新步步高版高考生物一轮复习第十单元生物技术实践第讲微生物的利用和酶的应用讲义浙科版讲义.docx

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新步步高版高考生物一轮复习第十单元生物技术实践第讲微生物的利用和酶的应用讲义浙科版讲义

第34讲微生物的利用和酶的应用

[考试标准]

知识内容

加试要求

一、微生物的利用

1.大肠杆菌的培养和分离

2.分离以尿素为氮源的微生物

掌握程度参考本考试标准中的：

二、

（二）3.实验与探究能力

二、酶的应用

3.果汁中的果胶和果胶酶

4.α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

考点一　大肠杆菌的培养和分离

1．培养基与无菌技术

（1）培养基的成分和分类

①微生物的营养：

碳源、氮源、生长因子、水和无机盐。

②培养基的类型：

a．按物理性质分：

固体培养基、半固体培养基、液体培养基。

b．按目的用途分：

鉴别培养基、选择培养基。

（2）消毒和灭菌的区别

项目

条件

结果

常用的方法

消毒

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）

煮沸消毒法、巴氏消毒法、紫外线或化学药物消毒法

灭菌

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、干热灭菌、高压蒸汽灭菌

2.细菌两种分离方法的比较

项目

划线分离法

涂布分离法

工具

接种环

玻璃刮刀

原理

通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面。

在数次划线后培养，可以分离到由一个细菌细胞繁殖而来的肉眼可见的细胞群体，即菌落

将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。

在稀释度足够高的菌液里，聚集在一起的微生物将被分散成单个细菌细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落

特点

方法简单，但不适宜计数

单菌落更易分开，但操作复杂些

目的

使培养基上形成单个细菌细胞繁殖而来的子细胞群体——菌落

3.大肠杆菌的培养和分离

（1）大肠杆菌

①特性：

革兰氏阴性、兼性厌氧的肠道杆菌。

②细菌的繁殖：

以分裂的方式繁殖，分裂速度很快。

（2）细菌的扩大培养

扩大培养用LB液体培养基，划线分离用LB固体平面培养基。

（3）分离

培养基灭菌

倒平板

接种

划线分离

培养观察

50mLLB液体培养基和50mLLB固体培养基及培养皿高压蒸汽灭菌

将培养基分别倒入4个灭菌后的培养皿中，水平放置，使之形成平面

在装有液体培养基的三角瓶中接种大肠杆菌，培养12h

用接种环在接种有大肠杆菌的三角瓶中蘸菌液一次，在固体培养基的平板上连续划线，盖好培养皿

培养皿倒置（盖在下面），放在37℃恒温培养箱中培养12～24h后，可看到划线的末端出现不连续的单个菌落

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）培养基分装到培养皿后进行灭菌（　×　）

（2）从有机废水中分离分解有机物的微生物时，接种后的培养皿须放在光照培养箱中培养（　×　）

（3）消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害（　√　）

（4）无菌操作的对象只要是没有生物活性的材料（如培养基、接种环等）都可采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌（　×　）

（5）下图中甲为划线分离法中最重要的环节，乙为操作的结果：

①每一次划线后都要将接种环灼烧（　√　）

②除第一次划线外，每一次划线的起点都是第一次划线的末端（　×　）

（6）用涂布分离法纯化大肠杆菌时，只要稀释度足够高，就能在培养基表面形成单个菌落（　√　）

2．如图是采用纯化微生物培养的两种接种方法接种后培养的效果图，请思考：

（1）获得图A效果和B效果的接种方法分别是什么？

提示　获得效果A的接种方法为涂布分离法，获得效果B的接种方法为划线分离法。

（2）某同学在纯化土壤中的细菌时，发现培养基上的菌落连成了一片，最可能的原因是什么？

应当怎样操作才可避免此种现象？

提示　最可能的原因是菌液浓度过高或划线时在划下一区域前未将接种环灼烧灭菌；采取的措施是增大稀释倍数或每次划新区域前先将接种环灼烧灭菌。

题组　大肠杆菌的培养和分离

1．检验饮用水的细菌含量是有效监控疾病发生的必要措施。

请回答下列与检验饮用水有关的问题：

（1）要测定饮用水中大肠杆菌的数量，常采用________法，通常将水样进行一系列的梯度__________________，然后将上述的水样用玻璃刮刀分别涂布到______________________的表面进行培养，记录菌落数量。

