步步高大一轮复习讲义第十一单元 第44讲酶的应用与植物组织培养免费下载.docx

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第44讲　酶的应用与植物组织培养

[考纲要求]　1.酶活力测定的一般原理和方法。

2.酶在食品制造和洗涤等方面的应用。

3.植物的组织培养。

考点一　影响果汁产量的物质、因素及探究方法

1．果胶酶的组成和作用

（1）组成：

多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等。

（2）作用：

分解果胶，瓦解植物的细胞壁及胞间层。

2．酶的活性及其影响因素

（1）酶的活性：

酶催化一定化学反应的能力。

酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。

（2）影响酶活性的因素：

温度、pH、酶的抑制剂等。

3．探究温度和pH对酶活性的影响

（1）实验原理

①果胶酶活性受温度和pH的影响，处于最适温度或pH时，活性最高。

②果肉的出汁率、果汁的澄清度与果胶酶活性大小呈正相关。

（2）实验结果：

温度和pH在很大程度上对酶的空间结构会产生影响，过高或过低都会影响酶活性。

4．探究果胶酶的最适用量

37_℃恒温水浴加热→将果胶酶溶液与苹果泥混合→37_℃恒温水浴中反应20min左右→过滤果汁，测量果汁量并记录

易错警示　

（1）酶活性不等同于酶促反应速度

同等条件下的酶促反应速度的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性与酶促反应速度仍然是两个完全不同的概念，其影响因素也不完全相同，如酶的浓度、反应物的浓度可以影响反应速度，但不能影响酶的活性。

（2）在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可靠性。

（3）探究×××酶的最适条件（温度、pH）及最适用量时都需设置一系列浓度梯度，且不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶的最适温度或最适pH。

1．下列有关果胶酶及与果胶酶实验探究的叙述正确的是（　　）

A．探究果胶酶的用量时，pH、温度不影响实验结果

B．果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和葡萄糖异构酶等

C．探究温度对果胶酶活性的影响时，温度、苹果泥、果胶酶用量及反应时间等都是

变量

D．可以用相同时间内过滤得到的果汁体积来确定果胶酶的用量

答案　D

解析　探究果胶酶的用量时，pH、温度会影响实验结果；葡萄糖异构酶不属于果胶酶的成分；探究温度对果胶酶活性的影响实验中，温度为单一变量，其他因素保持不变。

1．果胶酶与纤维素酶的比较

种类

组成

作用

果胶酶

多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶、果胶酯酶等

催化水解果胶成为可溶性半乳糖醛酸

纤维素酶

C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶

纤维素

纤维二糖

葡萄糖

2．探究影响果汁产量的因素

（1）探究温度对酶活性的影响时，可以选用10℃作为温度梯度，设置的具体温度为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃等，也可以根据酶的特点，尝试以5℃作为温度梯度。

