人教版生物选修1《生物技术实践》知识归纳图解.docx
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人教版生物选修1《生物技术实践》知识归纳图解
选修1《生物技术实践》知识归纳图解
注意：
选择新鲜的葡萄
注意：
①要先清洗后除枝梗（避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会，同时，防止葡萄汁流失）
②不能反复冲洗（避免菌种流失）
注意：
①榨汁机要清洗干净，
并晾干（防杂菌污染）②避免将果核压破（因果核含有多种有害葡
萄酒风味的物质）
原理：
主要菌种是酵母菌。
酵母菌是异养兼性
厌氧微生物
C6H12O6→C2H5OH＋C02
温度：
20℃左右最适合酵
母菌繁殖，一般控制
在18℃～25℃。
原理：
主要菌种是醋酸杆菌（异养需氧型）
①当氧气糖源均充足时，糖→醋酸②当氧气充足、缺少糖源时，乙醇→乙醛→醋酸温度：
30℃～35℃。
果
酒
和
果
醋
挑选葡萄冲洗榨汁酒精发酵醋酸发酵
果酒果醋
的
制
作
注意：
①发酵装置要清洗干净，并用体积分数为70％的酒精消毒
②发酵瓶装入葡萄汁后留有l/3的空间（目的是先让酵母菌进
行有氧呼吸快速繁殖，耗尽氧气后再进行酒精发酵；其次，
防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液的溢出）
③如用带盖的瓶子制葡萄酒，每隔12h左右将瓶盖拧松一次
（注意不是打开瓶盖，防杂菌污染），之后再将瓶盖拧紧（目
的:
排出多余的气体放炸裂）④装入葡萄汁封闭充气口（无氧环境和放杂菌污染）
⑤发酵过程中，随着酒精度数的提高，葡萄酒呈现深红色（因红葡萄皮的色素也进入发酵液）
⑥酒精的鉴定:
与酸性重铬酸钾→呈灰绿色
对照组→2mL白酒
3mL/L的H2SO3滴→混匀→
4
实验组→2mL发酵液
重铬酸钾3滴→观察
试管甲→2mL发酵前液
3mL/L的HSO3滴→混匀→
2
4
试管乙→2mL发酵后液
重铬酸钾3滴→观察
注意：
需适时通入空气
高考警示：
①由于醋酸菌和乳酸菌属于原
核生物，所以在利用者两类
微生物时，其环境中一定不
能加入抗生素。
②酵母菌在营养和氧气充足时进行出芽生殖
1
微生物的实验室培养
（一）培养基的基本知识
1．培养基的营养成分
营养物质
碳源
氮源
水分
无机盐
生长因子
高考警示钟
定义
作用
主要来源及所涉及的微生物
凡是能提供微生物所需碳元
构成生物细胞、生物体及细胞代谢产物，
无机化合物：
C02、NaHC0等（自养生物）
3
素的物质
有些能为异养生物提供能源
有机化合物：
糖类、脂质、花生粉饼、石油等
（异养生物）
凡是能提供微生物所需氮元
合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物，也
无机化合物：
N2、NH3、铵盐、硝酸盐，自养生物
素的物质
可为异养微生物提供能源
有机化合物：
尿素、牛肉膏、蛋白胨等，异养生物
生物体内含量最高的组成成
良好的溶剂、细胞生活及生化反应的介质、
培养基、大气、代谢产物
分，分为结合水和自由水
参与物质运输及参与生化反应的反应物
为微生物提供除C、H、0以外
细胞组成成分，生命调节物质，自养菌的
培养基、大气等环境
的各种元素
能源或其他营养来源，酶的激活剂
微生物正常生长繁殖，必不可
可作为酶与核酸等的组成成分
维生素、氨基酸、碱基等
少的微量有机物
自养微生物与异养微生物所需的营养物质不同
（1）自养微生物所需的碳源、氮源来自含碳、含氮的无机物，而异养微生物需要的碳源、氮源来自含碳、含氮的有机物，因此可根据培养基中营养物质判断微生物的代谢类型。
（2）含氮无机物不但能给自养微生物提供氮源，也能作为能源物质，提供能量，如NH3既作为硝化细菌的氮源也作为能源。
2．培养基的配制原则
（1）目的明确。
要根据微生物的种类、培养目的等选择原料、配制培养基。
（2）营养要协调。
各种营养物质要保证适当的浓度和比例。
营养物质比例过低，不能满足微生物生长；浓度过高则会抑制微生物的正常生长。
营
养物质的浓度比（如C/N）还会直接影响某些微生物的代谢产物，如谷氨酸生产，C/N=4∶1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产量少；而
C/N=3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸合成量大。