用该方法统计样本菌落数时________（填“是”或“否”）需要对照组。

原因：

_______________________________________________________。

（2）下面所示的四种菌落分布图中，不可能由上述方法得到的是________。

（3）大肠杆菌的培养条件是无菌，培养基配制时需加入氯化钠，以维持__________。

配制培养基时先__________________（填“调节pH”或“灭菌”）后________（填“调节pH”或“灭菌”）。

答案　

（1）涂布分离　稀释　LB固体培养基　是　因为需要判断培养基使用之前是否被杂菌污染（培养基灭菌是否合格）　

（2）D　（3）渗透压　调节pH　灭菌

2．请回答下列有关细菌的培养与分离问题。

（1）环卫部门要检测某地饮用水的大肠杆菌超标问题，通常采用__________法。

用此法分离时，需要将待测水样稀释若干倍，再取________mL稀释度不同的待测样品加在固体培养基上，用____________涂布在培养基平面上，盖好培养皿并将培养皿倒置，在37℃恒温培养箱中培养12～24h，可以得到相互分开的菌落。

计数时为了减小误差，每个浓度的待测样品________________________________________________________________________。

（2）如图4支试管分别代表4种微生物在半固体培养基（琼脂含量3.5g/L）中的生长状态，最可能是大肠杆菌生长状态的是________。

（3）从土壤中分离出有脲酶的细菌时，在配制好尿素固体培养基后，加入尿素溶液往往要通过________________过滤，使之无菌。

由于脲酶能水解尿素，会使培养基中的酚红指示剂变为__________________，从而在其菌落周围出现__________________。

答案　

（1）涂布分离　0.1　玻璃刮刀　至少涂布三个平板，取其平均值　

（2）D　（3）G6玻璃砂漏斗　红色　着色的环带

培养基的配制及划线分离操作的注意事项

（1）配制牛肉膏蛋白胨固体培养基的注意事项

①倒平板的适宜温度是60℃左右，温度过高会烫手，过低培养基又会凝固。

②平板需倒置，这样既可使培养基表面的水分更好地挥发，又可防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。

（2）划线分离操作的注意事项

①第一次划线及每次划线之前都需要灼烧接种环。

②灼烧接种环，待其冷却后才能伸入菌液，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划线用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。

