选修1《生物技术实践》知识点归纳.docx
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选修1《生物技术实践》知识点归纳
选修1《生物技术实践》知识点归纳
实验1大肠杆菌的培养和分离
1.微生物是指结构简单、形体微小的单细胞、多细胞或没有细胞结构的低等生物，包括病毒、原核生物、原生生物和某些真菌。
细菌是单细胞的原核生物，有细胞壁（肽聚糖）、细胞膜、细胞质，无成型的细胞核，只有一环状DNA分子（拟核）。
以分裂（二分裂）的方式繁殖，分裂速度很快。
用革兰氏染色法将细菌分为革兰氏阳性菌（革兰氏染液染色后，再脱色处理，细菌仍保留染色液的颜色）和革兰氏阴性菌两大类，区别在细胞壁的成分不同。
大肠杆菌是革兰氏阴性（细胞壁薄，有荚膜）、兼性厌氧的肠道杆菌。
2.细菌的分离方法有两种：
划线分离法和涂布分离法。
是消除污染杂菌的通用方法，也是用于筛选高表达量菌株的最简便方法之一。
划线分离就是用接种环蘸菌液后在含有固体培养基的培养皿平板上划线，在划线的过程中菌液逐渐减少，细菌也逐渐减少，。
划线最后，可使细菌间的距离加大。
将接种后的固体培养基培养10～20小时后，一个细菌细胞就会繁殖成许多细菌细胞，形成菌落，不会重叠。
在斜面上划线，则每个斜面的菌群就是有一个细菌产生的后代。
用于基因工程的大肠杆菌的工程菌，可以用划线分离法获得产物表达能力高的菌株。
由于工程菌的质粒中通常有抗性基因（如抗氨苄青霉素基因），如在培养基中加入一定量的氨苄青霉素，由于非工程菌的其他杂菌都没有抗性基因，所以在划线后只有存在抗性基因的工程菌能生存下来。
涂布分离时，需要先将培养的菌液稀释，通常稀释到10-5～10-7之间，然后去不同稀释度的稀释菌液放在培养皿的固体培养基上，用玻璃刮刀涂布在培养基平面上进行培养，在适当的稀释度下，可产生相互分开的菌落。
通常每个培养皿中有20个以内的单菌落为最合适。
将每个菌落分别接种在斜面上扩增培养后，再做功能性实验。
划线分离法，方法简单；涂布分离法，单菌落更易分开，但操作复杂。
3.在培养微生物时，必须进行无菌操作。
其首要条件是各种器皿必须是无菌的，各种培养基也必须是无菌的，转移培养基、倒平板、接种、平板划线、平板稀释涂布等操作中的每一步都要做到无菌（防止杂菌污染）。
进行恒温培养时，要将培养皿倒置，是因为培养基中的水分会以水蒸气的形式蒸发，倒放培养皿会使水蒸气凝结成水滴后，落入培养基的表面并且扩散，菌落中的细菌也会随水扩散，菌落见相互影响，很难在分成单菌落，达不到分离的目的。
4.细菌扩大培养要用LB液体培养基（通用培养基、常用于做生理学研究和发酵工业），划线分离要用LB固体培养基（常用于微生物分离、鉴定、计数和菌种保存）。
“细菌喜荤，霉菌喜素”，通常细菌培养基要用蛋白胨和酵母提取物来配制，还要加入一定的氯化钠，以维持一定的渗透压；霉菌培养基一般用无机物配制或添加蔗糖的豆芽汁即可。
尽管培养基的配方各不相同，但其基本成分都一样（五类）。
人及动物的营养物质：
水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质、维生素六类；
植物的营养物质：
矿质元素、水、二氧化碳等三类；
微生物的营养物质：
水、无机盐、碳源、氮源及生长因子等五类。
4.无菌技术
（1）获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌的入侵，要注意以下几个方面：
①对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒。
②将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器具进行灭菌。
③为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在酒精灯火焰附近进行。
④实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品相接触。
（2）消毒与灭菌的区别
消毒指使用较为温和的物理或化学方法仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物（不包括芽孢和孢子）。
消毒方法常用煮沸消毒法，还有化学药剂（如酒精、氯气、石炭酸等）消毒、红外线消毒。
灭菌则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。
灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌。