（2）探究pH对酶活性的影响时，只需将温度梯度改成pH梯度，并在该酶的最适温度下进行。

反应液中的pH可以用质量分数为0.1%的氢氧化钠溶液或盐酸进行调节。

（3）探究酶的用量是建立在探究最适温度和pH对酶活性影响的基础之上的。

此时，研究的变量是酶的用量，其他因素都应保持相同。

实验时可以配制不同浓度的酶溶液，也可以只配制一种浓度的酶溶液，然后使用不同的体积。

需要注意的是，反应液的pH和温度必须相同，否则将影响实验结果的准确性。

3．确定果胶酶最适用量的方法

如果随酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，这个值就是酶的最适用量。

考点二　探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果

1．梳理加酶洗衣粉的去污机理

种类

洗涤原理

洗涤的物质种类

蛋白酶

蛋白质

小分子的肽＋氨基酸

血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢

脂肪酶

脂肪

甘油＋脂肪酸

食品的油渍、人体皮脂、口红

淀粉酶

淀粉

麦芽糖＋葡萄糖

来自面条、巧克力等的污垢

纤维素酶

使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，达到更好的去污效果

棉纺织品的表面浮毛

2．探究不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果

（1）实验原理：

酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。

（2）实验变量

①自变量：

加酶洗衣粉。

②无关变量：

其他条件相同且适宜（如温度、pH等）。

（3）实验步骤

步骤

烧杯编号

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

注入自来水

500mL

500mL

500_mL

加入物质（等量）

奶渍布

奶渍布

奶渍布

控制水温

37℃

37℃

37_℃

加入洗衣粉（等量）

蛋白酶

洗衣粉

复合酶

洗衣粉

脂肪酶

洗衣粉

用玻棒搅拌

5min

5min

5min

观察实验现象

颜色浅

已消失

颜色浅

易错警示　

（1）与普通洗衣粉相比，加酶洗衣粉洗涤效果更好，又由于不含磷元素，酶制剂进入无机环境中后可以被微生物分解，因此不会对环境造成污染。

（2）一般来说，丝绸类的衣物不可以使用加酶洗衣粉洗涤，是因为蛋白酶会水解蛋白质类的丝绸。

（3）酶的催化作用需要适宜的温度，用温水浸泡衣物可以缩短衣物的浸泡时间，加快洗涤。

（4）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）加酶洗衣粉的酶制剂不含肽酶，因为肽本身易溶于水。

2．加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉。

请回答下列问题：

（1）由下图推知，该实验的目的是_________________________________。

50℃时加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量约是________%。

（2）下表是添加脂肪酶的加酶洗衣粉和普通洗衣粉洗涤效果的实验记录，请据表回答问题。

脸盆编号

洗涤物（等量）

洗涤温度

洗衣粉

（等量）

水量

洗净所需时间

1

油污布

45℃

加酶

2L

4min

2

油污布

45℃

普通

2L

7min

3

油污布

5℃

加酶

2L

9min

4

油污布

5℃

普通

2L

8min

①该实验设计体现了______________________原则。

②若1号实验组洗净油污布所需时间接近7min，最可能的原因是____________________

____________________________________________________。

（3）下列衣料不适宜用添加蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤的有____________。

①棉织品　②毛织品　③腈纶织品　④蚕丝织品

（4）根据以上实验结果，请写出两项提高加酶洗衣粉洗涤效果的措施：

________________

________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）探究温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响　0.6

（2）对照、单一变量　酶失活　（3）②④

（4）用温水浸泡；延长浸泡时间；增加洗衣粉的用量等（写出两项合理答案即可）

解析　

（1）由题图可知，实验中存在两个变量：

温度与碱性蛋白酶含量，即实验探究的是温度、碱性蛋白酶含量对去污力的影响。

在50℃时，洗衣粉的去污力在碱性蛋白酶含量为0.6%时达到最大。

（2）由表中数据可知，1、3号为实验组，2、4号为对照组，1、2号与3、4号中只有是否加酶一个变量，因此该实验设计体现了对照原则和单一变量原则。

若1号实验组洗净油污布所需时间接近7min，最可能的原因是酶已经失活。

（3）蛋白酶可分解蛋白质，故毛织品、蚕丝织品等以蛋白质为主要成分的衣料不能用含蛋白酶的加酶洗衣粉洗涤。

（4）用温水浸泡（提高酶的活性），延长浸泡时间（增加酶的催化时间），增加酶的用量等都可以提高加酶洗衣粉的洗涤效果。

1．变量的分析和控制

影响加酶洗衣粉洗涤效果的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的用量和种类，衣物的材料、大小及浸泡时间和洗涤时间等。

在探究用加酶洗衣粉洗涤的最佳温度条件实验中，水温是要研究的对象，实验自变量是水温；在探究加酶洗衣粉与普通洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为洗衣粉的种类；在探究不同种类的加酶洗衣粉洗涤效果的实验中，实验自变量为加酶洗衣粉的种类。

在设计实验时，应遵循单一变量原则和对照原则等。

2．洗涤方式和材料的选择

（1）采用全自动洗衣机比较好，并且应该尽量使用同一型号小容量的洗衣机，使其机械搅拌作用相同。

（2）洗涤材料的选择也有一些讲究。

选用布料作为实验材料比较可行。

在设置对照实验时，可以控制布料的大小、颜色及污物的量，使其相同；同时，也便于洗涤效果的比较。

3．水量、水质和洗衣粉用量的问题

（1）水量和布料的大小是成正比的。

做实验用的布料不宜过大，水量不宜过多，但应该让布料充分浸泡在水中。

（2）其他相关问题简述如下：

实验中可以用滴管控制污物的量，待污物干燥后再进行实验；布料应放在洗衣粉溶液中浸泡相同的时间；采用玻棒搅拌的方式模拟洗衣过程；模拟搅拌的时间、次数和力量应基本相同。