考点二　分离以尿素为氮源的微生物

1.菌种特点

含有脲酶，可以通过降解尿素作为其生长的氮源。

2．培养基

用以尿素为唯一氮源的培养基培养，以LB全营养培养基为对照。

3．实验原理

（1）筛选以尿素为氮源的微生物，可使用以尿素为唯一氮源的选择培养基进行培养选择。

（2）细菌合成的脲酶能将尿素分解成NH3，致使pH升高，使酚红指示剂变红。

4．实验步骤

5．反应的鉴定

在配制培养基时，加入指示剂酚红，培养时细菌将尿素分解产生碱性的氨，使培养基上菌落周围出现着色的环带。

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）选择培养基可以鉴定某种微生物的种类（　×　）

（2）从物理性状的角度看，选择培养基多属于固体培养基（　√　）

（3）对细菌进行计数只能采用涂布分离法，而不能用划线分离法（　×　）

（4）筛选能分解尿素的细菌所利用的培养基中，尿素是唯一的氮源（　√　）

（5）分解尿素的细菌在分解尿素时，可以将尿素转化为氨，使得培养基的酸碱度降低（　×　）

2．2013年11月22日凌晨3点，青岛黄岛区发生石油泄漏事件，一些微生物可以有效地分解石油，如何配制选择培养基将这类微生物选择出来？

提示　配制的选择培养基中，石油作为唯一的碳源，然后用这种培养基培养多种微生物，凡是能在该种培养基上生存的就是能分解石油的微生物。

3．微生物筛选过程中必要的两种对照培养基及其作用

对照组

作用

现象

结论

未接种培养基

有无杂菌污染的判断

未接种的培养皿中无菌落生长

未被杂菌污染

接种的牛肉膏蛋白胨培养基

选择培养基筛选作用的确认

牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数大于选择培养基上的数目

选择培养基具有筛选作用

题组　分离以尿素为氮源的微生物

1．在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂的目的是（　　）

A．筛选出能分解尿素的细菌

B．对分离的菌种作进一步鉴定

C．作细菌的营养成分

D．如指示剂变蓝就能准确地认定该菌能分解尿素

答案　B

解析　筛选出能分解尿素的细菌用选择培养基即可，不需要加指示剂。

加入指示剂的培养基，目的都是对要分离的菌种作进一步的鉴定。

2．现从土壤中分离以尿素为氮源的细菌，实验过程如下图所示：

→

→

→

→

请回答：

（1）欲从土壤中分离出能分解尿素的细菌，将土壤用___________________________________

进行一系列的梯度稀释，同一浓度的土壤稀释液应至少涂布________个平板，通常以每个培养皿中有________个以内的单菌落的那一组稀释倍数为最合适。

（2）接种后的培养皿____________于37℃的恒温箱中培养。

若培养基中存在含脲酶的细菌，其菌落周围会出现________________，这是由于尿素被分解产生氨气，遇培养基中的________________产生的颜色变化，从而证明这一菌株能以尿素为氮源。

（3）分离能利用尿素的细菌时所用的培养基成分上最主要的特点是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）下列操作需要在酒精灯火焰旁进行的是________（多选）。

A．称取葡萄糖、琼脂糖等培养基成分

B．倒平板

C．涂布平板

D．微生物的培养

（5）与LB全营养培养基上的菌落数相比，尿素培养基上的菌落数只有少数菌落的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）无菌水　3　20　

（2）倒置　红色环带　酚红指示剂　（3）以尿素作为唯一氮源的（固体）培养基

（4）BC　（5）土壤中能利用尿素的细菌在土壤菌群中只占极少数

培养基中观测指标的分析

（1）培养基中的酸碱指示剂产生颜色变化（变红），标志着存在脲酶水解尿素的作用，从而证明这一菌株能以尿素为氮源。

红色环状区域的大小代表脲酶活性的强弱和含量的多少。

红色区域越大，表明菌株利用尿素的能力越强。

（2）与全营养培养基上的菌落数比较，尿素培养基上只有少数菌落，这一现象表明能利用尿素的细菌在土壤菌群中只占极少部分。

考点三　果汁中的果胶和果胶酶

1．果胶

（1）果胶是植物细胞壁的主要成分，它由半乳糖醛酸和半乳糖醛酸甲酯组成。

（2）果胶与果汁加工：

果胶不仅影响出汁率，还会使果汁浑浊。

2．果胶酶

（1）来源：

黑曲霉、苹果青霉等。

（2）组成：

果胶酶并不是特指某一种酶，而是分解果胶的一类酶的总称，主要包括果胶酶和果胶甲酯酶。

（3）作用：

将果胶分解成可溶性的分子，使出汁率提高，也使浑浊的果汁变得澄清。

3．探究利用苹果或山楂匀浆制作果汁的最佳条件的实验

（1）实验原理

①果胶

半乳糖醛酸＋半乳糖醛酸甲酯。

②果胶酶的活性受温度（或pH）的影响，处于最适温度（或pH）时活性最高。

果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶的活性大小成正比。

③果胶不溶于乙醇。

（2）实验流程设计

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）果胶酶和果胶甲酯酶可水解果胶（　√　）

（2）将果胶酶用于果胶生产，既能提高果肉的出汁率又能提高果汁的澄清度（　√　）

（3）酶的活性受温度、pH和酶用量等因素的影响（　×　）

（4）果胶起着将植物细胞粘合在一起的作用，它溶于乙醇（　×　）

2．探究温度、pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶用量的实验中，因变量都相同，该因变量是什么？