5.培养基
（1）培养基可分为液体培养基和固体培养基（按照物理性质）。
在液体培养基中加入凝固剂琼脂后，制成琼脂固体培养基。
微生物在固体培养基表面生长，可以形成肉眼可见的菌落。
根据菌落的特征可以判断是哪一种菌。
（2）各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐四种营养物质。
满足微生物生长还需要适宜的pH、氧气的要求（根据微生物的需求提供有氧或无氧环境）、特殊营养物质等。
碳源：
能为微生物的代谢提供碳元素的物质。
如CO2、NaHCO3等无机碳源；糖类、蛋白质、脂肪等有机碳源。
异养微生物只能利用有机碳源。
单质碳不能作为碳源。
氮源：
能为微生物的代谢提供氮元素的物质。
如N2、NH3、NO3-、蛋白质、氨基酸等。
只有固氮微生物才能利用N2。
（3）培养基配制的原则：
目的要明确、PH值要适宜、营养要协调和要经济节约。
实验4果汁中的果胶和果胶酶
1.果胶是植物细胞壁的以及胞间层的主要成分之一，由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。
下面是果胶的结构式：
山楂的果实中果胶含量最多，煮沸的山楂泥可制成山楂糕，就是由于果胶的作用。
果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用，去掉果胶，就会使植物组织变得松散。
果胶不溶于乙醇，这是鉴别果胶的一种简易方法。
2.果胶是植物细胞壁和胞间层的主要组成成分之一。
在果汁加工中，果胶的存在易导致果汁出汁率低，果汁浑浊。
果胶酶分解果胶的作用是：
①瓦解植物的细胞壁及胞间层，使榨取果汁更容易；②把果胶分解为可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清，因此可以解决果汁加工中出现的问题。
果胶酶是一类酶的总称，包括：
多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶。
在植物细胞工程中果胶酶的作用是与纤维素酶一起除去植物细胞的细胞壁。
实验5加酶洗衣粉的使用条件和效果
1.洗衣粉主要成分：
表面活性剂，水软化剂，碱剂，漂白剂等成分，有的洗衣粉中还含有增白剂，香精和色素，以及填充剂等。
2.加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉,目前常用的酶制剂有四类：
蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶。
其中应用最广泛、效果最明显的是碱性蛋白酶和碱性脂肪酶。
酶
酶
3.（碱性）蛋白酶的作用是使蛋白质水解成可溶于水的小分子肽和氨基酸。
蛋白质多肽氨基酸
酶
脂肪酶的作用是将大分子的脂肪水解为小分子的物质，甘油和脂肪酸。
脂肪甘油+脂肪酸
4.影响酶活性的因素有温度、酸碱度和表面活性剂。
此外，加酶洗衣粉也不宜长期存放，存放时间过长会导致酶活力损失。
5.实验操作
课题名称：
温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响。
实验目的：
比较不同温度下加酶洗衣粉的洗涤效果。
实验原理：
酶的催化活性受温度影响，在适宜温度下酶的催化活性最高，温度过低或过高酶的催化能力降低。
实验材料：
加酶洗衣粉、天平、白色棉布、1000mL烧杯、玻棒、温度计、滴管、新鲜鸡血、水浴缸、温度分别为5℃、15℃、25℃、35℃的清水。
实验步骤：
（1）取10cm×10cm的白色棉布4块，用滴管各滴加5滴新鲜鸡血，晾干备用。
（2）取1000mL烧杯4个，用天平分别称取加酶洗衣粉，依次倒入4个烧杯中。
（3）将5℃、15℃、25℃、35℃清水各500mL依次倒入4个烧杯中，用玻棒搅拌溶化洗衣粉。
（4）取水浴缸4个，依次倒入5000mL5℃、15℃、25℃、35℃清水，插入温度计保持恒温。
（5）将4个烧杯分别放到相同水温的水浴缸中，将带鸡血的棉布分别放到烧杯中浸泡20min。
（6）按相同方式用不同玻棒搅拌棉布各，放到水浴缸中。
结果分析与评价：
不同种类的洗衣粉对同一污渍或不同污渍洗涤效果的列表比较
污染物
蛋白酶洗衣粉
复合酶洗衣粉
普通洗衣粉
油渍
血渍
奶渍
果汁渍
6.常见问题解答
①为什么洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内数小时如何缩短衣物的浸泡时间
是为了使洗衣粉中的蛋白酶充分的分解衣物中的蛋白质污渍；用温水浸泡衣物，因为酶的催化作用需要适宜的温度。
