1、生物技术在其他方面的应用(建议用时：40分钟)1(2020武汉市高三质检)草莓中因含有果胶物质，制得的果汁易产生浑浊、沉淀等现象，影响产品的质量。某研究小组进行了果胶酶用量对草莓果汁澄清效果影响的研究，其操作流程如下。操作流程：草莓清洗破碎过滤离心分离草莓汁果胶酶处理实验分析回答下列问题：(1)果胶酶可以将果胶分解成可溶性的_，使浑浊的果汁变得澄清。为探究45 时果胶酶的活性，在混合前，需对装有果胶酶和草莓原汁的试管分别进行_处理。(2)如图是利用配制好的固定浓度的果胶酶，以蒸馏水作为参照，测定不同酶液用量下草莓原汁的澄清度(精密仪器检测，用透光率衡量)。据图分析，在果汁生产中，果胶酶的用量为
2、0.015 mLkg1比较适宜，判断的理由是_。果胶酶用量/mLkg1(3)当果胶酶用量由0.07 mLkg1升至0.1 mLkg1时，透光率反而从97%下降至87%。有研究表明：此时果汁明显变浑浊是加入的果胶酶所致。请设计实验来验证这一结论，要求简要写出实验思路和预期结果。_。(4)在工业生产中还可以将果胶酶进行固定化处理。一般来说，果胶酶更适合采用_法和_法固定化。与传统使用果胶酶相比，该处理的优点是_(答出两点即可)。解析(1)果胶酶可以将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，使浑浊的果汁变得澄清。为探究45 时果胶酶的活性，在混合前，需对装有果胶酶和草莓原汁的试管分别进行45 恒温处理，使反应
3、在设定的温度下进行。(2)据曲线分析可知，在果汁生产中，果胶酶用量为0.015 mLkg1比较适宜，此时透光率较大，果汁澄清度高，且果胶酶的用量少。(3)验证果汁明显变浑浊是加入的果胶酶所致，所以需要排除果胶酶带来的影响；实验思路：配制浓度范围为00.1 mLkg1的果胶酶溶液，分别测定每组的透光率。预期结果：随果胶酶浓度增大，透光率下降。(4)一般来说，酶容易从包埋材料中流出，所以果胶酶更适合采用物理吸附法和化学结合法固定化。与传统使用果胶酶相比，该处理的优点是容易与产物分离，可以被反复利用。答案(1)半乳糖醛酸45 恒温(2)此时透光率较大，果汁澄清度高，且果胶酶的用量少(3)实验思路：配
4、制浓度范围为00.1 mLkg1的果胶酶溶液分别测定每组的透光率。预期结果：随酶浓度增大，透光率下降(4)物理吸附化学结合容易与产物分离；可以被反复利用2(2020重庆市八中高三一模)如图为固定化酵母发酵与游离酵母发酵制作啤酒的对比结果。请回答下列问题：(1)酒精发酵过程应用固定化细胞技术(固定化酵母)而不是固定化酶技术，原因是_。与利用游离酵母菌生产啤酒相比，利用固定化酵母菌的优点有_。(2)在制作固定化酵母的过程中，某同学进行了这样的操作：在定量的海藻酸钠中加入定量的蒸馏水，用大火加热，使其迅速溶解，配制成溶液然后将活化的酵母细胞迅速加入刚配制的海藻酸钠溶液中，充分搅拌混合均匀。上述过程下
5、划线和处的操作明显错误，请分别更正：_、_。(3)从图中可以看出，固定化酵母与游离酵母的发酵速率相近，但在发酵前期产生的酒精量多的是_，主要原因是_。解析(1)固定化酶一次只能固定一种酶，而酒精发酵需要一系列酶催化，只有固定化细胞可固定一系列酶，并催化一系列化学反应，因此酒精发酵过程应用固定化细胞技术(固定化酵母)而不是固定化酶技术。与利用游离酵母菌生产啤酒相比，利用固定化酵母菌的优点有可多次使用、便于酶与产物分离、提高产品质量等。(2)在制作固定化酵母的过程中，在定量的海藻酸钠中加入定量的蒸馏水，用小火或间断加热，以防止发生焦糊现象。冷却至常温再加入活化的酵母细胞，可防止高温使酵母菌死亡。(
6、3)从图中可以看出，固定化酵母与游离酵母的发酵速率相近，但游离酵母和营养液的接触更充分，酒精产量更高，且酒精排出更快，因此在发酵前期产生的酒精量多的是游离酵母。答案(1)酒精发酵需要一系列酶催化，只有固定化细胞可固定一系列酶，并催化一系列化学反应可多次使用、便于酶与产物分离、提高产品质量等(2)小火或间断加热冷却至常温再加入(3)游离酵母游离酵母和营养液的接触更充分，酒精产量更高，且酒精排出更快 3(2020山西省临汾市高三模拟)原生态椰子油是近年来活跃在国外市场上的一种新型植物油脂，常用酶解法进行提取，酶解法的原理是通过酶解除去椰奶中的蛋白质、纤维素和淀粉等物质，其流程如图所示，回答下列问题