提示　三个实验的因变量都是果汁量或果汁的澄清度。

3．探究温度、pH对果胶酶活性的影响以及果胶酶用量的实验中，都需要设置多组实验，相邻两组之间都有一定的“差值”（如“温差”“pH差”），该“差值”的大小与实验的误差大小有何联系？

提示　该差值大小与实验误差的大小成正相关，即差值越小则误差越小，差值越大则误差越大。

题组　果胶酶在果汁生产中的应用

1．获得具有一定酒精度的苹果酸，添加蜂蜜、色素、香精、防腐剂等，按一定比例试制苹果醋复合饮料。

苹果醋以及复合型饮料的主要工艺流程如下：

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

⇒

请回答：

（1）苹果汁中的果胶组成为半乳糖醛酸和____________。

果胶是植物细胞壁的主要成分，它不溶于____________，这是鉴别果胶的一种简易方法。

苹果汁生产时，可加入果胶酶和__________酶以提高果汁的出汁率和澄清度。

（2）采用________方法可以最大限度地保存苹果汁的色香味和营养价值。

A．15min高压蒸汽灭菌B．高锰酸钾消毒

C．70%酒精消毒D．低温消毒

（3）上述流程中，X为____________过程，该过程理论上________（填“有”或“无”）CO2产生。

酒精发酵和X过程分别利用的是________和________两种微生物的发酵原理。

由酒精发酵转变成X过程时，装置的充气口需要改变的主要环境条件是_________________________。

答案　

（1）半乳糖醛酸甲酯　乙醇　果胶甲酯　

（2）D

（3）醋酸发酵　无　酵母菌　醋杆菌（醋化醋杆菌）　通入无菌空气

2．下列是有关酶的应用问题，请分析回答。

工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁来提高出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验：

①将果胶酶佤苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10min（如图A）。

②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10min（如图B）。

③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量（如图C）。

④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：

温度/℃

10

20

30

40

50

60

70

80

果汁量/mL

8

13

15

25

15

12

11

10

根据上述实验，请分析顺答下列问题：

（1）果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解，产物是________________________________________________________________________。

（2）实验结果表明，当温度为________附近时，果汁量最多，此时果胶酶的活性________________。

（3）为什么该实验能够通过测定过滤出的苹果汁的体积

大小来判断果胶酶活性的高低？

________________________________________________________________________。

（4）果胶酶作用于一定量的某种物质（底物），保持温度、pH在最适值，生成物量与反应时间的关系如图：

在35min后曲线变成水平是因为____________。

若增加果胶酶浓度，其他条件不变，请在图中画出生成量变化的示意曲线。

答案　

（1）半乳糖醛酸　

（2）40℃　最高　（3）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映了果胶酶催化分解果胶的能力　（4）底物消耗完毕　如图所示

