1、专题12 生物技术实践1(2020甘肃省兰州一中高三其他)我国科学家屠呦呦因发现治疗疟疾的新药物青蒿素而获得2015年诺贝尔医学奖。青蒿素是一种无色针状晶体，易溶于有机溶剂，不溶于水，不易挥发，主要从黄花蒿中提取。近年来又发现青蒿素具有较强的抗肿瘤作用，某科研小组按如下步骤进行了相关实验：从黄花蒿中提取青蒿素；将等量癌细胞分别接种到4组培养瓶中，适宜条件下培养24 h后除去上清液；向4组培养瓶中分别加入等量含2、4、8、16 mol/L青蒿素的培养液，适宜条件下继续培养；72 h后统计并计算各组的细胞增殖抑制率。回答下列问题：(1)提取青蒿素时不宜使用水蒸气蒸馏法，原因是 青蒿素不易挥发，不能
2、随水蒸气蒸馏出来(或水蒸气蒸馏法适用于蒸馏挥发性物质，而青蒿素不易挥发) ；根据青蒿素 易溶于有机溶剂 的特点，可采用有机溶剂萃取的方法，萃取前要将黄花蒿茎叶进行 粉碎和干燥 ，以提高萃取效率。(2)萃取青蒿素的过程应采用 水浴 加热；加热时常在加热瓶口安装回流冷凝装置，目的是 防止有机溶剂挥发 。萃取液在浓缩之前需进行 过滤 ，以除去萃取液中的不溶物。(3)科研小组进行上述步骤实验的目的是 探究青蒿素的浓度与细胞增殖抑制率的关系 。步骤中需要设置对照组，对照组的处理方法为 在另一培养瓶中加入等量的不含青蒿素的培养液，适宜条件下继续培养 。【解析】(1)由于水蒸气蒸馏法适用于蒸馏挥发性物质，而
3、青蒿素不易挥发，所以提取青蒿素时不宜使用水蒸气蒸馏法。根据青蒿素有易溶于有机溶剂的特点，可采用有机溶剂萃取的方法。为了提高萃取效率，萃取前要将黄花蒿茎叶进行粉碎和干燥。(2)萃取青蒿素的过程应采用水浴加热，以保证青蒿素受热均匀，同时，有机溶剂易燃不能明火加热；加热时常在加热瓶口安装回流冷凝装置，目的是防止有机溶剂挥发。萃取液在浓缩之前需进行过滤，以除去萃取液中的不溶物。(3)设置不同浓度的青蒿素溶液加入癌细胞培养液中，统计癌细胞的增殖速率，说明该实验的目的是探究不同浓度的青蒿素对细胞增殖的影响或者探究青蒿素的浓度与细胞增殖抑制率的关系。步骤中需要设置一组空白对照组，处理方法是在另一培养皿中加入
4、等量的不含青蒿素的培养液，适宜条件下继续培养。2(2020湖北省高三其他)某同学根据所学的知识设计了利用鲜茉莉花提取茉莉精油的实验流程。回答下列问题：鲜茉莉花水AB除水过滤茉莉精油(1)植物芳香油的提取方法有蒸馏、 压榨 和 萃取 等，具体采用哪种方法要根据植物原料的特点来决定。水蒸气蒸馏法是植物芳香油提取的常用方法，它的原理是 利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来形成油水混合物，冷却后油水又重新分层 。(2)图中的A过程表示水蒸气蒸馏，促进B过程的进行时，通常向油水混合物中加入 NaCl 。通过B过程获得的提取物还会含有一定的水分，一般可以加入一些 无水Na2SO4 吸水。(3)橘皮精
5、油主要储藏在橘皮部分，提取橘皮精油一般不采用水中蒸馏法，原因是 会产生原料焦糊和有效成分水解等问题 。提取橘皮精油一般采用 压榨 法，使用该方法时，为了提高出油率，可将柑橘皮干燥去水后，再用 石灰水 浸泡。【解析】(1)植物芳香油的提取方法有蒸馏法、压榨法和萃取法等，其中水蒸气蒸馏法是植物芳香油提取的常用方法，它的原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来形成油水混合物，冷却后油水又重新分层。(2)根据以上分析已知，图中A表示水蒸气蒸馏，B过程为分离油层的过程。在促进油层分离时，常向油水混合物中加入氯化钠，以吸收水分，提高茉莉精油的纯度；获得的提取物还会含有一定的水分，一般可以加入一些无