（3）pH要适当。
不同微生物生长所需pH不同。
如细菌pH保持在6.5～7.5之间；放线菌保持在7.5～8.5之间；真菌应保持在5.0～6.0之间。
3．培养基的分类及作用：
培养基种类很多，作用也不同。
根据不同的分类标准，可将培养基分为不同种类。
划分标准
培养基种类
特点
液体培养基
不加凝固剂
物理性质
半固体培养基
加凝固剂，如：
琼脂
固体培养基
化学成分
天然培养基
含化学成分不明确的天然物质
合成培养基
培养基成分明确（用化学成分已知的化学物质配成）
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
用途
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
用途及实例
工业生产
观察微生物的运动、分类鉴定、保藏菌种
微生物分离、鉴定、活菌计数、
工业生产
分类、鉴定
培养、分离出特定微生物（如：
培养酵母菌或霉菌，可在培养基中加入青霉素；培养金黄色葡萄球菌，可在培养基中加入高浓度食盐）
鉴别不同种类的微生物，如可用伊红一美蓝培养基
鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌（若有，茵落呈深紫色，并带有金属光泽）
2
说明：
①病毒为非细胞结构的生物体，专营活细胞寄生，目前不能利用人工培养基来培养，需接种在动植物组织中才能增殖。
常用于培养病毒的是
活鸡胚。
②加入培养基中的凝固剂（如琼脂），一般不能被微生物利用，只起到凝固作用。
③选择培养基一般只生长具有特定的微生物，鉴别培养基可以存在其他微生物，而且能鉴别特定的微生物。
注意：
选择培养基的选择方法
（1）在培养基中加入某种化学物质。
例如，加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌；加入高浓度的食盐可以得到金黄色葡萄球菌。
这里的加入是在主要营养成分完整的基础上加入。
（2）改变培养基中的营养成分。
例如缺乏氮源时可以分离出固氮微生物；石油作为惟一碳源时，可以分离出消除石油污染的微生物。
（3）改变微生物的培养条件。
例如，将培养基放在高温环境下培养，可以得到耐高温的微生物。
（二）灭菌技术
1．无菌技术的概念
在微生物培养中，获得纯净培养物的关键是防止外来杂菌入侵，其主要技术是无菌操作。
无菌技术是指通过一定物理、化学的手段，防止实验室培养物被外来微生物污染。
无菌技术主要围绕如何避免杂菌污染展开的。
2．消毒、灭菌的方法
项目
概念
常用方法
应用范围
巴氏消毒法：
70～75℃水中煮30min或在80℃水中煮15min
一些不耐高温的物体如牛奶
使用较为温和的物理或化学方法，仅杀死
煮沸消毒法：
在100℃水浴中煮沸
5～6min
一般物品
消毒
物体表面或内部一部分对人体等有害的微
化学药剂消毒法：
用乙醇、氯气、漂白粉、
KMnO等药剂来
4
可用来对环境、双手和衣物等消毒
生物（不包括孢子和芽孢）
杀死或抑制细菌生长或繁殖
紫外线消毒法：
30W紫外灯照射30min
接种室
3
灼烧灭菌法：
酒精灯火焰
接种工具如接种环、接种针等
使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的
干热灭菌法：
在160～170℃加热1～2h
如玻璃器皿（吸管、培养皿）和金属用具
灭菌
高压蒸汽灭菌：
压力为100kPa，温度为12l℃的条件下，
微生物，包括芽孢和孢子
培养基及容器的灭菌
维持15～30min
注意：
①无菌操作是微生物培养过程中，防止杂茵污染的关键步骤。
②消毒只能消灭或抑制营养体的活动，而不能达到彻底灭菌。
酒精消毒用体积分数为70%的酒精效果最好，因浓度过高，会使菌体表面蛋白凝固成
一层保护膜，乙醇分子不能进入其中；浓度过低，杀菌力减弱。
而灭菌除杀死营养体外，还必须杀死芽孢和孢子。
③灭菌消毒的原理，就是通过一定理化手段，使病原菌蛋白质变性，失去生命活性。
（三）微生物的纯化培养技术
1．常用细菌培养基——蛋白胨培养基配制流程：
注意：
据配方计算配
制一定体积培养基
时各成分的用量
注意：
①溶化琼脂时要控制火力的大小并不
断搅拌，以免培养基溢出或烧焦；②加热过程中部分水分蒸发，待琼脂完全溶化后应补加蒸馏水，以保持
溶液的浓度
注意：
