十四-生物技術(shù)實(shí)踐

十四生物技術(shù)實(shí)踐(30分鐘100分)1.(12分)(2021·寶雞一模)陜西漢中泡菜味道咸酸,口感脆生,香味撲鼻,一年四季都可以制作,但制作條件十分講究。請(qǐng)回答下列有關(guān)泡菜制作的問題:(1)為了縮短泡菜制作時(shí)間,有人會(huì)將鹽水煮沸冷卻后加入少量陳泡菜液,鹽水煮沸并冷卻的目的是

,加入陳泡菜液的目的是

。

(2)推測(cè)從開始制作到泡菜質(zhì)量最佳這段時(shí)間內(nèi),泡菜壇中的pH變化是

。若制作出的泡菜“咸而不酸”,最可能的原因是

。

(3)為統(tǒng)計(jì)泡菜制作過程中乳酸菌的活菌數(shù),可采用

法,該方法統(tǒng)計(jì)得到的結(jié)果一般較實(shí)際值

(填“偏大”或“偏小”),原因是

。

(4)泡菜制作過程中影響亞硝酸鹽含量的因素有

、

和

。

【解析】(1)制作泡菜時(shí),所用鹽水要煮沸,其目的是消毒殺菌,為了縮短制作時(shí)間加入少量陳泡菜液,目的是增加乳酸菌數(shù)量。(2)從開始制作到泡菜質(zhì)量最佳這段時(shí)間內(nèi),由于乳酸菌進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生乳酸,泡菜液逐漸變酸,并且隨著乳酸菌數(shù)量的增加,泡菜液的酸性會(huì)逐漸變強(qiáng),故泡菜壇中的pH變化是逐漸下降。在制作的過程中,如果加鹽過多,會(huì)抑制乳酸菌發(fā)酵,從而制作出的泡菜“咸而不酸”。(3)為統(tǒng)計(jì)泡菜制作過程中乳酸菌的活菌數(shù),可采用稀釋涂布平板法,該方法統(tǒng)計(jì)得到的結(jié)果一般較實(shí)際值偏小,因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞連在一起時(shí),平板上觀察到的只是一個(gè)菌落。(4)泡菜制作過程中影響亞硝酸鹽含量的因素有溫度、食鹽用量、腌制時(shí)間等。答案:(1)殺滅雜菌(或去氧保證無氧環(huán)境)增加乳酸菌數(shù)量(2)逐漸下降鹽加入過多,抑制了乳酸菌發(fā)酵(3)稀釋涂布平板偏小當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞連在一起時(shí),平板上觀察到的只是一個(gè)菌落(4)溫度食鹽用量腌制時(shí)間2.(14分)(2021·西安二模)請(qǐng)分析回答下列有關(guān)生物技術(shù)實(shí)踐的問題:(1)在測(cè)定亞硝酸鹽含量的操作中,取泡菜樣液及一系列已知濃度的亞硝酸鹽分別與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生顯色反應(yīng),然后通過

,可以估測(cè)出泡菜樣液中亞硝酸鹽的含量。

(2)在生產(chǎn)高果糖漿的過程中,若直接用固定化葡萄糖異構(gòu)酶處理麥芽糖,能否得到高果糖漿?