考点三　植物组织培养

1．植物组织培养的过程

外植体

愈伤组织

幼苗―→移栽

植物组织培养常用的培养基是MS培养基，一般需要添加生长素和细胞分裂素两种植物激素。

2．植物组织培养的实验操作

（1）菊花的组织培养过程

制备MS培养基（配制母液、配制培养基、灭菌）→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培。

（2）月季的花药培养过程

①过程：

材料的选取→材料的消毒→接种和培养→鉴定和筛选。

②影响花药培养的因素主要有材料的选择和培养基的组成。

③要挑选完全未开放的花蕾，确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法。

3．影响植物组织培养的因素

（1）菊花的组织培养，一般选择开花植株的茎上部新萌生的侧枝（　×　）

（2）植物激素的浓度可影响细胞分化，但使用的先后顺序及比例不影响组织培养的过程

（　×　）

（3）pH、温度和光照等也影响植物组织培养（　√　）

易错警示　实验操作中易错的几个问题

（1）材料的选取：

菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝；月季的花药培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。

（2）外植体消毒：

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。

（3）培养过程：

在初期，菊花的组织培养需光照，月季的花药培养不需光照；而在后期均需光照。

3．植物的花药培养在育种上有特殊的意义。

植物组织培养可用于无病毒植株及细胞产物的工厂化生产等方面。

请回答相关问题：

（1）利用月季的花药离体培养产生单倍体时，选材非常重要。

一般来说，在____________期花药培养的成功率最高。

为了选择该期的花药，通常选择____________的花蕾。

确定花粉发育时期最常用的方法有____________法，但是对于花粉细胞核不易着色的植物，需采用____________法，该法能将花粉细胞核染成____________色。

（2）若要进行兰花无病毒植株的培育，首先选择兰花的____________作为外植体。

从外植体到无病毒植株试管苗，要人为控制细胞的____________和____________过程。

（3）进行组织培养需配制MS培养基，在该培养基中常需要添加____________、____________等植物激素。

欲有利于根的分化，植物激素的用量比例应为________________________________________________________________________。

（4）不同植物的组织培养除需营养和激素外，____________________________等外界条件也很重要。

（5）无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，下列各项中使用化学药剂进行消毒的是____________，采用灼烧方法进行灭菌的是____________。

（填序号）

①培养皿　②培养基　③实验操作的双手　④三角锥形瓶⑤接种环　⑥花蕾

答案　

（1）单核靠边　完全未开放　醋酸洋红　焙花青—铬矾　蓝黑　

（2）茎尖分生组织　脱分化（或去分化）　再分化（3）生长素　细胞分裂素（两空顺序可以颠倒）　生长素多于细胞分裂素　（4）pH、温度和光照　（5）③⑥　⑤

解析　

（1）早期的花药比后期的更容易培养成功。

一般来说，在单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期，花药培养成功率最高。

该时期的花药通常存在于完全未开放的花蕾中。

（2）根尖、茎尖约0～0.1mm区域中几乎不含病毒。

病毒通过维管系统移动，而分生组织中不存在维管系统，且茎尖分生组织中，代谢活力高，竞争中病毒复制处于劣势。

（3）生长素与细胞分裂素等植物激素可调节脱分化和再分化。

当生长素含量多于细胞分裂素含量时，利于生根。

（4）植物培养时，除需要营养、激素外，还需要适宜的温度、pH和光照等。

（5）对实验器具进行灭菌处理，对实验过程中的具有生物活性的材料或用具进行消毒处理。

1．植物组织培养技术和花药离体培养技术的异同

　　项目

内容　　

菊花的组织培养

月季的花药培养

理论依据

植物细胞的全能性

基本过程

脱分化→再分化

外植体的细胞类型

体细胞

生殖细胞

操作流程

制备培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

选材→消毒→接种和培养→筛选和诱导→移栽→栽培选育

影响因素

选材、营养、植物激素、pH、温度、阳光等

培养结果

正常植株

单倍体植株

生殖方式

无性生殖

有性生殖

可育性

可育

高度不育，秋水仙素处理后可育

2．植物激素与组织培养

（1）生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点：

①在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。

②使用顺序不同，结果不同，具体如下：

使用顺序

实验结果

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

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

③用量比例不同，结果也不同

3．影响植物组织培养的因素

（1）材料：

植物的种类、材料的年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。

一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。

嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。

（2）营养：

常用的培养基是MS培养基，其中含有的大量元素是N、P、S、K、Ca、Mg，微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、I、Co，有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等。

（3）环境条件：

pH、温度、光照等条件。

如菊花的组织培养所需pH为5.8左右，温度为18～22℃，光照条件为每日用日光灯照射12h。

1．（2012·江苏卷，16）下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的叙述，合理的是（　　）