分装至试管时培养基的高度不要超过试管高度的1/5
注意：
①可用高压蒸汽灭菌法
②用干热灭菌法时温度160～170℃
（不能超过180℃，否则易引起报纸等燃烧）
③一般是培养基先灭菌再倒平板，也可先倒
平板,再灭菌
计算称量溶化（调PH）
装瓶灭菌倒平板
注意：
①牛肉膏较粘稠，应玻棒挑取，在称
量纸上称量
②牛肉膏蛋白胨易吸潮，动作要迅速
注意：
由于不同微生物适宜
的pH不同，因此在熔化后，必须用NaOH
或HCl来调节pH
注意：
①倒平板时，烧杯口要通过酒精灯火焰灭菌。
②平板冷凝后要将平板倒置，以确保拿放方便，同时避免水分蒸发，
以利微生物生长，也可防止皿盖上凝结的水滴滴入培养基，影响pH；其次防止细菌透过皿底、皿盖的缝隙，落在培养基上。
③倒平板时，不能将培养基溅在皿底与皿盖之间，以防止杂菌滋生，污染培养基
4
2．纯化大肠杆菌
Ⅰ．原理：
在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞，使其长成单个的菌落，这个菌落就是纯化的细菌菌落。
Ⅱ．微生物接种方法：
（1）平板划线法：
平板划线法中细胞的分离和稀释
过程发生在接种环在固体平板表
面上的划线和移动过程中。
在划
线的开始部分，微生物往往连在
一起生长，随着线的延伸，菌数逐渐减少，最后可能形成纯种的单个菌落。
（如
图）
（2）稀释涂布平板法：
10倍系列稀释操作
划线操作时注意：
（1）用接种环取菌种之前、每次划线之前和划线结束都要进行灼烧灭菌，灼烧后要在酒精灯附近冷却后再操作；（第一次操作：
杀死接种环上原有
的微生物。
每次划线之前：
杀死上次划线后接种环上残留的菌种，使下次划线的菌种直接来源于上次划线的末端。
划线结束后：
杀死接种环
上残存的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者）
（2）划线时不要划破培养基，如果采用分段划线法操作从第二次操作应总在上一次划线末端开始，首尾区不能相连；
（3）操作必须始终在酒精灯火焰旁进行。
5
涂布操作时注意：
（1）配制系列梯度稀释液时，所用的试管和移液管均需灭菌，必须用无菌水配制；
（2）涂布器用70%的酒精消毒，多余酒精在烧杯中滴尽，沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰引燃。
不要将过热的涂布器放入盛有酒精的烧杯中，以免引燃其中的酒精；
（3）配制系列梯度稀释液和转移菌液以及涂布过程等必须都在酒精灯火焰旁进行，移液管头不能接触任何物体。
3．菌种的保存
①对于频繁使用的菌种，可以采用临时保藏的方法。
②对于需要长期保存的菌种，可以采用甘油管藏的方法。
注意：
①菌种保藏的原理是：
低温、干燥和隔绝空气，使微生物代谢能力和繁殖能力降低。
②不同菌种的保藏方法因不同菌种而异。
需氧型，必须低温有氧，而厌氧型必须低温无氧；腐生微生物可提供牛肉膏蛋白胨培养基，而寄生
微生物需提供活体组织等非人工培养基，如病毒需提供活鸡胚。
（三）微生物的筛选与计数（以“土壤中分解尿素的细菌”为例）
筛选菌株菌落计数菌种的鉴定
原则：
人为提供有利于目的菌生长的条件，同时抑制或阻止其他微生物的生长
培养基的成分：
尿素作为惟一的氮源（选择培养基、固体培养基）
对照：
将不接种的培养基置于相同温度恒温箱培养（目的:
证实培养基是否被杂菌污染）
统计茵落数目的方法：
（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样品中微生物数量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。
6
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。
方法：
检测培养基pH
的变化判断
原理：
在细菌分解尿素
时，分泌的脲酶
将尿素分解为
氨，氨使培养基
碱性增高，pH
升高
菊花的组织培养
温度：
18～22℃
光照：
在初期菊花的组织培养需光照，月季的花药培养不需光照（有利愈伤组织
形成），二者后期均需要光照（有利叶绿素形成和光合作用）
注意：
生长素和细胞分裂素的使用
使用顺序不同→结果不同
（先生长素，后细胞分裂素：
有利于细胞分裂，但不分化
材料：
植物的种类、年龄、保存时间
消毒原因：
大部分来自田间，带有大量病毒、
细菌
菊花茎段消毒：
所用消毒剂为体积分数为70％的酒精和质量分数为0.1％的氯化