,原因是

。

(3)加酶洗衣粉不能用于洗滌絲質(zhì)及羊毛衣料,其主要原因是

。

(4)微生物實(shí)驗(yàn)中的材料或用具需要消毒或滅菌,其中玻璃器皿可選用的滅菌方法有

和

。

(5)血紅蛋白提取和分離實(shí)驗(yàn)中,洗滌好的紅細(xì)胞在

和

的作用下破裂,釋放出血紅蛋白。

【解析】(1)在測(cè)定亞硝酸鹽含量的操作中,取泡菜樣液及一系列已知濃度的亞硝酸分別與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生顯色反應(yīng),然后通過比色,可以估測(cè)出泡菜樣液中亞硝酸鹽的含量。(2)由于葡萄糖異構(gòu)酶具有專一性,因此在生產(chǎn)高果糖漿的過程中若直接用固定化葡萄糖異構(gòu)酶處理麥芽糖,不能得到高果糖漿。(3)加酶洗衣粉不能用于洗滌絲質(zhì)及羊毛衣料,其主要原因是絲質(zhì)及羊毛衣料所含的蛋白質(zhì)會(huì)被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解,從而破壞(損傷)衣料。(4)微生物實(shí)驗(yàn)中的材料或用具需要消毒或滅菌,其中玻璃器皿可選用的滅菌方法有高壓蒸汽滅菌和干熱滅菌。(5)血紅蛋白提取和分離實(shí)驗(yàn)中,洗滌好的紅細(xì)胞在甲苯和蒸餾水的作用下破裂,釋放出血紅蛋白。答案:(1)比色(2)不能葡萄糖異構(gòu)酶具有專一性(3)絲質(zhì)及羊毛衣料中所含的蛋白質(zhì)會(huì)被加酶洗衣粉中的蛋白酶分解,從而破壞衣料(4)高壓蒸汽滅菌干熱滅菌(5)甲苯蒸餾水

【技巧點(diǎn)撥】三方面理解亞硝酸鹽含量的測(cè)定(1)方法:比色法。(2)原理:在鹽酸酸化條件下,亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)后,與N—1—萘基乙二胺鹽酸鹽結(jié)合形成玫瑰紅色染料。(3)步驟:配制溶液→制備標(biāo)準(zhǔn)顯色液→制備樣品處理液→比色。3.(15分)(2021·梅州一模)隨著生物科學(xué)的發(fā)展,微生物的應(yīng)用范圍在生活中越來越廣泛。例如:微生物在酒類釀造、食品發(fā)酵、藥物研發(fā)和污水處理等方面都扮演重要角色。請(qǐng)回答下列關(guān)于微生物的問題:(1)培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分一般都有水、無機(jī)鹽、

、

等。此外,還要滿足微生物生長(zhǎng)對(duì)pH、溫度、濕度、氧氣及特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求。滅菌后的培養(yǎng)基在平板倒好后,需要隨機(jī)選取若干個(gè)平板先行培養(yǎng)一段時(shí)間,這樣做的目的是

。

(2)濾膜法常用來檢測(cè)飲用水中的大腸桿菌是否超標(biāo),這種測(cè)定方法的主要原理是大腸桿菌的代謝產(chǎn)物能與培養(yǎng)基中添加的伊紅美藍(lán)反應(yīng),使菌落顏色為

。若要長(zhǎng)時(shí)間保藏大腸桿菌,可采用的方法是

。

(3)果醋已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪酗堊郎系某Ｓ蔑嬃?具有一定的保健功能。果醋在發(fā)酵過程中利用的菌種主要是

,其能產(chǎn)生多種酶,通過

技術(shù)將其制作成商品重復(fù)使用。

【解析】(1)培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分一般都有水、無機(jī)鹽、碳源、氮源等。此外,還要滿足微生物生長(zhǎng)對(duì)pH、溫度、濕度、氧氣及特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求。滅菌后的培養(yǎng)基在平板倒好后,為了檢驗(yàn)培養(yǎng)基滅菌是否合格(無菌檢查),通常需要隨機(jī)選取若干個(gè)平板先行培養(yǎng)一段時(shí)間,觀察是否有菌落出現(xiàn)。(2)濾膜法常用來檢測(cè)飲用水中的大腸桿菌是否超標(biāo),該測(cè)定方法依據(jù)的原理是大腸桿菌的代謝產(chǎn)物能與培養(yǎng)基中添加的伊紅美藍(lán)反應(yīng),使菌落顏色呈現(xiàn)黑色,從而便于辨別計(jì)數(shù)。若要長(zhǎng)時(shí)間保藏大腸桿菌,可采用的方法是甘油管藏法。(3)果醋已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ钪酗堊郎系某Ｓ蔑嬃?具有一定的保健功能。果醋制作利用的菌種為醋酸菌,醋酸菌為需氧型微生物,在有氧條件下能將乙醇氧化成乙醛,再進(jìn)一步氧化成乙酸,在糖源充足的情況下,醋酸菌能將糖直接氧化為乙酸。醋酸菌產(chǎn)生的多種酶可通過固定化酶(或固定化細(xì)胞)技術(shù)將其制作成商品重復(fù)使用,固定化酶的優(yōu)點(diǎn)是既能重復(fù)使用,又能與產(chǎn)品分離,降低生產(chǎn)成本。答案:(1)碳源氮源檢驗(yàn)培養(yǎng)基滅菌是否合格(無菌檢查)(2)黑色甘油管藏法(3)醋酸菌固定化酶(或固定化細(xì)胞)4.(14分)花青素是目前發(fā)現(xiàn)的最有效的抗氧化劑,也是最強(qiáng)效的自由基清除劑。研究發(fā)現(xiàn),花青素易溶于水、甲醇、乙醇等溶劑,但在中性或堿性溶液中不穩(wěn)定,在60℃以下熱穩(wěn)定性較好。如圖為某研究小組嘗試采用萃取的方法提取植物細(xì)胞中花青素的流程圖。請(qǐng)據(jù)圖回答有關(guān)問題:

(1)操作中通常用纖維素酶和

進(jìn)行酶解,以加速細(xì)胞破裂釋放花青素。其中纖維素酶至少包含三種組分,因此該酶是一種

。

(2)萃取的效率主要取決于萃取劑的性質(zhì)和

,用于萃取的有機(jī)溶劑必須事先精制,除去

,否則會(huì)影響花青素的品質(zhì)。

(3)花青素粗品通常采用真空干燥(可使水的沸點(diǎn)降至40℃)的方法除去水分,不宜采用加熱烘干的原因是

。

(4)若要通過比色法測(cè)定粗品中的花青素含量,首先將

分別加入一定濃度的乙醇溶液中制成顏色深淺不同的系列標(biāo)準(zhǔn)顯色液;然后稱取一定量的待測(cè)樣品加入

溶液中制成樣品處理液;最后通過比色找到與樣品處理液顏色

的標(biāo)準(zhǔn)顯色液,記錄其花青素質(zhì)量。

【解析】(1)細(xì)胞壁的成分為纖維素和果膠,對(duì)植物細(xì)胞具有保護(hù)作用,根據(jù)酶的專一性,可用纖維素酶和果膠酶進(jìn)行酶解,以加速細(xì)胞破裂釋放花青素。纖維素酶是一種復(fù)合酶,一般認(rèn)為它至少包括三種組分,即C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶,前兩種酶將纖維素分解成纖維二糖,第三種酶將纖維二糖分解成葡萄糖。(2)萃取的效率主要取決于萃取劑的性質(zhì)和使用量,同時(shí)還受到原料顆粒的大小、緊密程度、含水量、萃取的溫度和時(shí)間等條件的影響。用于萃取的有機(jī)溶劑必須事先精制,除去雜質(zhì),否則會(huì)影響花青素的品質(zhì)。(3)花青素在60℃以下熱穩(wěn)定性較好。因此花青素粗品通常采用真空干燥(可使水的沸點(diǎn)降至40℃)的方法除去水分,溫度過高會(huì)導(dǎo)致其受到破壞。(4)若要通過比色法測(cè)定粗品中的花青素含量,標(biāo)樣和待測(cè)樣品應(yīng)用同種溶液進(jìn)行溶解,首先將花青素標(biāo)樣分別加入一定濃度的乙醇溶液中制成顏色深淺不同的系列標(biāo)準(zhǔn)顯色液;然后稱取一定量的待測(cè)樣品加入相同濃度乙醇溶液中制成樣品處理液;最后通過比色找到與樣品處理液顏色最相近的標(biāo)準(zhǔn)顯色液,記錄其花青素質(zhì)量,即可代表粗品中的花青素含量。答案:(1)果膠酶復(fù)合酶(2)使用量雜質(zhì)(3)花青素在60℃以下熱穩(wěn)定性較好,超過60℃,花青素易受到破壞(4)花青素標(biāo)樣相同濃度乙醇最相近5.(14分)2018年世界燃料乙醇產(chǎn)量已接近1000億升。豐富且不可食用的各種植物纖維素被作為潛在原料用于乙醇生產(chǎn)。請(qǐng)回答:(1)利用纖維素分解菌處理可回收垃圾中的廢舊紙張以及棉麻衣物等,可將其中的纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖。纖維素酶是一種復(fù)合酶,包括