A．先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度

B．实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度

C．相同pH时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉

D．衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果

答案　B

解析　由于温度会影响酶的活性，高温会导致加酶洗衣粉中的酶变性失活，A项错误；本实验的目的是探究两种洗衣粉的洗涤效果，所以观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度或达到同样洗涤效果所需时间的长短，B项正确；在适宜的pH下，加酶洗衣粉的洗涤效果高于普通洗衣粉，但pH过高或过低时酶都会变性失活，则两者洗涤效果相似，C项错误；酶具有专一性，加有蛋白酶的洗衣粉不能用于洗涤真丝、羊毛等衣料，适当增加洗衣粉的用量会使洗涤效果增强，D项错误。

2．（2012·广东理综，29）食品种类多，酸碱度范围广。

生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：

（1）pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。

据图可知，________________________更适宜作为食品添加剂，理由是___________________________________________________

________________________________________________________________________。

蛋白酶的活力可用______________________的量来表示。

（2）该蛋白酶的提取工艺流程如下：

兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。

结果显示，酶保护剂浓度在0.02～0.06mol/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0～8.0范围内，酶活力较高。

他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。

请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。

答案　

（1）木瓜蛋白酶　木瓜蛋白酶的活力不随pH的变化而变化　单位时间内、单位体积中底物减少（或产物增加）　

（2）课题名称：

探究酶保护剂的浓度和提取液的pH的最佳组合

提取液的pH

底物的减少量（或产物

的产生量）

酶保护剂浓度（mol/L）

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

解析　

（1）题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有较广的酸碱度适应范围，由图可知，木瓜蛋白酶的活力不随pH的变化而变化，所以可以选作食品添加剂。

酶的活力可用单位时间内、单位体积中底物的减少量（或产物的增加量）来表示。

（2）由题中信息可知酶保护剂的适宜浓度范围和提取液pH的适宜范围，故实验的自变量是酶保护剂的浓度和提取液的pH，需在适宜范围内确定较小的梯度进行实验。

实验结果记录表要包含自变量酶保护剂的浓度和提取液的pH以及因变量底物的减少量（或产物的产生量）。

3．（2008·江苏卷，34A）为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。

甲、乙组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。

请回答下列问题。

水温/℃

10

20

30

40

50

组别

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

甲

乙

丙

清除血渍时间/min

67

66

88

52

51

83

36

34

77

11

12

68

9

11

67

清除油渍时间/min

93

78

95

87

63

91

82

46

85

75

27

77

69

8

68

（1）提高洗衣粉去污能力的方法有__________________，甲组在洗衣粉中加入了____________，乙组在洗衣粉中加入了______________________。

（2）甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有________。

（3）如果甲、乙和丙3组均在水温为80℃时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由：

________________________________________________________________________。

（4）加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。

请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由：

______________。

答案　

（1）加酶和适当提高温度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶

（2）专一性　（3）没有差异，因为高温使酶失活　（4）未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用

解析　加酶洗衣粉中添加了多种酶制剂，如碱性蛋白酶制剂和碱性脂肪酶制剂等。

这些酶制剂不仅可以有效地清除衣物上的污渍，而且对人体没有毒害作用，并且这些酶制剂及其分解产物能够被微生物分解，不会污染环境。

既然是酶制剂，就具备酶的特性，需要适宜的温度和pH，具有专一性；温度过高时，酶变性失活，三者几乎没有差别。

固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。

4．（2012·山东卷，34）辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。

辣椒素的获得途径如下图：

（1）图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的________和__________过程。

（2）图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是________。

培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值____（填“高”或“低”）时，有利于芽的分化。

对培养基彻底灭菌时，应采取的灭菌方法是________________。

（3）图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是________。

用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是__________和纤维素酶。

（4）提取辣椒素过程中，萃取加热时需安装冷凝回流装置，其目的是__________________

______________________________________________________。

答案　

（1）脱分化（或去分化）　再分化　

（2）琼脂　低　高压蒸汽灭菌　（3）70%　果胶酶　（4）防止有机溶剂的挥发

解析　

（1）由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程称为脱分化，对脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可重新分化出根或芽等器官，这个过程叫做再分化。

（2）培养基中常用的凝固剂是琼脂。

同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比值大小影响植物细胞的发育方向，生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；反之，有利于根的分化。

培养基应用高压蒸汽灭菌法灭菌。

（3）外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。

酶解法将愈伤组织分离成单细胞所用的酶是果胶酶和纤维素酶。

（4）用萃取法提取植物有效成分时，应在瓶口安装冷凝回流装置，目的是防止加热时有机溶剂的挥发。