1、板块五 选修专题(生物技术实践)时间：30分钟 满分：105分1(15 分)番茄红素是一种具有抗氧化等功能的天然色素。某小组以番茄组织为材料，探究果胶酶和纤维素酶对番茄红素提取量的影响。研究人员将不同条件下提取到的上清液，在波长 472 nm 处测其吸光度(吸光度与色素提取量成正比)，以确定酶的最适用量。实验结果如表所示：酶的用量(单位：g/100 g)0.20.40.60.81.0单独使用果胶酶的吸光度0.40 0.45 0.50 0.55 0.55单独使用纤维素酶的吸光度0.32 0.45 0.36 0.35 0.34混合使用果胶酶和纤维素酶的吸光度0.70 0.78 0.85 0.85
2、0.86(1)果胶酶包括_、果胶分解酶和果胶酯酶等，食品加工业中的果胶酶制剂通常由_发酵产生。(2)以上实验在探究酶的最适用量时，温度和 pH 是实验中的_变量。单独使用纤维素酶时，纤维素酶的用量与番茄红素提取量的关系是_。结合生产成本考虑，提取番茄红素时应加入酶的种类和酶的用量是_。(3)在大量提取番茄红素的过程中，为了方便回收和再次利用果胶酶和纤维素酶，可使用_技术，一般来说，酶更适合采用_固定化。多聚半乳糖醛酸酶 霉菌无关随纤维素酶用量的增加，番茄红素提取量先升高后下降混合使用果胶酶和纤维素酶，酶的用量为 0.6 g/100 g固定化酶化学结合法和物理吸附法解析(1)果胶酶包括多聚半乳糖
3、醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶等，食品加工业中的果胶酶制剂通常由霉菌发酵产生。(2)在探究酶的最适用量实验中，温度和 pH 是无关变量。由题表信息可知，单独使用纤维素酶时，纤维素酶的用量与番茄红素提取量的关系是随纤维素酶用量的增加，番茄红素提取量先升高后下降。结合生产成本考虑，提取番茄红素时应加入酶的种类是混合使用果胶酶和纤维素酶，酶的用量为 0.6 g/100 g。(3)在大量提取番茄红素的过程中，为了方便回收和再次利用果胶酶和纤维素酶，可使用固定化酶技术，一般来说，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。2(15 分)秸秆还田的过程中，配施适量的高效纤维素分解菌，能有效促进秸秆分解，提高秸
4、秆还田效率，且不会造成环境污染。回答下列问题：(1)筛选纤维素分解菌时，可到腐烂稻草等环境中采集土样，原因是_。(2)有很多类群微生物都能有效降解纤维素，为了避免不同微生物之间的互相影响，应该用_培养基进行培养，获得纯化菌株。(3)用刚果红染色法初步鉴定纤维素分解菌后，进一步用液体滤纸培养基分组复筛，其中滤纸的作用是_。培养一段时间后，将残留的滤纸烘干称重，残留的滤纸的干重越轻，则说明_。有腐烂稻草的土壤中富含纤维素分解菌(合理即可)选择提供纤维素纤维素分解菌的分解能力越强(4)采用_技术，将筛选到的高效纤维素分解菌固定，能够阻隔其受到外界不利因素的毒害作用，增加使用寿命。(5)为了长期保存高
5、效纤维素分解菌菌种，可以采用_的方法。(6)现有高效分解纤维素的细菌，为探究其最适 pH，某同学设计如下实验：取锥形瓶若干分为 4 组，加入等量秸秆及其他必需营养物质，分别设置 pH 为1、3、6、7，接种等量纤维素分解菌，培养一段时间后，测定各组锥形瓶中秸秆减少量的平均值。该 pH 设置的不足之处有_和_。固定化细胞甘油管藏pH 范围设置不合适pH 梯度设置不合适解析(1)稻草的秸秆富含纤维素，有腐烂稻草的土壤中富含纤维素分解菌。(2)选择培养基可以让所需要的微生物生长，而淘汰掉不能生长的微生物。(3)滤纸中富含纤维素，使用滤纸的目的是为微生物生长提供纤维素。使用液体滤纸培养基培养纤维素分解