7、：成熟椰子去壳去皮加水压榨椰奶酶解发酵过滤椰子油(1)由生产流程可知，椰子油的提取一般采用压榨法进行提取，不采用水中蒸馏法提取的原因是_。用蒸馏法提取芳香油时，当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，影响精油提取量的主要因素是_。(2)一般在压榨前需将椰子皮干燥去水，然后用石灰水浸泡，其目的是_，在加水压榨过程中，为了使椰子油容易与水分离，应加入一定质量的_。(3)分析题干，酶解法发酵过程中加入的酶应有_，酶解发酵过程中要严格控制发酵的温度，原因是_。(4)如图表示椰子油提取次数和出油率关系，据图分析欲同时考虑提取成本和经济效益，最佳的提取次数为_次。解析(1)有些原料不适合采用蒸馏法提取的原因是水中蒸
8、馏会导致原料焦糊和有效成分的水解等问题，蒸馏法提取芳香油时，当水和原料量一定时，影响精油提取量的主要因素是蒸馏时间和温度。(2)压榨前用石灰水浸泡，可以提高出油率，防止压榨时脱落，使压榨液的黏稠度不高，过滤时不会堵塞筛眼，在压榨过程中，为了使椰子油容易与水分离，可加一定量的NaHCO3和Na2SO4。(3)根据题意可知，酶解的目的是去除椰奶中的蛋白质、淀粉和纤维素，因此需要加入的酶是蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶，生产中要控制好温度，是因为温度会影响酶的活性。(4)分析题图，当提取到第3次时出油率几乎达到最大值，继续提取不会有明显的增加，因此最佳的提取次数为3次。答案(1)水中蒸馏会导致原料焦糊和有
9、效成分的水解等问题蒸馏时间和温度(2)提高出油率，防止压榨时脱落，使压榨液的黏稠度不高，过滤时不会堵塞筛眼NaHCO3和Na2SO4(3)蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶温度会影响酶的活性(4)3 4(2020广西省钦州、柳州等高三二模)胡萝卜素作为一种食用油溶性色素，其本身的颜色因浓度的差异，可涵盖由红色至黄色的所有色系，因此受到食品业热烈的欢迎。如图表示从产胡萝卜素的酵母菌菌体或胡萝卜中提取胡萝卜素的相同操作流程。回答下列问题：已处理的生物材料萃取X浓缩胡萝卜素的鉴定(1)若从酵母菌中提取胡萝卜素，首先需要在发酵罐内培养酵母菌。向培养酵母菌的培养基中添加玉米粉和豆饼的目的主要是为微生物的生长提供_
10、。(2)若从胡萝卜中提取胡萝卜素，需要在粉碎材料之后进行_，该过程应控制好温度和处理时间，其目的是_。(3)萃取过程应该避免明火加热，采用水浴加热。原因是_，萃取加热时还需安装回流冷凝装置，其目的是_。(4)图中X过程表示_，其目的是_。(5)除了上述方法外，还可采用酶解法来提取胡萝卜素，此时应该将胡萝卜制成胡萝卜泥，然后在适宜的温度下，加入适量的_，以达到去除细胞壁的目的。解析(1)向培养酵母菌的培养基中添加玉米粉和豆饼的目的主要是为微生物的生长提供碳源和氮源。(2)若从胡萝卜中提取胡萝卜素，需要在粉碎材料之后进行干燥，该过程应控制好温度和处理时间，其目的是防止胡萝卜素分解。(3)萃取过程应
11、该避免明火加热，采用水浴加热。因为萃取使用的有机溶剂大多是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸，萃取加热时还需安装回流冷凝装置，其目的是防止有机溶剂挥发。(4)图中X过程表示过滤，其目的是除去萃取液中的不溶物。(5)除了上述方法外，还可采用酶解法来提取胡萝卜素，此时应该将胡萝卜制成胡萝卜泥，然后在适宜的温度下，加入适量的纤维素酶、果胶酶，以达到去除细胞壁的目的。答案(1)碳源和氮源(2)干燥防止胡萝卜素分解(3)萃取使用的有机溶剂大多是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸防止有机溶剂挥发(4)过滤除去萃取液中的不溶物(5)纤维素酶、果胶酶5(2020泰安市高三一模)伴随着科学技术的
12、进步， 人们可以从各种生物材料中提取和分离不同的化学成分， 这也是食品、医药、卫生检验等方面的重要技术手段。(1)冬青油对病菌具有杀灭或抑制生长的作用，由于该芳香油具有_，易被水蒸气携带出来的特点，所以可采用水中蒸馏法提取，再制成风油精。通常原料应选择_(填“干燥”或“新鲜”)的冬青树叶。(2)某生物兴趣小组为研究血红蛋白的分子结构及功能，首先要从红细胞中分离出来血红蛋白粗制液。该红细胞只能从猪、牛等哺乳动物体内获取，原因是_。(3)如图装置进行的是_过程。若透析袋中是血红蛋白溶液，则缓冲液是_。现有一定量的血红蛋白溶液，进行该操作时，若要尽快达到理想的实验效果，可以_(写出一种方法)。解析(