6、水Na2SO4吸水。(3)由于水中蒸馏会导致原料焦糊或有效成分部分水解等问题，所以提取橘皮精油，常采用压榨法而不用蒸馏法。为了提高出油率，可将柑橘皮干燥去水后，再用石灰水浸泡。3(2020定远县育才学校高三其他)LB液体培养基和LB固体培养基是微生物实验室中较常用的一种培养基，其配方为10 g蛋白胨、10 g/L酵母提取物、5 g/L氯化钠等，主要用于培养细菌、扩增菌种数量。某研究组开展了氧气对微生物生长、繁殖的影响实验，请回答下列问题：(1)要配制供微生物生长、繁殖的培养基，其中一般都含有 水、碳源、氮源 和无机盐等。有些微生物对某些特殊营养物质及 pH、氧气 等条件有特殊要求。(2)将各类
7、微生物用 接种环 从斜面培养基接种于灭菌过的LB液体培养基中，进行扩大化培养。(3)将含有LB固体培养基(LB液体培养基中加15 g琼脂粉，刚配好，尚未凝固)的锥形瓶放入 高压蒸汽灭菌锅 中进行灭菌。灭菌完成后将锥形瓶取出，待温度下降到60 (不烫手的温度)时，用 酒精 擦拭桌面和双手，在超净工作台中的 酒精灯火焰 旁将锥形瓶中的LB培养基分装到一系列试管，并做标记。(4)当试管温度下降到40 (培养基还是液态)时，用灭菌过的移液器吸取0.1 mL的各类微生物悬液加入相应试管中并封口，双手快速搓动试管，使菌种均匀分布于培养基内后迅速将封口的试管放置在 低温 条件下使培养基凝固。(5)将上述试管
8、放置于常温条件下培养48小时后观察实验结果，下图中可表示制作果酒的菌种的分布图的是 B 。【解析】(1)要配制供微生物生长、繁殖的培养基，其中一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等，有些微生物对某些特殊营养物质及pH、氧气等条件有特殊要求。(2)斜面培养基接种用接种环接种，对微生物进行扩大化培养。(3)培养基一般采用高压蒸汽灭菌法灭菌，灭菌完成后将锥形瓶取出，待温度下降到60 时，用酒精擦拭桌面和双手，在超净工作台中的酒精灯火焰旁将锥形瓶中的LB培养基分装到一系列试管，以防止杂菌污染。(4)培养基凝固需要放置在低温条件下。(5)参与果酒制作的菌种是酵母菌，其新陈代谢类型是异养兼性厌氧型，因此图中表
9、示果酒制作菌种的图是B。4(2020江西省高三二模)2019年起，全国地级及以上城市全面启动生活垃圾分类工作，习近平总书记强调，实行垃圾分类，关系广大人民群众生活环境，关系节约使用资源，也是社会文明水平的一个重要体现。有机垃圾微生物处理的基本原理是利用微生物降解菌产生多种酶，对分类后的有机垃圾进行快速分解。(1)有机垃圾中油污降解困难，某实验小组欲从油污污染的土壤中筛选出高效降解脂肪的菌株，需配置 以脂肪为唯一碳源 的选择培养基，将采集的土样混匀后从中称取1 g，置于经过 高压蒸汽灭菌 法灭菌处理的液体培养基中培养一段时间，以增加脂肪分解菌的浓度。(2)利用稀释涂布平板法进行接种时，要对菌液进
10、行充分稀释的目的是 使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落 。接种后进行培养时，需将培养皿呈 倒置 状态放置。(3)筛选出高效降解脂肪的菌株后，若需要长期保存，可采用 甘油管藏 的方法。(4)为测定脂肪酶降解脂肪的能力，需要先将该酶分离出来，常用 凝胶色谱(分配色谱) 法，该方法是根据 相对分子质量的大小 来分离蛋白质。【解析】(1)要筛选出高效降解脂肪的菌株，需要从油污污染的土壤中采集取样，并用以脂肪为唯一碳源的选择培养基进行选择培养，具体做法为，将选取的土壤混匀后从中称取1 g，置于经过高压蒸汽灭菌法处理的液体培养基中培养一段时间，以增加脂肪分解菌的浓度。(2