②为什么不能在60℃以上的水中使用此洗衣粉
使用加酶洗衣粉时，必须注意洗涤用水的温度，温度过高会使酶变性失活。
在低温下酶的活性下降。
③试解释为什么此洗衣粉不能用于丝质及羊毛衣料
因为蛋白酶能使蛋白质水解，而丝质及羊毛衣料中含有蛋白质，这样会损坏衣物。
④为什么使用加酶洗衣粉洗衣后，须彻底清洗双手
人体皮肤细胞有蛋白质，如不彻底清洗双手，就会使手的皮肤受到腐蚀。
而使人患过敏性皮炎、湿疹等，因此，应避免与这类洗衣粉长时间地接触。
⑤脂肪酶对沾有矿物油的棉布是否起作用
不起作用。
脂肪酶只对羟基和羧基形成的酯键起作用，而矿物油多为饱和链烃，没有酯键。
实验7α-淀粉酶的固定化及淀粉水解
1.酶的生产
①提取法：
采用一定的技术直接从动植物或微生物的组织、细胞中将酶提取出来。
优点：
简单易行，在动植物或微生物资源丰富的地区具有应用价值。
缺点：
要有充足的原材料，广泛应用受到限制。
②发酵法（常用方法）：
通过微生物发酵获得所需要的酶。
优点：
易培养、繁殖速度快、便于大规模生产。
2.酶制剂的优点：
催化效率高、低能耗、低污染等。
酶制剂的缺点：
通常对强酸、强碱、高温和有机溶剂等条件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很难回收，不能被再次利用，提高了生产成本；反应后会混在产物中（难分离），可能影响产品质量。
3.固定化酶：
固定化酶技术。
即将酶固定在一定空间内的技术（如固定在不溶于水的载体上）。
固定化酶的优点：
使酶既能与反应物接触，又能与产物分离；固定在载体上的没可以被反复利用。
4.固定化酶方法：
吸附法、交联法、包埋法、共价偶连法等。
5.实验操作
实验原理：
本实验是用吸附法将a-淀粉酶固定在石英砂上，一定浓度的淀粉溶液经过固定化酶柱后，可使淀粉水解成糊精，用淀粉指示剂溶液测试，流出物呈红色表明水解产物糊精生成。
设备及用品：
5ml塑料注射器、50ml烧杯、滴管、自行车用气门心及夹子、注射器架、试管及微量离心管3支。
材料：
①α-淀粉酶的固定化:
在烧杯中将5mgα-淀粉酶溶于4ml蒸馏水中.由于酶不纯,可能有些不溶物。
再加入5g石英砂,不时搅拌,30min后装入1支下端接有气门心并用夹子封住的注射器中（石英砂体积约4ml）。
用10倍体积的蒸馏水洗涤此注射器以除去未吸附的游离淀粉酶,流速为1ml/min。
②可溶性淀粉溶液:
取50ml可溶性淀粉溶于100ml热水中,搅拌均匀。
③5mmol/LKI-I2溶液：
称取碘和碘化钾。
加蒸馏水100ml完全溶解后装入滴瓶中。
步骤：
①将灌注了固定化酶的注射器放在注射器架上,用滴管滴加淀粉溶液,使淀粉溶液以min的流速过柱。
在流出5ml后接收流出液,加入1～2滴KI-I2溶液,观察颜色.用水稀释1倍后再观察颜色。
②实验后,用10倍柱体积的蒸馏水洗涤此柱,放置在4℃冰箱中,几天后再重复上述实验,看是否有相同的结果。
实验反思：
如何证明洗涤固定化酶柱的流出液中没有淀粉酶
可在试管中加入1ml可溶性淀粉，再加几滴淀粉酶柱流出液，保温几分钟后用碘液检验。
如仍显蓝色，则流出液中没有淀粉酶了。
实验8果酒及果醋的制作
（一）实验原理
酶
1．酵母菌的细胞呼吸
酶
酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，反应式：
C6H12O6+O2CO2+H2O+能量
酵母菌进行无氧呼吸产生酒精和二氧化碳，表达式为：
C6H12O6C2H5OH+CO2+能量
2．酵母菌发酵的最佳环境
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生活：
在有氧时，酵母菌大量繁殖，但是不起到发酵效果；在无氧时，繁殖速度减慢，但是此时可以进行发酵。
在利用酵母菌发酵时最好是先通入足够的无菌空气在有氧环境下一段时间使其繁殖，再隔绝氧气进行发酵。
20℃左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵的最佳温度是在18℃～25℃，pH最好是弱酸性。
酶
3．醋酸菌好氧性细菌，当缺少糖源时和有氧条件下，可将乙醇（酒精）氧化成醋酸。
表达式为：
C2H5OHCH3COOH+H2O；当氧气、糖源都充足时，醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。
醋酸菌生长的最佳温度是在30℃～35℃
（二）实验步骤
挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→果酒（→醋酸发酵→果醋）