6、菌，纤维素分解菌分解纤维素的能力越强，则经过培养后残留的滤纸的干重越轻。(4)常采用固定化细胞技术固定细胞。(5)常采用甘油管藏的方法长期保存微生物菌种。6结合题中信息可知该实验的 pH 设置范围不合适，pH 梯度设置也不合适。3(15 分)施一公研究团队在科学上报道了人源 分泌酶结合淀粉样前体蛋白(APP)的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了结合底物后 分泌酶发生的构象变化，并对这些构象变化的功能进行了生化研究，为研究与癌症以及阿尔茨海默病相关的药物提供了重要的结构信息。回答下列问题：(1)该项研究进行时，需控制温度、酸碱度等条件，因为高温、过酸、过碱会使 分泌酶的_遭到破坏，失去活性。(2)根据
7、蛋白质的各种特性，如蛋白质的_、所带电荷的_、以及溶解度、吸附性质、对其他分子的亲和力等，可用来分离不同种类的蛋白质，从而得到 分泌酶。空间结构形状和大小性质和多少(3)分泌酶由 4 个跨膜蛋白亚基组成。若对 分泌酶的 4 个跨膜蛋白亚基进行分离、纯化及分子量测定，可采用_及电泳技术。前者是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法，相对分子质量较_(填“大”或“小”)的跨膜蛋白移动速度较慢。(4)电泳是指_在电场的作用下发生迁移的过程。对 分泌酶的 4个跨膜蛋白亚基进行分子量测定时，通常采用 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法，该电泳迁移率完全取决于相对分子量的大小，原因是_。凝胶色谱法 小带电
8、粒子 SDS 所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有的电荷量，因而掩盖了不同蛋白质间的电荷差别解析(1)高温、过酸和过碱会使 分泌酶的空间结构遭到破坏，使其失去活性。(2)可以根据蛋白质的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等，分离不同种类的蛋白质。(3)对蛋白质进行分离、纯化和分子量测定时，可采用凝胶色谱法和电泳技术。凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程长，移动速度较慢。4电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳中的 SDS 所带负电荷的量大大超过了蛋白质分
9、子原有的电荷量，因而掩盖了不同蛋白质间的电荷差别，因此该电泳迁移率完全取决于相对分子量的大小。4(15 分)为研究乙醇对椰冻驹形杆菌合成纤维素的影响，研究人员在 Asai合成培养基中添加乙醇，分析其对不同菌种合成纤维素产量的影响。(1)在 Asai 液体培养基中添加 1.5%2%的_可制备固体培养基。为达到良好的灭菌效果，各培养基均在_下，灭菌 20min。椰冻驹形杆菌在固体培养基上会形成菌落，菌落是指_。琼脂121由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体(2)将取得的菌液接种在含不同浓度的乙醇培养基中，适宜条件下培养一段时间后，获取纤维素，测定纤维素的干重。结果如图：不同体积分数的乙醇对椰冻