11、)利用稀释涂布平板法进行接种时，需要对菌液进行充分稀释以便能使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个的菌落。接种后进行培养时，需将培养皿倒置培养，避免水珠滴入到培养皿的表面影响菌落的生长。(3)菌种长期保存通常采用甘油管藏法，因此，筛选出的高效降解脂肪菌株采用甘油管藏法长期保存。(4)脂肪酶的化学本质是蛋白质，蛋白质的分离常用凝胶色谱(分配色谱)法完成，该方法是根据蛋白质相对分子质量的大小实现分离，因为蛋白质的迁移速率与分子量的大小有关。5(2020天津高三二模)由于酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，有人将地衣芽孢杆菌的淀粉酶基因转入酵母菌中，经筛选得到了可高效利用淀粉的工程
12、酵母菌菌种(图甲所示)。(1)图甲中为达到筛选目的，平板内的固体培养基应以 淀粉 作为唯一碳源。、过程需要重复几次，目的是 进一步筛选纯化获得分解淀粉能力强的酵母菌 。(2)某同学尝试过程的操作，其中一个平板经培养后的菌落分布如图乙所示。该同学的接种方法是 稀释涂布平板法 ；推测该同学接种时可能的操作失误是 涂布不均匀 。(3)以淀粉为原料，用工程酵母菌在适宜条件下密闭发酵，隔一段时间需要进行排气，其原因是 酒精发酵产生CO2需要排出，否则压力过大 。(4)对于实验结果分析正确的是( BC )A淀粉酶基因是否表达可通过DNA分子杂交技术来检测B在培养基中添加碘液进行染色，菌落周围会出现透明圈，
13、颜色较浅C在密闭和不密闭的情况下培养，酵母菌出现的透明圈大小不同D在实验条件适宜时，酵母菌进行孢子生殖，繁殖迅速【解析】(1)图甲中表示基因表达载体的构建过程，该过程需要用到的工具酶有：限制性核酸内切酶(限制酶)、DNA连接酶；普通酵母菌直接利用淀粉的能力很弱，而工程酵母菌可以高效利用淀粉，所以用以淀粉为唯一碳源的选择培养基可以选出工程酵母菌；、过程重复几次的目的是进一步筛选纯化获得分解淀粉能力强的酵母菌。(2)由图乙可知，该同学采用的是稀释涂布平板法，但菌落比较集中，没有很好的分散开来，可能是涂布不均匀导致的。(3)由于酵母菌酒精发酵过程中产生CO2，需要及时排出否则压力过大，因此在利用工程
14、酵母菌进行密闭发酵时，每隔一段时间需要进行排气。(4)A.可用DNA分子杂交技术检测目的基因是否导入受体细胞，而基因表达的产物为蛋白质，不能用DNA分子杂交技术进行检测，A错误；B.工程酵母菌可高效利用淀粉，因此若在培养基中添加碘液进行染色，菌落周围会出现透明圈，且颜色较浅，B正确；C.酵母菌属于兼性厌氧菌，在密闭和不密闭的情况下培养，消耗的淀粉量不同，因此酵母菌出现的透明圈大小不同，C正确；D.在实验条件适宜时，酵母菌可进行出芽生殖，D错误。6(2020全国高三其他)反刍动物，如牛和山羊，具有特殊的器官瘤胃。在瘤胃中生活着多种分解纤维素的微生物，研究人员通过实验筛选山羊瘤胃纤维素分解菌。结合
15、相关知识，回答下列问题：(1)将过滤后的瘤胃液接种于只含纤维素的培养液中，在 37 下振荡培养12天增加纤维素分解菌的浓度。该步骤能够“浓缩”纤维素分解菌的原因是 在富含纤维素的条件下，纤维素分解者能够分解纤维素并获取营养，因而能够迅速繁殖，不能分解纤维素的微生物因为缺乏营养而繁殖被抑制(合理即可) 。(2)将培养至混浊的培养液涂布到含羧甲基纤维素钠和刚果红的培养基上，该培养基是 鉴别 (功能)培养基。与“浓缩”纤维素分解菌的培养基不同，该培养基还需添加一定量的 琼脂(或凝固剂) ，以便筛选纤维素分解菌。(3)通过观察产生透明圈的菌落，该实验室提出山羊瘤胃中存在多种纤维素分解菌的观点，他们的实