汞溶液，所使用的清洗液是无菌水。
注意：
不同植株或同一植株的不同部位，所
选用的消毒剂种类及浓度可能不同；
先细胞分裂素，后生长素：
细胞既分裂也分化
同时使用：
分化频率提高）用量比例不同→发育方向不同
（高：
利用根的分化，抑制芽的形成
低：
利用芽的分化，抑制根的形成
适中：
促进愈伤组织的生长）
培养
注意：
培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。
制备MS培养基外植体消毒
接种愈伤组织胚状体（或不定芽）
脱分化再分化
试管苗移栽（炼苗）栽培
成分：
无机物（大量元素、微量元素）、有机物：
糖类（最常使用的糖是蔗糖，提供能源和维持渗透压）、维生素、氨基酸、有机添加剂（生长因子）、激素
pH：
5.8左右
灭菌：
高压蒸汽灭菌
注意：
方法：
始终在酒精灯火焰旁进灼烧灭菌。
注意：
将菊花茎段插入培养基时不要倒插
脱分化阶段只分裂；人工种子制备阶段
再分化阶段既有分裂也有分化
原因：
因试管苗光合作用能力低，对
不良环境耐受力差，一定要在
保温、保湿一段时间以增强适
应力
方法：
流水清洗根部，移栽至消过毒
的蛭石或珍珠岩环境培养
①为降低工作量、减少误差，可通过配制母
液，达到一次称量药品、多次使用。
②配制培养基时，母液的应用应先摇匀，移
液用的移液管或量筒需清洗两次，以免造成误差。
原理：
细胞的全能性（高度分化的植物细胞，仍具有发育为完整个体的潜能）
（1）原因：
体细胞携带有本物种全部的遗传信息
（2）实现的条件：
离体状态和适宜条件（水分、无机盐、有机营养及激素、温度、pH等）
（3）细胞的全能性大小与细胞种类的关系：
①受精卵＞生殖细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞；分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞②一般的，离体的植物细胞的全能性在一定条件下可充分地体现出来。
③离体的动物细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性借助卵细胞的细胞质可体现出来。
④未离体的细胞的全能性不能表达，只是在机体的调控下进行定向分化。
7
果胶酶在果汁生产中的作用
一、果胶酶的组成和作用：
包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等。
果胶酶能分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。
其实质是果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸。
注意：
①果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，不是一种酶。
②植物、霉菌、酵母菌等细胞均能产生果胶酶，但通常动物细胞不产生果胶酶。
③在植物细胞工程中，应用纤维素酶和果胶酶来破坏细胞壁，获得原生质体。
二、探究温度对果胶酶活性的影响
（1）实验原理：
果胶酶活性受温度影响，处于最适温度时，活性最高；低于或高于最适温度，酶活性受到抑制。
即果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。
（2）设计思路：
设置一系列梯度温度，从中选出酶活性最高的温度，然后再以该温度为中心，缩小温度梯度向两个方面各设置梯度温度，以进一步确定最适温度范围。
所选择的温度只能接近最适温度，但不一定就是最适温度。
（3）实验操作流程及注意事项
确定温度梯度→探讨控制温度的方法和措施
设计实验方案
确定水果的种类→确定制备果汁的方法→确定实验用的水果量→确定果胶酶的量→探讨测定果胶酶活性的方法
制备水果泥
注意：
苹果、橙子和葡萄等水果都可以作为反应物，水果不用去皮。
如用苹果为原材料，一般可按每个中等大小
的苹果加水100～200mL的比例进行搅拌，获得稀的苹果泥
制备果胶酶
水果泥、果胶酶分别水浴保温
原因：
将果泥和果胶酶分装在不同的试管中恒温处理，
可以保证底物和酶在混合时的温度是相同的，
避免了果泥和果胶酶混合时影响混合物的温度，从而影响果胶酶活性的问题
动手实验
水果泥、果胶酶混合水浴保温
原因：
让果泥和果胶酶有充分的反应时间
过滤出果汁
注意：