1.对发酵瓶、纱布、榨汁机、盛葡萄汁的器皿等实验用具进行清洗并消毒。
先用温水反复冲洗几次,再用体积分数为75%的酒精擦拭消毒，晾干待用。
2.取葡萄500g，去除枝梗和腐烂的子粒。
3.用清水冲洗葡萄1～2遍除去污物，注意不要反复多次冲洗。
4.用榨汁机榨取葡萄汁后，将其装入发酵瓶中或将葡萄打成浆后，用洁净的纱布过滤至发酵瓶中，盖好瓶盖。
如果没有合适的发酵装置，可以用500mL的塑料瓶替代，但注入的果汁量不要超过塑料瓶总体积的2/3。
5.将发酵瓶置于适宜的温度下发酵。
酵母菌，18℃～25℃，10～12d；醋酸菌，30℃～35℃，7～8d。
6.由于发酵旺盛期CO2的产量非常大，因此需要及时排气，防止发酵瓶爆裂。
如果使用简易的发酵装置，如瓶子（最好选用塑料瓶），每天要拧松瓶盖2～4次，进行排气。
以后，可以开始进行取样检验工作。
例如，可以检验酒味、酒精的含量、进行酵母菌的镜检等工作。
8.当果酒制成以后，可以在发酵液中加入醋酸菌或醋曲，然后将装置转移至30～35℃的条件下发酵，适时向发酵液中充气。
如果找不到醋酸菌菌种或醋曲，可尝试自然接种，但效果不是很好。
如果没有充气装置，可以将瓶盖打开，在瓶口盖上纱布，以减少空气中尘土等的污染。
（三）注意事项
请分析此装置中的充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。
为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接结合果酒、果醋的制作原理，你认为应该如何使用这个发酵装置
答：
充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的；排气口是在酒精发酵时用来排出CO2的；出料口是用来取样的。
排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。
使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。
（四）知识重点
1.酿酒和制醋有关的微生物分别是酵母菌（真菌）和醋杆菌（细菌）。
制作酒和醋的过程：
在糯米或大米与酒曲混匀后，放在温度较高的地方，米先变甜，即生成了糖，这是由于黑曲霉或黑根霉的淀粉酶将淀粉水解成糖。
甜度增加后，再放到温度低的地方保持厌氧条件，酵母就开始工作，使糖变成酒（糖酵解）。
如果时间太长，在有氧条件下，醋酸菌就开始作用，将乙醇氧化成乙酸，也就是变酸生成醋。
2.用葡萄制作葡萄酒时，一般不加蔗糖，都只用野生酵母，但是本实验为了加速反应，使观察更直观，需要有更多底物参加反应，所以加入酵母使酒精发酵占有优势。
使用高锰酸钾溶液浸泡葡萄的目的是为了防止杂菌污染，也是消灭了野生酵母。
发酵瓶中的液体不能装满是因为发酵过程中气体产生，如果装满会使液体外溢，导致发酵液损失和瓶口等处污染杂菌，影响产物品质。
用装着水的弯曲玻璃管可以防止氧气进入，发酵产生的二氧化碳可以出去，还可以防止空气中杂菌的污染。
3.制醋有固态发酵和液态发酵，本实验属于固定化菌体连续发酵工艺。
制醋时要向发酵瓶中通入空气，保证发酵是一个氧化过程，要用棉花过滤是防止空气中的微生物进入。
实验10泡菜的腌制和亚硝酸的测定
1.泡菜腌制过程中起作用的主要是假丝酵母和乳酸菌。
这类食品含有乳酸和丰富的维生素、矿物质等营养成分，但蛋白质含量低，还含有一定量的亚硝酸盐。
所用原料是白菜、洋白菜等。
在无氧的条件（由所用容器的凹槽加水在加盖造成）下，微生物利用菜中的糖和其他营养物进行发酵，乳酸菌将糖分转化为乳酸，这是需氧菌被杀死；当有机酸增加到一定程度时，乳酸菌被杀死，出现酵母和霉菌，并逐渐产生亚硝酸。
加白酒的作用是可抑制杂菌的生长，也是一种调味剂，增加醇香感。
加盐不要太多，否则会使乳酸菌发酵迟缓。
温度高则发酵快，但口味差些。
2.杂菌较少的原因是乳酸菌产生的乳酸球菌肽对许多革兰氏阳性菌有抗菌作用，蛋白质含量低，白酒的抑制作用等。
3.亚硝酸盐是对人体有害，引起中毒，可致癌的物质，由假丝酵母产生。
可与对氨基本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。
实验步骤包括样品处理、测定、标准曲线（以亚硝酸钠质量为横坐标以光密度OD值为纵坐标）、计算[亚硝酸盐含量（mg/kg）X1=通过标准曲线得到的亚硝酸盐质量（ug）m2×1000×样品处理液总体积V1/样品质量m1×测定样品液总体积V2×1000）]。
实验11植物组织培养