10、驹形杆菌合成纤维素的影响测定纤维素的含量，不需要用凝胶色谱法，凝胶色谱法的原理是_。该实验是一个_(填“对照”或“对比”)实验。根据实验结果分析，乙醇对椰冻驹形杆菌合成纤维素的影响_(填“有”或“没有”)两重性，判断的依据是_。根据相对分子质量的大小分离蛋白质 对比有乙醇浓度为 0.5%4%时，纤维素产量大于对照组，乙醇浓度为 5%时，纤维素产量小于对照组解析(1)配制固体培养基时需要加入琼脂，利用高压蒸汽灭菌法灭菌，可将温度控制在 121 条件下，灭菌 20min。菌落是指由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体。(2)凝胶色谱法的原理是根据相对分子质量的大小分离蛋白质。该实验是对比实验。根
11、据曲线信息，当乙醇浓度为 0.5%4%时，纤维素产量都高于对照组，当乙醇浓度为 5%时，纤维素产量小于对照组，因此乙醇对椰冻驹形杆菌合成纤维素的影响具有两重性。5(15 分)某地的制醋生产工艺流程如图所示，请回答下列相关问题。葡萄糖酒精发酵 成熟酒醅醋酸发酵 成熟醋醅 处理 成品醋(1)在酒精发酵阶段与醋酸发酵阶段需要控制的反应温度不同，这是因为_。(2)在酒精发酵阶段需要控制发酵罐的通气条件。具体操作是_。其结果是先提高酵母菌数量，之后有利于获得更多的酒精产物。催化两个过程的酶的最适温度不同(酵母菌与醋酸杆菌生长和发酵所需温度不同)先通气，后密闭(3)醋酸发酵阶段的工艺如下：发酵过程中，定期
12、取样测定醋酸杆菌密度变化，趋势如图。据图分析，曲线_表示 A 层醋酸杆菌的密度变化。影响醋酸杆菌密度变化的主要环境因素有_、_、_、温度等。b氧气营养物质pH上述过程生成的食醋还具有含量较高的乳酸，其原因是发酵过程中，发酵缸中_层醋醅有利于乳酸菌繁殖，积累乳酸。成熟醋醅中乳酸菌的种类明显减少，主要原因是发酵后期营养物质消耗等，加剧了不同种类乳酸菌的_，淘汰了部分乳酸菌种类。乳酸菌的代谢类型是_。颠倒前的 B 层和颠倒后的 A竞争异养厌氧型解析(1)酒精发酵使用的是酵母菌，醋酸发酵使用的是醋酸杆菌，二者生长和发酵所需的温度不同，因此不同的发酵过程中控制的反应温度也不同。(2)在酒精发酵过程中，前
13、期需通气，让酵母菌大量繁殖，后期密闭，让酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。(3)醋酸杆菌为好氧菌，在发酵的前 15 天，每天翻动 A 层，醋酸杆菌大量繁殖，15 天之后 A、B 层颠倒，由于 O2 等的不断消耗，醋酸杆菌数量增加可能不明显，因此曲线 b 表示 A 层醋酸杆菌的密度变化。影响醋酸杆菌密度变化的环境因素有氧气、营养物质、温度等。乳酸菌为厌氧菌，分析图形，乳酸菌在颠倒前的 B 层和颠倒后的 A 层可大量繁殖。发酵后期营养物质被大量消耗，不同种类的乳酸菌竞争增强，某些在竞争中处于劣势的乳酸菌被淘汰，导致乳酸菌的种类减少。乳酸菌的代谢类型为异养厌氧型。6(15 分)研究表明，香菇含有多种有效药
14、用成分，其提取物有抗菌、抗肿瘤等多种功能。为研究香菇中的酚类物质对不同微生物的抑菌活性，科研人员进行了如下实验：(1)根据香菇酚类物质_的特点，可采用萃取法提取。(2)制备大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌的菌液。(3)用_法将 3 种菌液分别接种在固体培养基上，使其均匀生长。(4)将浸透_的无菌圆纸片分别贴在各个平板上。(5)将步骤 4 的平板置于恒温培养箱中进行培养，不同平板的培养温度不一定相同，原因是_。易溶于有机溶剂稀释涂布平板香菇酚类物质不同微生物的最适生长温度可能不同(6)测量抑菌圈直径，结果如下：实验结果说明香菇酚类物质对_没有明显的抑制作用。通过抑菌圈直径可以判断香菇酚类物质抑