。如果要將纖維素分解菌中的纖維素酶提取與分離,一般要經(jīng)歷四個(gè)步驟,即

。

(2)從土壤中篩選分離纖維素分解菌,常常需要進(jìn)行

以增加纖維素分解菌的濃度,確保能夠從樣品中分離得到所需要的微生物。在鑒別纖維素分解菌時(shí)常采用剛果紅染色法,接種并培養(yǎng)后,一般保留

的菌落作為進(jìn)一步篩選鑒定的菌種。

(3)為了能使纖維素酶和酵母菌反復(fù)利用,可利用

技術(shù)。明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉等物質(zhì)常常作為包埋細(xì)胞載體的原因是

。

(4)如果用固定有酵母菌細(xì)胞的凝膠珠制酒,發(fā)酵溫度應(yīng)為

℃,通氣情況為

。

【解析】(1)纖維素酶屬于復(fù)合酶,主要包括C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶三種組分,其中C1酶、CX酶將纖維素分解為纖維二糖,葡萄糖苷酶將纖維二糖分解為葡萄糖。纖維素酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)的提取與分離的步驟是樣品處理→粗分離→純化→純度鑒定。(2)選擇培養(yǎng)可以增加纖維素分解菌的濃度。在含有纖維素的培養(yǎng)基中加入剛果紅,接種后培養(yǎng),纖維素分解菌產(chǎn)生的纖維素酶能將纖維素分解,菌落周圍就不會(huì)有紅色復(fù)合物,即出現(xiàn)以纖維素分解菌為中心的透明圈,從而篩選出纖維素分解菌。(3)若要使纖維素酶和酵母菌反復(fù)利用,既能與反應(yīng)物充分接觸,又能與產(chǎn)物分離,可采用固定化細(xì)胞技術(shù)。在固定化細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中,明膠、瓊脂糖、海藻酸鈉等物質(zhì)能作為包埋細(xì)胞載體,因?yàn)檫@些物質(zhì)是不溶于水的多孔性材料,便于細(xì)胞的包埋。(4)酒精發(fā)酵利用的是酵母菌的無氧呼吸,發(fā)酵溫度控制在18～25℃。答案:(1)C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定(2)選擇培養(yǎng)培養(yǎng)基上菌落周圍產(chǎn)生透明圈(或透明圈直徑與菌落直徑的比值最大)

(3)固定化細(xì)胞這些物質(zhì)是不溶于水的多孔性材料(4)18～25無氧條件6.(15分)(2021·石家莊二模)阿爾茨海默癥患者腦組織中出現(xiàn)的淀粉樣斑塊沉積,是由淀粉樣蛋白前體蛋白被γ酶切割后產(chǎn)生的Aβ多肽逐漸聚集形成的。神經(jīng)學(xué)家發(fā)現(xiàn)在阿爾茨海默癥患者的血液中具有免疫作用的p2微球蛋白濃度較高。請(qǐng)回答下列問題:(1)從血液中提取和分離p2微球蛋白,用

法進(jìn)行分離,其中相對(duì)分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)

(填“先”或“后”)洗脫出來,原因是

。

(2)研究者計(jì)劃通過培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因細(xì)菌來獲得大量p2微球蛋白。采用

法對(duì)細(xì)菌培養(yǎng)基滅菌,調(diào)節(jié)pH應(yīng)在滅菌之

(填“前”或“后”)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),應(yīng)選擇菌落數(shù)在

之間的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。

(3)γ酶由4條肽鏈組成,可采用

法對(duì)4條肽鏈進(jìn)行分離、純化及相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定。

(4)根據(jù)材料,請(qǐng)?zhí)岢霰O(jiān)測(cè)阿爾茨海默癥的方案:

。

【解析】(1)分離p2微球蛋白,用凝膠色譜法進(jìn)行,由于相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)不能進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部通道,只能在凝膠顆粒外部移動(dòng),路程短、移動(dòng)速度較快,故相對(duì)分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)先洗脫出來。(2)制備培養(yǎng)基的一般步驟為:計(jì)算、稱量、溶化、調(diào)pH、滅菌、倒平板。其中對(duì)細(xì)菌培養(yǎng)基滅菌,常采用高壓蒸汽滅菌法,調(diào)節(jié)pH應(yīng)在滅菌之前進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),應(yīng)選擇菌落數(shù)在30～300之間的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。(3)γ酶由4條肽鏈組成,對(duì)4條肽鏈進(jìn)行分離、純化及相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定,可采用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳法。(4)根據(jù)材料可知,阿爾茨海默癥患者腦組織中出現(xiàn)的淀粉樣斑塊沉積,是由淀粉樣蛋白前體蛋白被γ酶切割后產(chǎn)生的Aβ多肽逐漸聚集形成的,在阿爾茨海默癥患者的血液中具有免疫作用的p2微球蛋白濃度較高,故監(jiān)測(cè)阿爾茨海默癥就需要監(jiān)測(cè)p2微球蛋白含量變化。答案:(1)凝膠色譜先相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)在凝膠顆粒外部移動(dòng),路程短、移動(dòng)速度較快(2)高壓蒸汽滅菌前30～300(3)SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳(4)監(jiān)測(cè)p2微球蛋白含量變化

【加固訓(xùn)練】

(2021·太原二模)腸出血性大腸桿菌是大腸桿菌的一個(gè)亞型,可引起感染性腹瀉,因能引起人類的出血性腸炎而得名。它有三種抗原結(jié)構(gòu),即菌體抗原(又叫O抗原)、包膜抗原(又叫K抗原)和鞭毛抗原(又叫H抗原)。腸出血性大腸桿菌感染是一種人畜共患病,患病或帶菌動(dòng)物往往是動(dòng)物來源食品污染的根源。檢測(cè)人員對(duì)被污染的食物進(jìn)行了腸出血性大腸桿菌的分離、計(jì)數(shù)(提示:該大腸桿菌在添加血液的血平板上生長(zhǎng)時(shí)會(huì)破壞菌落周圍的紅細(xì)胞,使其褪色形成透明圈)。請(qǐng)回答:(1)培養(yǎng)大腸桿菌的肉湯培養(yǎng)基可為微生物提供的主要營(yíng)養(yǎng)成分有

。按照培養(yǎng)基的功能分類,血平板屬于

培養(yǎng)基。

(2)檢測(cè)人員稱取一定量的被污染食品,在血平板上進(jìn)行菌體分離、計(jì)數(shù),使用的接種方法是

,該方法能夠計(jì)數(shù)樣品中活菌數(shù)的原因是

。

(3)科研人員利用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳和凝膠色譜法分離三種抗原(若都只含一條肽鏈),凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理是

。

分離得到的結(jié)果如圖所示,則在圖2中與圖1中蛋白質(zhì)O對(duì)應(yīng)的是

。判斷的依據(jù)是:

。

【解析】(1)肉湯培養(yǎng)基可為微生物提供的營(yíng)養(yǎng)成分有:碳源、氮源、水和無機(jī)鹽。根據(jù)題干信息可知,該大腸桿菌在添加血液的血平板上生長(zhǎng)時(shí)會(huì)形成透明圈,故血平板屬于鑒別培養(yǎng)基。(2)若要對(duì)微生物進(jìn)行計(jì)數(shù),應(yīng)選用稀釋涂布平板法接種,在樣品的稀釋度足夠高時(shí),平板上生長(zhǎng)的一個(gè)菌落,來源于樣品稀釋液中的一個(gè)活菌,因此該方法能夠計(jì)數(shù)樣品中活菌數(shù)。(3)凝膠色譜法是根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)的有效方法,其原理是相對(duì)分子質(zhì)量小的蛋白質(zhì),進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部通道,路程長(zhǎng)、移動(dòng)速度慢,相對(duì)分子質(zhì)量大的則相反。如圖1、2是利用電泳法和凝膠色譜法分離三種抗原得到的結(jié)果,在電泳過程中,電泳遷移率取決于帶電性質(zhì)差異、分子的大小和形狀的不同。從圖1的電泳結(jié)果分析,三種蛋白質(zhì)都帶負(fù)電荷,且陰極在上方,O比K、H移動(dòng)得快,說明O的相對(duì)分子質(zhì)量比較小,因此洗脫出來的時(shí)間比較長(zhǎng),符合圖2中的丙。答案:(1)碳源、氮源、水、無機(jī)鹽鑒別(2)稀釋涂布平板法在樣品的稀釋度足夠高時(shí),平板上生長(zhǎng)的一個(gè)菌落,會(huì)來源于