16、验依据是 出现了多种不同特征(形状、大小、颜色等)的菌落 。(4)将不同纤维素分解菌纯化培养，并对其纤维素酶种类进行比较，发现均至少包括三种组分，即 C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶 ，若定量比较不同微生物纤维素酶的活性高低，应如何操作？写出简要的实验思路： 将等量、不同来源的纤维素酶分别与等量纤维素混合，在相同且适宜的条件下培养一段时间，通过测定葡萄糖的生成量确定不同酶的活性高低(合理即可) 。【解析】(1)哺乳动物的体温约为37 ，因此要将瘤胃中的微生物于该温度下培养。在只含纤维素的条件下，纤维素分解菌能够分解纤维素获取营养，因而能够迅速繁殖，不能分解纤维素的微生物因缺乏营养而无法繁殖。(2)培
17、养基中添加了刚果红，因此为鉴别培养基。固体培养基可对微生物进行分离、纯化和计数等，因此需要添加一定量的凝固剂，如琼脂。(3)虽然都能分解周围的纤维素而产生透明圈，但不同微生物形成的菌落有各自的特征，如形状、大小、颜色等。(4)纤维素酶至少包括三种组分，即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶。对获得的纤维素酶活性进行定量测定时，将等量的、不同来源的纤维素酶与等量纤维素混合，在相同且适宜的条件下培养一段时间，通过测定葡萄糖的生成量确定不同酶的活性高低。7(2020湖南高三二模)2019年12月1日，生活垃圾分类标志标准正式实施。生活垃圾被分为可回收物、有害垃圾、厨余垃圾及其他垃圾四大类。对厨余垃圾进行堆肥处
18、理(利用微生物将垃圾中的有机物分解)是常用的方法。回答下列问题。(1)不同微生物对厨余垃圾的分解能力不同，科研人员在选取能高效降解厨余垃圾微生物的过程中，获得纯净微生物的关键是 防止外来杂菌的污染 。厨余垃圾含有较多盐分，在选取微生物时需在培养基中加入高盐配制成 选择 (填“选择”或“鉴别”)培养基，不耐盐的微生物会出现 体内水分损失 而致死的现象。(2)堆肥过程可在露天进行，在发酵初期可在堆肥的某些部位进行打孔，其目的主要是 为微生物发酵提供氧气 ；随着发酵的进行，堆肥温度在一段时间内会逐渐升高，其热量主要来自 有氧呼吸以热能散失的能量 。研究人员欲探究温度对某菌株X的影响，可通过测定不同温
19、度条件下 单位时间有机物的消耗量(或“有机物的消耗速率”) 来反映菌株处理厨余垃圾的能力，进而确定其所需的适宜温度条件。除盐度、温度对微生物分解能力的影响外，请列举两项影响微生物分解厨余垃圾的外界因素： 厨余垃圾水分含量、厨余垃圾的种类、氧气含量等 。(3)请列举两项进行垃圾分类或集中处理的益处： 降低垃圾后续处理的经济成本、有利于再生资源回收利用、带来经济效益、减少二次污染等 。【解析】(1)获得纯净微生物的关键是防止外来杂菌的污染。高盐培养基可将耐盐的微生物选择出来，该培养基属于选择培养基，不耐盐的微生物在高盐培养基上会因体内水分损失而出现活性降低甚至死亡的现象。(2)堆肥上打孔可为微生物的发酵提供氧气，微生物有氧呼吸以热能形式散失的能量可引起堆肥温度升高，微生物的分解能力强弱可通过单位时间有机物的消耗量来表示。除了盐度、温度，厨余垃圾水分含量、厨余垃圾的种类、氧气含量等因素也影响微生物的分解作用。(3)进行垃圾分类或集中处理可降低垃圾后续处理的经济成本、有利于再生资源回收利用、带来经济效益、减少二次污染等。