定量探究某实验变量对实验结果的影响的三个步骤

第一步：

通过设置一系列具有一定梯度的自变量进行实验。

第二步：

根据实验结果分析实验自变量的取值范围是否合适（即是否出现最适值）。

①如果出现最适值，说明自变量的范围设置合理。

②如果不出现最适值，说明自变量的范围设置不合理，可将此实验作为预实验，然后根据实验结果重新设置自变量的梯度和范围。

第三步：

如果要提高实验的精度，应减小实验自变量的梯度，且梯度差越小，实验结果越精确。

考点四　α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测

1．α淀粉酶的固定化

（1）固定化酶

①概念：

将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为不溶于水而又有酶活性的制剂。

②方法：

吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等。

（2）α淀粉酶的固定化

①α淀粉酶作用的最适条件：

最适pH为5.5～7.5；最适温度为50_～75_℃。

②方法：

吸附法。

③淀粉的水解作用

淀粉

糊精

麦芽糖

葡萄糖

遇碘显蓝色　遇碘显红色　遇碘不显色

2．淀粉水解的测定实验

固定α淀粉酶→滴管滴加淀粉溶液→加KII2溶液→观察→洗涤→几天后重复实验。

3．α淀粉酶固定化实验过程

固定化α淀粉酶，装入注射器中

　　　　↓

以0.3mL/min的流速滴加淀粉溶液过柱

　　　　↓

流出5mL淀粉溶液后接收0.5mL

　　　　↓

滴加KII2溶液，观察颜色，稀释1倍后再观察颜色

　　　　↓

以10倍柱体积的蒸馏水洗涤固定化柱，放置在4℃冰箱中，几天后重复实验

[诊断与思考]

1．判断下列叙述的正误

（1）用固定化α淀粉酶进行淀粉水解实验时不需考虑温度（　×　）

（2）固定化α淀粉酶可永久使用（　×　）

（3）α淀粉酶固定化实验结束后，将固定化柱放在常温下即可（　×　）

2．固定化技术对酶产生怎样的影响？

提示　固定化酶改变了酶的存在状态，不改变酶的特性，因此利用固定化酶仍要严格控制温度、pH等环境条件，以利于酶发挥作用。

3．固定化酶的优点是什么？

提示　固定化酶能够连续使用，但不是永久使用。

酶是具有生物活性的大分子，因此随着使用次数的增多，酶活性也会降低，如果酶活性降低到一定程度，就会失去使用价值。

题组　固定化酶的应用

1．

（1）酶是生物体中生化反应的催化剂，酶催化的反应是在__________条件下进行的，酶催化的应用日益广泛。

在历史悠久的食品工业中也有广泛的应用。

在年轻人群中果汁有相当大的消费群体。

食品工业中应用酶大量生产果汁，果汁生产的原料来源是水果粉碎后的果肉浆。

要获得澄清的果汁需要用到________酶和__________酶，这两种酶的作用对象是____________，该物质在植物体内的功能是__________________。

在探究温度对果胶酶活性的影响实验中，实验自变量是________________。

在探究利用果胶酶制作果汁的最佳条件实验中，加入95%乙醇的目的是______________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）固定化酶是将____________________的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使之成为____________________________________的制剂。

教材实验中用吸附法将α淀粉酶固定在__________上。

答案　

（1）温和适宜　果胶　果胶甲酯　果胶　细胞间的黏连成分（或将植物细胞粘合在一起）　温度　利用果胶不溶于乙醇的特性来鉴别果胶

（2）水溶性　不溶于水而又有酶活性　石英砂

2．果胶酶是分解果胶的一类酶的总称，常用于果汁的生产。

（1）果胶酶用于果汁生产，是因为它能分解果胶，可解决果肉出汁率低和____________等问题。

（2）果胶由________________和________________组成。

（3）若要检测苹果汁中是否还含有果胶，可取一定量的果汁与________混合，若出现________现象，说明果胶还没有被完全分解。

（4）右图为某同学进行的澄清苹果汁生产实验，下列相关叙述正确的是________。

A．实验中所用的固定化果胶酶可由某些物质吸附，吸附后的酶可永久使用

B．为防止杂菌污染，图示装置制作完毕后需瞬间高温灭菌

C．通过控制阀调节苹果汁流出的速率，保证反应充分进行

D．固定化果胶酶不可重复使用，每次生产前需重新装填反应柱

（5）固定化酶技术是将水溶性的酶用物理或化学的方法固定在某种介质上，使酶能与____________接触，又能与________分离。

（6）在“α淀粉酶的固定化及淀粉水解作用的检测”这一实验中，α淀粉酶固定在石英砂上，使用了下图中的________。

答案　

（1）果汁浑浊　

（2）半乳糖醛酸　半乳糖醛酸甲酯

（3）乙醇　浑浊　（4）C　（5）底物（反应物）　产物　（6）③

酶的固定化方法及适用对象

名称

原理

图示

包埋法

将微生物细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中

共价偶联法

利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合，或将其结合到载体上

吸附法

通过物理吸附作用，把酶固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃或离子交换树脂等载体上