过滤果汁时漏
斗中应放置滤纸
通过测定滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低原因：
记录果汁量
果胶酶将果胶分解为小分子物质，
小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反应了果
胶酶的催化分解果胶的能力。
在不同的温度和
pH下，果胶酶的活性越大，苹果汁的体积就越大
改变不同温度后重复上面实验
（也可同时进行不同温度的实验
）
自变量：
温度（应控制为唯一）对照：
相互对照
温度/℃
1020304050
60
无关变量：
果泥量、果胶酶的浓度和用量、水浴时间和混合物的
记录实验数据
记录表格设计
pH等所有其他条件（应控制为相同）
果汁量/mL
得出结论
注意：
①每个探究实验的设计，都要遵循实验设计的一般原则，特别是单因子变量控制原则。
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②每个探究实验的设计思路先是大梯度差值寻找最适范围，再小梯度差值选出最适温度、pH或酶用量。
③如果随酶浓度增加，果汁体积也增大，说明酶用量不足；当酶用量达一定值时，再增加酶用量，果汁体积不变，则说明这个值就是酶的最适用量。
④如果变量（温度、pH、酶浓度）梯度无法满足实验，即出现过高、过低等现象，则应及时调整实验。
血红蛋白的提取和分离
一、实验原理：
蛋白质的物化理性质：
形状、大小、电荷性质和多少、溶解度、吸附性质、亲和力等千差万别，由此提取和分离各种蛋白质。
1．凝胶色谱法（分配色谱法）：
（1）原理：
分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢。
（2）凝胶材料：
多孔性，多糖类化合物，如葡聚糖、琼脂糖。
（3）分离过程：
混合物上柱→洗脱→大分子流动快、小分子流动慢→收集大分子→收集小分子洗脱：
从色谱柱上端不断注入缓冲液，促使蛋白质分子的差速流动。
（4）作用：
分离蛋白质，测定生物大分子分子量，蛋白质的脱盐等。
2．缓冲溶液
（1）原理：
由弱酸和相应的强碱弱酸盐组成（如
H2CO3－NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等），调节酸和盐的用量，可配制不同
pH的缓冲液。
（2）缓冲液作用：
抵制外界酸、碱对溶液
pH的干扰而保持pH稳定。
3．凝胶电泳法：
（1）原理：
不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运
动方向和运动速度不同。
（2）分离方法：
琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
（3）分离过程：
在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电；加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质－SDS复合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。
9
1.样品处理
2.粗分离
3.纯化
4.纯度鉴定
二、实验步骤及注意事项
过程：
①采集血样（加柠檬酸钠防止血液凝固）→②低速短时离心
（防止白细胞沉淀）→③吸取血浆→④生理盐水洗涤
（防红
红细胞
细胞破裂）→缓慢搅拌（防止红细胞破裂释）⑤低速短时离心→⑥重复洗涤三次→⑦上清液中无黄色，表明红细胞已
的洗涤
洗涤干净。
目的：
除去杂蛋白
血红蛋白
过程：
加蒸馏水→加40％体积的甲苯→磁力搅拌器搅拌
目的：
红细胞破裂，释放出血红蛋白
的释放
注意：
加入蒸馏水后红细胞液体积与原血液体积要相同。
加入甲苯的目的是溶解细胞膜，有利于血红蛋白的释放和分离
过程：
离心（2000r/min）
分离血红
目的：
分离血红蛋白和其他杂质
蛋白溶液
结果
第1层（最上层）：
甲苯层（无色透明）
第2层（中上层）：
脂溶性物质的沉淀层（白色薄层固体）
第3层（中下层）：
血红蛋白的水溶液层（红色透明液体）
第4层（最下层）：
杂质的沉淀层（暗红色）
透析
原理：
透析袋能使小分子自由进出，而将大分子保留在
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