（一）植物组织培养的原理与基本过程
1.原理：
细胞全能性。
2.基本过程：
外植体
愈伤组织
胚配装体
新植物体
（二）影响植物组织培养的因素
1、培养基配制要进行严格的灭菌
2、外植体的选取：
生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化
3、消毒4、接种5、培养6、移栽和栽培
（三）影响花药培养的因素
选取适宜的材料和培养基组成是花粉植株诱导成功的关键。
最适宜的花药发育时期会因植物种类和品种的不同而不同，但对大多数植物而言，适宜进行花药培养的时期是单核居中期或单核靠边期。
（四）实验操作指导
①植物组织培养不同于扦插、分根、叶插等常规无性繁殖。
由于植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，所以对培养条件的要求较高。
用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。
而培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。
②无菌技术包括培养基消毒灭菌和植物材料（外植体）的消毒灭菌。
对培养材料进行表面灭菌时，一方面要考虑药剂的消毒效果；另一方面还要考虑植物材料的耐受能力。
不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官要区别对待。
③对接种操作中污染情况的分析：
接种3～4d后，在接种操作中被杂菌污染的培养物会表现出被污染的现象。
一般情况下，细菌污染可能是由接种人员造成的，如未戴口罩，接种时说话，或手及器械消毒不严等。
真菌污染可能是植物材料灭菌不当。
④妥善处理被污染的培养物：
操作后常出现培养物被污染的情况。
一旦发现培养材料被污染，特别是真菌性污染，一定不要打开培养瓶。
应先将所有被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶，进行清洗。
⑤有毒药品的处理：
外植体灭菌用过的有毒药品要妥善处理（如氯化汞等），以免引起环境污染。
（五）知识重点
1.植物无性生殖的方法有扦插、嫁接和组织培养等。
植物组织培养有两种形式：
愈伤组织培养（固体培养基、琼脂培养基）和细胞悬浮培养（液体培养基）。
植物组织培养的原理是细胞的全能性。
植物组织培养的应用在快速繁殖、除去植物病毒、新品种的培育（诱变育种、花药或花粉的单倍体培育、细胞融合、基因工程等）、品种资源的保护、某些代谢产物（如色素、芳香物质等）的生产等方面。
植物组织培养的过程包括脱分化和再分化。
2.培养基是组织培养时植物组织或器官赖以生长和发育的营养条件。
包括植物需要的大量元素、微量元素、有机成分、激素和琼脂。
培养基中通常加一定量的蔗糖是除作为营养成分外，还用于维持一定的渗透压。
细胞分裂素/生长素的摩尔浓度比决定组织是生根还是生芽，当两者比例高时（细胞分裂素＞生长素），诱导芽的生成；两者大致相等时（细胞分裂素=生长素），愈伤组织继续生长而不分化；两者比例低时（细胞分裂素＜生长素），诱导根的形成。
但实验中不用天然激素而是用人工合成的激素（如奈乙酸NAA、6—苄基氨基腺嘌呤BA等）是因为植物中存在相应的分解天然激素的酶而没有人工合成激素的相应的酶，所以天然激素在植物体内作用和存在的时间短，人工合成激素的作用和存在的时间长，作用效果明显。
最常用的MS培养基（生芽培养基、生根培养基）。
配制过程包括称量、溶解、调PH、融化、分装（三角瓶）、加盖灭菌等步骤。
培养基与微生物培养基的比较
微生物培养基以有机营养为主，而MS培养基则需提供大量无机营养，无机盐混合物包括植物生长必须的大量元素和微量元素两大类。
MS培养基中微量元素和大量元素提供植物细胞生活所必需的无机盐；蔗糖提供碳源，同时能够维持细胞的渗透压；甘氨酸、维生素等物质主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。
4.植物组织培养技术与花药培养技术的相同之处是：
培养基配制方法、无菌技术及接种操作等基本相同。
两者的不同之处在于：
花药培养的选材非常重要，需事先摸索时期适宜的花蕾；花药裂开后释放出的愈伤组织或胚状体也要及时更换培养基；花药培养对培养基配方的要求更为严格。
这些都使花药培养的难度大为增加。
培养过程应该在无菌的条件下进行，实验经过外植体—愈伤组织—丛状苗—生根苗—移栽植株。
需要一定的光照和温度的条件。
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