13、1)冬青油易挥发，能同水蒸气一同蒸发出来，可采用水中蒸馏法提取。新鲜冬青树叶中冬青油含量高，因此提取冬青油时应选择新鲜的冬青树叶。(2)哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和其他细胞器，含有的血红蛋白相对多(或其他蛋白相对少等)，因此要从红细胞中分离出来血红蛋白粗制液，需从猪、牛等哺乳动物体内获取。(3)题图装置可用于透析过程。血红蛋白的透析过程中，用的缓冲液是物质的量浓度为20 mmol/L磷酸缓冲液。现有一定量的血红蛋白溶液，进行透析操作时，若要尽快达到理想的实验效果，可以增加缓冲液的量或及时更换缓冲液。答案(1)易挥发或挥发性强新鲜(2)猪、牛等哺乳动物红细胞没有细胞核和其他细胞器，含有的血红
14、蛋白相对多(或其他蛋白相对少等)(3)透析(粗分离)磷酸缓冲液增加缓冲液的量(或及时更换缓冲液、适当升温)6某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。具体步骤如下：材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10 g。剪碎后分成两组，一组置于20 C，另一组置于20 条件下，保存24 h。DNA粗提取：第一步，将上述材料分别放入研钵中，各加入15 mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。第二步，先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。第三步，取6支试管，分别加入等量的2 m
15、ol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂。混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：材料保存温度花菜辣椒蒜黄20 20 注：“”越多表示蓝色越深。分析上述实验过程，回答下列问题：(1)该探究性实验课题的名称是_。(2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少_。(3)根据实验结果，得出结论并分析。结论1：与20 相比，相同实验材料在20 条件下保存，DNA的提取量较多。结论2：_。针对结论1，请提出合理的解释：_。解析从题目实验步骤看出，该实验的课题是探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响，在第二步中，为
16、了防止DNA断裂，要缓缓地搅拌；从表中结果看出，由于低温抑制了相关酶的活性，DNA降解慢，使得相同材料在低温保存下的DNA提取量大；在相同条件下，蒜黄蓝色最深，说明相同条件下从蒜黄中提取的DNA量最大。答案(1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响(2)DNA断裂(3)等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄中提取的DNA量最多低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢7某实验小组对微生物的培养和五种香辛料经萃取后提取的精油(编号为A、B、C、D、E)抑菌能力进行了研究。首先制备了直径为8 mm的圆滤纸片若干，灭菌后分别放入各组精油中浸泡2 h。然后取各种待测菌悬液各0.1 m
17、L分别在相应的固体培养基上均匀涂布，制成含菌平板。再取浸泡过精油的滤纸片贴在含菌平板上，每个培养皿贴浸过同一种精油的滤纸3片。放培养箱中培养一定时间，测定抑菌圈直径，结果取三次重复实验的平均值，其数据如下表所示：(1)培养不同的微生物所需的pH和温度往往不同，在培养霉菌时需要将培养基的pH调至_(填“酸性”“碱性”或“中性或微碱性”)。培养细菌的温度一般_(填“低于”或“高于”)培养霉菌的温度。(2)萃取精油时蒸馏过程中需要控制蒸馏的温度和时间，原因是_。(3)本实验中采用了_操作接种。结果可见不同精油对不同种类的微生物杀伤作用不同，C和E对细菌的杀伤作用_(填“大于”或“小于”)对真菌的杀伤