15、菌活性高低的原理是黑曲霉菌_。为使实验更具说服力，应如何设计对照组？_。香菇酚类物质在平板上扩散使周围的微生物生长受到抑制，抑菌能力越强，抑菌圈直径越大 同时将无菌水浸泡的相同大小的无菌圆纸片分别贴于接种了 3 种菌液的培养基上解析(1)由于香菇酚类物质易溶于有机溶剂，可采用萃取法提取香菇酚类物质。(3)稀释涂布平板法是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。为研究香菇中的酚类物质对不同微生物的抑菌活性，应用稀释涂布平板法将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉菌菌液分别接种在固体培养基上，使其均匀生长。4为研究香菇中的酚类物质对不同微生物的抑菌活性
16、，应将浸透香菇酚类物质的无菌圆纸片分别贴在各个平板上。(5)由于不同微生物的最适生长温度可能不同，所以不同平板的培养温度不一定相同。(6)根据题中信息可知，香菇酚类物质对黑曲霉菌没有明显的抑制作用。香菇酚类物质在平板上扩散使周围的微生物生长受到抑制，抑菌能力越强，抑菌圈的直径就越大，因此，可通过抑菌圈直径大小判断香菇酚类物质抑菌活性的高低。为使实验更具说服力，可设置无菌水处理组与香菇酚类物质处理组作对照，即同时将无菌水浸泡的相同大小的无菌圆纸片分别贴于接种了 3 种菌液的培养基上。7(15 分)不同品牌的酸奶具有不同的口味。某研究小组利用含碳酸钙的固体培养基探究甲、乙两品牌酸奶中乳酸菌的类型是
17、否相同(乳酸能够溶解碳酸钙，使培养基变得透明)。请回答下列问题：(1)将甲、乙两品牌酸奶中的乳酸菌纯化，分别接种在含碳酸钙的固体培养基中培养，根据菌落周围透明圈的大小，可确定酸奶中乳酸菌的类型。不同乳酸菌菌落透明圈大小不同的原因是_。(2)家庭制作酸奶时，在纯牛奶中加入少量酸奶相当于微生物培养技术中的_操作。纯牛奶变成酸奶，改变了口味但含有的能量减少，原因是_。(在相同时间内)不同类型的乳酸菌产生乳酸的量不同，不同量的乳酸能够溶解碳酸钙量不同，形成的透明圈大小不同接种乳酸菌在发酵时使牛奶中的营养成分发生改变，乳酸菌细胞呼吸消耗部分有机物，从而使能量减少(3)为长期保存纯化的优质乳酸菌，可将菌液
18、与_充分混匀，置于20的冷冻箱中保存。(4)该研究小组进一步探究甲品牌酸奶中乳酸菌数量，实验操作如图。接种微生物的方法有很多，图中过程所示的方法为_。用该方法统计样本菌落数后，所得数据需要乘以 10n 后，才可表示乳酸菌的数量(单位：个/mL)，这里的 n_。用该方法统计样本菌落数时，同时需要做 A、B、C 三个平板，目的是_。如果平板菌落数超过 300，一般还需进一步_。灭菌的甘油稀释涂布平板法6 设置重复组，取平均值，使实验结果更加准确可靠 稀释解析(1)不同类型的乳酸菌产生乳酸的量不同，不同量的乳酸能够溶解碳酸钙量不同，因而经培养后，可在含碳酸钙的固体培养基上形成不同大小的透明圈。(2)
19、家庭制作酸奶时，向纯牛奶中加入少量酸奶，可提供一定量的乳酸菌菌种，相当于微生物培养技术中的接种操作；纯牛奶变成酸奶时，乳酸菌在发酵时使牛奶中的营养成分发生改变，因而口味发生变化，乳酸菌细胞呼吸消耗部分有机物，因而能量减少。(3)为长期保存纯化的优质乳酸菌，可将菌液与灭菌的甘油充分混匀，置于20 的冷冻箱中保存。(4)图中接种微生物的方法为稀释涂布平板法；用该方法统计样本菌落数时，由于稀释了 5 次，且取出 0.1mL 进行培养计数，故所得数据应乘以 106；用该方法统计样本菌落数时，同时需要做 A、B、C 三个平板，目的是设置重复组，取平均值，使实验结果更加准确可靠；如果平板菌落数超过 300 个/mL，导致计数困难，一般还需进一步稀释，使平板菌落数在 30300 个/mL 的范围。