组织培养过程的示意图，图乙是植物激素对愈伤组织分化影响的示意图。

请回答下列问题：

（1）植物组织培养的原理是植物细胞具有____________________________________________。

（2）为了保证植物的正常生长，容器内装有的培养基中除小分子有机物和水外，还必须含有植物生长所需的________________。

（3）在图甲的A过程中，为了有利于嫩枝组织细胞启动细胞分裂形成愈伤组织，常常需要在配制好的培养基中添加________。

嫩枝组织细胞接种后2～5d，发现其边缘局部污染，其原因可能是________________________________________________________________________。

（4）在图甲B过程中，若愈伤组织没有形成根，但分化出了芽，其原因可能是_____________；

若要获得更多的愈伤组织，培养基中两种激素的含量应该是___________________。

（5）切取若干光照后一段幼苗芽尖外的组织块，经消毒后接种到诱导再分化的培养基中培养，该培养基中两种植物激素的浓度相同。

从理论上分析，分化的结果是________________，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）全能性

（2）各种无机盐

（3）植物激素　嫩枝组织细胞消毒不彻底

（4）培养基中生长素较少，细胞分裂素较多　细胞分裂素中等量，生长素少

（5）生根　原培养基中细胞分裂素与生长素的浓度相同，而经光照后的幼苗芽尖处组织块中含较多生长素，因此组织块中的细胞分裂素少，生长素多，故诱导生根

解析　

（1）植物细胞具有全能性，这是植物组织培养的理论基础。

（2）为了保证植物的正常生长，培养基中一定要添加各种无机盐。

（3）植物的组织培养过程中，启动细胞分裂和愈伤组织的分化都离不开植物激素。

培养的嫩枝组织细胞周围发生局部污染的原因可能是嫩枝组织细胞消毒不彻底。

（4）从图乙可知，植物激素的种类及其摩尔浓度配比都会影响愈伤组织分化的方向，具体结合图示和题干信息回答即可。

做模拟　练预测

1．（