18、作用。(4)若用固定化酶技术固定酵母菌中的酶，和一般酶制剂相比，其优点是_。固定化酵母细胞常用_法固定化。(5)有同学认为缺少关于五种精油是否抗病毒的实验结果，提出在营养琼脂培养基上接种常见的病毒进行实验。你认为可以吗？为什么？ _。解析(1)在培养霉菌时需要将培养基的pH调至酸性。培养细菌的温度一般高于培养霉菌的温度。(2)如果蒸馏温度太高，时间太短，产品品质就比较差，所以萃取精油时蒸馏过程中需要控制蒸馏的温度和时间。(3)本实验中是将各种待测菌悬液各0.1 mL分别在相应的固体培养基上均匀涂布，即采用了稀释涂布平板法接种。表格中不同精油对不同种类的微生物杀伤作用不同，大肠杆菌和白葡萄球菌为
19、细菌，酵母菌和青霉为真菌，C和E对细菌产生的抑菌圈小于对真菌产生的抑菌圈，说明C和E对细菌的杀伤作用小于对真菌的杀伤作用。(4)固定化酶技术固定酵母菌中的酶，和一般酶制剂相比，其优点是可重复利用，且利于产物的纯化。由于细胞个体大，不易被吸附和结合，所以固定化酵母细胞常用包埋法固定化。(5)病毒为寄生生物，不能独立代谢，在该培养基上不能生长，所以不能在琼脂培养基上接种常见的病毒进行实验。答案(1)酸性高于(2)如果蒸馏温度太高，时间太短，产品品质就比较差(3)稀释涂布平板法小于(4)利于产物的纯化，同时固定在载体上的酶还可以被反复利用包埋(5)不可以，病毒为寄生生物，在该培养基上不能生长8(20
20、20四川省高三三模)偃松(又名马尾松、五针松)松塔精油富含萜烯类物质，其中具有抑菌活性的蒈烯、莰烯、蒎烯等物质相对含量较高。某兴趣小组分别采用了水蒸气蒸馏法(SD)、盐析辅助水蒸气蒸馏法(SOSD)、超声波辅助水蒸气蒸馏法(USD超声波具有很强的破碎能力)三种方式提取偃松松塔精油并比较其出油率。回答下列问题：注：盐析辅助水蒸气蒸馏法是在基础物料中加入8 g氯化钠，混合均匀后浸泡3 h再进行蒸馏；超声波辅助水蒸气蒸馏法是将装有基础物料的圆底烧瓶在超声功率270 W、25 条件下超声50 min后再进行蒸馏。(1)偃松松塔精油适宜用水蒸气蒸馏法提取，可推测其具有的性质是_；蒸馏过程中，当水和原料的
21、用量一定时，影响其提取量的因素有_。(2)实验结果表明，采用SOSD、USD提取的偃松松塔精油的出油率均比采用SD提取的高，推测其原因是_。(3)为探究不同方式提取的偃松松塔精油的抑菌能力大小，该兴趣小组继续进行了实验：取上述三种方式提取得到的等量精油分别滴在大小相同的滤纸小圆片上，再将滤纸小圆片平铺在长满大肠杆菌的平板上，并设置空白对照组，放在相同且适宜的条件下培养观察。设置空白对照组的作用是_，可通过测量_来比较三种提取方式得到的偃松松塔精油的抑菌能力大小。实验结果表明，采用SOSD、USD提取的偃松松塔精油抑菌能力比采用SD提取的大，其原因可能是_。有研究表明，偃松松塔精油对多种病菌都有
22、抑制作用，据此推测偃松松塔精油可应用于_等方面。解析(1)偃松松塔精油化学性质稳定，具有较强的挥发性，难溶于水，易溶于有机溶剂，因此适合用水蒸气蒸馏法提取。提取偃松松塔精油时，影响提取量的主要因素是蒸馏时间和蒸馏温度。偃松松塔精油易挥发，如果蒸馏过程中不进行冷却，则部分精油会随水蒸气挥发而流失，使提取量下降。(2)采用SOSD提取偃松松塔精油的出油率较高的原因是氯化钠可增大原料细胞外的渗透压，精油更容易被水蒸气携带出来；利用USD提取出油率高的原因是超声波加速了原料细胞的破碎速度，使得精油有效成分加快渗出，可释放更多的松塔精油。(3)为增加实验的可信度，排除无关变量对实验结果的干扰，该实验需设
23、置空白对照。设置的空白对照如下：增加一组未用精油浸泡的滤纸片进行的实验，其他条件均相同。判断精油的抑菌能力大小的指标是抑菌圈直径大小，抑菌圈直径大，则说明精油的杀伤作用大。 采用SOSD、USD提取得到的精油中，具有抑菌活性的蒈烯、莰烯、蒎烯等物质相对含量比采用SD提取的更高，所以采用SOSD、USD提取得到的偃松松塔精油抑菌能力比采用提取的SD大。偃松松塔精油对多种病菌都有抑制作用，由于化学抑菌剂副作用较大，所以偃松松塔精油作为天然成分对于食物的保鲜防腐、杀菌消毒的开发应用提供了新的途径。答案(1)较强的挥发性蒸馏时间、蒸馏温度(2)氯化钠(的盐析作用)可使得精油更容易被水蒸气携带出来，超声波的破碎作用使原料细胞充分破裂，可释放更多的松塔精油(3)排除无关变量对实验结果的干扰抑菌圈(透明圈、透明斑)的直径大小采用SOSD、VSD提取的偃松松塔精油具有抑菌活性的蒈烯、莰烯、蒎烯等物质的相对含量比采用SD提取的高防腐保鲜、消毒杀菌
